Die Standardatmosphäre oder Normatmosphäre ist ein Begriff aus der Luftfahrt und bezeichnet idealisierte Eigenschaften der Erdatmosphäre.
Achtung: Die in der Luftfahrt verwendeten Werte weichen zum Teil leicht von der Norm ab [1] [2]. Die in der Luftfahrt verwendeten Werte sind auf dieser Seite aufgelistet.
Die internationale Standardatmosphäre (engl. International Standard Atmosphere, ISA) ist von der International Civil Aviation Organization (ICAO) definiert worden. Sie stellt in etwa einen Mittelwert des auf der Erde herrschenden Luftdrucks, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit sowie Temperaturabnahme je 100 m Höhenstufe dar. Damit entspricht die internationale Standardatmosphäre in etwa den in mittleren Breiten um 40° Nord (Deutschland) herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen (15 °C, 1013,25 hPa).
Beabsichtigt ist die Schaffung einer international einheitlichen Bezugsgrösse und nicht die genaue Beschreibung der aktuellen, lokalen Atmosphäre. Die internationale Standardatmosphäre entspricht bis 32 km Höhe der US-Standardatmosphäre 1976.
In der internationalen Luftfahrt werden alle barometrischen Höhenmesser nach der Standardatmosphäre geeicht. Oberhalb einer bestimmten Flughöhe über Meer (USA: 18 000 ft; Deutschland: 5000 ft) fliegen alle Flugzeuge nach dem Flugflächen-System mit einer standardisierten Höhenmessereinstellung (Deutschland: QNH 1013 mbar; USA: 29,92 inHg - Zoll Quecksilbersäule).
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 = 1013,25 hPa = 1013,25 mbar |
Erdbeschleunigung | g0 = 9,806 65 m/s2 |
Erdradius | RErde = 6 356 766 m |
Molare Masse Luft | M = 0,028 9644 kg/mol (die Standardatmosphäre enthält keinen Wasserdampf) |
Universelle Gaskonstante | R = 8,314 46 J/K/mol |
Spezifische Gaskonstante | RS = R / M = 287,058 J/K/kg |
Luftdichte auf Meereshöhe | ρ0 = p0 / (RS · T0) = 1,225 kg/m3 |
Der Temperaturverlauf mit der Höhe wird gemäss folgender Tabelle definiert [3], wobei zwischen den explizit definierten Ebenen linear interpoliert wird. Die oberste Ebene ist zugleich die Obergrenze dieses Modells.
geopot. Höhe h [m] | geometr. Höhe z [m] | Temperatur T [°C] / [K] | Luftdruck p [Pa] | Temp-Gradient α [K/m] |
---|---|---|---|---|
0 | 0 | 15,0 / 288,15 | 101 325 | −0,006 5 |
11 000 | 11 019 | −56,5 / 216,65 | 22 632,1 | 0,000 0 |
20 000 | 20 063 | −56,5 / 216,65 | 5 474,89 | 0,001 0 |
32 000 | 32 162 | −44,5 / 228,65 | 868,019 | 0,002 8 |
47 000 | 47 350 | −2,5 / 270,65 | 110,906 | 0,000 0 |
51 000 | 51 413 | −2,5 / 270,65 | 66,938 9 | −0,002 8 |
71 000 | 71 802 | −58,5 / 214,65 | 3,956 42 | −0,002 0 |
84 852 | 86 000 | −86,2 / 186,95 | 0,373 4 | --- |
Der Temperatur-Gradient α ist wiefolgt definiert:
(1) | |||||||||||||
wobei' |
|
Es wird angenommen, dass die Luft bestimmte Gesetzmässigkeiten in idealer Weise erfüllt, insbesondere die allgemeine Gasgleichung. Mit der barometrischen Höhenformel lässt sich der höhenabhängige Luftdruck berechnen.
Die Standardatmosphäre arbeitet mit geopotentiellen 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 g(h) = g0 entsprechende geopotentielle Höhe h einsetzen. Die Beziehung zwischen beiden ist durch folgende Gleichung gegeben:
(2) |