Pitot tube - Pitot tube

Fly bruker pitotrør for å måle lufthastighet. Dette eksemplet, fra en Airbus A380 , kombinerer et pitotrør (til høyre) med en statisk port og en angrepsvinkel (til venstre). Luftstrømmen er høyre mot venstre.

Typer av pitotrør

Et pitot-statisk rør koblet til et manometer

Pitot-rør på Kamov Ka-26 helikopter

Pitot-rør på en Formel 1-bil

Plassering av pitotrør på en Boeing 777

En anordning av pitot ( / p jeg t oʊ / PEE -toh ) rør , også kjent som pitot probe , er en strømningsmålingsanordning anvendt for å måle fluidstrømningshastighet . Pitotrøret ble oppfunnet av den franske ingeniøren Henri Pitot tidlig på 1700-tallet og ble modifisert til sin moderne form på midten av 1800-tallet av den franske forskeren Henry Darcy . Den brukes mye for å bestemme flyhastigheten til et fly , båtens vannhastighet og for å måle væske-, luft- og gasshastigheter i visse industrielle applikasjoner.

Teori om drift

Det grunnleggende pitotrøret består av et rør som peker direkte inn i væskestrømmen. Ettersom dette røret inneholder væske, kan et trykk måles; den flytende væsken bringes til hvile (stagnerer) da det ikke er noe utløp som tillater flyt å fortsette. Dette trykket er stagnasjonstrykket til væsken, også kjent som det totale trykket eller (spesielt innen luftfart) pitotrykket .

Det målte stagnasjonstrykket kan ikke i seg selv brukes til å bestemme væskestrømningshastigheten (lufthastighet i luftfart). Men Bernoullis likning heter det:

Stagnasjonstrykk = statisk trykk + dynamisk trykk

Som også kan skrives

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

Å løse det for strømningshastighet gir

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

hvor

• ${\ displaystyle u}$er strømningshastigheten ;
• ${\ displaystyle p_ {t}}$ er stagnasjon eller totaltrykk;
• ${\ displaystyle p_ {s}}$er det statiske trykket ;
• og er væsketettheten.${\ displaystyle \ rho}$

MERK: Ovennevnte ligning gjelder bare væsker som kan behandles som komprimerbare. Væsker behandles som ukomprimerbar under nesten alle forhold. Gasser under visse forhold kan tilnærmes som ukomprimerbare. Se kompressibilitet .

Det dynamiske trykket er altså forskjellen mellom stagnasjonstrykket og det statiske trykket. Det dynamiske trykket bestemmes deretter ved bruk av en membran inne i en lukket beholder. Hvis luften på den ene siden av membranen har det statiske trykket, og den andre ved stagnasjonstrykket, er avbøyningen av membranen proporsjonal med det dynamiske trykket.

I fly måles det statiske trykket vanligvis ved hjelp av de statiske portene på siden av skroget. Det målte dynamiske trykket kan brukes til å bestemme den angitte flyhastigheten til flyet. Membranarrangementet beskrevet ovenfor er vanligvis inneholdt i lufthastighetsindikatoren , som konverterer det dynamiske trykket til en lufthastighetsavlesning ved hjelp av mekaniske spaker.

I stedet for separate pitot- og statiske porter kan det brukes et pitot-statisk rør (også kalt et Prandtl- rør), som har et andre rør koaksialt med pitotrøret med hull på sidene, utenfor den direkte luftstrømmen, for å måle det statiske trykket .

Dersom en væskesøyle manometer brukes til å måle trykkforskjellen , ${\ displaystyle \ Delta p \ equiv p_ {t} -p_ {s}}$

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

hvor

• ${\ displaystyle \ Delta h}$ er høydeforskjellen på kolonnene;
• ${\ displaystyle \ rho _ {l}}$ er tettheten av væsken i manometeret;
• g er standardakselerasjonen på grunn av tyngdekraften .

Derfor,

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

Fly og ulykker

Et pitot-statisk system er et system med trykkfølsomme instrumenter som oftest brukes i luftfart for å bestemme flyets hastighet , Mach-nummer , høyde og høyde-trend . Et pitot-statisk system består vanligvis av et pitotrør, en statisk port og de pitot-statiske instrumentene. Feil i avlesninger av pitot-statisk system kan være ekstremt farlig, da informasjonen som er innhentet fra det pitot-statiske systemet, for eksempel flyhastighet, er potensielt sikkerhetskritisk.

Flere kommersielle flyhendelser og ulykker har blitt sporet til en svikt i det pitot-statiske systemet. Eksempler inkluderer Austral Líneas Aéreas Flight 2553 , Northwest Airlines Flight 6231 , Birgenair Flight 301 og en av de to X-31ene . Den franske luftfartsmyndigheten BEA sa at ising av pitotrør var en medvirkende årsak til at Air France Flight 447 krasjet inn i Atlanterhavet . I 2008 rapporterte Air Caraïbes to hendelser med isotfeil i pitotrøret på A330-en.

Birgenair Flight 301 hadde en dødelig svikt i pitotrøret som etterforskerne mistenkte skyldtes insekter som skapte et rede inne i pitotrøret; den viktigste mistenkte er den svarte og gule gjørme dauber veps.

Aeroperú Flight 603 hadde en dødelig pitot-statisk systemfeil på grunn av rengjøringspersonalet som etterlot den statiske porten blokkert med tape.

Bransjeapplikasjoner

Pitotrør fra en F / A-18

Værinstrumenter ved Mount Washington Observatory . Pitot tube statisk vindmåler er til høyre.

I industrien er strømningshastighetene som måles ofte de som strømmer i kanaler og rør hvor målinger med et vindmåler ville være vanskelig å oppnå. I slike målinger er det mest praktiske instrumentet å bruke pitotrøret. Pitotrøret kan innføres gjennom et lite hull i kanalen med pitot forbundet med et U-rør vannsøyle eller en annen differensialtrykkmåler for bestemmelse av strømningshastigheten inne i nomført vindtunnel. En bruk av denne teknikken er å bestemme volumet av luft som leveres til et kondisjonert rom.

Væskestrømningshastigheten i en kanal kan deretter estimeres fra:

Volumstrømningshastighet (kubikkfot per minutt) = kanalareal (kvadratfot) × strømningshastighet (fot per minutt)

Volumstrømningshastighet (kubikkmeter per sekund) = kanalareal (kvadratmeter) × strømningshastighet (meter per sekund)

I luftfart måles flyhastighet vanligvis i knop .

I værstasjoner med høy vindhastighet er pitotrøret modifisert for å skape en spesiell type vindmåler som kalles statisk anemometer for pitotrør .

Se også

Referanser

Merknader

Bibliografi

Eksterne linker

• 3D-animasjon av Pitot Tube Differential Pressure Flow Measuring Principle
• Hvordan 18. århundre teknologi kunne redusere en passasjerfly (wired.com)