第三章 国际标准大气及应用
第三章飞机的飞行原理
二、飞机的飞行过程
（二）爬升阶段： 有两种方式，一种是按固定的角度持续爬升达到预定高度。 这样做的好处是节省时间，但发动机所要的功率大，燃料消耗 大；另一种方式是阶梯式爬升，飞机飞行到一定的高度，水平 飞行以增加速度，然后再爬升到第二个高度，经过几个阶段后 爬升到预定高度，由于飞机的升力随速度升高而增加，同时燃 油的消耗使飞机的重量不断减轻，因而这种的爬升最节约燃料。 （三）巡航阶段： 飞机达到预定高度后，保持水平等速飞行状态，这时如果 没有天气变化的影响，驾驶员可以按照选定的速度和姿态稳定 飞行，飞机几乎不需要操纵。 （四）下降阶段： 在降落前半小时或更短的飞行距离时驾驶员开始逐渐降低 高度，到达机场的空域上空。
三、大气飞行环境
平流层位于对流层顶的上面，其顶界由地面伸展到35一 40公里。由于这一层受地球表面影响较小，所以气温基本上 保持不变，大约为-56.51℃，故又称同温层。平流层中，几 乎没有水蒸气，所以没有雪、雾、云等气象现象;且空气比较 稀薄，风向稳定，空气主要是水平流动。
飞行器的飞行的理想环境是平流层。
一、大气的结构和气象要素
风是指空气的水平流动。风的存在使飞机的飞行增加了一定 的复杂性，它直接影响着起飞、着陆、巡航和油量的消耗。机 场跑道方向是固定的，而风的矢量是经常变化。因此，实际上 起飞、着陆往往是在侧风条件下进行。侧风使飞机偏离跑道， 而且侧风角度越大或者风速越大，偏离得越利害。所以在侧风 中根据具体情况作必要的修正，才能保证对准跑道，安全起降。 飞 机 着 陆 遇 侧 风
一、大气的结构和气象要素
降水是云雾中的水滴或冰晶降到地面的现象。降水通常 指雨、雪、冰、雹等。 降水对飞行的影响: 1．降水使能见度减小。 2．过冷雨滴会造成飞机结冰。 3．降水影响了跑道的正常使用。
第三章 飞行原理
国际标准大气
目的
国际规定
为了准确描述飞行器的飞行性能，就必须建立一个统一的标准，即标准大气。
➢ 大气被看成完全气体，服从气体状态方程； ➢ 以海平面的高度为零。且在海平面上，大气的标准状态为： • 气温T=15℃ • 压强p=1个标准大气压（即p=10330kg/㎡） • 密度ρ=1.2250kg/m³ • 音速a=341m/s
无人机空气动力学基础
前缘缝翼是安装在机翼前缘的一段或几段狭长的小翼面，当前缘缝翼打开时， 它与基本机翼前缘表面形成一道缝隙，下翼面的高压气流通过缝隙加速流向上翼 面，增大上翼面附面层气流速度，消除了分离旋涡，延缓气流分离，避免大迎角 下失速，升力系数得以提高。所以前缘缝翼一般在大迎角，特别是接近或超过基 本机翼临界迎角时才使用。
无人机空气动力学基础 ➢ 流动气体基本规律：伯努利定律
质量守恒定律：质量不会自生也不会自灭。
流体的质量流量：单位时间流过横截面面积S的流体质量。
q=ρsv
无人机空气动力学基础
伯努利定律础
小实验
无人机空气动力学基础
伯努利定律础
香蕉球
无人机空气动力学基础
足球里的“香蕉球”以及一些其他球类运动的弧线球，这也是伯努 利现场造成的流体压强差而导致的。
➢ 迎角：翼弦与相对气流速度v 之间的夹角，也称为飞机的 攻角，通常以α表示。
无人机空气动力学基础
➢ 升力的产生
通常，机翼翼型的上表面凸起较多而下表面比较平直，再加上有一定的 迎角。这样，从前缘到后缘，上翼面的气流流速就比下翼面的流速快；上翼 面的静压也就比下翼面的静压低，上下翼面间形成压力差，此静压差称为作 用在机翼上的空气动力。
国际标准大气
国际标准大气国际标准大气是指在标准大气压力下的大气物理性质和大气化学性质的数值表达。
它是国际上通用的大气模型，用于科学研究、工程设计和气象预报等领域。
国际标准大气的建立旨在为不同领域的研究和应用提供一个统一的参考标准，以便更好地进行数据比较和分析。
国际标准大气模型的建立是基于大量的观测数据和理论分析，通过对大气温度、压力、密度等参数的统计和推导，得出了一套在标准大气压力下的数值表达。
这套数值表达包括了大气的垂直结构和水平分布，可以为科研人员和工程师提供一个合理的大气环境模拟。
