Pitotrör

Flygplan använder pitotrör för att mäta flyghastighet. Detta exempel, från en Airbus A380 , kombinerar ett pitotrör (höger) med en statisk port och en anfallsvinkelvinge (vänster). Luftflödet är från höger till vänster.

Typer av pitotrör

Ett pitot-statiskt rör kopplat till en manometer

Pitotrör på Kamov Ka-26 helikopter

Pitotrör på en Formel 1-bil

Placering av pitotrör på en Boeing 777

Ett pitot ( / vätskeflödeshastigheten . ) ˈpiːt oʊ / PEE - toh ) rör ( pitotsond mäter _ _ _ Den uppfanns av en fransk ingenjör, Henri Pitot , i början av 1700-talet, och modifierades till sin moderna form i mitten av 1800-talet av en fransk vetenskapsman, Henry Darcy . Det används ofta för att bestämma flyghastigheten för flygplan ; båtarnas vattenhastighet; och flödeshastigheten för vätskor, luft och gaser inom industrin.

Operationsteori

Det grundläggande pitotröret består av ett rör som pekar direkt in i vätskeflödet. Eftersom detta rör innehåller vätska kan ett tryck mätas; den rörliga vätskan bringas till vila (stagnerar) eftersom det inte finns något utlopp för att tillåta flödet att fortsätta. Detta tryck är vätskans stagnationstryck , även känt som det totala trycket eller (särskilt inom flyg) pitottrycket .

Det uppmätta stagnationstrycket kan inte i sig användas för att bestämma vätskeflödeshastigheten (lufthastigheten inom flyg). Men Bernoullis ekvation säger:

Stagnationstryck = statiskt tryck + dynamiskt tryck

Som också kan skrivas

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

Att lösa det för flödeshastighet ger

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

var

• $u$ är flödeshastigheten ;
• $p_{t}$ är stagnationen eller det totala trycket;
• $p_{s}$ är det statiska trycket ;
• och $\rho$ är vätskedensiteten.

OBS: Ovanstående ekvation gäller endast vätskor som kan behandlas som inkompressibla. Vätskor behandlas som inkompressibla under nästan alla förhållanden. Gaser kan under vissa förhållanden uppskattas som inkompressibla. Se Kompressibilitet .

Det dynamiska trycket är alltså skillnaden mellan stagnationstrycket och det statiska trycket. Det dynamiska trycket bestäms sedan med hjälp av ett membran inuti en sluten behållare. Om luften på ena sidan av membranet har det statiska trycket och den andra vid stagnationstrycket, är membranets avböjning proportionell mot det dynamiska trycket.

I flygplan mäts det statiska trycket i allmänhet med hjälp av de statiska portarna på sidan av flygkroppen. Det uppmätta dynamiska trycket kan användas för att bestämma flygplanets indikerade flyghastighet . Membranarrangemanget som beskrivs ovan är typiskt inrymt i flyghastighetsindikatorn , som omvandlar det dynamiska trycket till en flyghastighetsavläsning med hjälp av mekaniska spakar.

Istället för separata pitot- och statiska portar kan ett pitot-statiskt rör (även kallat Prandtl- rör) användas, som har ett andra rör koaxiellt med pitotröret med hål på sidorna, utanför det direkta luftflödet, för att mäta det statiska trycket .

Om en vätskekolonnmanometer används för att mäta tryckskillnaden $s}}$ { ,

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

var

• $\Delta h$ är höjdskillnaden för kolumnerna;
• $\rho _{l}$ är densiteten för vätskan i manometern;
• g är standardaccelerationen på grund av gravitation .

Därför,

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

Flygplan och olyckor

Huvudartikel: 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 vanligtvis av ett pitotrör, en statisk port och de pitot-statiska instrumenten. Fel i pitot-statiska systemavläsningar kan vara extremt farliga eftersom informationen som erhålls från det statiska pitotsystemet, såsom flyghastighet, är potentiellt säkerhetskritisk.

Flera incidenter och olyckor med kommersiella flygbolag har spårats till ett fel i det pitot-statiska systemet. Exempel inkluderar Austral Líneas Aéreas Flight 2553 , Northwest Airlines Flight 6231 , Birgenair Flight 301 och en av de två X-31:orna . Den franska flygsäkerhetsmyndigheten BEA sa att isbildning av pitotrör var en bidragande orsak till kraschen av Air France Flight 447 i Atlanten . Under 2008 Air Caraïbes två incidenter med pitotrörsbildningsfel på sin A330.

Birgenair Flight 301 hade ett dödligt pitotrörfel som utredarna misstänkte berodde på att insekter skapade ett bo inne i pitotröret; den huvudmisstänkte är den svarta och gula lergetingen .

Aeroperú Flight 603 hade ett dödligt pitot-statiskt systemfel på grund av att städpersonalen lämnade den statiska porten blockerad med tejp.

Industriapplikationer

Pitotrör från en F/A-18

Väderinstrument vid Mount Washington Observatory . Pitotröret statisk vindmätare är till höger.

Inom industrin är de flödeshastigheter som mäts ofta de som strömmar i kanaler och rör där mätningar med en vindmätare skulle vara svåra att uppnå. I dessa typer av mätningar är det mest praktiska instrumentet att använda pitotröret. Pitotröret kan föras in genom ett litet hål i kanalen med pitoten ansluten till en U-rörsvattenmätare eller någon annan differentialtrycksmätare för att bestämma flödeshastigheten inuti den kanalförsedda vindtunneln. En användning av denna teknik är att bestämma volymen luft som levereras till ett konditionerat utrymme.

Vätskeflödet i en kanal kan sedan uppskattas från:

Volymflöde (kubikfot per minut) = kanalarea (kvadratfot) × flödeshastighet (fot per minut)

Volymflöde (kubikmeter per sekund) = kanalarea (kvadratmeter) × flödeshastighet (meter per sekund)

Inom flyget mäts flyghastigheten vanligtvis i knop .

I väderstationer med höga vindhastigheter modifieras pitotröret för att skapa en speciell typ av vindmätare som kallas pitotrörsstatisk anemometer .

Se även

• Luftdataboom
• Höjdmätare
• Annubar
• Atmosfärisk isbildning
• Kalibrerad flyghastighet
• Avisning
• Gyrokompass
• Nedisningsförhållanden
• Kiel sond
• Piezometer
• Positionsfel
• Riktig flyghastighet

Bibliografi

•   Kermode, AC (1996) [1972]. Mekanik för flygning . Barnard, RH (Ed.) och Philpott, DR (Ed.) (10:e upplagan). Prentice Hall. s. 63–67. ISBN 0-582-23740-8 .
•   Pratt, Jeremy M. (2005) [1997]. Private Pilot's License Course: Principles of Flight, Aircraft General Knowledge, Flight Performance and Planning ( 3:e upplagan). gen108–gen111. ISBN 1-874783-23-3 .
•   Tietjens, OG (1934). Tillämpad hydro- och aeromekanik, baserad på föreläsningar av L. Prandtl, Ph.D. Dove Publications, Inc. s. 226–239. ISBN 0-486-60375-X .
• Saleh, JM (2002). Vätskeflödeshandbok . McGraw-Hill Professional.

externa länkar

• 3D-animering av Pitot Tube Differential Pressure Flow Measuring Principle
• Hur 1700-talsteknik kunde störta ett flygplan (wired.com)