Rurka Pitota - Pitot tube

Samoloty używają rurek Pitota do pomiaru prędkości lotu. Ten przykład z Airbusa A380 łączy rurkę Pitota (po prawej) z portem statycznym i łopatką kąta natarcia (po lewej). Przepływ powietrza jest od prawej do lewej.

Rodzaje rurek Pitota

Rurka Pitota podłączona do manometru

Rurki Pitota na Ka-26 helikoptera

Rurki Pitota w bolidzie Formuły 1

Lokalizacja rurek Pitota na Boeingu 777

Pitota ( / p ı t oʊ / PEE -toh ) rury , znanego także jako sondy Pitota , jest pomiar przepływu urządzenie używane do mierzenia płynu prędkości przepływu . Rurka Pitota została wynaleziona przez francuskiego inżyniera Henri Pitota na początku XVIII wieku i została zmodyfikowana do nowoczesnej formy w połowie XIX wieku przez francuskiego naukowca Henry'ego Darcy'ego . Jest on powszechnie stosowany w celu określenia prędkości powietrza danego samolotu prędkości wody na statku, oraz do pomiarów cieczy, szybkość przepływu gazu i prędkości powietrza w pewnych zastosowaniach przemysłowych.

Teoria operacji

Podstawowa rurka Pitota składa się z rurki skierowanej bezpośrednio do przepływu płynu. Ponieważ ta rurka zawiera płyn, można zmierzyć ciśnienie; poruszający się płyn zostaje zatrzymany (stagnacja), ponieważ nie ma wylotu umożliwiającego kontynuowanie przepływu. To ciśnienie jest ciśnieniem stagnacji płynu, znanym również jako ciśnienie całkowite lub (szczególnie w lotnictwie) ciśnienie Pitota .

Zmierzone ciśnienie stagnacji nie może samo w sobie być wykorzystane do określenia prędkości przepływu płynu (prędkości w lotnictwie). Jednak równanie Bernoulliego stwierdza:

Ciśnienie stagnacji = ciśnienie statyczne + ciśnienie dynamiczne

Które również można napisać

${\ Displaystyle p_ {t} = p_ {s} + \ lewo ({\ Frac {\ rho u ^ {2}} {2}} \ prawej) \,.}$

Rozwiązanie tego dla prędkości przepływu daje

${\ Displaystyle u = {\ sqrt {\ Frac {2 (p_ {t}-p_ {s})} {\ rho}}} \ ,,}$

gdzie

• ${\ Displaystyle u}$to prędkość przepływu ;
• ${\displaystyle p_{t}}$ jest stagnacją lub całkowitą presją;
• ${\displaystyle p_{s}}$to ciśnienie statyczne ;
• i jest gęstością płynu.${\ Displaystyle \ rho}$

UWAGA: Powyższe równanie dotyczy tylko płynów, które można traktować jako nieściśliwe. Płyny są traktowane jako nieściśliwe w prawie każdych warunkach. Gazy w pewnych warunkach można w przybliżeniu określić jako nieściśliwe. Zobacz Ściśliwość .

Ciśnienie dynamiczne jest więc różnica pomiędzy ciśnieniem spiętrzenia i ciśnienia statycznego. Ciśnienie dynamiczne jest następnie określane za pomocą membrany wewnątrz zamkniętego pojemnika. Jeżeli powietrze po jednej stronie membrany ma ciśnienie statyczne, a po drugiej ciśnienie stagnacji, to ugięcie membrany jest proporcjonalne do ciśnienia dynamicznego.

W samolocie ciśnienie statyczne jest zwykle mierzone za pomocą statycznych portów z boku kadłuba. Zmierzone ciśnienie dynamiczne może być wykorzystane do określenia prędkości indykowanej samolotu. Opisany powyżej układ membrany jest zwykle zawarty we wskaźniku prędkości lotu , który przekształca ciśnienie dynamiczne na odczyt prędkości lotu za pomocą mechanicznych dźwigni.

Zamiast oddzielnych portów Pitota i statycznych można zastosować rurkę Pitota (zwaną również rurką Prandtla ), która ma drugą rurkę współosiową z rurką Pitota z otworami po bokach, poza bezpośrednim przepływem powietrza, do pomiaru ciśnienia statycznego .