在国际标准大气模型中，大气的温度随着高度的增加而逐渐下降，大气的压力和密度也随之减小。
这种垂直结构的变化规律是基于大气的物理特性和气体状态方程得出的，对于大气层的分层特征和气候变化具有重要的指导意义。
国际标准大气模型的应用涉及到许多领域，比如飞行器设计、火箭发射、气象预报、环境监测等。
在飞行器设计中，工程师需要根据国际标准大气模型来计算飞行器在不同高度和速度下的气动性能，以保证飞行器的安全和稳定。
在火箭发射中，国际标准大气模型可以帮助工程师预测火箭在不同大气条件下的飞行轨迹和性能，以保证火箭的准确发射和飞行。
此外，国际标准大气模型还被广泛应用于气象预报和环境监测领域。
气象预报人员可以根据国际标准大气模型来预测大气层的温度、湿度、风速等参数，以提高气象预报的准确性和及时性。
环境监测人员也可以利用国际标准大气模型来分析大气污染物的扩散和传播规律，以保护环境和人类健康。
总的来说，国际标准大气模型是一个重要的大气科学工具，它为不同领域的研究和应用提供了一个统一的参考标准，促进了大气科学的发展和应用。
随着科学技术的不断进步，国际标准大气模型也将不断完善和更新，以满足人类对大气环境的更深入理解和更广泛应用的需求。
国际标准大气的基本特点
国际标准大气的基本特点国际标准大气（InternationalStandardAtmosphere，简称ISA）是一种概念性的、理论性的、被广泛使用的大气模型，它可以用来标准化空气中的压力、温度和其他流体参数。
ISA模型可以用来模拟大气、计算航空航空器性能、选择设备型号数值、加载飞行数据、分析空气动力学等等。
大气科学家们也使用ISA模型来对大气中的湿度、温度梯度和密度的变化进行研究。
分析ISA模型的基本特点由其定义的建模参数决定。
按ISA模型，一般情况下，在海平面处的大气存在一定的标准状态，包括基本的参数：海平面处的大气压力为1013.25hPa，温度为15度，水蒸气压为29.921hPa，平均水蒸气压为17.58hPa。
在向上升高的过程中，大气压力和温度等建模参数都会发生变化。
在海平面至11Km高度，温度按照指数衰减，每增加100米温度降低0.6度。
11Km到20Km的高度，温度呈线性下降，每增加100米温度降低1.5度。
20Km到32Km高度，温度又呈线性下降，每增加100米，温度降低0.5度。
在32Km以上，温度不再继续下降，而是持平，且温度永远都不会高于-56.5度。
大气压力也是随着高度发生变化的，在海平面至11Km，压力按照线性函数衰减，每增加100米压力减少1hPa。
而在11Km到20Km高度之间，压力按照指数衰减，每增加100米压力减少0.3hPa。
20Km 到32Km高度，压力又呈指数衰减，每增加100米，压力减少0.2hPa。
在32Km以上，压力不再发生变化，并且永远都不会低于5.5hPa。
另外，空气中的水蒸气压也会随着高度发生变化。
在海平面至11Km处，水蒸气压按照指数衰减，每增加100米水蒸气压减少0.14hPa；而在11Km到20Km高度之间，水蒸气压要比指数衰减的快，每增加100米水蒸气压减少0.17hPa；20Km到32Km高度之间，水蒸气压又减慢，每增加100米水蒸气压减少0.07hPa。
第三章 飞行原理与飞行性能
在机翼上，压力最高的点也就是所谓的驻点，在驻点处是空气与前缘相 遇的地方。这点是空气相对于机翼的速度减小到零的点。
在一个迎角为零、完全对称的机翼上，从驻点开始，流经上下表面气 流速度是相同的，所以上下表面的压力变化也是完全相同的。
如果对称机翼相对来流旋转了一个迎角，驻点就会稍稍向前缘的下表 面移动，并且流经上下表面的空气流动情况改变了，流经上表面的空气被 迫多走了一段距离，在上下表面，空气仍然有一个从驻点加速离开的过程， 但是在下表面的最高速度要小于上表面的最高速度。
质量守恒定律：质量不会自生也不会自灭。 流体的质量流量：单位时间流过横截面面积S的流体质量。
q sv
3.流体连续方程
1s1v1 2s2v2 3s3v3 ...... const. 即： sv const.
