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1、精心整理 精心整理 A. 概述 1. 国际标准大气 (ISA) 1.1. 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(ISA) 。 1.1.1. 温度模型的建立 下图 (图 A1) 解释了标准大气中温度的变化: 图 A1:ISA 温度 国际标准的基础是海平面温度15 C,气压 1013.25hPa 1。海平面空气标准密度为 1.225kg/m 3。 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 36,08
2、9 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(MSL) : ISA 温度 =T0=+15 C=288.15K 在 MSL 以上对流层顶以下(36,089 英尺 ): ISA 温度 (oC)=T0-1.98x高度 (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 (oC)=15-2x 高度 (英尺 )/1000 在对流层顶之上(36,089 英尺 ): ISA 温度 =-56.5oC=216.5K 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
3、/飞机性能。因此,在给定的高度,大 气条件被表达为ISA+/-ISA。 例如: 让我们考虑以下条件的飞行: 高度 =33,000 英尺 实际温度 =-41oC 在 33,000 英尺的标准温度为:ISA=15-2x33=-51oC , 而实际温度为-41oC,即:比标准温度高10oC。 结论:飞行条件为ISA+10 。 1.1.2. 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。 11013.25hPa 等于 29.92 inHg 。hPa表示百帕, inHg 表示英寸汞柱。 精心整理 精心整理 通过测量气压得到的高度被称为
4、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 200300500 850 1013.25 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 180 850 4813
5、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(9.80665m/s 2) dh=体积单位的高 dP=对应dh的压力变量 理想气体方程为: 其中R=通用气体常数(287.053J/kg/K) PA=f(P) RT P 气压高度 PA 精心整理 精心整理 结果: 在平均海平面(MSL) : P0=1013.25hPa 高于 MSL 但低于对流层顶(36,089 英尺 ): 其中P0=1013.25hPa(海平面的标准气压) T0=288.15K(海平面的标准温度)
6、 =0.0065oC/m g0=9.80665m/s 2 R=287.053J/kg/K h=高度(m) 注:在低空,气压每降低1hPa,气压高度大约增加28英尺。 在对流层顶以上(36,089 英尺 ): 其中P1=226.32hPa(在11,000米的标准气压) T1=216.65K(在11,000米的标准温度) h1=11,000m g0=9.80665m/s 2 R=287.053J/kg/K h=高度(米) 1.1.3. 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/m 3): 其中R=通用气体常数(287.
7、053J/kg/K) P以百帕为单位 T为开氏温度 在平均海平面(MSL) : 0=1.225kg/m 3 1.2. 国际标准大气 (ISA)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): 高度 (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 40000 39000 38000 37000 36000 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.3 188 197 206 217 227 2.72 2.58 2.99 3.14 3.30 5.54 5.81 6.10 6.
8、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 12192 11887 11582 11278 10973 35000 34000 33000 32000 31000 -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
9、0.3220 0.3345 0.3473 0.3605 576 579 581 584 586 10668 10363 10058 9754 9449 30000 29000 -44.4 -42.5 301 315 4.36 4.57 8.89 9.30 0.2970 0.3107 0.3741 0.3881 589 591 9144 8839 精心整理 精心整理 28000 27000 26000 -40.5 -38.5 -36.5 329 344 360 4.78 4.99 5.22 9.73 10.17 10.63 0.3250 0.3398 0.3552 0.4025 0.4173 0
10、.4325 594 597 599 8534 8230 7925 25000 24000 23000 22000 21000 -34.5 -32.5 -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 7620 7315 7010 6706 6401 20000 19000 18000
11、 17000 16000 -24.6 -22.6 -20.7 -18.7 -16.7 466 485 506 527 549 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 6096 5791 5406 5182 4877 15000 14000 13000 12000 11000 -14.7 -12.7 -10.8 -8.8 -6.8 572 595 6
12、19 644 670 8.29 8.63 8.99 9.35 9.72 16.89 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 4572 4267 3962 3658 3353 10000 9000 8000 7000 6000 -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
13、23.09 23.98 0.6877 0.7148 0.7428 0.7716 0.8014 0.7385 0.7620 0.7860 0.8106 0.8359 638 640 643 645 647 3048 2743 2438 2134 1829 5000 4000 3000 2000 1000 +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 1524 1219 914 610 305 0 +15.0 1013 14.70 29.92 1.0000 1.0000 661 0 -1000 +17.0 1050 15.23 31.02 1.0366 1.0295 664 -305 表 A2:国际标准大气(ISA)
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