Staurohr - Pitot tube

Flugzeuge verwenden Pitot-Rohre, um die Fluggeschwindigkeit zu messen. Dieses Beispiel eines Airbus A380 kombiniert ein Staurohr (rechts) mit einem statischen Anschluss und einer Anstellwinkelschaufel (links). Luftstrom ist von rechts nach links.

Arten von Staurohren

Ein Pitot-Statik-Rohr verbunden mit einem Manometer

Staurohr auf dem Helikopter Kamov Ka-26

Staurohre an einem Formel-1-Auto

Lage der Staurohre einer Boeing 777

Ein Pitot ( / p í t oʊ / PEE -toh ) Rohr , auch bekannt als Pitot - Sonde , ist eine Durchflussmesseinrichtung zur Messung verwendete Fluidströmungsgeschwindigkeit . Das Pitot-Rohr wurde im frühen 18. Jahrhundert vom französischen Ingenieur Henri Pitot erfunden und Mitte des 19. Jahrhunderts vom französischen Wissenschaftler Henry Darcy in seine moderne Form gebracht . Es wird häufig verwendet, um die Fluggeschwindigkeit eines Flugzeugs , die Wassergeschwindigkeit eines Bootes zu bestimmen und um Flüssigkeits-, Luft- und Gasströmungsgeschwindigkeiten in bestimmten industriellen Anwendungen zu messen.

Theorie der Arbeitsweise

Das Grund-Staurohr besteht aus einem direkt in den Flüssigkeitsstrom gerichteten Rohr. Da dieses Rohr Flüssigkeit enthält, kann ein Druck gemessen werden; die sich bewegende Flüssigkeit wird zur Ruhe gebracht (stagniert), da kein Auslass vorhanden ist, um den Fluss weiterzuführen. Dieser Druck ist der Staudruck des Fluids, auch Totaldruck oder (insbesondere in der Luftfahrt) Pitotdruck genannt .

Der gemessene Staudruck selbst kann nicht zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids (Fluggeschwindigkeit in der Luftfahrt) verwendet werden. Die Bernoulli-Gleichung besagt jedoch:

Staudruck = statischer Druck + dynamischer Druck

Was auch geschrieben werden kann

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

Das Auflösen für die Strömungsgeschwindigkeit ergibt

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

wo

• ${\displaystyle u}$ist die Strömungsgeschwindigkeit ;
• ${\displaystyle p_{t}}$ ist die Stagnation oder der Gesamtdruck;
• ${\displaystyle p_{s}}$ist der statische Druck ;
• und ist die Flüssigkeitsdichte.${\displaystyle \rho}$

HINWEIS: Die obige Gleichung gilt nur für Flüssigkeiten, die als inkompressibel behandelt werden können. Flüssigkeiten werden unter fast allen Bedingungen als inkompressibel behandelt. Gase können unter bestimmten Bedingungen als inkompressibel bezeichnet werden. Siehe Komprimierbarkeit .

Der dynamische Druck ist dann die Differenz zwischen dem Staudruck und dem statischen Druck. Der Staudruck wird dann über eine Membran in einem geschlossenen Behälter bestimmt. Steht die Luft auf einer Seite der Membran unter statischem Druck und auf der anderen unter Staudruck, dann ist die Auslenkung der Membran proportional zum dynamischen Druck.

In Flugzeugen wird der statische Druck im Allgemeinen über die statischen Anschlüsse an der Seite des Rumpfes gemessen . Aus dem gemessenen Staudruck kann die angezeigte Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs bestimmt werden. Die oben beschriebene Blendenanordnung ist typischerweise innerhalb des Fahrtmessers enthalten , der den dynamischen Druck mittels mechanischer Hebel in eine Fluggeschwindigkeitsanzeige umwandelt.

Anstelle separater Pitot- und statischer Anschlüsse kann auch ein Pitot-Statik-Rohr (auch Prandtl- Rohr genannt) verwendet werden, das ein zweites Rohr koaxial zum Pitot-Rohr mit seitlichen Löchern außerhalb des direkten Luftstroms hat, um den statischen Druck zu messen measure .

