Atmósfera estándar de EE. UU.

Modelo atmosférico estático

Comparación del gráfico de atmósfera estándar de EE. UU. de 1962 de altitud geométrica con la densidad del aire , la presión , la velocidad del sonido y la temperatura con altitudes aproximadas de varios objetos. ^[1]

La atmósfera estándar de EE. UU . es un modelo atmosférico estático de cómo cambian la presión , la temperatura , la densidad y la viscosidad de la atmósfera de la Tierra en un amplio rango de altitudes o elevaciones . El modelo, basado en un estándar internacional existente, fue publicado por primera vez en 1958 por el Comité de Extensión a la Atmósfera Estándar de EE. UU. y fue actualizado en 1962, 1966 y 1976. Es en gran medida consistente en metodología con la Atmósfera Estándar Internacional , difiriendo. principalmente en la distribución de temperatura supuesta en altitudes más altas.

Visualización de la composición por volumen de la atmósfera terrestre. No se incluye el vapor de agua, ya que es muy variable. Cada pequeño cubo (como el que representa el criptón) tiene una millonésima parte del volumen del bloque completo. Los datos son de NASA Langley.

Metodología

El modelo matemático de la USSA divide la atmósfera en capas con una distribución lineal supuesta de la temperatura absoluta T frente a la altitud geopotencial h . ^[2] Los otros dos valores (presión P y densidad ρ ) se calculan resolviendo simultáneamente las ecuaciones resultantes de:

• la variación de presión vertical , que relaciona la presión, la densidad y la altitud geopotencial (utilizando una presión estándar de 101.325 pascales (14,696 psi) al nivel medio del mar como condición de contorno ):

${\displaystyle {\frac {dP}{dh}}=-\rho g}$, y

• la ley de los gases ideales en forma molar , que relaciona presión, densidad y temperatura:

${\displaystyle \ P=\rho R_{\rm {specific}}T}$

en cada altitud geopotencial, donde g es la aceleración estándar de la gravedad y R _específica es la constante específica de los gases para el aire seco.

La densidad del aire debe calcularse para resolver la presión y se utiliza para calcular la presión dinámica de vehículos en movimiento. La viscosidad dinámica es una función empírica de la temperatura y la viscosidad cinemática se calcula dividiendo la viscosidad dinámica por la densidad.

Así, la norma consiste en una tabulación de valores a diversas altitudes, además de algunas fórmulas mediante las cuales se derivaron esos valores.

Para permitir modelar las condiciones por debajo del nivel medio del mar , la troposfera en realidad se extiende a -2.000 pies (-610 m), donde la temperatura es 66,1 °F (18,9 °C), la presión es 15,79 libras por pulgada cuadrada (108.900 Pa) y la densidad es 0,08106 libras por pie cúbico (1,2985 kg/m ³ ).

versión 1962

Las suposiciones básicas hechas para la versión de 1962 fueron: ^[3]

• el aire es una mezcla de gases limpia, seca y perfecta ( c _p / c _v = 1,40)
• peso molecular a 90 km de 28,9644 (escala C-12)
• Se supone que los principales constituyentes del nivel del mar son (en porcentaje molar):
  • N2 – 78,084 %
  • O2 – _20,9476 %
  • Ar – 0,934%
  • CO2 _– 0,0314%
  • Ne – 0,001818%
  • Él – 0,000524%
  • CH4 _– 0,0002%.
• Las condiciones medias asignadas al nivel del mar son las siguientes:
  • P = 14,696 psi = 2116,22 psf = 101325 Pa = 760 mm Hg = 29,92  inHg = 0,1013250 MN/m ²
  • T = 59 °F = 518,67 °R = 15 °C = 288,15 K
  • ρ = 0,0764734 lb/(pies cúbicos) = 1,225 0 kg/m ³
  • g = 32,174 1 pie/ ^s2 = 9,80665 m/ ^s2
  • R * = 1545,31 pies⋅lb/(lbmol⋅°R) = 8,31432 J/(mol⋅K).

Las Regulaciones Federales de Aviación definen la Atmósfera Estándar en 14 CFR 1.1 con referencia a la Atmósfera Estándar de EE. UU. de 1962 (tablas de altitud geopotencial).

versión 1976

Esta es la versión más reciente y se diferencia de las versiones anteriores sólo por encima de los 51 km:

Ver también

• Modelos atmosféricos
• NRLMSISE-00
• fórmula barométrica
• Temperatura y presión estándar

Referencias

1. Altitud geométrica frente a temperatura, presión, densidad y velocidad del sonido derivada de la atmósfera estándar de EE. UU. de 1962.
2. Gyatt, Graham (14 de enero de 2006): "La atmósfera estándar". Un modelo matemático de la atmósfera estándar estadounidense de 1976.
3. Tuve, George Lewis; Bolz, Ray E. (1973). Manual CRC de tablas para ciencias de la ingeniería aplicada . Boca Ratón: CRC Press . ISBN 0-8493-0252-8.
4. Atmósfera estándar de EE. UU., 1962, Imprenta del gobierno de EE. UU., Washington, DC, 1962, https://www.ngdc.noaa.gov/stp/space-weather/online-publications/miscellaneous/us-standard-atmosphere-1976/ us-standard-atmosphere_st76-1562_noaa.pdf

Documentos

• Extensión de EE. UU. a la atmósfera estándar de la OACI, Imprenta del Gobierno de EE. UU., Washington, DC, 1958.
• Atmósfera estándar de EE. UU., 1962, Imprenta del gobierno de EE. UU., Washington, DC, 1962. [1]
• Suplementos de atmósfera estándar de EE. UU., 1966, Imprenta del gobierno de EE. UU., Washington, DC, 1966.
• US Standard Atmosphere, 1976, Imprenta del Gobierno de EE. UU., Washington, DC, 1976 (el archivo vinculado mide 17 MB).

enlaces externos

• Modelo Web GSFC de la NASA
• Un modelo matemático de la atmósfera estándar estadounidense de 1976
• Calculadora y generador de tablas de atmósfera estándar de EE. UU. de 1976 en línea
• Calcular 28 propiedades de la atmósfera estándar de 1976