国際標準大気

国際標準大気（ISA）は、地球の大気の圧力、温度、密度、粘性が、広範囲の高度または標高でどのように変化するかを示す静的大気モデルです。温度と圧力の共通基準を提供するために確立されており、さまざまな高度での値の表と、それらの値を導出したいくつかの式で構成されています。国際標準化機構（ISO）は、ISAを国際規格ISO 2533:1975として発行しています。^[1]国際民間航空機関（ICAO）や米国政府などの他の標準化団体は、独自の標準化機関の下で、同じ大気モデルの拡張またはサブセットを発行しています。

ISAの数学モデルは、絶対温度 Tとジオポテンシャル高度 hの線形分布を仮定して大気を層に分割します。^[2]他の2つの値（圧力Pと密度ρ ）は、次の方程式を同時に解くことで計算されます。

• 静水圧バランスから生じる垂直圧力勾配。これは圧力の変化率と地形高度を関連付けます。

${\displaystyle {\frac {dP}{dh}}=-\rho g}$、 そして

• 圧力、密度、温度を関係付ける理想気体のモル法則:

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

ここで、gは標準重力加速度、R _{specific は乾燥空気の}比気体定数(287.0528J⋅kg ⁻¹ ⋅K ⁻¹ )です。解は気圧式で与えられます。

圧力を求めるには空気の密度を計算する必要があり、空気の密度は移動中の車両の動圧を計算する際に使用されます。動粘性は温度の実験関数であり、動粘性は動粘性を密度で割って計算されます。

したがって、この標準は、さまざまな高度における値の表と、それらの値を導出したいくつかの公式で構成されています。地球上の最低地点に対応するために、モデルは、海抜マイナス 610 メートル (2,000 フィート) のベース ジオポテンシャル高度から開始し、標準温度を 19 °C に設定しています。温度減率が -6.5 °C (-11.7 °F) / km (およそ -2 °C (-3.6 °F) / 1,000 フィート) の場合、表は、温度 15 °C (59 °F)、圧力 101,325 パスカル (14.6959 psi) (1 atm )、密度 1.2250 キログラム/立方メートル (0.07647 ポンド/立方フィート) の標準平均海面値に補間されます。対流圏の表は11,000メートル（36,089フィート）まで続き、そこでは気温は-56.5℃（-69.7℉）、気圧は22,632パスカル（3.2825psi）、密度は0.3639キログラム/立方メートル（0.02272ポンド/立方フィート）まで下がります。11kmから20kmの間では気温は一定のままです。^{[3] [4]}

ジオポテンシャル高度1キロメートルあたりの減率（正の減率（λ > 0）は高度とともに温度が上昇することを意味する）

上記の表では、ジオポテンシャル高度は高度による重力の変化を考慮して高度を調整する数学モデルから計算されており、幾何学的高度は平均海面（MSL）からの標準的な直線垂直距離です。^[2]

• 2 つの高度を関連付ける式は次のとおりです (ここで、z は幾何学的高度、h はジオポテンシャル高度、このモデルではr _{0 = 6,356,766 m)。}

${\displaystyle \ z={\frac {r_{0}h}{r_{0}-h}}}$

表に記載されている減率は、幾何学的高度ではなく、地理的高度 1 キロメートルあたりの °C として示されていることに注意してください。

ISA モデルは、ISO の TC 20/SC 6 技術委員会によって決定された中緯度の平均条件に基づいています。このモデルは、20 世紀半ばから定期的に改訂されてきました。

ISA は、さまざまな高度でのエンジンと車両のパフォーマンスの計算とテストのための再現可能なエンジニアリング リファレンスを可能にするために、仮想の標準日をモデル化します。実際の大気の状態 (風の状態による気圧の変化など) の厳密な気象モデルは提供されません。湿度の影響も考慮されません。空気は乾燥していて清潔で、組成が一定であると想定されます。湿度の影響は、標準大気モデルから圧力と密度を取得した後、空気の 熱力学的状態に水蒸気を追加することで、車両またはエンジンの分析で考慮されます。

