Трубка Пито

Для измерения скорости в самолете используются трубки Пито. Этот пример от Airbus A380 сочетает в себе трубку Пито (справа) со статическим портом и флюгером угла атаки (слева). Воздушный поток направлен справа налево.

Типы трубок Пито

Трубка Пито-статика, подключенная к манометру

Трубка Пито на Камов Ка-26 вертолета

Трубка Пито на автомобиле Формулы-1

Расположение трубок Пито на Боинг 777

Пито ( / р я т oʊ / ОЭЭ -t ) трубка , также известная как Пит зонд , является измерение расхода устройства , используемое для измерения текучей среды , скорости потока . Трубка Пито была изобретена французским инженером Анри Пито в начале 18 века ^[1], а в середине 19 века французским ученым Генри Дарси была изменена ее современная форма . ^[2] Он широко используется для определения скорости полета в качестве воздушного судна , ^[3] скорость лодки относительно воды, а также для измерения скоростей потоков жидкости, воздуха и газа в некоторых промышленных применениях.

Теория работы [ править ]

Основная трубка Пито состоит из трубки, направленной прямо в поток жидкости. Поскольку в этой трубке находится жидкость, можно измерить давление; движущаяся жидкость останавливается (застаивается), поскольку нет выхода для продолжения потока. 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 использоваться для определения скорости потока жидкости (воздушная скорость в авиации). Однако уравнение Бернулли гласит:

Давление застоя = статическое давление + динамическое давление

Что тоже можно написать

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

Решение этого для скорости потока дает

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

куда

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

ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенное выше уравнение применимо только к жидкостям, которые можно рассматривать как несжимаемые. Почти во всех условиях жидкости считаются несжимаемыми. При определенных условиях газы можно считать несжимаемыми. См. Сжимаемость .

Таким образом, динамическое давление - это разница между давлением торможения и статическим давлением. Затем динамическое давление определяется с помощью диафрагмы внутри закрытого контейнера. Если воздух на одной стороне диафрагмы находится под статическим давлением, а с другой - при давлении торможения, то прогиб диафрагмы пропорционален динамическому давлению.

В самолетах статическое давление обычно измеряется с помощью статических отверстий на боковой стороне фюзеляжа. Измеренное динамическое давление можно использовать для определения указанной воздушной скорости самолета. Описанное выше устройство диафрагмы обычно содержится в индикаторе воздушной скорости , который преобразует динамическое давление в значение воздушной скорости с помощью механических рычагов.

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

Если манометр столба жидкости используется для измерения перепада давления , ${\displaystyle \Delta p\equiv p_{t}-p_{s}}$

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

куда

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

Следовательно,

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

Самолеты и аварии [ править ]

Пито-статическая система - это система чувствительных к давлению инструментов, которая наиболее часто используется в авиации для определения воздушной скорости , числа Маха , высоты и тренда высоты . Система статики Пито обычно состоит из трубки Пито, статического порта и инструментов статики Пито. ^[5] Ошибки в показаниях статической системы Пито могут быть чрезвычайно опасными, поскольку информация, полученная от статической системы Пито, например, воздушная скорость, потенциально критична для безопасности.

Несколько инцидентов и происшествий с коммерческими авиакомпаниями были связаны с отказом статической системы Пито. Примеры включают рейс 2553 Austral Líneas Aéreas , рейс 6231 Northwest Airlines , рейс 301 Birgenair и один из двух X-31 . ^[6] Французское агентство по безопасности полетов BEA заявило, что обледенение трубки Пито было одной из причин крушения рейса 447 Air France в Атлантическом океане . ^[7] В 2008 году компания Air Caraïbes сообщила о двух случаях неисправности обледенения трубки Пито на своих A330. ^[8]

На рейсе 301 авиакомпании Birgenair произошел фатальный отказ трубки Пито, который, как подозревали исследователи, был вызван тем, что насекомые создали гнездо внутри трубки Пито; Главный подозреваемый - черно-желтая грязевая оса.

На рейсе 603 Aeroperú произошел фатальный отказ системы статического электричества из-за того, что уборочная бригада оставила статический порт заблокированным лентой.

Отраслевые приложения [ править ]

В промышленности измеряемые скорости потока часто происходят в каналах и трубах, где измерения с помощью анемометра было бы трудно получить. Для таких измерений наиболее практичным инструментом является трубка Пито. Трубка Пито может быть вставлен через небольшое отверстие в канале с Пито , соединенной с U-трубки датчика воды или какой - либо другой дифференциальный манометр для определения скорости потока внутри аэродинамической трубы в кольцевом обтекателе. Одно из применений этого метода - определение объема воздуха, подаваемого в кондиционируемое помещение.

Затем 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 обычно измеряется в узлах .

На метеостанциях с высокой скоростью ветра трубка Пито модифицируется для создания особого типа анемометра, называемого статическим анемометром с трубкой Пито . ^[9]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Примечания

Библиография

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме трубки Пито .

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