皮托管
原理
最基本的皮托管具有一个直接处于气流中的管道。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,但是伯努利方程指出:
可改写为:
解出速度为:
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:
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 ( 英语 : static pressure ) 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 ( 英语 : indicated airspeed ) 。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。
皮托管相关的航空事故
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 ( 英语 : X-31 ) 因皮托管失效而失事。 ,1997年发生的阿根廷南方航空2553号班机空难经调查可能是皮托管结冰。法国航空安全当局BEA曾说皮托管结冰是法国航空447号航班失事原因之一。
有几起航空事故肇因于皮托管被异物阻塞。如1996年10月2日发生的秘鲁航空603号班机空难,其原因是皮托管的静压孔在飞机前被贴上胶布遮盖,起飞前却没有移除,导致飞机仪表异常让机师误判而坠毁。同一年发生的伯根航空301号班机空难经调查可能是皮托管的保护盖在起飞前未移除,或是飞机停留期间皮托管未盖上保护盖而使胡蜂入内筑巢堵塞。
工业应用
工业上一些流体的速度很难由马赫空速表测得。此时可使用皮托管测量速度。
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.
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