Atmósfera estándar de EE. UU.

Modelo atmosférico estático

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

La Atmósfera Estándar de los Estados Unidos es un modelo atmosférico estático de cómo cambian la presión , la temperatura , la densidad y la viscosidad de la atmósfera terrestre 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 de la Atmósfera Estándar de los Estados Unidos y se actualizó en 1962, 1966 y 1976. Es en gran medida consistente en metodología con la Atmósfera Estándar Internacional , y difiere principalmente en la distribución de temperatura asumida en altitudes mayores.

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

Metodología

El modelo matemático USSA divide la atmósfera en capas con una distribución lineal asumida 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 la 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 límite ):

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

• la ley de los gases ideales en forma molar , que relaciona la presión, la densidad y la 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 del gas para el aire seco.

Para calcular la presión, es necesario calcular la densidad del aire, que se utiliza para calcular la presión dinámica de los 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.

Por lo tanto, la norma consiste en una tabulación de valores a distintas altitudes, más algunas fórmulas mediante las cuales se derivaron esos valores.

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

Versión de 1962

Los supuestos básicos hechos 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 componentes del nivel del mar son (en porcentaje molar):
  • N° 2 – 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
  • Temperatura = 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 ft⋅lb/(lbmol⋅°R) = 8,31432 J/(mol⋅K).

El Reglamento Federal de Aviación define la Atmósfera Estándar en 14 CFR 1.1 por referencia a la Atmósfera Estándar de EE. UU. de 1962 (tablas de altitud geopotencial).

Versión de 1976

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

Véase también

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

Referencias

1. Altitud geométrica vs. 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 de tablas para la ciencia de la ingeniería aplicada del CRC . Boca Raton: CRC Press . ISBN 0-8493-0252-8.
4. Atmósfera estándar de EE. UU., 1962, Oficina de 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 estadounidense de la atmósfera estándar de la OACI, Imprenta del Gobierno de EE. UU., Washington, DC, 1958.
• Atmósfera estándar de EE. UU., 1962, Oficina de Imprenta del Gobierno de EE. UU., Washington, DC, 1962. [1]
• Suplementos atmosféricos estándar de EE. UU., 1966, Oficina de Imprenta del Gobierno de EE. UU., Washington, DC, 1966.
• Atmósfera estándar de EE. UU., 1976, Oficina de Imprenta del Gobierno de EE. UU., Washington, DC, 1976 (el archivo vinculado tiene 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 la atmósfera estándar de EE. UU. de 1976 en línea
• Calcular 28 propiedades de la atmósfera estándar de 1976