当流体不可压缩时
即： const. 时：
有： sv const.
惯性向外 （离心力）
6.力的分解
一个水平飞行的动力模型受到许多施加在它每个部分的力的影响， 但是所有的这些力都可以按作用和反作用分成4个力
三、机动飞行中的空气动力
1.飞机的几何外形和参数
翼型及其参数
♦翼型： 机翼的横剖面形状。翼型最前端的一点叫“前缘”， 最后端一点叫“后缘”。 翼型前缘点与后缘点之间连线称为翼弦。
目前所使用的大多是自动式前缘缝翼。这种前缘缝翼用滑动机 构与基本机翼相连，依靠前缘空气动力的压力和吸力来自动控制其 闭合和打开。
4.飞机低速飞行的阻力
按阻力产生的原因，飞机低速飞行时的阻力一般可分为：
• 摩擦阻力 • 压差阻力 • 诱导阻力 • 干扰阻力
阻力的计算公式：
Q
C（x
1 2
民航概论第三章
大气温度 T
• 概念：空气的温度指空气的冷热程度 • 定理：布朗运动，气体的温度越高，空气分子不 规则运动的越快，分子的平均动能越大 。 • 单位： （1）摄氏温度 （2）华氏温度 F； 两者之间的换算关系： （3）绝对温度 K
方向、距离和坐标
• 方向：方向一般用方向和方位角来表示，地面一 点对一点的坐标体系中的角度关系。 • 方位角：以经线北部为基准，顺时针测量到水平 面的给定的方向线的角度。 • 距离：地球表面两点之间连线的长度(弧度长度) • 大圆：通过球心的平面和球面相交的交线 ，经圈 和赤道都是大圆 • 距离的定义：
• 大圆的周长＝ • 纬度每差1度的距离为 公里
1米定义为通过巴黎经圈的四千万分之一。 1海里定义为大圆上1分的长度：
航线
1）航线：飞机从地球表面一点到另一点的预定的路线称 为航线。主要使用大圆航线和等角航线
2）大圆航线：沿着大圆两点之间弧线的航线为大圆航线
• 特点：距离最短方向改变
3）等角航线：航线角不变的航线 • 特点：航线角不变 • 但距离较长 实际应用中： 航程短，用等角航线； 航程长， 用大圆航线
• 罗差(△L )：罗经线和磁经线偏离的角度叫罗差； • 罗航向(LX)：以罗经线北端为基准确定• 导航的设备系统是由地面设备和机载设备共同组成的。
1）目视飞行导航及使用的设备
• 目视导航：驾驶员在航图上画出要经过的路线，并记住主 要航点处地面上的某个标志，据此不断修正航向； • 推测导航：根据飞机飞行的速度和预测的风向和风力的影 响计算出航向和时间； • 使用的机械工具和仪表：主要包括航空地图、磁罗盘、六 分仪以及时钟和计算工具； • 地面导航设施：主要是机场地面上的各种标志和指挥旗帜 以及一些灯光标志。
第三章 大气污染
第一节 概述
•大气是人类及一切生物赖以生存必不可少的物质和基 本环境要素之一 。 •人缺乏食物约可生存5周；断绝饮水约可生存5天；而 离开空气，则5 min 就会死亡。 •通常认为海平面附近的空气是干燥洁净空气，其组成 基本上不变。 •1000公里的高空以内称为大气层或大气圈，其密度随 着高度的减小而增加，大气质量约99.9％都集中在55km 以下的空间。
• 第一代大气（原始大气）-氢、氦、氖等。 • 第二代大气（还原大气）-氮、二氧化碳、 甲烷、氨和水汽。 • 现代大气（氧气大气）-干洁空气、水汽和 悬浮微粒。
一、大气污染 1. 大气组成 ①干燥洁净的混合气体（空气）：N2（78.09）、O2（20.94）、 Ar（0.934）和CO2（0.032），共占大气总容积的99．996％。 CO2和O3含量甚微，但对大气温度和生物生存起着重要作用。 CO2吸收地表的长波辐射，阻止地球散热。O3吸收太阳紫外辐 射 ，集中在20—25km的高度处，厚度为3mm。 ②悬浮微粒：固体微粒（悬浮灰、尘、花粉、细菌）、颗粒状液 体（水滴、云雾、冰晶）。影响大气的能见度，削弱太阳的辐 射强度。 ③水蒸气：含量不大，构成天气现象（云、雾、雨、霜、露）。
稳定组分： 稳定组分：氮、氧、氩、氖、氦、氪、氢、氙 等，这一组分的比例，从地球表面至90公里的 高度范围内都是稳定的。 不稳定组分：二氧化碳、二氧化硫、甲烷、硫 不稳定组分： 化氢、臭氧、氮氧化物、水汽等。主要来源于 自然界的火山爆发、地震、岩石风化、森林火 灾等和人类活动产生。
人类的生产生活活动可能改变大气组成引 起大气污染。由于大气的整体性和流动性， 大气环境问题常常是全球性的、区域性的。 目前国际关注的三大环境问题：全球性的酸 全球性的酸 浓度的增加（温室效应）、 ）、臭氧层的 雨、CO2浓度的增加（温室效应）、臭氧层的 破坏都成为全球性的环境问题。 破坏
空气动力学基本理论—大气层构造和国际标准大气
2023/12/14
电离层
从中间层顶部到高出海面800公里的高空， 空气处于高度电力状态，称为电离层，又叫 暖(热)层。
该层特点：空气密度很小，声波无法传播； 据有很强的导电性、能吸收、反射和折射无 线电波，因此对无线电通信很重要；温度很 高，并随高度的增加而上升。
3、噪声污染小。平流层距地面较高（约 12km～50km），飞机绝大部分时间在其中飞行， 对地面的噪声污染相对较小。
