Гидродинамическая (гидравлическая) трубка. Принцип Вентури. трубка Пито

Трубка Пито — это полая трубка, изогнутая под углом в 90°, которая используется в качестве устройства создающего перепад давления. В трубопровод устанавливается таким образом, чтобы открытый конец ее был направлен навстречу потоку.

Рекомендуем разобраться с тем, что такое давление и изучить каталог приборов для измерения давления.

При наличии двух камер давления, разделенных диафрагмой, даже самый незначительный перепад давления в потоке жидкости можно измерить с точностью. Отдельные точки отбора давления расположены по всему поперечному сечению трубы для обеспечения репрезентативных показателей.

Содержание

Принцип работы трубки Пито
Трубка Вентури: подробно простым языком
Принцип работы трубки Вентури
ТакжеПравить
СсылкиПравить
ТакжеПравить
СсылкиПравить
Трубка Вентури
Принцип действияПравить
КонструкцияПравить
Материалы для изготовления трубки Вентури
ПрименениеПравить
Трубка Вентури в скоростных газоочистителях
Трубка Вентури в инжекторных системах
ТакжеПравить
СсылкиПравить
Приёмник воздушного давления
Недостатки ПВДПравить
ТакжеПравить
ПримечанияПравить
СсылкиПравить
Здравствуйте, друзья!
Здравствуйте, друзья!
Гидродинамическая трубка Пито.
Гидродинамическая трубка Пито – Прандтля.
Водоструйный насос (эжектор).

Принцип работы трубки Пито

В процессе эксплуатации трубка Пито заполняется жидкостью или газом, и таким образом, играет роль некоего предмета на пути движущегося потока. Входящий поток ударяется о стенки трубки Пито, создавая таким образом давление, которое измеряется прибором, расположенным на другом конце трубки.

Конец трубки, который открыт для входящего потока, всегда направлен вверх по потоку относительно места монтажа трубки, а другой конец трубки подсоединяется к контрольно-измерительному прибору. Отбор низкого давления вмонтирован в трубопровод под прямым углом относительно направления движения потока, с его помощью измеряется давление, оказываемое потоком на стенки трубопровода. Для того, чтобы определить величину расхода, измеряется разность этих двух манометрических величин.

Трубка Вентури: подробно простым языком

Трубка Вентури — это короткая по длине труба специальной конструкции с сужением или уменьшением диаметра посередине, которая помогает получать более точные показания давления. Трубки Вентури обычно ввариваются в трубопроводы или устанавливаются между двумя фланцами.

Про анемометры: Коды ошибок котла Buderus (Будерус) – основные неисправности; что делать и как устранить поломку

Рекомендуем разобраться с тем, что такое давление и изучить каталог приборов для измерения давления.

Плавно меняющаяся форма трубки Вентури способствует созданию ускорения потока жидкости, газа или пара без появления избытка турбулентности, который имеет место при использовании диафрагм. Это способствует получению более точных манометрических показаний, т.к. избытка турбулентности не будет — не будет и влияния на перепад давления.

Принцип работы трубки Вентури

Жидкость, газ или пар проходит через сужение трубки Вентури. Затем происходит увеличение скорости потока. По мере увеличения скорости потока уменьшается давление, оказываемое жидкостью, газом или паром на стенки сосуда — возникает перепад давления. Перепад давления передается на измерительное устройство через два отбора, вмонтированных в трубку.

Трубка Бурдона

улавливает изменения давления и преобразуют эти изменения в механическое движение

Манометр

прибор для измерения давления, который используется на производстве

Манометр U-образный

устройство для измерения давления, которое состоит из прозрачной трубки, выполненной в форме латинской буквы «U»

Манометр чашечный

прибор для измерения давления, который состоит из резервуара (чашки) с отверстием на нижней стороне

Трубка Питó — прибор для измерения полного напора текущей жидкости (суспензии) или газа. Названа по имени её изобретателя (1732) французского инженера-гидравлика Анри Пито (Нenry Pitot).

