Статическое давление

В механике жидкости термин статическое давление относится к члену в уравнении Бернулли, записанному словами как статическое давление + динамическое давление = полное давление . Поскольку измерения давления в любой отдельной точке жидкости всегда дают значение статического давления, значение «статического» часто опускают. При проектировании и эксплуатации самолетов статическое давление — это давление воздуха в системе статического давления самолета .

Статическое давление в гидродинамике

Понятие давления занимает центральное место в изучении жидкостей. Давление можно определить для каждой точки тела жидкости, независимо от того, находится ли жидкость в движении. Давление можно измерить с помощью анероида , трубки Бурдона , ртутной колонки или различными другими методами.

Понятия полного давления и динамического давления возникают из уравнения Бернулли и имеют важное значение при изучении всех потоков жидкости. (Эти два давления не являются давлениями в обычном смысле — их нельзя измерить с помощью анероида, трубки Бурдона или ртутной колонки.) Чтобы избежать потенциальной двусмысленности при упоминании давления в гидродинамике, многие авторы используют термин статическое давление , чтобы отличить его от полное давление и динамическое давление ; термин «статическое давление» идентичен термину « давление» и может быть идентифицирован для каждой точки поля потока жидкости.

В «Аэродинамике » Л. Дж. Клэнси ^[1] пишет: «Чтобы отличить его от полного и динамического давлений, фактическое давление жидкости, связанное не с ее движением, а с ее состоянием, часто называют статическим давлением, а там, где используется только термин «давление», он относится к статическому давлению».

Уравнение Бернулли лежит в основе динамики несжимаемых жидкостей. Во многих представляющих интерес ситуациях с потоком жидкости изменения высоты незначительны и их можно игнорировать. При таком упрощении уравнение Бернулли для несжимаемых течений можно выразить как ^[2]^[3]^[4]

P+{\frac {1}{2}}\rho v^{2}=P_{0},

где:

$P\;$ статическое давление,
${\frac {1}{2}}\rho v^{2}$ динамическое давление , обычно обозначаемое , $q\;$
$\rho \,$ - плотность жидкости ,
$v\,$ - скорость потока , а
$P_{0}\;$ полное давление, постоянное вдоль любой линии тока . Это также известно как давление застоя .

Каждая точка постоянно текущей жидкости, независимо от скорости жидкости в этой точке, имеет собственное статическое давление , динамическое давление и полное давление . Статическое и динамическое давление, вероятно, будут значительно различаться по всей жидкости, но общее давление будет постоянным вдоль каждой линии тока. В безвихревом потоке общее давление одинаково на всех линиях тока и, следовательно, постоянно на протяжении всего потока. ^[5] $P$ $q$ $P_{0}$

Упрощенную форму уравнения Бернулли можно резюмировать в следующем запоминающемся словесном уравнении: ^[6]^[7]^[8]

статическое давление + динамическое давление = общее давление .

Эта упрощенная форма уравнения Бернулли имеет основополагающее значение для понимания конструкции и эксплуатации кораблей, низкоскоростных самолетов и показателей воздушной скорости низкоскоростных самолетов – то есть самолетов, максимальная скорость которых будет меньше примерно 30% скорости звука .

Вследствие широкого понимания термина статическое давление по отношению к уравнению Бернулли многие авторы ^[9] в области гидродинамики также используют статическое давление , а не давление в приложениях, не связанных напрямую с уравнением Бернулли.

Британский институт стандартов в своем Стандартном ^[10] Глоссарии авиационных терминов дает следующее определение:

4412 Статическое давление Давление в точке тела, движущегося с жидкостью.

Статическое давление при проектировании и эксплуатации самолетов.

Система статического давления самолета является ключевым входным сигналом для его высотомера и, наряду с системой давления Пито , также управляет указателем воздушной скорости . ^[11]

Система статического давления открыта снаружи самолета через небольшое отверстие, называемое статическим портом , которое позволяет измерять окружающее атмосферное давление на высоте , на которой летит самолет. В полете давление воздуха незначительно варьируется в разных местах снаружи самолета, поэтому конструкторам необходимо тщательно выбирать расположение статических портов. Где бы они ни находились, давление воздуха, наблюдаемое в портах, обычно зависит от мгновенного угла атаки самолета . ^[12] Разница между наблюдаемым давлением и фактическим атмосферным давлением (на высоте) вызывает небольшую ошибку позиционирования в показаниях высоты и воздушной скорости приборов. ^[13]^[14] Целью проектировщика при выборе статического порта является минимизация результирующей ошибки определения местоположения в рабочем диапазоне веса и скорости полета самолета.

Многие авторы описывают атмосферное давление на высоте полета самолета как статическое давление набегающего потока . По крайней мере, один автор придерживается другого подхода, чтобы избежать необходимости использования выражения « статическое давление набегающего потока» . Грейси написала: «Статическое давление — это атмосферное давление на эшелоне полета самолета». ^[15]^[16] Затем Грейси называет давление воздуха в любой точке рядом с самолетом местным статическим давлением .

Статическое давление в статике жидкости

Термин (гидро)статическое давление иногда используется в статике жидкости для обозначения давления жидкости на заданной глубине в жидкости. В статике жидкости жидкость всюду неподвижна и понятия динамического давления и полного давления неприменимы. Следовательно, существует небольшой риск двусмысленности при использовании термина « давление» , но некоторые авторы ^[17] предпочитают использовать статическое давление в некоторых ситуациях.

Смотрите также

Примечания