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1、 最新权威发布版最新权威发布版 ISA (国际标准大气国际标准大气)及解及解 释释 A. 概述概述 1. 国际标准大气国际标准大气(ISA) 1.1. 标准大气模型的建立标准大气模型的建立 大气是指地球周围的大气层。在世界的不同地区，其特点是不同的。为此，需要采用一 组平均的条件，即：国际标准大气国际标准大气 (ISA)。 1.1.1. 温度模型的建立温度模型的建立 下图(图 A1) 解释了标准大气中温度的变化： 604020-200-40-60 2 4 6 8 10 12 高度 亚音速喷气机 运输巡航 高度层 海平面 对流层对流层 对流层顶对流层顶 = 36089 ft 同温层同温层 -56
2、.5 C15 C 温度温度 ( C) (km) 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 (ft) 图 A1： ISA 温度 国际标准的基础是海平面温度 15 C，气压 1013.25 hPa1。海平面空气标准密度为 1.225 kg/m3。 在对流层顶以下，温度以恒定的速率-6.5 C/1000 米 或 -1.98 C/1000 英尺随着高度变 化。标准的对流层顶的高度为 11,000 米或 36,089 英尺。 从对流层顶向上，温度保持恒定的-56.5 C。 因此，在 ISA 模型中被认为是理想气体的空气具有以下特性： 在平均海平面在平均
3、海平面 (MSL)： ISA 温度温度 = T0 = +15 C = 288.15 K 在在 MSL 以上对流层顶以下以上对流层顶以下 (36,089 英尺英尺)： ISA 温度温度 ( C) = T0 - 1.98 x 高度高度(英尺英尺)/1000 为了快速确定在给定高度的标准温度，可以使用以下的近似公式： ISA 温度温度 ( C) = 15 - 2 x高度高度(英尺英尺)/1000 在对流层顶之上在对流层顶之上 (36，089 英尺英尺)： ISA 温度温度 = -56.5 C = 216.5 K 这个 ISA 模型作为一个基准，用于比较真实大气条件和相应的发动机/飞机性能。因此， 在
4、给定的高度，大气条件被表达为 ISA +/- ISA 。 例如： 让我们考虑以下条件的飞行： 1 1013.25 hPa 等于 29.92 in Hg。 hPa 表示百帕， in Hg 表示英寸汞柱。 高度 = 33,000 英尺 实际温度 = -41 C 在 33,000 英尺的标准温度为：ISA = 15 - 2 x 33 = -51 C， 而实际温度为 -41 C，即：比标准温度高 10 C。 结论：飞行条件为 ISA+10。 1.1.2. 气压模型的建立气压模型的建立 为了计算给定高度条件下的标准的压力 P，我们进行以下假设： 对应高度，温度是标准的。 空气是理想气体。 通过测量气压得
5、到的高度被称为气压高度气压高度 （PA） ， 可以建立一个标准(ISA)表格 (表 A1)。 Zp PRESSURE ALTITUDE P 40000 30000 20000 10000 (ft) Zp = f(p) ISA table (hPa) (km) 2 4 6 8 10 12 2003005008501013.25 图 A2：气压高度与气压的函数关系 压力 (hPa) 气压高度 (PA) FL= PA/100 (英尺) (米) 200 38661 11784 390 250 34000 10363 340 300 30066 9164 300 500 18287 5574 180 8
6、50 4813 1467 50 1013 0 0 0 表 A1：用表格表示的气压高度值示例 假定一个体积的气体处于静平衡，其气体状态方程为： dP = gdh 其中 = 高度 h的空气密度 g= 重力加速度 (9.80665 m/s2) dh = 体积单位的高 dP = 对应dh的压力变量 PA PA = f(P) 气压高度气压高度 PA PA = f(P) 理想气体方程为： 其中 R = 通用气体常数 (287.053 J/kg/K) 结果： 在平均海平面在平均海平面 (MSL)： P0 = 1013.25 hPa 高于高于 MSL 但低于对流层顶但低于对流层顶 (36,089 英尺英尺)：
7、 其中 P0 = 1013.25 hPa (海平面的标准气压) T0 = 288 .15 K (海平面的标准温度) = 0.0065 C/m g0 = 9.80665 m/s2 R = 287.053 J/kg/K h = 高度 (m) 注： 在低空，气压每降低1 hPa，气压高度大约增加 28 英尺英尺。 在对流层顶以上在对流层顶以上 (36,089 英尺英尺)： 其中 P1 = 226.32 hPa (在 11,000米的标准气压) T1 = 216.65 K (在 11,000米的标准温度) h1 = 11，000 m g0 = 9.80665 m/s2 R = 287.053 J/kg
8、/K h = 高度 (米) RT P R g )h T (PP 0 0 0 1 1 10 1 RT )hh(g ePP 1.1.3. 密度模型的建立密度模型的建立 为了计算给定高度上的标准密度 空气被假设为理想气体。因此，在给定高度，可以 按以下方法获得标准密度 (kg/m3) ： 其中 R = 通用气体常数 (287.053 J/kg/K) P 以百帕为单位 T 为开氏温度 在平均海平面在平均海平面(MSL)： 0 = 1.225 kg/m3 1.2. 国际标准大气国际标准大气 (ISA)表表 可以按以下表 A2 的方式，按高度提供国际标准大气的参数（温度、压力、密度） ： RT P 高度