Wenn ein Flüssigkeitssäulen- Manometer zur Messung der Druckdifferenz verwendet wird , ${\displaystyle \Delta p\equiv p_{t}-p_{s}}$

${\displaystyle \Updelta h={\frac{\Updelta p}{\rho_{l}g}}\,,}$

wo

• ${\displaystyle \Delta h}$ ist der Höhenunterschied der Säulen;
• ${\displaystyle \rho_{l}}$ ist die Dichte der Flüssigkeit im Manometer;
• g ist die Standardbeschleunigung aufgrund der Erdanziehung .

Deshalb,

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

Flugzeuge und Unfälle

Ein Pitot-Statik - System ist ein System von druckempfindlichen Instrumenten, die am häufigsten in der Luftfahrt verwendet wird , ein Flugzeug zu bestimmen , Luftgeschwindigkeit , Mach - Zahl , Höhe und Höhenprofil . Ein Pitot-Statik-System besteht im Allgemeinen aus einem Pitot-Rohr, einem statischen Port und den Pitot-Statik-Instrumenten. Fehler bei den Messwerten des Pitot-Statik-Systems können äußerst gefährlich sein, da die vom statischen Pitot-System erhaltenen Informationen, wie die Fluggeschwindigkeit, potenziell sicherheitskritisch sind.

Mehrere Vorfälle und Unfälle mit kommerziellen Fluglinien wurden auf einen Ausfall des Pitot-Statik-Systems zurückgeführt. Beispiele sind Austral Líneas Aéreas Flug 2553 , Northwest Airlines Flug 6231 , Birgenair Flug 301 und eine der beiden X-31 . Die französische Flugsicherheitsbehörde BEA teilte mit , dass die Vereisung der Staurohre zum Absturz von Air France-Flug 447 in den Atlantik beigetragen habe . Im Jahr 2008 meldete Air Caraïbes zwei Vorfälle mit Störungen der Staurohrvereisung auf ihren A330.

Bei Birgenair-Flug 301 kam es zu einem tödlichen Staurohrversagen, von dem die Ermittler vermuteten, dass es auf Insekten zurückzuführen war, die ein Nest im Staurohr bildeten; Hauptverdächtiger ist die schwarz-gelbe Schlammwespe .

Aeroperú Flug 603 hatte einen fatalen Ausfall des Pitot-Statik-Systems, da die Reinigungsmannschaft den statischen Port mit Klebeband blockiert ließ.

Industrieanwendungen

Staurohr von einem F/A-18

Wetterinstrumente am Mount Washington Observatory . Das statische Staurohranemometer befindet sich auf der rechten Seite.

In der Industrie werden häufig Strömungsgeschwindigkeiten gemessen, die in Kanälen und Rohren fließen, wo Messungen mit einem Anemometer schwierig zu erhalten wären. Das praktischste Instrument für diese Art von Messungen ist das Staurohr. Die Pitot - Röhre kann mit einer U-Rohr verbunden mit dem Pitot in dem Kanal durch ein kleines Loch eingeführt wird Wassersäule oder ein anderes Differenzdruckmesser zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Abluft- Windkanales. Eine Anwendung dieser Technik besteht darin, das Luftvolumen zu bestimmen, das einem klimatisierten Raum zugeführt wird.

Der Flüssigkeitsdurchfluss in einem Kanal kann dann geschätzt werden aus:

Volumenstrom (Kubikfuß pro Minute) = Kanalfläche (Quadratfuß) × Strömungsgeschwindigkeit (Fuß pro Minute)

Volumenstrom (Kubikmeter pro Sekunde) = Kanalfläche (Quadratmeter) × Strömungsgeschwindigkeit (Meter pro Sekunde)

In der Luftfahrt wird die Fluggeschwindigkeit normalerweise in Knoten gemessen .

In Wetterstationen mit hohen Windgeschwindigkeiten wird das Staurohr modifiziert, um eine spezielle Art von Anemometer namens Staurohr-Statisches Anemometer zu schaffen .

Siehe auch

Verweise

Anmerkungen

Literaturverzeichnis

Externe Links

• 3D-Animation des Staurohr-Differenzdruck-Durchfluss-Messprinzips
• Wie die Technologie des 18. Jahrhunderts ein Flugzeug zum Absturz bringen könnte (wired.com)