Трубка Пито ( / ˈp iː t oʊ / PEE -toh ; также зонд Пито ) измеряет скорость потока жидкости . Он был изобретен французским инженером Анри Пито в начале 18 века [1] и был модифицирован до современной формы в середине 19 века французским ученым Анри Дарси . [2] Он широко используется для определения воздушной скорости самолетов; [3] скорость лодок на воде; и скорость потока жидкостей, воздуха и газов в промышленности.
Базовая трубка Пито состоит из трубки, направленной непосредственно в поток жидкости. Поскольку эта трубка содержит жидкость, можно измерить давление; движущаяся жидкость останавливается (застаивается), поскольку нет выхода, позволяющего потоку продолжаться. Это давление представляет собой давление застоя жидкости, также известное как полное давление или (особенно в авиации) давление Пито .
Измеренное давление торможения само по себе не может быть использовано для определения скорости потока жидкости (скорости полета в авиации). Однако уравнение Бернулли гласит:
Что также можно написать
Решение этого уравнения для скорости потока дает
где
ПРИМЕЧАНИЕ. Приведенное выше уравнение применимо только к жидкостям, которые можно рассматривать как несжимаемые. Жидкости считаются несжимаемыми почти при всех условиях. Газы при определенных условиях можно назвать несжимаемыми. См. Сжимаемость .
Таким образом, динамическое давление представляет собой разницу между давлением торможения и статическим давлением. Затем динамическое давление определяется с помощью диафрагмы внутри закрытого контейнера. Если воздух с одной стороны диафрагмы находится при статическом давлении, а с другой – при давлении торможения, то прогиб диафрагмы пропорционален динамическому давлению.
В самолетах статическое давление обычно измеряется с помощью статических портов на боковой стороне фюзеляжа. Измеренное динамическое давление можно использовать для определения указанной воздушной скорости самолета. Описанное выше устройство диафрагмы обычно содержится в указателе воздушной скорости , который преобразует динамическое давление в показания воздушной скорости с помощью механических рычагов.
Вместо отдельных портов Пито и статического порта можно использовать статическую трубку Пито (также называемую трубкой Прандтля ), которая имеет вторую трубку, коаксиальную трубке Пито, с отверстиями по бокам, вне прямого потока воздуха, для измерения статического давления. . [4]
Если для измерения разницы давлений используется манометр жидкостного столба ,
где
Поэтому,
Статическая система Пито — это система чувствительных к давлению приборов, которая чаще всего используется в авиации для определения воздушной скорости самолета , числа Маха , высоты и изменения высоты . Статическая система Пито обычно состоит из трубки Пито, статического порта и статических инструментов Пито. [5] Ошибки в показаниях статической системы Пито могут быть чрезвычайно опасными, поскольку информация, полученная от статической системы Пито, такая как воздушная скорость, потенциально важна для безопасности.
Несколько инцидентов и происшествий на коммерческих авиалиниях были связаны с отказом статической системы Пито. Примеры включают рейс 2553 авиакомпании Austral Líneas Aéreas , рейс 6231 Northwest Airlines , рейс 301 Birgenair и один из двух самолетов X-31 . [6] Французский орган по обеспечению безопасности полетов BEA заявил, что обледенение трубки Пито стало одним из факторов, способствовавших крушению рейса 447 авиакомпании Air France в Атлантическом океане . [7] В 2008 году компания Air Caraibes сообщила о двух случаях неисправности обледенения трубки Пито на своих самолетах А330. [8]
У рейса 301 компании Birgenair произошел фатальный отказ трубки Пито, который, как подозревали следователи, произошел из-за того, что насекомые создали гнездо внутри трубки Пито; Главный подозреваемый - черно-желтая оса-мазун .
У рейса 603 авиакомпании Aeroperú произошел фатальный отказ статической системы Пито из-за того, что бригада по уборке оставила статический порт заблокированным лентой.
В промышленности измеряемые скорости потока часто являются скоростями потока в воздуховодах и трубах, где измерения с помощью анемометра было бы трудно получить. В таких измерениях наиболее практичным инструментом является трубка Пито. Трубка Пито может быть вставлена через небольшое отверстие в воздуховоде, при этом трубка Пито соединена с U-образным водяным манометром или каким-либо другим манометром дифференциального давления для определения скорости потока внутри воздуховодной аэродинамической трубы. Одним из применений этого метода является определение объема воздуха, подаваемого в кондиционируемое помещение.
Тогда скорость потока жидкости в воздуховоде можно оценить по формуле:
В авиации скорость полета обычно измеряется в узлах .
На метеостанциях с высокими скоростями ветра трубка Пито модифицируется для создания анемометра особого типа, называемого статическим анемометром с трубкой Пито . [9]