Pitot-putki - Pitot tube

Lentokone käyttää pitot-putkia ilmanopeuden mittaamiseen. Tässä Airbus A380 -mallissa on yhdistetty pitot-putki (oikealla) staattiseen porttiin ja hyökkäyskulman siipi (vasemmalle). Ilmavirta on oikealta vasemmalle.

Pitot-putkien tyypit

Pitot-staattinen putki, joka on kytketty manometriin

Pitot-putki Kamov Ka-26- helikopterilla

Pitot-putket Formula 1 -autolla

Pitot-putkien sijainti Boeing 777: llä

Pitot ( / s i t oʊ / PEE -toh ) putki , joka tunnetaan myös nimellä pitot-anturi , on virtauksen mittaus laite, jolla mitataan nesteen virtausnopeus . Pitot-putken keksi ranskalainen insinööri Henri Pitot 1700-luvun alussa, ja ranskalainen tiedemies Henry Darcy muutti sen nykyaikaiseksi muodoksi 1800-luvun puolivälissä . Se on yleisesti käytetty määrittämään ilmanopeus , joka ilma , vesi nopeus vene, ja mitata nesteen, ilman ja kaasun virtausnopeuksia tietyissä teollisissa sovelluksissa.

Toimintateoria

Pitot-perusputki koostuu putkesta, joka osoittaa suoraan nestevirtaan. Koska tämä putki sisältää nestettä, paine voidaan mitata; liikkuva neste saatetaan lepäämään (pysähtyy), koska virtausta ei voi jatkaa. Tämä paine on nesteen pysähtymispaine , joka tunnetaan myös nimellä kokonaispaine tai (erityisesti ilmailussa) pitot-paine .

Mitattua pysähtymispaineita ei voida itse käyttää nesteen virtausnopeuden määrittämiseen (lentonopeus lentoliikenteessä). Kuitenkin Bernoullin yhtälö todetaan:

Pysähtymispaine = staattinen paine + dynaaminen paine

Joka voidaan myös kirjoittaa

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

Ratkaisemalla virtausnopeus antaa

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

missä

• ${\ displaystyle u}$on virtausnopeus ;
• ${\ displaystyle p_ {t}}$ on pysähtyminen tai kokonaispaine;
• ${\ displaystyle p_ {s}}$on staattinen paine ;
• ja on nesteen tiheys.${\ displaystyle \ rho}$

HUOMAUTUS: Yllä oleva yhtälö koskee vain nesteitä, joita voidaan pitää puristamattomina. Nesteet käsitellään kokoonpuristumattomina lähes kaikissa olosuhteissa. Kaasuja tietyissä olosuhteissa voidaan arvioida puristamattomiksi. Katso Pakkaus .

Dynaaminen paine , sitten on ero pysähtyminen paineessa ja staattisen paineen. Dynaaminen paine määritetään sitten kalvolla suljetussa astiassa. Jos kalvon toisella puolella oleva ilma on staattisessa paineessa ja toinen pysähtymispaineessa, niin kalvon taipuma on verrannollinen dynaamiseen paineeseen.

Lentokoneissa staattinen paine mitataan yleensä rungon sivulla olevista staattisista aukoista. Mitattua dynaamista painetta voidaan käyttää ilma-aluksen ilmoitetun nopeuden määrittämiseen . Edellä kuvattu kalvojärjestely sisältyy tyypillisesti ilmanopeuden osoittimeen , joka muuntaa dynaamisen paineen ilmanopeuden lukemaksi mekaanisten vipujen avulla.

Erillisten pitot- ja staattisten porttien sijasta voidaan käyttää pitot-staattista putkea (jota kutsutaan myös Prandtl- putkeksi), jossa on toinen koaksiaalinen putki pitot-putken kanssa reunoilla sivuilla suoran ilmavirran ulkopuolella staattisen paineen mittaamiseksi .