9、(英尺) 温度 ( C) 压力 压力比 = P/Po 密度 = /o 音速 (kt) 高度 (米) hPa PSI In.Hg 40 000 39 000 38 000 37 000 36 000 - 56.5 - 56.5 - 56.5 - 56.5 - 56.3 188 197 206 217 227 2.58 2.72 2.99 3.14 3.30 5.54 5.81 6.10 6.40 6.71 0.1851 0.1942 0.2038 0.2138 0.2243 0.2462 0.2583 0.2710 0.2844 0.2981 573 573 573 573 573 12 192
10、 11 887 11 582 11 278 10 973 35 000 34 000 33 000 32 000 31 000 - 54.3 - 52.4 - 50.4 - 48.4 - 46.4 238 250 262 274 287 3.46 3.63 3.80 3.98 4.17 7.04 7.38 7.74 8.11 8.49 0.2353 0.2467 0.2586 0.2709 0.2837 0.3099 0.3220 0.3345 0.3473 0.3605 576 579 581 584 586 10 668 10 363 10 058 9 754 9 449 30 000 2
11、9 000 28 000 27 000 26 000 - 44.4 - 42.5 - 40.5 - 38.5 - 36.5 301 315 329 344 360 4.36 4.57 4.78 4.99 5.22 8.89 9.30 9.73 10.17 10.63 0.2970 0.3107 0.3250 0.3398 0.3552 0.3741 0.3881 0.4025 0.4173 0.4325 589 591 594 597 599 9 144 8 839 8 534 8 230 7 925 25 000 24 000 23 000 22 000 21 000 - 34.5 - 32
12、.5 - 30.6 - 28.6 - 26.6 376 393 410 428 446 5.45 5.70 5.95 6.21 6.47 11.10 11.60 12.11 12.64 13.18 0.3711 0.3876 0.4046 0.4223 0.4406 0.4481 0.4642 0.4806 0.4976 0.5150 602 604 607 609 611 7 620 7 315 7 010 6 706 6 401 20 000 19 000 18 000 17 000 16 000 - 24.6 - 22.6 - 20.7 - 18.7 - 16.7 466 485 506
13、 527 549 6.75 7.04 7.34 7.65 7.97 13.75 14.34 14.94 15.57 16.22 0.4595 0.4791 0.4994 0.5203 0.5420 0.5328 0.5511 0.5699 0.5892 0.6090 614 616 619 621 624 6 096 5 791 5 406 5 182 4 877 15 000 14 000 13 000 12 000 11 000 - 14.7 - 12.7 - 10.8 - 8.8 - 6.8 572 595 619 644 670 8.29 8.63 8.99 9.35 9.72 16.
14、89 17.58 18.29 19.03 19.79 0.5643 0.5875 0.6113 0.6360 0.6614 0.6292 0.6500 0.6713 0.6932 0.7156 626 628 631 633 636 4 572 4 267 3 962 3 658 3 353 10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 - 4.8 - 2.8 - 0.8 + 1.1 + 3.1 697 724 753 782 812 10.10 10.51 10.92 11.34 11.78 20.58 21.39 22.22 23.09 23.98 0.6877 0.714
15、8 0.7428 0.7716 0.8014 0.7385 0.7620 0.7860 0.8106 0.8359 638 640 643 645 647 3 048 2 743 2 438 2 134 1 829 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 + 5.1 + 7.1 + 9.1 + 11.0 + 13.0 843 875 908 942 977 12.23 12.69 13.17 13.67 14.17 24.90 25.84 26.82 27.82 28.86 0.8320 0.8637 0.8962 0.9298 0.9644 0.8617 0.8881 0.9151 0.9428 0.9711 650 652 654 656 659 1 524 1 219 914 610 305 0 + 15.0 1013 14.70 29.92 1.0000 1.0000 661 0 - 1 000 + 17.0 1050 15.23 31.02 1.0366 1.0295 664 - 305 表 A2：国际标准大气 (ISA)
