Атмосфера стандартная. Параметры

_______________

* Содержание газа может подвергаться существенным изменениям, в зависимости от места и времени.

** Рассчитано по уравнению состояния идеального газа (2).

Молярная масса воздуха определена из уравнения состояния идеального газа (2) при подстановке принятых значений стандартных давлений , плотности и температуры с на среднем уровне моря и универсальной газовой постоянной .

Молярная масса до высоты 94 км постоянная и равна . Далее с увеличением высоты она уменьшается до 28,91 кг/кмоль на высоте 97000 м в соответствии с выражением

.

Дальнейшее уменьшение до 97500 и для 97500 120000 м происходит по линейному закону с градиентами соответственно равными -0,00012 и -0,0001511 кг/(м·кмоль).

Интервал высот от 120000 до 1200000 м разбит на шесть участков, в каждом из которых молярная масса аппроксимируется полиномом третьей степени:

,

где - коэффициенты полинома, представленные в табл.3.

Таблица 3

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5. Параметры атмосферы на среднем уровне моря

В расчетах параметров стандартной атмосферы средний уровень моря принят за нулевую высоту, для которой значения необходимых расчетных параметров представлены в табл.4.

Таблица 4

Исходными для расчетов являются стандартное ускорение свободного падения , эффективный диаметр молекул воздуха при столкновениях и стандартные: давление , температура и плотность .

6. Температура, вертикальный градиент температуры

Соотношение между термодинамическими температурами Кельвина - и Цельсия - выражаются формулой

, (5)

где 273,15 К - термодинамическая температура Кельвина для точки таяния льда при давлении 101325 Па.

По характеру изменения температуры с высотой атмосферу принято делить на несколько слоев: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Для расчета параметров атмосферы на высотах до 94000 м температура каждого слоя аппроксимируется линейной функцией геопотенциальной высоты

, (6)

где - градиент термодинамической температуры по геопотенциальной высоте (здесь и далее значения параметров с индексом "*" относятся к нижней границе рассматриваемого слоя).

Для удобства расчетов вводится понятие так называемой молярной температуры

, (7)

которая изменяется линейно по геопотенциальной высоте и уравнение (6) соответственно принимает вид

, (8)

где - градиент молярной температуры по геопотенциальной высоте.

Значения температуры и ее вертикальных градиентов, принятые для расчета параметров стандартной атмосферы до высоты 120 км даны в табл.5.

Таблица 5

Выше 120 км принято кусочно-линейное изменение термодинамической температуры по геометрической высоте

, где (cм. табл.6).

Таблица 6

(Измененная редакция, Изм. N 1).

7. Давление

7.1. Высоты от минус 2000 до 120000 м

При линейном изменении молярной температуры по геопотенциальной высоте (см. табл.5) решение уравнения статики атмосферы (1) и уравнения состояния газа (2) с использованием соотношений (7) и (8) дает следующие расчетные формулы:

- для

и - для

7.2. Высоты от 120000 до 1200000 м.

На высотах более 120 км, где принято кусочно-линейное изменение кинетической температуры по геометрической высоте (табл.6), давление , Па, удобно рассчитывать как функцию концентрации нейтральных частиц воздуха и кинетической температуры :

.

8. Плотность и удельный вес

Плотность , кг·м , рассчитывается по давлению и температуре с помощью уравнения состояния

.

Удельный вес , Н·м , есть отношение веса воздуха к его объему, то есть

.

9. Масштаб высоты по давлению

Масштаб высоты или шкала высоты , м, по давлению определяется уравнением

.

10. Концентрация частиц воздуха

10.1. На высотах до 120000 м концентрация частиц , м , т.е. количество нейтральных частиц воздуха в единице объема, находится по уравнению

.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

10.2. На высотах более 120000 м концентрация частиц аппроксимируется полиномом четвертой степени вида

, (9)

где коэффициенты и показатель степени в указанных интервалах высот приведены в табл.7.

Таблица 7

Коэффициенты полинома (9), аппроксимирующего концентрацию частиц

Примечание. Однозначное или двузначное число со знаком плюс или минус, стоящее после значения параметра, является показателем степени десяти - сомножителя данного значения параметра.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

11. Средняя скорость частиц воздуха

Средняя арифметическая скорость движения частиц воздуха , м·с , полученная исходя из максвелловского распределения скоростей молекул одноатомного идеального газа в условиях термодинамического равновесия и отсутствия внешнего силового воздействия

.

12. Средняя длина свободного пробега частиц воздуха

Между двумя последовательными соударениями частица воздуха движется прямолинейно и равномерно, проходя в среднем определенное расстояние, называемое средней длиной свободного пробега частицы воздуха . С учетом распределения относительных скоростей соударяющихся частиц величина , м, определяется выражением