4、安全系数高。飞鸟飞行的高度一般达不到 平流层，飞机在平流层中飞行就比较安全．当然， 在起飞和着陆时，要想方设法驱赶开飞鸟才更为 安全。
2023/12/14
中间层
自平流层顶到85公里左右为中间层（55—85）。
对流层
对流层是靠近地表的大气最底层，它的厚 度随纬度和季节的不同而有变化。
低纬度平均为17～18km，中纬度为10～ 12km，高纬度只有8～9km。
厚度随季节变化是夏天比冬天高。
2023/12/14
对流层的厚度十分薄，不及整个大气层厚度 的1%，但大气质量的3/4和几乎全部的水汽都 集中在这一层。风、云、雨、雪、雾等主要大 气现象都发生在这一层中，它是天气变化最为 复杂的层次，因而也是对人类生产、生活影响 最大的一层。
0.3813
0.4135
0.3376
0.3648
0.2978
0.3119
0.2546
0.2666
0.2176
0.2279
0.1860
0.1948
0.1590
标准大气压的三种表述方法
标准大气压的三种表述方法的相关标准和规范前言标准大气压是描述地球上大气压强的参考值，是衡量大气压强的基准。
在科学、工程和气象学等领域中，常常需要使用标准大气压来进行计算、评估和设计。
本文将详细介绍标准大气压的三种表述方法，包括国际标准大气（ISA）、美国标准大气（US Standard Atmosphere）以及国际民航组织标准大气（ICAO Standard Atmosphere）。
我们将从标准的制定、执行和效果等方面进行阐述，并对三种表述方法进行比较和分析。
1. 国际标准大气（ISA）1.1 标准的制定国际标准大气（International Standard Atmosphere，简称ISA）是由国际民航组织（International Civil Aviation Organization，简称ICAO）于1953年制定的，后来由联合国教科文组织（United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization，简称UNESCO）于1976年再次修订和发布。
1.2 标准的执行国际标准大气被广泛应用于航空、航天、气象学和大气科学等领域。
在航空领域中，飞行员和飞行控制员使用国际标准大气来计算和验证飞行参数，以确保飞行安全。
在气象学和大气科学中，国际标准大气被用来分析和模拟大气层的结构和性质。
1.3 标准的效果国际标准大气提供了一种统一和标准化的方式来描述大气压强和温度随高度的变化。
它为航空和航天工程提供了一个理想的参考模型，使得飞行员和工程师能够进行准确的计算和预测。
2. 美国标准大气（US Standard Atmosphere）2.1 标准的制定美国标准大气（US Standard Atmosphere）是由美国标准大气局（U.S. Standard Atmosphere）于1958年制定的，后来在1976年进行了修订和更新。
国际标准大气的定义
国际标准大气的定义
国际标准大气是是指由主要构成大气气体构成，满足国际总结的共同标准。
由
规范的温度、压强、密度组成，它可被用于海报上空温度应用，包括飞机飞行、测试飞机飞行性能和军事领域等制定和改进空气动力学理论。
大气标准经过多次修订，反映了气体的混合比例的变化。
一般而言，这种标准
大气是一个定死的大气组合，全世界都在这里使用相同的混合物，以维护在多种研究上的统一性和准确性。
符合国际标准大气的组成主要由温度（T），压强（P）和密度（ρ）共同决定，满足下列三个标准：空中温度T和温度高度图具有确定性，最大和最小限定，标准场上的大气压强与高度相关；空中温度T和压强P有一个恒定的温压图，标准场上的密度ρ和高度h有确定的关系。
相对于大气的其他编号，国际标准大气具有许多特征，最为重要的是它规定的
温度和压强是常数，而其它变量是最小限定的，这有助于大气研究和分析。
从气象学角度讲，该标准大气将气象和大气模式变得更精确，经测量确定的结果或者由标准大气模式进行推断，都可以用国际标准大气模式进行检验。
国际标准大气可以帮助科学家更加准确和精准的研究大气，而且为大气科学规
律的实验和预测打下了基础。
它的重要性也被许多大气科学家充分认可和承认，通过对它的应用能够丰富空中物理学的研究领域，发展出更多关于大气方面的新知识和理念。
国际标准大气ISA
国际标准大气I S A 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]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 hPa1。
海平面空气标准密度为 kg/m3。
1 hPa 等于‘in Hg。
‘hPa’ 表示百帕，‘in Hg’ 表示英寸汞柱。
