لوله پیتوت

دستگاهی که سرعت جریان سیال را معمولاً در اطراف هواپیما یا قایق اندازه گیری می کند

هواپیماها از لوله های پیتوت برای اندازه گیری سرعت هوا استفاده می کنند. این مثال، از یک ایرباس A380 ، یک لوله پیتوت (راست) را با یک پورت استاتیک و یک پره زاویه حمله (سمت چپ) ترکیب می‌کند. جریان هوا از راست به چپ است.

انواع لوله پیتوت

یک لوله پیتوت استاتیک متصل به یک مانومتر

لوله پیتوت در هلیکوپتر Kamov Ka-26

یک ماشین فرمول یک در حین آزمایش با فریم هایی که لوله های پیتوت زیادی را در خود جای داده است

محل قرارگیری لوله های پیتوت در یک بوئینگ 777

یک لوله پیتوت ( / ˈ p iː t oʊ / PEE -toh ؛ همچنین پروب پیتوت ) سرعت جریان سیال را اندازه گیری می کند . در اوایل قرن 18 توسط مهندس فرانسوی هانری پیتو اختراع شد ^[1] و در اواسط قرن 19 توسط هنری دارسی به شکل مدرن آن تغییر یافت . ^{[2] به طور گسترده برای تعیین سرعت} هوایی هواپیما استفاده می شود . ^[3] سرعت آب قایق ها. و سرعت جریان مایعات، هوا و گازها در صنعت.

تئوری عملیات

لوله اصلی پیتوت شامل یک لوله است که مستقیماً به جریان سیال اشاره می کند. فشار در لوله را می توان اندازه گیری کرد زیرا سیال متحرک نمی تواند فرار کند و راکد می شود. این فشار همان فشار رکود سیال است که به عنوان فشار کل یا (به ویژه در هوانوردی) فشار پیتوت نیز شناخته می شود .

فشار راکد اندازه گیری شده خود نمی تواند برای تعیین سرعت جریان سیال (سرعت هوا در هوانوردی) استفاده شود. با این حال، معادله برنولی بیان می کند:

فشار سکون = فشار استاتیک + فشار دینامیکی

که می توان آن را نیز نوشت

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

حل آن برای سرعت جریان می دهد

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

کجا

• ${\displaystyle u}$سرعت جریان است .
• ${\displaystyle p_{t}}$رکود یا فشار کلی است.
• ${\displaystyle p_{s}}$فشار استاتیک است ؛
• و چگالی سیال است. ${\displaystyle \rho }$

این معادله فقط برای سیالاتی اعمال می شود که می توان آنها را تراکم ناپذیر در نظر گرفت. تقریباً در همه شرایط مایعات غیر قابل تراکم هستند. گازها تحت شرایط معینی را می توان به صورت تقریبی تراکم ناپذیر در نظر گرفت. تراکم پذیری را ببینید .

فشار دینامیکی تفاوت بین فشار سکون و فشار استاتیک است. سپس فشار دینامیکی با استفاده از یک دیافراگم در داخل یک ظرف محصور تعیین می شود. اگر هوای یک طرف دیافراگم در فشار استاتیک و طرف دیگر در فشار سکون باشد، انحراف دیافراگم با فشار دینامیکی متناسب است.

در هواپیما، فشار استاتیک به طور کلی با استفاده از پورت های ساکن در کنار بدنه اندازه گیری می شود. فشار دینامیکی اندازه گیری شده می تواند برای تعیین سرعت هوای مشخص شده هواپیما استفاده شود. چیدمان دیافراگم که در بالا توضیح داده شد معمولاً در داخل نشانگر سرعت هوا قرار می گیرد که فشار دینامیکی را با استفاده از اهرم های مکانیکی به اندازه گیری سرعت هوا تبدیل می کند.

به جای پورت های پیتوت و استاتیک جداگانه، ممکن است از یک لوله پیتوت استاتیک (که به آن لوله پراندتل نیز گفته می شود ) استفاده شود که دارای یک لوله دوم هم محور با لوله پیتوت با سوراخ هایی در طرفین، خارج از جریان مستقیم هوا، برای اندازه گیری فشار استاتیک است. . ^[4]

اگر از مانومتر ستون مایع برای اندازه گیری اختلاف فشار استفاده شود ، ${\displaystyle \Delta p\equiv p_{t}-p_{s}}$

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

کجا

• ${\displaystyle \Delta h}$اختلاف ارتفاع ستون ها است.
• ${\displaystyle \rho _{l}}$چگالی مایع در مانومتر است.
• g شتاب استاندارد ناشی از گرانش است .

بنابراین،

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

هواپیما و سوانح

سیستم پیتوت استاتیک سیستمی از ابزارهای حساس به فشار است که اغلب در هوانوردی برای تعیین سرعت هوایی ، عدد ماخ ، ارتفاع و روند ارتفاع هواپیما استفاده می‌شود . یک سیستم پیتوت استاتیک به طور کلی از یک لوله پیتوت، یک پورت استاتیک و ابزارهای پیتوت استاتیک تشکیل شده است. ^[5] خطاها در قرائت سیستم پیتوت استاتیک می توانند بسیار خطرناک باشند زیرا اطلاعات به دست آمده از سیستم استاتیک پیتوت، مانند سرعت هوا، به طور بالقوه از نظر ایمنی حیاتی است.