Jeżeli do pomiaru różnicy ciśnień używany jest manometr słupowy cieczy , ${\ Displaystyle \ Delta p \ równoważne p_ {t}-p_ {s}}$

${\ Displaystyle \ Delta h = {\ Frac {\ Delta p} {\ rho _ {l} g}} \ ,,}$

gdzie

• ${\ Displaystyle \ Delta h}$ to różnica wysokości kolumn;
• ${\ Displaystyle \ rho _ {l}}$ to gęstość cieczy w manometrze;
• g to standardowe przyspieszenie ziemskie .

W związku z tym,

${\ Displaystyle u = {\ sqrt {\ Frac {2 \, \ Delta h \, \ rho _ {l} g} {\ rho}}} \,.}$

Samoloty i wypadki

System statyczny Pitota to system przyrządów czułych na nacisk, który jest najczęściej używany w lotnictwie do określania prędkości samolotu , liczby Macha , wysokości i trendu wysokości . System statyczny Pitota zazwyczaj składa się z rurki Pitota, portu statycznego i przyrządów statycznych Pitota. Błędy w odczytach systemu statycznego Pitota mogą być niezwykle niebezpieczne, ponieważ informacje uzyskane z systemu statycznego Pitota, takie jak prędkość lotu, są potencjalnie krytyczne dla bezpieczeństwa.

Kilka incydentów i wypadków w komercyjnych liniach lotniczych zostało powiązanych z awarią statycznego systemu Pitota. Przykłady obejmują lot Austral Líneas Aéreas Flight 2553 , lot Northwest Airlines 6231 , lot Birgenair 301 i jeden z dwóch samolotów X-31 . Francuski urząd ds. bezpieczeństwa lotniczego BEA powiedział, że oblodzenie rurki Pitota przyczyniło się do katastrofy lotu Air France Flight 447 na Oceanie Atlantyckim . W 2008 r. Air Caraïbes zgłosił dwa przypadki awarii oblodzenia rurki Pitota w swoich A330.

Lot Birgenair 301 miał śmiertelną awarię rurki Pitota, która, jak podejrzewali badacze, była spowodowana przez owady tworzące gniazdo wewnątrz rurki Pitota; głównym podejrzanym jest czarno-żółta osa błotna .

Aeroperú Flight 603 miał fatalną awarię systemu statycznego Pitota z powodu pozostawienia przez ekipę sprzątającą portu statycznego zablokowanego taśmą.

Zastosowania przemysłowe

Rurka Pitota z F/A-18

Instrumenty pogodowe w obserwatorium Mount Washington . Po prawej stronie znajduje się statyczny anemometr z rurką Pitota.

W przemyśle mierzone prędkości przepływu to często te przepływające w przewodach i rurach, gdzie pomiary za pomocą anemometru byłyby trudne do uzyskania. W tego typu pomiarach najbardziej praktycznym instrumentem jest rurka Pitota. Rurka Pitota może być włożona przez mały otwór w kanale z rurką Pitota podłączoną do wodowskazu w kształcie litery U lub innego manometru różnicowego w celu określenia prędkości przepływu wewnątrz kanałowego tunelu aerodynamicznego. Jednym z zastosowań tej techniki jest określenie objętości powietrza dostarczanego do klimatyzowanej przestrzeni.

Natężenie przepływu płynu w kanale można wtedy oszacować z:

Natężenie przepływu objętościowego (stopy sześcienne na minutę) = powierzchnia kanału (stopy kwadratowe) × prędkość przepływu (stopy na minutę)

Natężenie przepływu objętościowego (metry sześcienne na sekundę) = powierzchnia kanału (metry kwadratowe) × prędkość przepływu (metry na sekundę)

W lotnictwie prędkość lotu jest zwykle mierzona w węzłach .

W stacjach pogodowych o dużych prędkościach wiatru rurka Pitota jest modyfikowana, aby stworzyć specjalny rodzaj anemometru zwanego anemometrem statycznym z rurką Pitota .

Zobacz też

Bibliografia

Uwagi

Bibliografia

Linki zewnętrzne

• Animacja 3D zasady pomiaru różnicy ciśnień przepływu przez rurkę Pitota
• Jak technologia XVIII wieku może zestrzelić samolot pasażerski (wired.com)