在对流层顶以下，温度以恒定的速率°C/1000米或°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°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)：在 MSL以上对流层顶以下 (36,089 英尺)：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：在对流层顶之上 (36，089 英尺)：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 - 2 x 33 = -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。
通过测量气压得到的高度被称为气压高度（PA ），可以建立一个标准(ISA)表格 (表 A1)。
ZpPRESSURE ALTITUDEP40000300002000010000Zp = f(p) ISA table(hPa)(km)246810122003005008501013.25图 A2：气压高度与气压的函数关系压力 (hPa)气压高度 (PA) FL= PA/100PA 气压高度 PA = f(P)(英尺)(米)2003866111784390250340001036334030030066916430050018287557418085048131467501013000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 m/s2)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 J/kg/K)结果：在平均海平面 (MSL)：P= hPa高于 MSL但低于对流层顶 (36,089 英尺)：其中 P= hPa (海平面的标准气压)T= 288 .15 K (海平面的标准温度)= oC/mg 0 = m/s2RTP=ρRg)hT(PPαα01-=R = 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。
国际标准大气和飞行高度的确定一
飞机一般在以上高度范围内活动。
第一节 大气层
2、密度 地球外层空气的存在是因为地球的引力 将其包围在自己的周围
• 随高度的增加，空气的密度就会越小
第一节 大气层
3、压力 大气压力是物体单位面积上所承受的大气
柱的重量
• 随高度的增加，大气压力降低。
第一节 大气层
4、对飞行的影响 • 飞行高度太高，空气密度很小，发动机
•
2、公式
：
m v
第一节 大气层
• 3、单位 ：标准单位为 工程单位为
kg / m3
kg s2 / m4
• 4、对概念的理解（与人口密度比较理解）
第一节 大气层
• （二）、空气的温度（T） • 1、概念：空气的温度指空气的冷热程度。 • 2、定理：布朗运动
气体的温度越高，空气分子不规则运 动的越快，分子的平均动能越大。
第三章 航空器活动的环境 及导航
大气层基本介绍 空中导航
EXIT
第一节 大气层
本节内容： 一、大气物理参数 二、大气各物理参数随高度的变化 三、大气的分层 四、国际标准大气和飞行高度的确定
ห้องสมุดไป่ตู้
m
v
第一节 大气层
一、大气物理参数
• （一）、空气的密度（）
• 1、概念：单位体积内的空气质量
• 起飞和降落阶段使用
第一节 大气层
2、海平面气压高度（QNH） • 以当地实际海平面的气压数据作为高度
的基准面，飞机高度表上表示出来的高 度就是飞机的实际海拔高度
• 爬升和下降阶段使用
第一节 大气层
3、标准气压高度（ISA） • 以国际标准大气的基准面得到的高度称
第三章 国际标准大气及应用
pH p p H 11 及 p0 p11 p0
H H 11 0 11 0
11 =0.2970756 0
p11 =0.2233609 、 由前式： p0
θ＝Ｔ/Ｔ0＝0.75186535, T＝216.65°K＝－56.5°C
p 11000 H 0.2233609 exp p0 .62 6341
pH H TH H p11 11 T11 11
由状态方程得
g ( H 11000 H ) 11000 H exp exp 11 RT11 6341.62
附录B第19页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
在 11000≤Ｈ≤20000 m 时:
附录B第13页
附录 B
国际标准大气的规定
•温度的变化
从0到11km或36089ft（对流层顶），对流层内标准温度递减率 为：每增加1000m温度递减6.5C，或每增加1000ft温度递减2C。 从11km到20km之间的平流层底部气体温度为常值：-56.5 C 。
附录B第14页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
P / P0 ;
/ 0 ;
例: 已知某处气压高度为43000ft, 该处温度为ISA＋15, 求该处的δ、P、σ、ρ、θ、T。
作业：72页，第22、23、24、25题。