Jos paine-eron mittaamiseen käytetään nestepylvään manometriä , ${\ displaystyle \ Delta p \ equiv p_ {t} -p_ {s}}$

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

missä

• ${\ displaystyle \ Delta h}$ on pylväiden korkeusero;
• ${\ displaystyle \ rho _ {l}}$ on manometrin nesteen tiheys;
• g on vakavakiihtyvyys painovoiman vuoksi .

Siksi,

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

Lentokoneet ja onnettomuudet

Pitot-staattinen järjestelmä on järjestelmä painoherkkää välineitä, joita käytetään useimmiten ilmailussa määrittämiseen lentokoneen ilmanopeus , Machin luku , korkeus , ja Korkeustrendi . Pitot-staattinen järjestelmä koostuu yleensä pitot-putkesta, staattisesta portista ja pitot-staattisista instrumenteista. Virheet pitot-staattisen järjestelmän lukemissa voivat olla erittäin vaarallisia, koska staattisesta pitot-järjestelmästä saadut tiedot, kuten ilmanopeus, ovat mahdollisesti turvallisuuden kannalta kriittisiä.

Useat kaupallisten lentoyhtiöiden tapaukset ja onnettomuudet on jäljitetty pitot-staattisen järjestelmän vikaantumiseen. Esimerkkejä ovat Austral Líneas Aéreas -lento 2553 , Northwest Airlinesin lento 6231 , Birgenair -lento 301 ja toinen kahdesta X-31-moottorista . Ranskan lentoturvallisuus viranomainen BEA totesi, että pitot putki jäätymistä oli myötävaikuttavana tekijänä onnettomuudessa Air Francen lento 447 osaksi Atlantin valtamerellä . Vuonna 2008 Air Caraïbes ilmoitti kahdesta pitot-putken jäätymisen häiriöstä A330-koneissaan.

Birgenair-lennolla 301 oli kuolemaan johtanut pitot-putken vika, jonka tutkijat epäilivät johtuvan hyönteisistä, jotka loivat pesän pitot-putken sisälle; tärkein epäilty on musta ja keltainen muta- ampiainen.

Aeroperú Flight 603: lla oli vakava pitot-staattinen järjestelmän vika johtuen siivousmiehistön poistumisesta staattisesta portista nauhalla.

Teollisuuden sovellukset

Pitot-putki F / A-18: sta

Sääinstrumentit Mount Washingtonin observatoriossa . Pitot-putken staattinen tuulimittari on oikealla.

Teollisuudessa mitatut virtausnopeudet ovat usein kanavissa ja putkissa virtaavia nopeuksia, joissa anemometrillä tehtäviä mittauksia olisi vaikea saada. Tällaisissa mittauksissa käytännönläheisin väline on pitot-putki. Pitot-putki voidaan viedä kanavassa olevan pienen reiän läpi pitot kytkettynä U-putken vesimittariin tai johonkin muuhun paine-eromittariin virtausnopeuden määrittämiseksi kanavoidun tuulitunnelin sisällä. Yksi tämän tekniikan käyttötarkoituksista on määrittää ilmatilavuus, joka toimitetaan ilmastoituun tilaan.

Nesteen virtausnopeus kanavassa voidaan sitten arvioida:

Tilavuusvirta (kuutiojalkaa minuutissa) = kanavan pinta-ala (neliöjalkaa) × virtausnopeus (jalkaa minuutissa)

Tilavuusvirta (kuutiometriä sekunnissa) = kanavan pinta-ala (neliömetriä) × virtausnopeus (metriä sekunnissa)

Ilmailussa ilmanopeus mitataan tyypillisesti solmuina .

Sääasemilla, joilla on suuri tuulen nopeus, pitot-putkea muunnetaan luomaan erityinen anemometrityyppi, jota kutsutaan pitot-putken staattiseksi anemometriksi .

Katso myös

Viitteet

Huomautuksia

Bibliografia

Ulkoiset linkit

• 3D-animaatio Pitot-putken paine-erovirran mittausperiaatteesta
• Kuinka 1700-luvun tekniikka voisi pudottaa lentokoneen (wired.com)