皮托管

皮托管法語:發音: /ˈpt/,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]

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

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,但是白努力定律指出:

滞压 = 静压 + 动压

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:

  • 为流体速度;
  • 为滞压;
  • 为静压;
  • 为流体密度。

上式中压力改变量可由压力计读数得出:

本等式中:

  • 为压力计中为流体密度
  • 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。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。[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皮托管的保護蓋在起飛前未移除,或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

  1. Pitot, Henri. (PDF). Histoire de l'Académie royale des sciences avec les mémoires de mathématique et de physique tirés des registres de cette Académie. 1732: 363–376 [2009-06-19]. (原始内容存档于2014-06-13).
  2. Darcy, Henry. (PDF). Annales des Ponts et Chaussées. 1858: 351–359 [2009-07-31]. (原始内容存档于2015-12-06).
  3. Geankoplis, C.J. 4th. New Jersey: Prentice Hall. 2003.
  4. "How Aircraft Instruments Work." 页面存档备份,存于 Popular Science, March 1944, pp. 116.
  5. . [2012-11-28]. (原始内容存档于2012-10-24).
  6. . Reuters. 5 July 2012 [5 October 2012]. (原始内容存档于2012-07-08).

参考来源

  • Kermode, A.C. . Barnard, R.H. (Ed.) and Philpott, D.R. (Ed.) 10th. Prentice Hall. 1996: 63–67 [1972]. ISBN 0-582-23740-8.
  • Pratt, Jeremy M. 3rd. 2005. gen108–gen111 [1997]. ISBN 1-874783-23-3.
  • Tietjens, O.G. . Dove Publications, Inc. 1934: 226–239. ISBN 0-486-60375-X.
  • Saleh, J.M. . McGraw-Hill Professional. 2002.

外部链接

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