Трубка Пито с истребителя F/A-18

Представляет собой Г-образную трубку. Установившееся в трубке избыточное давление приближённо равно:

где
— плотность движущейся (набегающей) среды;
— скорость набегающего потока;
— коэффициент.

Напорная (пневмометрическая, или трубка полного напора) трубка Пито подключается к специальным приборам и устройствам. Применяется при определении относительной скорости и объёмного расхода в газоходах и вентиляционных системах в комплекте с дифференциальными манометрами.

Применяется как составная часть трубки Прандтля в авиационных приёмниках воздушного давления для возможности одновременного определения скорости и высоты полёта.

ТакжеПравить

СсылкиПравить

[bse.sci-lib.com/article089403.html «Трубка Пито» в БСЭ]
Датчики дифференциального давления для трубок Пито

Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист.

Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым).

Список проблемных ссылок

bse.sci-lib.com/article089403.html

Трубка Прандтля (названная в честь немецкого гидродинамика Людвига Прандтля) — аэродинамический прибор для измерения динамического давления. Прибор представляет собой комбинацию трубки Пито и напорной трубки для измерения статического давления потока. В трубке Прандтля имеется одно отверстие в направлении потока для измерения полного давления и несколько отверстий по кольцу вдоль поверхности трубки на некотором расстоянии от её острия для измерения статического давления. Разница между давлениями может быть измерена с помощью манометра, согласно закону Бернулли эта разница является динамическим давлением. Установившееся в трубке динамическое давление приближённо равно

Основной принцип трубки Прандтля с U-образным манометром

где
— плотность движущейся (набегающей) среды;
— скорость набегающего потока;
— коэффициент местного сопротивления.

Этот прибор также называется расходомером скоростного напора Прандтля, так как позволяет вычислить скорость, а, следовательно, и расход в заданном сечении.

ТакжеПравить

СсылкиПравить

[bse.sci-lib.com/article092282.html «Трубка Прандтля» в БСЭ]

Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист.

Список проблемных ссылок

bse.sci-lib.com/article092282.html

Трубка Вентури

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 декабря 2018 года; проверки требуют 7 правок.

У этого термина существуют и другие значения, см. Вентури.

Трубка Вентури (труба Вентури, расходомер Вентури) — устройство для измерения расхода или скорости потока газов и жидкостей, представляющее собой трубу с горловиной, включаемую в разрыв трубопровода. Имеет наименьшие потери давления среди сужающих поток расходомеров. Названа по имени итальянского учёного Дж. Вентури.

Принцип действияПравить

В основе принципа действия трубки Вентури лежит эффект Вентури — явление уменьшения давления в потоке жидкости или газа, когда этот поток проходит через суженный участок трубы, что, в свою очередь, является прямым следствием действия закона Бернулли.

КонструкцияПравить

Трубка Вентури состоит из входного конуса конфузора (2), горловины (3) и диффузора (4). Для выравнивания давления на периферии горловина и входной конус имеют кольцевые усредняющие камеры (1), в нижней части которых устанавливают приспособления для спуска жидкости. Если конечный диаметр диффузора меньше диаметра трубопровода, то труба называется короткой, если равен — длинной. Отводы от трубы подключают к дифференциальному манометру. Расход определяется выражением:

Q — объемный расход жидкости,

C — экспериментальный коэффициент, отражающий потери внутри расходомера,

A₁ и A₂— площади сечения трубопровода и горловины соответственно,

ρ — плотность жидкости или газа,

P₁ и P₂ — статические давления на входе трубы и в горловине.

В случае измерения расхода газа в выражение вводят коэффициент сжимаемости газа.

Материалы для изготовления трубки Вентури

Суживающее устройство должно быть изготовлено из коррозионно-эрозионно-стойкого по отношению к среде материала, температурный коэффициент линейного расширения которого известен в диапазоне изменения температуры среды. Наибольшее распространение приобрели нержавеющие стали. К их числу относятся стали марок 14Х17, 10Х23Н13 и 12Х18Н10Т.