非標準（暑い日や寒い日）は、高度の標準温度に指定された温度差を加えることでモデル化されますが、圧力は標準日の値として取られます。密度と粘度は、理想気体の状態方程式を使用して、結果として得られる温度と圧力で再計算されます。高度による暑い日、寒い日、熱帯、極地の温度プロファイルは、米国国防総省のMIL-STD-210Cやその後継のMIL-HDBK-310など、性能基準として使用するために定義されています。^[6]

国際民間航空機関（ICAO）は、1993年に「ICAO標準大気」をDoc 7488-CDとして発行しました。これはISAと同じモデルですが、高度範囲が80キロメートル（262,500フィート）まで拡張されています。^[7]

ISA と同様に、ICAO 標準大気には水蒸気は含まれません。

ICAO によって定義された値の一部は次のとおりです。

航空基準と飛行規則は国際標準大気に基づいています。対気速度計は、空気密度が 1.225 kg/m ³の国際標準大気の海面で動作していると仮定して較正されています。

ICAO標準大気の物理的性質は以下の通りである: ^[8]

米国標準大気は、広範囲の高度における大気の温度、密度、圧力、その他の特性の値を定義する一連のモデルです。既存の国際標準に基づいた最初のモデルは、1958年に米国標準大気拡張委員会によって公開され、^{[9] 1962年、 [5]} 1966年、^[10] 1976年に更新されました。 ^[11]米国標準大気、国際標準大気、WMO（世界気象機関）標準大気は、高度32kmまでのISO国際標準大気と同じです。^{[12] [13]}

NRLMSISE-00は、地上から宇宙までの地球の大気の新しいモデルで、米国海軍研究所が実際の衛星の抗力データを考慮して開発しました。このモデルの主な用途は、大気の抗力による衛星の軌道の減衰の予測を支援することです。COSPAR国際基準大気(CIRA) 2012 と ISO 14222 地球大気密度規格はどちらも、組成用途に NRLMSISE-00 を推奨しています。

JB2008は、現実的な太陽放射照度と地磁気嵐の時間的変化を考慮して、米国空軍宇宙コマンドと宇宙環境技術によって開発された、高度120kmから2000kmまでの地球の大気の新しいモデルです。 ^[14]これは、大気抵抗による衛星軌道の減衰を計算するのに最も役立ちます。CIRA 2012とISO 14222の両方で、抗力用途の質量密度にJB2008が推奨されています。^{[引用が必要]}

• 航空電子工学における頭字語と略語
• 空気の密度
• ジェット標準大気

• デイヴィス、マーク（2003年）。航空宇宙技術者のための標準ハンドブック。ニューヨーク：マグロウヒル。ISBN 0-07-136229-0。
• NASA JPL 参考ノート
• ICAO、「ICAO 標準大気マニュアル（80 キロメートル（262,500 フィート）まで拡張）」、Doc 7488-CD、第 3 版、1993 年、ISBN 92-9194-004-6。 

• オンライン 1976 標準大気計算機、表とグラフ ジェネレータ付き。デジタル ダッチ
• 多言語ウィンドウ計算機は、「1976 年の標準大気」に従って大気の特性 (標準および非標準!) を計算し、適切な大気条件に従ってさまざまな対気速度 (真 / 同等 / 較正済み) を変換します。
• 完全な国際標準大気モデルの無料Android版
• NewByte 標準大気計算機と速度コンバータ
• ICAO 大気計算機 2008-10-11 にWayback Machineでアーカイブ
• ICAO 標準は 2009-09-16 にWayback Machineにアーカイブされています
• 完全な ISA 計算機 (1976 年モデル)
• JB2008 ソースコードとリファレンス 2023-07-15 にWayback Machineにアーカイブされました
• ICAO 標準大気 1993 計算機