Трубка Пито

Устройство, измеряющее скорость потока жидкости, обычно вокруг самолета или лодки.

В самолетах для измерения скорости полета используются трубки Пито. В этом примере из самолета Airbus A380 трубка Пито (справа) сочетается со статическим портом и лопаткой угла атаки (слева). Поток воздуха справа налево.

Виды трубок Пито

Статическая трубка Пито, соединенная с манометром.

Трубка Пито на вертолете Ка-26.

Трубки Пито на автомобиле Формулы-1

Расположение трубок Пито на Боинге 777

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.

Теория Операции

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:

Давление застоя = статическое давление + динамическое давление

Что также можно написать

${\displaystyle p_{t}=p_{s}+\left({\frac {\rho u^{2}}{2}}\right)}$

Решение этого уравнения для скорости потока дает

${\displaystyle u={\sqrt {\frac {2(p_{t}-p_{s})}{\rho }}}}$

где

• ${\displaystyle u}$– скорость потока ;
• ${\displaystyle p_{t}}$– застой или общее давление;
• ${\displaystyle p_{s}}$– статическое давление ;
• и – плотность жидкости. ${\displaystyle \rho }$

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 , ${\displaystyle \Delta p\equiv p_{t}-p_{s}}$

${\displaystyle \Delta h={\frac {\Delta p}{\rho _{l}g}}}$

где

• ${\displaystyle \Delta h}$– перепад высот колонн;
• ${\displaystyle \rho _{l}}$– плотность жидкости в манометре;
• g — стандартное ускорение свободного падения .

Поэтому,

${\displaystyle u={\sqrt {\frac {2\,\Delta h\,\rho _{l}g}{\rho }}}}$

Самолеты и катастрофы

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.

Промышленные приложения

Трубка Пито от F/A-18

Погодные приборы в обсерватории Маунт-Вашингтон . Статический анемометр с трубкой Пито находится справа.

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:

Объемный расход (кубические футы в минуту) = площадь воздуховода (квадратные футы) × скорость потока (футы в минуту)

Объемный расход (кубические метры в секунду) = площадь воздуховода (квадратные метры) × скорость потока (метры в секунду)

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]

Смотрите также

• Бум воздушных данных
• Высотомер
• Аннубар
• Атмосферное обледенение
• Калиброванная скорость полета
• Обледенение
• Гирокомпас
• Условия обледенения
• Кильский зонд
• Пьезометр
• Ошибка положения
• Истинная скорость полета

Рекомендации

Примечания

1. Пито, Анри (1732). «Описание машины для измерения количества ароматной воды» (PDF) . Histoire de l'Académie Royale des Sciences с мемуарами по математике и физике, записанными в регистрах этой Академии : 363–376 . Проверено 19 июня 2009 г.
2. Дарси, Генри (1858). «Обратите внимание на некоторые изменения, внесенные в трубку Пито» (PDF) . Annales des Ponts et Chaussées : 351–359 . Проверено 31 июля 2009 г.
3. Эффект Вентури и трубки Пито | Жидкости | Физика | Академия Хана , получено 15 декабря 2019 г.
4. «Как работают авиационные приборы». Popular Science , март 1944 г., стр. 116.
5. Уиллитс, Пэт, изд. (2004) [1997]. Управляемый полет Discovery — частный пилот . Эббот, Майк Кейли, Лиз. Джеппесен Сандерсон. стр. 2–48–2–53. ISBN 0-88487-333-1.
6. "Выпуски новостей НАСА Драйдена. (1995)" .
7. «Ошибки обучения, выявленные в отчете о катастрофе Рио-Париж» . Рейтер . 5 июля 2012 года . Проверено 5 октября 2012 г.
8. Дейли, Киран (11 июня 2009 г.). «Записка Air Caraibes Atlantique подробно описывает инциденты с обледенением Пито» . Рейс Интернешнл . Проверено 19 февраля 2012 г.
9. «Приборы: статический анемометр с трубкой Пито, часть 1» . Обсерватория Маунт Вашингтон. Архивировано из оригинала 14 июля 2014 года . Проверено 14 июля 2014 г.

Библиография

• Кермод, AC (1996) [1972]. Механика полета . Барнард, Р.Х. (ред.) и Филпотт, Д.Р. (ред.) (10-е изд.). Прентис Холл. стр. 63–67. ISBN 0-582-23740-8.
• Пратт, Джереми М. (2005) [1997]. Курс получения лицензии частного пилота: принципы полета, общие знания самолетов, летные характеристики и планирование (3-е изд.). поколение 108 – поколение 111. ISBN 1-874783-23-3.
• Титдженс, О.Г. (1934). Прикладная гидро- и аэромеханика, на основе лекций к.т.н. Л. Прандтля . Dove Publications, Inc., стр. 226–239. ISBN 0-486-60375-Х.
• Салех, Дж. М. (2002). Справочник по потоку жидкости . МакГроу-Хилл Профессионал.

Внешние ссылки

• 3D-анимация принципа измерения расхода при перепаде давления с помощью трубки Пито
• Как технологии XVIII века могли сбить авиалайнер (wired.com)