Pitot-statiskt system
Ett pitot-statiskt system är ett system av tryckkänsliga instrument som oftast används inom flyg för att bestämma ett flygplans flyghastighet , Mach-nummer , höjd och höjdtrend . Ett pitot-statiskt system består i allmänhet av ett pitotrör , en statisk port och de pitot-statiska instrumenten. Andra instrument som kan vara anslutna är luftdatadatorer , flygdatamätare , höjdkodare, kabintryckregulatorer och olika flyghastighetsomkopplare. Fel i pitot-statiska systemavläsningar kan vara extremt farliga eftersom informationen som erhålls från det statiska pitotsystemet, såsom höjd, är potentiellt säkerhetskritisk. Flera kommersiella flygkatastrofer har spårats till ett misslyckande i det pitot-statiska systemet.
Pitot-statiskt tryck
Det pitot-statiska instrumentsystemet använder principen om lufttrycksgradient . Det fungerar genom att mäta tryck eller tryckskillnader och använda dessa värden för att bedöma hastigheten och höjden. Dessa tryck kan mätas antingen från den statiska porten (statiskt tryck) eller pitotröret (pitottrycket). Det statiska trycket används i alla mätningar, medan pitottrycket endast används för att bestämma flyghastigheten.
Pitottryck
Pitottrycket erhålls från pitotröret . Pitottrycket är ett mått på ramlufttrycket (lufttrycket som skapas av fordonets rörelse eller luften som ramlar in i röret), vilket under idealiska förhållanden är lika med stagnationstrycket , även kallat totaltryck. Pitotröret är oftast placerat på vingen eller den främre delen av ett flygplan, vänd framåt, där dess öppning är utsatt för den relativa vinden . Genom att placera pitotröret på en sådan plats mäts kolvlufttrycket mer exakt eftersom det kommer att förvrängas mindre av flygplanets struktur. När lufthastigheten ökar, ökas kolvens lufttryck, vilket kan översättas med flyghastighetsindikatorn .
Statiskt tryck
Det statiska trycket erhålls genom en statisk port. Den statiska porten är oftast ett infällt hål på flygplanskroppen och är placerad där den kan komma åt luftflödet i ett relativt ostört område. Vissa flygplan kan ha en enda statisk port, medan andra kan ha mer än en. I situationer där ett flygplan har mer än en statisk port, finns det vanligtvis en på varje sida av flygkroppen. Med denna positionering kan ett medeltryck tas, vilket möjliggör mer exakta avläsningar i specifika flygsituationer. En alternativ statisk port kan finnas inne i flygplanets kabin som en backup för när de externa statiska portarna är blockerade. Ett pitot-statiskt rör integrerar effektivt de statiska portarna i pitot-sonden. Den innehåller ett andra koaxialrör (eller rör) med tryckprovtagningshål på sidorna av sonden, utanför det direkta luftflödet, för att mäta det statiska trycket. När flygplanet klättrar kommer det statiska trycket att minska.
Multipeltryck
Vissa pitot-statiska system innehåller enstaka sonder som innehåller flera trycköverförande portar som möjliggör avkänning av lufttryck, attackvinkel och sidglidningsvinkel. Beroende på designen kan sådana luftdatasonder benämnas 5-håls eller 7-håls luftdatasonder. Differentialtrycksavkänningstekniker kan användas för att ge indikationer på anfallsvinkel och sidglidningsvinkel.
Pitot-statiskt instrument
Det pitot-statiska systemet erhåller tryck för tolkning av de pitot-statiska instrumenten. Medan förklaringarna nedan förklarar traditionella, mekaniska instrument, använder många moderna flygplan en luftdatadator (ADC) för att beräkna flyghastighet, stigningshastighet, höjd och Mach-tal . I vissa flygplan får två ADC:er totalt och statiskt tryck från oberoende pitotrör och statiska portar, och flygplanets flygdatadator jämför informationen från båda datorerna och kontrollerar den ena mot den andra. Det finns också "standby-instrument", som är pneumatiska reservinstrument som används vid problem med de primära instrumenten.
Lufthastighetsindikator
Flyghastighetsindikatorn är ansluten till både pitot och statiska tryckkällor. Skillnaden mellan pitottrycket och det statiska trycket kallas dynamiskt tryck. Ju högre dynamiskt tryck, desto högre rapporterad flyghastighet. En traditionell mekanisk flyghastighetsindikator innehåller ett tryckmembran som är anslutet till pitotröret. Höljet runt membranet är lufttätt och ventileras till den statiska porten. Ju högre hastighet, desto högre kolvtryck, desto mer tryck utövas på membranet, och desto större nålrörelse genom det mekaniska länksystemet.