ПрименениеПравить

Труба Вентури в системе газоочистки доменного газа. Находится по направлению потока газа за скруббером. Трубка Вентури показана стрелочкой.

Применяется в трубопроводах диаметром от 50 до 1200 мм, при этом отношение сечений горловины и трубопровода должно лежать в пределах от 0,1 до 0,6. Применяется при числах Рейнольдса свыше 2⋅10⁴. Потери напора при использовании трубы Вентури составляют от 5 до 20 %, погрешность измерения в диапазоне 2—10 %.

Трубка Вентури в скоростных газоочистителях

Наиболее распространённым аппаратом этого класса является скруббер Вентури, являющийся наиболее эффективным из влажных пылеуловителей, используемых в промышленности. Основная часть скруббера Вентури, с целью снижения гидравлических потерь, выполняется в виде трубы Вентури.

Трубка Вентури в инжекторных системах

Инжектор — вид струйного насоса для сжатия газов и паров, а также нагнетания жидкости. Инжектором жидкость, газ или пар нагнетается в ёмкости с повышенным давлением.

Принцип работы инжекторов основан на преобразовании кинетической и тепловой энергии рабочего потока в потенциальную энергию смешанного (рабочего и инжектируемого) потока.

По неизвестным причинам в 20 веке появился омоним – принцип действия дозатора-инжектора системы подачи топлива двигателей внутреннего сгорания не имеет ничего общего с инжектором – струйным насосом – повышение давления воздуха на впуске в ДВС по причине нагнетания воздуха факелом распыла топливного инжектора в значимых величинах отсутствует (по причине отсутствия во впускном коллекторе ДВС характерных для струйного насоса-инжектора конических форм вокруг факела распыла, по причине 15 кратной разницы в весе топлива и воздуха в типичном ДВС на углеводородах, по причине незначительного давления топлива перед дозатором-инжектором) и не является целью применения топливного дозатора-инжектора вместо карбюратора (непосредственно использующем для подъёма топлива из поплавковой камеры эжекцию – вид струйного насоса).
Струйный насос используется для подачи питательной воды в паровые котлы, для приготовления и подачи химических растворов в системах орошения и внесения удобрений.

ТакжеПравить

СсылкиПравить

Расходомеры и счётчики количества. энциклопедия «Кругосвет». Дата обращения: 26 мая 2014.
Главный редактор Г.П. Свищев. // Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. — 1994.

1. Жидкостные манометры прямого действия.

Чувствительность манометра (см. рис. 3.3) определяется по следующей формуле

т.е. чувствительность тем больше, чем меньше плотность жидкости. Давление определяется по разности уровней жидкости в трубках А и В

Рис. 3.3. Жидкостный манометр

2. Механические манометры.

Манометр (см. рис. 3.4) состоит из согнутой металлической трубки Т, один конец которой соединен с резервуаром, в котором измеряется давление. Конец трубки В соединен с рычагом ВС, который поворачивает стрелку. При повороте стрелки она указывает величину давления. При избыточном давлении в трубке Т свободный ее конец В начинает распрямляться и приводит в движение стрелку, которая показывает величину давления. Такие манометры отличаются прочностью.

Рис. 3.4. Механический манометр

Барометры (см. рис. 3.5) используются для измерения атмосферного давления. В лабораторных условиях используется барометр Фортина, позволяющий довольно точно измерить атмосферное давление.