附录B第27页
附录 B
气压高度的应用
性能手册和图表都是按气压高度及ISA+△T形式 给出的
– 飞机的性能都与P、ρ、T有关
否则, 如ｐ≥5475帕
HP＝4902－20805.8Ｌn(p/p0) HP＝1494.2－6341.62Ｌn(p/p0) (ft) 或 (B-33) (B-34) (B-35) (B-36)
国际标准大气
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 hPa1。
海平面空气标准密度为 kg/m3。
1 hPa 等于‘in Hg。
‘hPa’ 表示百帕，‘in Hg’ 表示英寸汞柱。
在对流层顶以下，温度以恒定的速率°C/1000米或°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°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)：在 MSL以上对流层顶以下 (36,089 英尺)：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：在对流层顶之上 (36，089 英尺)：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 - 2 x 33 = -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。
通过测量气压得到的高度被称为气压高度（PA ），可以建立一个标准(ISA)表格 (表 A1)。
ZpPRESSURE ALTITUDE P40000300002000010000(ft)Zp = f(p) ISA table(hPa)(km)246810122003005008501013.25图 A2：气压高度与气压的函数关系压力 (hPa)气压高度 (PA)FL= PA/100PA 气压高度 PA = f(P)(英尺) (米) 200 38661 11784 390 250 34000 10363 340 300 30066 9164 300 500 18287 5574 180 850 4813 1467 50 1013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 m/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 J/kg/K)结果：在平均海平面 (MSL)：P 0 = hPa高于 MSL 但低于对流层顶 (36,089 英尺)：其中 P 0 = hPa (海平面的标准气压) T 0 = 288 .15 K (海平面的标准温度) = oC/m g 0 = m/s 2RTP=ρRg)h T (P P αα001-=R = J/kg/Kh = 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。
飞机机电设备维修《国标标准大气(ISA)》
国标标准大气〔ISA 〕国际标准大气的制定飞行器在大气层中飞行时，其飞行性能与大气的物理性质密切相关。
而大气的物理性质〔密度、温度、压力等〕都会随着地理位置、高度、季节、时间等不同而变化。
同一架飞机在不同地点试飞会得出不同的飞行性能；在同一地点不同时间、季节试飞也会得出不同的结果。
在设计、计算飞机飞行性能时也需要有一个标准的大气物理参数可以采用。
为了便于计算、整理和比拟飞机的试飞结果并给出标准的飞机性能数据，必须有一个标准的大气状态作为基准，为此制定了国标标准大气。
国标标准大气〔ISA 是由国际民航组织ICAO 制定的，它是以北半球中纬度地区大气物理性质的平均值为依据，加以适当的修正建立的。
国标标准大气包括以下主要内容：1、大气是静止的、相对湿度为零的、洁净的完全气体。
大气的物理参数——密度、温度和压力的关系服从完全气体的状态方程。
即：P RT ρ=2-42300——/ ——/ ——287.06/* ——p N m kg m R J kg K T K P 大气压力（）大气密度（）气体常数（）大气的绝对温度（） 从状态方程可以得出大气密度、温度和压力之间的关系：压力不变，密度和温度成反比；密度不变，压力和温度成正比；温度不变，密度和压力成正比。
以海平面作为计算高度的起点，即海平面处H=0。
在该处的大气物理参数：7601013.25p mmHg hPa =（）；015288.15T K =℃（）；31.225/kg m ρ=；340.29/a m s =2、根据海平面大气物理参数值，计算出各个高度上标准大气的物理参数，如表2-2所示。
从表中可以看出，随着高度的增加，大气的密度和压力都在减小。
温度的变化却比拟复杂，在11m 以下的对流层内，每上升1m ，温度下降06.5 6.5K （℃）。
在平流层的底部1120km h km （＜＜），大气的温度为常值-0216.65056.50K （℃)，在平流层的上部，温度又开始上升。