Höjdmätare
Tryckhöjdmätaren, även känd som barometrisk höjdmätare, används för att bestämma förändringar i lufttrycket som uppstår när flygplanets höjd ändras. Tryckhöjdmätare måste kalibreras före flygning för att registrera trycket som en höjd över havet. Höjdmätarens instrumenthölje är lufttätt och har en ventil till den statiska porten. Inuti instrumentet finns en förseglad aneroidbarometer . När trycket i fallet minskar, expanderar den inre barometern, vilket mekaniskt översätts till en bestämning av höjden. Det omvända är sant när man går ner från högre till lägre höjder.
Machmeter
Flygplan som är konstruerade för att fungera i transoniska eller överljudshastigheter kommer att ha en machmeter. Machmetern används för att visa förhållandet mellan verklig flyghastighet i förhållande till ljudets hastighet . De flesta överljudsflygplan är begränsade till det maximala Mach-talet de kan flyga, vilket är känt som "Mach-gränsen". Mach-talet visas på en machmeter som ett decimaltal .
Vertikal hastighetsindikator
Variometern , även känd som den vertikala hastighetsindikatorn (VSI) eller den vertikala hastighetsindikatorn (VVI), är det pitot-statiska instrumentet som används för att avgöra om ett flygplan flyger i plan flygning eller inte . Den vertikala hastigheten visar specifikt stigningshastigheten eller nedstigningshastigheten, som mäts i fot per minut eller meter per sekund. Den vertikala hastigheten mäts genom en mekanisk koppling till ett membran placerat i instrumentet. Området som omger membranet ventileras till den statiska porten genom en kalibrerad läcka (som också kan kallas en "begränsad diffusor"). När flygplanet börjar öka höjden, kommer membranet att börja dra ihop sig med en hastighet som är snabbare än den för den kalibrerade läckan, vilket gör att nålen visar en positiv vertikal hastighet. Det omvända till denna situation är sant när ett flygplan är på nedstigning. Den kalibrerade läckan varierar från modell till modell, men den genomsnittliga tiden för membranet att utjämna trycket är mellan 6 och 9 sekunder.
Pitot-statiska fel
Det finns flera situationer som kan påverka noggrannheten hos de pitot-statiska instrumenten. Vissa av dessa involverar fel i själva pitot-statiska systemet – som kan klassificeras som "systemfel" - medan andra är resultatet av felaktig instrumentplacering eller andra miljöfaktorer - som kan klassificeras som "inneboende fel".
Systemfel
Blockerat pitotrör
Ett blockerat pitotrör är ett pitot-statiskt problem som bara påverkar flyghastighetsindikatorer. Ett blockerat pitotrör gör att flyghastighetsindikatorn registrerar en ökning av flyghastigheten när flygplanet klättrar, trots att den faktiska flyghastigheten är konstant. (Så länge även dräneringshålet är blockerat, eftersom lufttrycket annars skulle läcka ut till atmosfären.) Detta orsakas av att trycket i pitotsystemet förblir konstant när atmosfärstrycket (och det statiska trycket ) minskar . Omvänt kommer flyghastighetsindikatorn att visa en minskning av flyghastigheten när flygplanet sjunker. Pitotröret är känsligt för att bli igensatt av is, vatten, insekter eller något annat hinder. Av denna anledning rekommenderar tillsynsmyndigheter för luftfart som US Federal Aviation Administration (FAA) att pitotröret kontrolleras för hinder före en flygning. För att förhindra isbildning är många pitotrör utrustade med ett värmeelement. Ett uppvärmt pitotrör krävs i alla flygplan som är certifierade för instrumentflygning förutom flygplan som är certifierade som experimentell amatörbyggd.
Blockerad statisk port
En blockerad statisk port är en allvarligare situation eftersom den påverkar alla pitot-statiska instrument. En av de vanligaste orsakerna till en blockerad statisk port är isbildning på flygplanet. En blockerad statisk port kommer att få höjdmätaren att frysa vid ett konstant värde, den höjd där den statiska porten blev blockerad. Den vertikala hastighetsindikatorn visar noll och ändras inte alls, även om den vertikala hastigheten ökar eller minskar. Flyghastighetsindikatorn vänder felet som uppstår med ett igensatt pitotrör och gör att flyghastigheten läses av mindre än den faktiskt är när flygplanet klättrar. När flygplanet sjunker kommer flyghastigheten att överrapporteras. I de flesta flygplan med trycklösa kabiner finns en alternativ statisk källa tillgänglig och kan väljas inifrån cockpiten .