Рис. 3.5. Жидкостный барометр

Принцип действия: барометрическая трубка опрокинута открытым концом в чашу площадью . Прибор заполнен ртутью. Чаша прикрыта от попадания пыли тканью, что не мешает прохождение воздуха сквозь нее. Рядом с трубкой расположена шкала, проградуированная в мм. При помощи винта чаша перемещается по вертикали для того, чтобы совместить свободную поверхность ртути с нулем шкалы. Над уровнем ртути в барометрической трубке сохраняется слабое давление, определяемое давлением насыщенных паров ртути. Давление столба ртути высотой в барометрической трубке соответствует атмосферному давлению. По шкале определяем величину атмосферного давления в мм.рт.ст.

Принцип действия механического и жидкостного вакуумметров аналогичен принципу действия механического манометра и жидкостного пьезометра.

5. Трубка Пито–Прандтля.

Трубка Пито–Прандтля (см. рис. 3.6) позволяет одновременно определить величину динамического и статического давления в определенной точке потока.

Через отверстие А происходит измерение динамического давления. Через отверстия М измеряется статическое давление жидкости. Жидкость под действием давления поднимается по соответствующим пьезометрическим трубкам до точек А¢ и М¢.

Рис. 3.6. Трубка Пито–Прандтля

Так как плотность газа (воздуха) значительно меньше плотности жидкости, то давлением воздуха можно пренебречь. Разность давления в точках А и М будет . Разность давления Δ зависит от динамического давления на входе в трубку Пито–Прандтля, что следует из уравнения Бернулли для точек А и М:

где – скорость потока на входе в трубку Пито–Прандтля. Таким образом,

Примечания: 1. Трубка Пито–Прандтля измеряет местную скорость в данной точке, поэтому для определения расхода по формуле необходимо измерить местную скорость в нескольких точках сечения для нахождения .

2. Для того, чтобы учесть потери на трение в формулу вводится коэффициент φ. Коэффициент φ определяется экспериментально для каждой трубки и вносится в паспорт измерительного прибора. Обычно φ = 0,97-0,98.

3. Трубка Пито–Прандтля позволяет измерить довольно большие значения скоростей, при малых скоростях увеличивается погрешность измерения из-за погрешностей манометра (± 0,1 см).

6. Расходомер Вентури.

Расходомер (см. рис. 3.7) служит для измерения расхода жидкости и представляет собой плавную сходящуюся – расходящуюся вставку, к которой подключается дифферциальный манометр. Для вывода расчетной формулы применим уравнение Бернулли для сечения 1-1 перед сужением и сечения 2-2 в сужении (α₁= α₂= 1).

Рис. 3.7. Расходомер Вентури

С учетом уравнения неразрывности

Откуда , .

Зная перепад давления по дифференциальному манометру, можно для данного диаметра вставки и трубы определить расход жидкости, протекающей через трубу.

Для ртутного манометра

Обычно расходомеры выпускаются для определенных диаметров труб и его диаметр и известны.

В этом случае формула упрощается

где μ – коэффициент, учитывающий конструктивные особенности прибора, в частности , и вносится в паспорт прибора.

Ротаметры (см. рис. 3.8) используются для измерения расхода жидкостей, имеющих слабые коррозийные свойства. Ротаметр состоит из сужающейся стеклянной трубки и металлического конусообразного измерителя. На измеритель действуют следующие силы: сила тяжести , архимедова сила , сила динамического давления жидкости . Для измерителя, находящегося в покое, можно записать

где – плотность жидкости; – объем измерителя;– скорость течения жидкости; – площадь сечения измерителя.

Сила тяжести и архимедова сила – величины постоянные, поэтому сила динамического давления жидкости при любом расходе будет также постоянной.

Рис. 3.8. Ротаметр

При уменьшении расхода измеритель опускается, уменьшается сечение для прохождения жидкости, соответственно скорость увеличивается, сохраняя постоянным значение силы динамического давления. Если мы проградуируем стеклянную поверхность ротаметра в единицах измерения расхода, то в зависимости от высоты поднятия измерителя можно определять расход.

