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ピトー管、別名「空速管」、「風速管」、英語はPitot tube。
ピトー管は、気流の総圧と静圧を測定して気流速度を決定する管状装置である。フランスのH.ピトーが発明したことから名付けられた。厳密には、ピトー管は気流総圧のみを測定し、別名総圧管と呼ばれる。同時に総圧、静圧を測定するものを風速管と呼ぶが、習慣的には風速管をピトー管と呼ぶことが多い。ピトー管の構造は図のように、頭部は半球形で、後は二重スリーブである。速度測定時に頭を合わせて流れ、頭の中心にある小さな穴(総圧孔)を感じて総圧電p 0を流し、内管を経て圧力計に送る。頭部後約3〜8 Dの外套管壁には均一に穴(静圧孔)が開いており、静圧pを流し、外套管を介して圧力計にも伝わる。非圧縮性流動については、ベルヌーイ方程式によると、風速はピトー管技術で詳細に紹介され、式中ρは気流密度である。圧縮可能な流れについては、p 0とpを測定した後、エネルギー方程式から気流マッハ数を求め、さらに速度を求めることができる。しかし、超音速流動中、ピトー管頭部に離体衝撃波が現れ、総圧孔が感じたのは波後総圧であり、来流静圧も測定しにくいため、ピトー管はもはや適用されない。総圧孔には一定の面積があり、それが感じたのは定在点付近の平均圧強さであり、総圧よりやや低く、静圧孔が感じた静圧にも一定の誤差があり、その他にも製造、取り付けなどに誤差があるため、流速を測定する際に修正係数ゼータ、すなわちピトー管技術の詳細な紹介を加えるべきである。ゼータ値は一般的に0.98〜1.05の範囲内であり、既知の速度の気流中で補正されるか、標準ピトー管によって補正されて決定される。ピトーは構造が簡単で使いやすく、用途が広い。例えば、飛行機の頭部や翼の前縁にはピトー管が設置されており、相対的な空気の飛行速度を測定し、空速管とも呼ばれる。
空気速管は、空気流方向センサまたは流れ角センサとも呼ばれ、精密ポテンショメータ(または同期機または解析器)と接続され、大気データトラスの縦軸に対する空気流方向を表す電気信号を提供する。
空速管は機内で極めて重要な測定ツールである。その設置位置は、航空機の外の気流が航空機の影響を受けない領域でなければならない。一般的には機首の正面、垂尾または翼先の前方にある。同時に、安全のために、1機の飛行機には通常2本以上の空速管が取り付けられている。機体の両側に小さな空速管が2本ある飛行機もある。米国のステルス戦闘機F-117は機首zuiの前方に4本の全方向大気データ探査管を設置しているため、同機は大気動圧、静圧を測定できるだけでなく、航空機の横滑り角と迎角を測定することもできる。航空機の中には、空速管の外側に小さな葉がいくつか取り付けられているものもあり、同様の役割を果たすことができます。垂直に取り付けられた航空機の横滑り角を測定し、水平に取り付けられた羽根は航空機の迎角を測定することができ、空速管の先端の小さな穴が飛行中に凍結して詰まるのを防止するため、一般的な航空機の空速管には電気加温装置がある。
航空機の速度を測定するための空速管の原理は、航空機が前方に飛行すると、空気流が空速管に突入し、管の末端にあるセンサーが空気流の衝撃力、すなわち動圧を感じるというものだ。飛行機は速く飛ぶほど動圧が大きくなる。空気が静止しているときの圧力である静圧と動圧を比較すれば、突入する空気がどれだけ速いか、つまり飛行機がどれだけ速く飛ぶかがわかる。2つの圧力を比較するためのツールは、上下2枚の薄い金属片で作られた表面に波紋のある中空円形の箱で、膜箱と呼ばれています。この箱は密封されているが、空速管に接続されたパイプがある。飛行機の速度が速いと、動圧が増大し、膜箱内の圧力が増加し、膜箱が膨張する。小さなレバーや歯車などからなる装置で膜カートリッジの変形を測定し、ポインタで表示することができます。これがzuiの簡単な航空機の空速計です。
現代の空速管は真正面に穴が開いているほか、管の周囲に小さな穴がたくさん開いており、別の管を空速計に通して静止大気圧を測定している。この圧力を静圧と呼ぶ。空速計内の膜カートリッジの変形の大きさは、膜カートリッジ外の静圧と膜カートリッジ内の動圧との差によって決まる。
空速管で測定された静圧は、高さ計の計算パラメータとしても使用できます。膜カートリッジ*が密封されている場合、中の圧力は常に地面の空気に相当する圧力を維持します。このように飛行機が空に飛ぶと、高度が増加し、空速管で測定された静圧が低下し、膜箱が膨張し、膜箱の変形を測定することで飛行機の高さを測定することができる。この高度計を気圧式高度計と呼ぶ。
空速管を用いて測定した静圧は、飛行機の高さ変化速度(上昇率)を測定する「昇降速度計」を作成することもできる。表にも膜カートリッジがありますが、膜カートリッジ内の圧力は、空速管によって測定された動圧ではなく、出口に小さな穴が開いた専用の管によって測定されます。このパイプの穴の大きさは、膜カートリッジ内の気圧変化の速度を制限するために特別に設計されています。飛行機の上昇が速いと、膜箱内の気圧は小孔の制約を受けて急速に降下できないが、膜箱外の気圧は空速管に直通する静圧孔があるため、すぐに外気に相当する圧力に達することができ、膜箱は膨れ上がる。膜カートリッジの変形サイズを測定することで、飛行機の上昇速度を算出することができます。飛行機が降下した時、状況は正反対だった。膜カートリッジの外圧は急速に増加し、膜カートリッジ内の気圧は徐々に上昇するしかなく、膜カートリッジは陥没し、指針を動かし、負の上昇率、すなわち下降速度を示した。飛行機が平飛行した後、膜箱の内外の気圧は次第に等しくなり、膜箱は正常な形状に戻り、昇降速度表はゼロを示した。
空速管が測定した速度は、飛行機が実際に地上に相対する速度ではなく、大気に対する速度であるため、空速と呼ばれています。風がある場合は、飛行機の地面に対する速度(地速)に風速(追い風飛行)を加えたり、風速(逆風飛行)を減算したりする必要があります。また、空速管の速度測定原理は動圧に利用され、動圧は大気密度と関係がある。同じ相対気流速度でも、大気密度が低いと動圧が小さくなり、空速計の膜カートリッジの変形が小さくなる。したがって、同じ空速度では、上空では低空よりも指示値が小さい。この空速は一般的に「表速」と呼ばれている。現代の空速計には2本の針があり、1本は細く、1本は広い。広いポインタは「表速」を示し、細い1本は地上の大気圧に相当するさまざまな修正を加えた時の空速を示し、「実速」と呼ばれています。
ピトー管は、飛行機の速度を測定するために使用されるほか、さまざまな機能を兼ね備えています。科学研究、生産、教育、環境保護及びトンネル、鉱井通風、エネルギー管理部門では、通風管路、工業管路、炉煙道内の気流速度をピトー管で測定し、換算して流量を確定し、管路内の水流速度も測定することができる。ピトー管で速度を測定し、流量を確定するには、信頼できる理論的根拠があり、使いやすく、正確で、古典的な広範な測定方法である。また、流体の圧力を測定するためにも使用できます。