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p p0
0
T T0
附录B第17页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
在 Ｈ≤11000 m 时:
Ｔ＝288.15－0.0065×H θ＝Ｔ/Ｔ0＝1－2.25577×10－5H δ＝ｐ/ｐ0＝(1－2.25577×10－5H)5.25588 σ＝ρ/ρ0＝(1－2.25577×10－5H)4.25588 (H－ｍ) (H－ｍ) (H－ｍ) (H－ｍ)
附录B第18页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
在 11000≤Ｈ≤20000 m 时:
dp gdy 由： p RT
积分：
pH
p11
dp g p R
H
11000
dy T11
求解得：
g ( H 11000 pH ) 11000 H exp exp p11 RT11 .62 6341
附录B第34页
附录 B
场面气压QFE
附录B第35页
附录 B
修正海压QNH
QNH --为使高度表在跑道道面上指示机场标高 的高度表的零点拨正值。
思考： 1、飞机起飞前按QNH调整高度表小窗中的数字为QNH时, 高度表指示什
么？离地后指示什么？
2、计算起飞性能、着陆性能时应该使用机场气压高度而不是机场标高 ， 机场标高与机场的气压高度有什么不同？怎么测得机场的气压高度？
附录 B
习题：
例1 计算标准大气下10000米上的大气参数；
例2 计算标准大气下37000英尺上的大气参数；
附录B第23页
附录 B
国际标准大气及其应用
§1.几何高度与重力势高度 §2.国际标准大气 §3.气压高度 §4.ＱＦＥ与ＱＮＨ §5.气压高度与几何高度的换算
§6.各种空速的定义与换算
附录B第24页
– 1、国际标准大气与实际大气是否相同？ – 2、为什么要规定国际标准大气？
实际大气 国际标准大气的规定 国际标准大气压强和密度的计算方法 国际标准大气表
附录B第9页
附录 B
实际大气
若以气温变化为基准，则可将大气分为对流层、平 流层、中间层、电离层、和散逸层等五层。
附录B第10页
附录 B
附录B第33页
附录 B
场面气压QFE
QFE--场面气压(Station pressure), 即机场道面 的大气压强
思考： 1、在道面上把高度表的零点调到1013(或29.92), 则高度表的读数 是什么？ 2、当飞机停在道面上时, 调整高度表小窗中的数字为QFE ，高度
表的读数是什么？起飞后是什么？
由定义可知：
mg0 H mg( y)dy
0
h
R h h H R h 1 h R
重力势高度小于几何高度
H R
h
附录B第6页
附录 B
§1.几何高度与重力势高度
在32KM以下，H与h相差很小，认为相等
– 相对误差不超过5‰
民航飞机飞机高度一般不超过45000ft,可以认为 H=h
附录 B
气压高度
根据实际压强，按照ISA中压强与高度的关 系，确定出的高度。
例：飞机在实际大气中10000米高空飞行，外界压强 P=22631.8帕，求飞机的几何高度、气压高度？
几何高度：10000米； 气压高度：11000米；
对于ISA, 气压高度＝几何高度(严格说是等于位势高度), 对于非 ISA, 几何高度≠气压高度
所以，ISA偏差即温度差为：
ISA偏差= T实际T标准=20C11C=9C， 表示为：ISA+9C
附录B第26页
附录 B
非标准大气的计算
1. 由气压高度求出压强、温度
（查表或用公式计算）
2. 进行温度修正：T T T ; 3. 求出其他参数：
P RT ;
T / T0 ;
P / P0 ;
/ 0 ;
例: 已知某处气压高度为43000ft, 该处温度为ISA＋15, 求该处的δ、P、σ、ρ、θ、T。
作业：72页，第22、23、24、25题。
附录B第27页
附录 B
气压高度的应用
性能手册和图表都是按气压高度及ISA+△T形式 给出的
– 飞机的性能都与P、ρ、T有关
由静平衡条件得:
pds ( p dp)ds gdsdy
状态方程得
P / RT
ds P+dP (B-4) dy
dp gdy p RT
上式对任一高度都成立
p
附录B第15页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
在 Ｈ≤11000 m 时:
pH
p0
dp g p R
重力势高度（位势高度）
–在实际引力场中某个几何高度h上的重力势能大小与 均匀引力场中某高度H上重力势能相同。均匀场中的H 就是位势高度。
均匀引力场g0 E=Mg0H 实际引力场g E=Mgh
附录B第5页
附录 B
§1.几何高度与重力势高度
重力势高度（位势高度）
飞机在实际引力场中5000米上的重力势能大小, 与均匀引力场中4995米高度上的重力势能相同, 则飞 机的几何高度? 重力势高度?