Inneboende fel
Inneboende fel kan delas in i flera kategorier, som var och en påverkar olika instrument. Densitetsfel påverkar instrument som mäter flyghastighet och höjd. Denna typ av fel orsakas av variationer i tryck och temperatur i atmosfären. Ett kompressibilitetsfel kan uppstå eftersom slagtrycket gör att luften komprimeras i pitotröret. Vid standard havsnivåtryckhöjd svarar kalibreringsekvationen (se kalibrerad flyghastighet ) korrekt för kompressionen så att det inte finns något kompressibilitetsfel vid havsnivån. På högre höjder redovisas inte kompressionen korrekt och kommer att få instrumentet att läsa av högre än motsvarande flyghastighet . En korrigering kan erhållas från ett diagram. Kompressibilitetsfel blir betydande på höjder över 10 000 fot (3 000 m) och vid flyghastigheter över 200 knop (370 km/h). Hysteres är ett fel som orsakas av mekaniska egenskaper hos aneroidkapslarna som finns i instrumenten. Dessa kapslar, som används för att bestämma tryckskillnader, har fysikaliska egenskaper som motstår förändring genom att behålla en given form, även om de yttre krafterna kan ha förändrats. Omkastningsfel orsakas av en falsk statisk tryckavläsning. Denna felaktiga avläsning kan orsakas av onormalt stora förändringar i ett flygplans stigning. En stor förändring i tonhöjd kommer att orsaka en tillfällig visning av rörelse i motsatt riktning. Omkastningsfel påverkar främst höjdmätare och vertikala hastighetsindikatorer.
Positionsfel
En annan klass av inneboende fel är positionsfel . Ett positionsfel uppstår genom att flygplanets statiska tryck skiljer sig från lufttrycket på avstånd från flygplanet. Detta fel orsakas av att luften strömmar förbi den statiska porten med en hastighet som skiljer sig från flygplanets verkliga flyghastighet . Positionsfel kan ge positiva eller negativa fel, beroende på en av flera faktorer. Dessa faktorer inkluderar flyghastighet, anfallsvinkel , flygplanets vikt, acceleration, flygplanskonfiguration, och i fallet med helikoptrar, rotornedspolning . Det finns två kategorier av positionsfel, som är "fasta fel" och "variable fel". Fixade fel definieras som fel som är specifika för en viss modell av flygplan. Variabla fel orsakas av yttre faktorer såsom deformerade paneler som hindrar luftflödet, eller särskilda situationer som kan överbelasta flygplanet.
Fördröjningsfel
Fördröjningsfel orsakas av det faktum att alla förändringar i det statiska eller dynamiska trycket utanför flygplanet kräver en begränsad tid för att ta sig ner i slangen och påverka mätarna. Denna typ av fel beror på längden och diametern på slangen samt volymen inuti mätarna. Fördröjningsfel är bara betydande runt den tid då flyghastigheten eller höjden ändras. Det handlar inte om att flyga på jämn nivå.
- 1 december 1974 – Northwest Airlines Flight 6231 , en Boeing 727 , kraschade nordväst om John F. Kennedy International Airport under klättring på väg till Buffalo Niagara International Airport på grund av blockering av pitotrören av atmosfärisk isbildning .
- 6 februari 1996 – Birgenair Flight 301 kraschade i havet kort efter start på grund av felaktiga avläsningar från flyghastighetsindikatorn. Den misstänkta orsaken är ett blockerat pitotrör (detta bekräftades aldrig, eftersom flygplansvraket inte återfanns).
- 2 oktober 1996 – Aeroperú Flight 603 kraschade på grund av blockering av de statiska portarna. De statiska portarna på flygplanets vänstra sida hade tejpats över medan flygplanet vaxades och rengjordes. Efter att jobbet var gjort togs inte tejpen bort.
- 23 februari 2008 – En B-2 bombplan lyfte från Andersen Air Force Base i Guam och kraschade därefter efter att ha stannat. Det orsakades av fukt på lufthastighetssensorerna.
- 1 juni 2009 – Den franska flygsäkerhetsmyndigheten BEA sa att isbildning i pitotrör var en bidragande orsak till kraschen av Air France Flight 447 .
Se även
- Lawford. JA och Nippress, KR (1983). Kalibrering av luftdatasystem och flödesriktningssensorer (AGARD AG-300 - Vol.1, AGARD Flight Test Techniques Series; RW Borek, red.). Nås via Spaceagecontrol.com (PDF). Hämtad 25 april 2008.
- Kjelgaard, Scott O. (1988), Teoretisk härledning och kalibreringsteknik för en femhålssond med halvsfärisk spets ( NASA Technical Memorandum 4047).
externa länkar