第三章 国际标准大气及应用
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– 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
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。
附录B第25页
附录 B
ISA偏差
某处实际温度与ISA标准温度的差值。
例1.1：已知某机场场温20C，机场气压高度2000英尺。 求：机场高度处ISA偏差。 解： 在压力高度为2000英尺的机场处，ISA标准温度应为： T标准=15C（2C/1000ft）2000ft=11C， 而实际温度为：T实际=20C，
H
0
dy T0 0.0065y
5.25588
求解可得
TH pH T p0 0
由状态方程得：
(B-6)
pH H TH P 0 T0 0
4.25588
故:
TH H 0 T 0
(B-8)
附录B第16页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
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)
＝36089－20805.8Ｌn(δ/0.2233609) (ft) ( m) ＝11000－6341.62Ｌn(δ/0.2233609) ( m)
– 相对误差不超过2.2 ‰
在飞行动力学中一般认为g为常数。
附录B第7页
附录 B
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8页
附录 B
§2.国际标准大气
思考：
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
§6.各种空速的定义与换算
附录B第3页
附录 B
§1.几何高度与重力势高度
几何高度：
用标准的长度测量工具从基准点量到测量点的 垂直距离。
•身高、楼高 •机场标高 •—基准是平均海平面，黄海高程系 •海拔高度 •地势的高低起伏对应的几何高度，有时又叫高程
•。。。。。。
附录B第4页
附录 B
§1.几何高度与重力势高度
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
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?
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 ;
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:
11000 H 0.2970756 exp Hale Waihona Puke Baidu0 .62 6341
附录B第20页
附录 B
国际标准大气表
为了使用方便
压强随高度的增加而减小，但减少得越来越慢， 这说明气压式高度表在高空的灵敏度、精度随着高度 的增加而降低。
附录B第21页
附录 B
附录B第22页
定义
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
附录 B
国际标准大气（ISA）及应用
附录 B
国际标准大气及其应用
1. 几何高度与重力势高度
– 重力势高度的定义、与几何高度的区别及其计算
2. 国际标准大气
– 国际标准大气规定、海平面参数 – 在不同高度范围内、特别是非标准大气时δ、σ、θ的计算
3. 气压高度 4. ＱＦＥ与ＱＮＨ 5. 气压高度与几何高度的换算
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
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。
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
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
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
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)
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
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？
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？
– 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
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
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。
附录B第25页
附录 B
ISA偏差
某处实际温度与ISA标准温度的差值。
例1.1：已知某机场场温20C，机场气压高度2000英尺。 求：机场高度处ISA偏差。 解： 在压力高度为2000英尺的机场处，ISA标准温度应为： T标准=15C（2C/1000ft）2000ft=11C， 而实际温度为：T实际=20C，
H
0
dy T0 0.0065y
5.25588
求解可得
TH pH T p0 0
由状态方程得：
(B-6)
pH H TH P 0 T0 0
4.25588
故:
TH H 0 T 0
(B-8)
附录B第16页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
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)
＝36089－20805.8Ｌn(δ/0.2233609) (ft) ( m) ＝11000－6341.62Ｌn(δ/0.2233609) ( m)
– 相对误差不超过2.2 ‰
在飞行动力学中一般认为g为常数。
附录B第7页
附录 B
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8页
附录 B
§2.国际标准大气
思考：
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
§6.各种空速的定义与换算
附录B第3页
附录 B
§1.几何高度与重力势高度
几何高度：
用标准的长度测量工具从基准点量到测量点的 垂直距离。
•身高、楼高 •机场标高 •—基准是平均海平面，黄海高程系 •海拔高度 •地势的高低起伏对应的几何高度，有时又叫高程
•。。。。。。
附录B第4页
附录 B
§1.几何高度与重力势高度
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
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?
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 ;
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:
11000 H 0.2970756 exp Hale Waihona Puke Baidu0 .62 6341
附录B第20页
附录 B
国际标准大气表
为了使用方便
压强随高度的增加而减小，但减少得越来越慢， 这说明气压式高度表在高空的灵敏度、精度随着高度 的增加而降低。
附录B第21页
附录 B
附录B第22页
定义
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
附录 B
国际标准大气（ISA）及应用
附录 B
国际标准大气及其应用
1. 几何高度与重力势高度
– 重力势高度的定义、与几何高度的区别及其计算
2. 国际标准大气
– 国际标准大气规定、海平面参数 – 在不同高度范围内、特别是非标准大气时δ、σ、θ的计算
3. 气压高度 4. ＱＦＥ与ＱＮＨ 5. 气压高度与几何高度的换算
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
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。
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
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
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
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)
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
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？
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？
– 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