附录B第12页
附录 B
国际标准大气的规定
认为空气是完全气体，即满足气体状态方程。 相对湿度为0 海平面高度为0，称为ISA标准海平面 T0=288.15K、15C或59F。
标准海压P0=1013.25hPa或29.92inHg
标准大气海平面密度ρ0=1.225kg/m3 标准大气海平面音速: a0=661.475knots=340.294m/s=1116.45ft/s
– 非标准大气气压高度与几何高度的换算 – 在飘降越障和确定起飞时改平加速高度方面的应用
6 各种空速的定义与换算
– 理解各种空速的定义 – 熟练掌握各种空速以及空速与Ｍ数之间的换算
附录B第2页
附录 B
国际标准大气及其应用
§1.几何高度与重力势高度 §2.国际标准大气 §3.气压高度 §4.ＱＦＥ与ＱＮＨ §5.气压高度与几何高度的换算
当QNH＜P0＝1013.25百帕(29.92126英寸汞柱)时, 机场气 压高度Hp＞标高ELE;
当QNH＞P0＝1013.25百帕(29.92126英寸汞柱)时, 机场气 压高度Hp＜标高ELE。
P121，表B-3用于确定机场气压高度
附录B第40页
附录 B
QFE、QNH和QNE
在起飞、着陆阶段之所以用QFE或QNH调整高度表，是因为需要知 道飞机距机场道面的高度。
实际大气
– 高度增加，空气密度减小。 – 随着高度增加，空气压力减小。 – 高度增加，气温近似线性降低（11000米对流层内）
Km Kft hPa
Kg/m3
温度
kg/m
3
电离层(暖层)
中间层 平流层(同温层 ) 对流层
附录B第11页
附录 B
国际标准大气
所谓国际标准大气， 简称ISA，就是人为地规 定一个不变的大气环境， 作为计算和试验飞机的 统一标准。 以北半球中纬度地 区（北纬35°～60°） 大气物理特性的平均值 为依据，并加以适当修 正而建立。
座舱压强是按气压高度给出的
– 座舱高度不得高于8000ft(为保证旅客舒适) – 增压系统故障时不得高于15000ft
飞机飞行高度层
附录B第28页
附录 B
由气压P确定气压高度HP
如p≥22632帕 HP＝145442×[1－(p/p0)0.1902631] HP＝44330.8×[1－(p/p0)0.1902631] (ft) ( m) 或 (B-31) (B-32)
附录B第36页
附录 B
修正海压QNH
附录B第37页
附录 B
由机场标高和QNH求机场的气压高度
附录B第38页
附录 B
由机场标高和QNH求机场的气压高度
附录B第39页
附录 B
由机场标高和QNH求机场的气压高度
Hp＝ELE＋145442×[1－(QNH/p0)0.1902631 ] Hp＝ELE＋44330.8×[1－(QNH/p0)0.1902631 ] 机场标高 修正海面的气压 (ft) (m) ............ (B-37）
附录B第29页
附录 B
国际标准大气及其应用
§1.几何高度与重力势高度 §2.国际标准大气 §3.气压高度 §4.ＱＦＥ与ＱＮＨ §5.气压高度与几何高度的换算
§6.各种空速的定义与换算
附录B第30页
附录 B
气压高度表
附录B第31页
附录 B
气压高度表
附录B第32页
附录 B
气压高度的基准面
场面气压QFE： 修正海压QNH： 标准气压面QNE
pH H TH H p11 11 T11 11
由状态方程得
g ( H 11000 H ) 11000 H exp exp 11 RT11 6341.62
附录B第19页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
在 11000≤Ｈ≤20000 m 时:
因:
pH p p H 11 及 p0 p11 p0
H H 11 0 11 0
11 =0.2970756 0
p11 =0.2233609 、 由前式： p0
θ＝Ｔ/Ｔ0＝0.75186535, T＝216.65°K＝－56.5°C
p 11000 H 0.2233609 exp p0 .62 6341