трубка Пито

Трубка Пито ( / ˈ p iː t oʊ / PEE -toh ; также зонд Пито ) измеряет скорость потока жидкости . Она была изобретена французским инженером Анри Пито в начале 18 века ^[1] и модифицирована до ее современного вида в середине 19 века Генри Дарси . ^[2] Она широко используется для определения скорости полета самолетов; ^[3] скорости движения судов по воде; и скорости потока жидкостей, воздуха и газов в промышленности.

Теория работы

Базовая трубка Пито состоит из трубки, направленной прямо в поток жидкости. Давление в трубке можно измерить, поскольку движущаяся жидкость не может вырваться и застаивается. Это давление является давлением застоя жидкости, также известным 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 воздуха в авиации). Однако уравнение Бернулли гласит:

Давление застоя = статическое давление + динамическое давление

Который также может быть написан

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

Решая это для скорости потока, получаем

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

где

$u$ - скорость потока ;
$p_{t}$ застой или общее давление;
$p_{s}$ статическое давление ;
и — плотность жидкости. $\ро$

Это уравнение применимо только к жидкостям, которые можно считать несжимаемыми. Жидкости считаются несжимаемыми почти при всех условиях. Газы при определенных условиях можно считать несжимаемыми. См. Сжимаемость .

Динамическое давление — это разница между давлением стагнации и статическим давлением. Затем динамическое давление определяется с помощью диафрагмы внутри закрытого контейнера. Если воздух с одной стороны диафрагмы находится под статическим давлением, а с другой — под давлением стагнации, то прогиб диафрагмы пропорционален динамическому давлению.

В самолетах статическое давление обычно измеряется с помощью статических портов на боковой стороне фюзеляжа. Измеренное динамическое давление может быть использовано для определения индицируемой скорости полета самолета. Описанное выше устройство диафрагмы обычно содержится в указателе скорости полета , который преобразует динамическое давление в показания скорости полета с помощью механических рычагов.

Вместо отдельных портов Пито и статического давления можно использовать трубку Пито-стата (также называемую трубкой Прандтля ), которая имеет вторую трубку, коаксиальную трубке Пито, с отверстиями по бокам, за пределами прямого потока воздуха, для измерения статического давления. ^[4]

Если для измерения разницы давления используется жидкостный манометр , $\Дельта p\эквив p_{t}-p_{s}$

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

где

$\Дельта h$ разница высот колонн;
$\rho _{l}$ плотность жидкости в манометре;
g — стандартное ускорение свободного падения .

Поэтому,

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

Самолеты и аварии

Система Пито-статики — это система чувствительных к давлению приборов, которая чаще всего используется в авиации для определения воздушной скорости самолета , числа Маха , высоты и тенденции высоты . Система Пито-статики обычно состоит из трубки Пито, статического порта и приборов Пито-статики. ^[5] Ошибки в показаниях системы Пито-статики могут быть чрезвычайно опасными, поскольку информация, полученная от системы Пито-статики, такая как воздушная скорость, потенциально критична для безопасности.

Несколько инцидентов и аварий коммерческих авиакомпаний были связаны с отказом системы Пито-статики. Примерами служат рейс 2553 Austral Líneas Aéreas , рейс 6231 Northwest Airlines , рейс 301 Birgenair и один из двух X-31 . ^[6] Французское управление по безопасности полетов BEA заявило, что обледенение трубки Пито стало одним из факторов, способствовавших крушению рейса 447 Air France в Атлантическом океане . ^[7] В 2008 году авиакомпания Air Caraïbes сообщила о двух случаях неисправностей из-за обледенения трубки Пито на своих самолетах A330. ^[8]

У самолета рейса 301 авиакомпании Birgenair произошел фатальный отказ трубки Пито, который, по подозрению следователей, был вызван насекомыми, свившими гнездо внутри трубки Пито; главным подозреваемым является черно-желтая оса- грязевик.

На борту самолета рейса 603 авиакомпании Aeroperú произошел фатальный отказ системы приема воздушного давления и статического давления из-за того, что уборщики заклеили отверстие для приема статического давления клейкой лентой.

Отраслевые приложения

В промышленности измеряемые скорости потока часто текут в воздуховодах и трубах, где измерения с помощью анемометра получить трудно. При таких измерениях наиболее практичным инструментом является трубка Пито. Трубка Пито может быть вставлена через небольшое отверстие в воздуховоде, при этом Пито может быть подключен к U-образному водяному манометру или другому дифференциальному манометру для определения скорости потока внутри воздуховодной аэродинамической трубы. Одним из применений этого метода является определение объема воздуха, который подается в кондиционируемое пространство.

Скорость потока жидкости в воздуховоде можно оценить по формуле:

Объемный расход (кубических футов в минуту) = площадь воздуховода (квадратных футов) × скорость потока (футов 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 высокой скоростью ветра трубка Пито модифицируется для создания специального типа анемометра, называемого статическим анемометром с трубкой Пито . ^[9]

Смотрите также

Ссылки

Примечания

^ Пито, Анри (1732). «Описание машины для измерения количества ароматной воды» (PDF) . Histoire de l'Académie Royale des Sciences с воспоминаниями по математике и физике, записанными в регистрах этой Академии : 363–376 . Проверено 19 июня 2009 г.
^ 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.
^ Эффект Вентури и трубки Пито | Жидкости | Физика | Khan Academy, сентябрь 2014 г. , получено 15 декабря 2019 г.
^ «Как работают авиационные приборы». Popular Science , март 1944 г., стр. 116.
^ Уиллитс, Пэт, ред. (2004) [1997]. Guided Flight Discovery - Частный пилот . Эббот, Майк Кейли, Лиз. Джеппесен Сандерсон. стр. 2–48–2–53. ISBN 0-88487-333-1.
^ "NASA Драйден пресс-релизы. (1995)".
^ "Недостатки в обучении раскрыты в отчете о крушении самолета Рио-Париж". Reuters . 5 июля 2012 г. Получено 5 октября 2012 г.
^ Дейли, Киран (11 июня 2009 г.). «Меморандум Air Caraibes Atlantique с подробным описанием инцидентов, связанных с обледенением трубки Пито». Flight International . Получено 19 февраля 2012 г.
^ "Instrumentation: Pitot Tube Static Anemometer, Part 1". Обсерватория Маунт-Вашингтон. Архивировано из оригинала 14 июля 2014 года . Получено 14 июля 2014 года .

Библиография

Kermode, AC (1996) [1972]. Механика полета . Barnard, RH (ред.) и Philpott, DR (ред.) (10-е изд.). Prentice Hall. стр. 63–67. ISBN 0-582-23740-8.
Пратт, Джереми М. (2005) [1997]. Курс на получение лицензии частного пилота: принципы полета, общие знания о самолетах, летные характеристики и планирование (3-е изд.). Airplan Flight Equipment. gen108–gen111. ISBN 1-874783-23-3.
Tietjens, OG (1934). Прикладная гидро- и аэромеханика, на основе лекций Л. Прандтля, доктора философии . Dove Publications, Inc. стр. 226–239. ISBN 0-486-60375-X.
Салех, Дж. М. (2002). Справочник по течению жидкости . McGraw-Hill Professional.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Трубка Пито».

3D-анимация принципа измерения расхода с помощью трубки Пито
Как технологии 18 века могли сбить авиалайнер (wired.com)