飞机使用皮托管测量空速。图中为空中客车A380 的空速管和攻角叶片,气流从该设备右边流入,左边流出。
皮托管的分类
F/A-18 的皮托管
皮托管 (法語:pitot ,發音: ,又称空速管 、皮氏管 )是一种测量压强 的仪器,可用来测量流体 运动速度 。皮托管由法国工程师亨利·皮托 于十八世纪初发明[1] ,并在十九世纪中叶由法国科学家亨利·达西 改进为现在的样子。[2] 皮托管通常用于测量飞行器 的空速 和工业设施中的气体的流动速度。皮托管可用于测量某给定点的局部速度而不是整条管线的平均速度。[3]
原理
最基本的皮托管具有一个直接处于流體中的管道。可在此管充有流体后测量其压差;由于管道中并无出口,流体便在管中停滞。此时测量的压强为流体的滞压 ,也称为总压。
滞压本身并不能测量流体速度,但是伯努利定律 指出:
滞压 = 静压 + 动压
可改写为:
p
t
=
p
s
+
(
ρ ρ -->
V
2
2
)
{\displaystyle p_{t}=p_{s}+\left({\frac {\rho V^{2}}{2}}\right)}
解出速度为:
V
=
2
(
p
t
− − -->
p
s
)
ρ ρ -->
{\displaystyle V={\sqrt {\frac {2(p_{t}-p_{s})}{\rho }}}}
需要注意的是,此等式仅适用于不可压缩流体 ;本等式中:
V
{\displaystyle V}
为流体速度;
p
t
{\displaystyle p_{t}}
为滞压;
p
s
{\displaystyle p_{s}}
为静压;
ρ ρ -->
{\displaystyle \rho }
为流体密度。
上式中压力改变量
p
2
{\displaystyle p_{2}}
–
p
1
{\displaystyle p_{1}}
或
Δ Δ -->
p
{\displaystyle \Delta p}
可由压力计读数
Δ Δ -->
h
{\displaystyle \Delta h}
得出:
Δ Δ -->
p
=
ρ ρ -->
g
Δ Δ -->
h
{\displaystyle \Delta p=\rho g\Delta h}
本等式中:
ρ ρ -->
{\displaystyle \rho }
为压力计中为流体密度
Δ Δ -->
h
{\displaystyle \Delta h}
为压力计读数
动压 是滞压和静压 之差。静压通常由机身侧面的静压孔测得。动压通过在一密闭容器中的膜片测得:若膜片一侧的空气压强与静压相同,另一侧与总压相同,则膜片的偏转程度与动压成正比。测得动压后便可测量飞行器表速 。该膜片通常位于空速计中。空速计通过一些机械将压力表示为空速表读数。
静压孔和皮托管还可组合为皮托静压管 。此装置在原有皮托管外另套有一管。外管于大气相不直接处于气流中并被用来测量静压。[4]
皮托管相關的航空事故
飞机上的皮托管通常带有加热设备以防止皮托管被冰堵塞。皮托管失效会造成灾难性后果。一架X-31 因皮托管失效而失事。[5] ,1997年發生的阿根廷南方航空2553號班機空難 經調查可能是皮托管結冰。法國航空事故調查處BEA 曾说皮托管结冰是法国航空447号航班 失事原因之一。[6]
有幾起航空事故肇因於皮托管被異物阻塞。如1996年10月2日發生的秘魯航空603號班機空難 ,其原因是皮托管的靜壓孔在飛機清洗前被貼上膠布遮蓋,起飛前卻沒有移除,導致飛機儀表異常讓機師誤判而墜毀。同一年發生的伯根航空301號班機空難 經調查可能是飛機停留期間皮托管未蓋上保護蓋而使胡蜂 入內築巢堵塞。
工业应用
工业上一些流体的速度很难由馬赫空速表 测得。此时可使用皮托管测量速度。
脚注
参考来源
Kermode, A.C. Mechanics of Flight. Barnard, R.H. (Ed.) and Philpott, D.R. (Ed.) 10th. Prentice Hall. 1996: 63–67 [1972]. ISBN 0-582-23740-8 .
Pratt, Jeremy M. The Private Pilot's Licence Course: Principles of Flight, Aircraft General Knowledge, Flight Performance and Planning 3rd. 2005. gen108–gen111 [1997]. ISBN 1-874783-23-3 .
Tietjens, O.G. Applied Hudro- and Aeromechanics, based on lectures of L. Prandtl, Ph.D. Dove Publications, Inc. 1934: 226–239. ISBN 0-486-60375-X .
Saleh, J.M. Fluid Flow Handbook. McGraw-Hill Professional. 2002.
外部链接