Normatmosphäre
Die Standardatmosphäre ist ein Begriff aus der Luftfahrt und bezeichnet idealisierte Eigenschaften der Erdatmosphäre.
Die internationale Standardatmosphäre (ISA, International Standard Atmosphere) ist von der ICAO definiert worden. Sie entspricht bis 32 km Höhe der US-Standardatmosphäre 1976. Zuvor wurde ein Standard verwendet, der als internationale Normatmosphäre bekannt war. In Deutschland gab es zudem die DIN-5450-Norm-Atmosphäre.
Die definierten Eigenschaften werden z.B. benötigt, um bei einem Triebwerkslauf in einem Teststand die Leistungswerte auf einen neutralen Standard zu korrigieren und eine Aussage darüber treffen zu können, ob dieses Triebwerk ausreichend Schub produziert, um ein Flugzeug auf der Startbahn in kurzer Zeit ausreichend beschleunigen zu können. Ferner werden in der Luftfahrt alle barometrischen Höhenmesser nach der Standardatmosphäre geeicht.
US-Standardatmosphäre 1976
Als einheitliche Bedingungen auf Meereshöhe, die einem mittleren Niveau gemäßigter Breiten entsprechen, werden definiert:
- Temperatur T0: 288,15 K (entspricht 15 °C)
- Luftdruck p0: 101 325 Pa
Der Temperaturverlauf mit der Höhe wird gemäß folgender Tabelle definiert, wobei zwischen den explizit definierten Ebenen linear interpoliert wird. Die oberste Ebene ist zugleich die Obergrenze dieses Modells.
| geopot. Höhe h in m |
geometr. Höhe z in m |
Temperatur T in °C |
Luftdruck p in Pa |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 15 | 101.325 |
| 11.000 | 11.019 | -56,5 | 22.632 |
| 20.000 | 20.063 | -56,5 | 5.474,9 |
| 32.000 | 32.162 | -44,5 | 868,02 |
| 47.000 | 47.350 | -2,5 | 110,91 |
| 51.000 | 51.413 | -2,5 | 66,939 |
| 71.000 | 71.802 | -58,5 | 3,9564 |
| 84.852 | 86.000 | -86,2 | 0,3734 |
Außerdem werden u.a. folgende Werte als Konstanten definiert:
- Erdbeschleunigung g0: 9,80665 m/s² (entspricht inetwa dem realen Wert auf 45° geografischer Breite in Meereshöhe)
- Erdradius RErde: 6 356 766 m (kleiner als der wahre mittlere Erdradius, um bei der Umrechnung von geopotenziellen in geometrische Höhen die infolge der Zentrifugalkraft der rotierenden gegenüber einer ruhenden Erde etwas steilere Abnahme der Erdbeschleunigung zu berücksichtigen)
- Molare Masse M der Luft: 28,9644 g/mol (die Standardatmosphäre enthält keinen Wasserdampf)
- Universelle Gaskonstante R*: 8,31432 J/(mol·K)
Die Luftdichte auf Meereshöhe errechnet sich daraus zu 1,225 kg/m³.
Es wird angenommen, dass die Luft bestimmte Gesetzmäßigkeiten in idealer Weise erfüllt, insbesondere die allgemeine Gasgleichung. Damit lässt sich der höhenabhängige Luftdruck berechnen. Für die unterste Schicht erhält man so die internationale barometrische Höhenformel.
Die Standardatmosphäre arbeitet mit geopotenziellen Höhen, nachdem die Erdbeschleunigung als höhenunabhängig angenommen wird. In niedrigen Höhen stimmen diese mit den sonst üblichen geometrischen Höhen ziemlich gut überein, aber für höhere Genauigkeit in größeren Höhen muss man anstelle der geometrischen Höhe z die einem gedachten homogenen Gravitationsfeld mit entsprechende geopotenzielle Höhe h einsetzen. Die Beziehung zwischen beiden ist durch die Gleichung
gegeben.