چندین حادثه و سوانح خطوط هوایی تجاری به نقص سیستم پیتوت استاتیک ردیابی شده اند. به عنوان مثال می توان به Austral Líneas Aéreas Flight 2553 ، Northwest Airlines Flight 6231 ، Birgenair Flight 301 و یکی از دو X-31 اشاره کرد . ^[6] اداره ایمنی هوایی فرانسه BEA گفت که یخ لوله پیتوت عاملی در سقوط پرواز 447 ایرفرانس به اقیانوس اطلس بوده است . ^[7] در سال 2008 Air Caraïbes دو مورد از خرابی یخ لوله پیتوت را در A330s خود گزارش کرد. ^[8]

پرواز 301 Birgenair دچار یک شکست کشنده لوله پیتوت بود که محققان گمان کردند به دلیل ایجاد لانه در داخل لوله پیتوت توسط حشرات بود. مظنون اصلی زنبور سیاه و زرد گلی است .

پرواز 603 Aeroperú به دلیل مسدود شدن درگاه استاتیک توسط خدمه نظافت، سیستم پیتوت استاتیک مرگبار را دچار نقص کرد.

کاربردهای صنعتی

لوله پیتوت از یک F/A-18

ابزارهای هواشناسی در رصدخانه کوه واشنگتن . بادسنج استاتیک لوله پیتو در سمت راست قرار دارد.

در صنعت، سرعت‌های جریانی که اندازه‌گیری می‌شوند، اغلب آنهایی هستند که در مجاری و لوله‌ها جریان دارند، جایی که اندازه‌گیری توسط بادسنج دشوار است. در این نوع اندازه‌گیری‌ها، کاربردی‌ترین ابزار مورد استفاده، لوله پیتوت است. لوله پیتوت را می توان از طریق یک سوراخ کوچک در مجرا وارد کرد که پیتوت به یک گیج آب لوله U یا برخی دیگر از فشارسنج های تفاضلی دیگر برای تعیین سرعت جریان در داخل تونل باد مجرای متصل است. یکی از کاربردهای این تکنیک تعیین حجم هوایی است که به یک فضای مطبوع تحویل داده می شود.

سرعت جریان سیال در یک مجرا را می توان از موارد زیر تخمین زد:

سرعت جریان حجمی (فوت مکعب در دقیقه) = مساحت مجرا (فوت مربع) × سرعت جریان (فوت در دقیقه)

سرعت جریان حجمی (متر مکعب بر ثانیه) = مساحت مجرا (متر مربع) × سرعت جریان (متر بر ثانیه)

در هوانوردی، سرعت هوا معمولاً با گره اندازه گیری می شود .

در ایستگاه های هواشناسی با سرعت باد زیاد، لوله پیتوت برای ایجاد نوع خاصی از بادسنج به نام بادسنج استاتیک لوله پیتوت اصلاح می شود . ^[9]

همچنین ببینید

• رونق داده های هوا
• ارتفاع سنج
• آنوبار
• سرعت هوای کالیبره شده
• یخ زدایی
• قطب نما ژیروسکوپ
• کاوشگر کیل
• پیزومتر
• خطای موقعیت
• سرعت واقعی هوا

مراجع

یادداشت ها

1. پیتوت، هانری (1732). "Description d'une machine pour mesurer la vitesse des eaux courantes et le sillage des vaisseaux" (PDF) . تاریخچه آکادمی سلطنتی علوم avec les memoires de mathématique et de physique tirés des registres de cette Académie : 363–376 . بازیابی شده در 2009-06-19 .
2. دارسی، هنری (1858). "توجه داشته باشید تغییرات نسبی à quelques à introduire dans le tube de Pitot" (PDF) . Annales des Ponts et Chaussées : 351–359 . بازیابی 2009-07-31 .
3. اثر ونتوری و لوله های پیتو | مایعات | فیزیک | آکادمی خان، سپتامبر 2014 ، بازیابی شده در 15-12-2019
4. "چگونه ابزارهای هواپیما کار می کنند." عامه پسند ، مارس 1944، ص 116.
5. ویلیتس، پت، ویرایش. (2004) [1997]. کشف پرواز هدایت شده - خلبان خصوصی . ابوت، مایک کیلی، لیز. جپسن ساندرسون صص 2-48-2-53. شابک 0-88487-333-1.
6. «اخبار ناسا درایدن. (1995)».
7. «نقایص آموزشی در گزارش سقوط ریو-پاریس آشکار شد». رویترز . 5 جولای 2012 . بازبینی شده در 5 اکتبر 2012 .
8. دالی، کایران (11 ژوئن 2009). "یادداشت Air Caraibes Atlantique جزئیات حوادث یخ زدگی پیتوت". پرواز بین المللی بازبینی شده در 19 فوریه 2012 .
9. "دستگاه ابزار: بادسنج استاتیک لوله پیتو، قسمت 1". رصدخانه کوه واشنگتن بایگانی شده از نسخه اصلی در 14 جولای 2014 . بازبینی شده در 14 جولای 2014 .

کتابشناسی

• Kermode، AC (1996) [1972]. مکانیک پرواز . بارنارد، RH (ویرایش) و فیلپوت، DR (ویرایش) (ویرایش دهم). سالن پرنتیس صص 63-67. شابک 0-582-23740-8.
• پرت، جرمی ام (2005) [1997]. دوره گواهینامه خلبان خصوصی: اصول پرواز، دانش عمومی هواپیما، عملکرد و برنامه ریزی پرواز (ویرایش سوم). تجهیزات پرواز هواپیما. gen108–gen111. شابک 1-874783-23-3.
• Tietjens، OG (1934). هیدرومکانیک کاربردی و هوا مکانیک، بر اساس سخنرانی های L. Prandtl، Ph.D. Dove Publications, Inc. pp. 226-239. شابک 0-486-60375-X.
• صالح، جی ام (2002). کتابچه راهنمای جریان سیال . مک گراو-هیل حرفه ای.

لینک های خارجی

• انیمیشن سه بعدی اصل اندازه گیری جریان فشار تفاضلی لوله پیتو
• چگونه فناوری قرن 18 می تواند یک هواپیمای مسافربری را نابود کند (wired.com)