Трубка Пито / трубка Прандтля

Обычно трубка Пито представляет собой изогнутый под прямым углом стержень, опускаемый в поток таким образом, что проходящий по трубопроводу воздух натекает на отверстие в кончике трубки. Этот воздух создает общее, полное давление. Если в стенках трубки, на некотором расстоянии от кончика, имеются отверстия, воздействуя на которые воздух создает статическое давление, такой прибор называется трубкой Прандтля. Трубка Прандтля позволяет вычитать из значения общего давления значение статического, получая таким образом значение динамического давления, которое затем пересчитывается в скорость и затем в расход.

Кроме данной конструкции прибора имеется также версия, при которой трубка не изогнута под углом, а является полностью прямой. Она погружается в трубопровод на всю длину и имеет отверстия со стороны наплывающего потока по всей длине трубки. Это позволяет измерять скорость не только в центре трубопровода, но по всему диаметру, что уменьшает погрешность расчетов, так как скорость потока отличается в центре трубопровода и ближе к краям.

Еще более усовершенствованная трубка Пито сходна с предыдущей конструкцией, но имеет ряд отверстий также и со стороны, обратной стороне напора, на которых производится измерение только статического давления. Измеряя разницу давлений с двух сторон прибора, определяется скорость потока. Данная версия устройства также может быть отнесена к датчикам расхода по перепаду давления.

К достоинствам этих приборов относится относительно невысокая стоимость и низкие потери давления. Недостатком можно считать то, что датчик является крайне чувствительным к отклонениям потока от оси измерения (например, в результате турбулентности или движения самого прибора) и то, что для определения расхода необходимо также знать все параметры, влияющие на плотность газа (давление, температуру, влажность). Кроме этого, одним из недостатков является то, что точность этих расходомеров значительно понижается при малых значениях скорости потока (см. диаграмму). К тому же приборы крайне восприимчивы к засорению.

Турбинные расходомеры представляют собой отрезок трубы с помещенным в нее ротором, опирающимся на подшипники, находящиеся в секции трубопровода. Высота ротора обычно составляет 25-30% диаметра трубопровода. В некоторых конструкциях на входе в датчик располагается струевыпрямитель. Лопасти ротора вращаются при прохождении через трубопровод газа так, что скорость вращения пропорциональна объему проходящего газа. Снаружи измерительной камеры располагается магнитная катушка, генерирующая электрический сигнал каждый раз, когда лопасти ротора пересекают магнитное поле. Каждый импульс при этом соответствует определенному объему проходящего через трубопровод газа.

К достоинствам турбинных расходомеров можно отнести то, что профиль потока и завихрения оказывают незначительное влияние на результаты измерений. Эти приборы стабильны и обладают высокой воспроизводимостью. К недостаткам относится наличие подвижных частей и чувствительность к загрязнению, что делает прибор менее надежным и требующим регулярного обслуживания. Кроме этого, как и в большинстве случаев для расчета расхода необходимо обладать информацией о давлении и температуре среды.

Действие ультразвукового расходомера основано на том, что скорость распространения ультразвука, пущенного по движению потока отличается от скорости ультразвука, распространяющегося против течения.

Расходомер может быть снабжен парой ультразвуковых излучателей, расположенных на противоположных стенках так, что направление передаваемых ими волн находится под углом 45° к потоку. Сигнал, пущенный в одном направлении движется быстрее, так как к его скорости прибавляется скорость потока, а сигнал, идущий в противоположную сторону, соответственно, замедляется. Прибор измеряет время, требующееся для передачи ультразвукового сигнала и сравнивает значения для сигнала, идущего вдоль потока и против него. Исходя из этих значений рассчитывается значение скорости потока, которая потом переводится в расход.

Другая разновидность ультразвуковых расходомеров использует для измерения эффект Доплера. В этом случае два датчика устанавливаются на одной стенке трубопровода. Ультразвуковая волна от одного излучателя проходит сквозь поток, отражается и, возвращаясь, попадает на второй. Согласно эффекту Доплера, при наличии движения между передатчиком и приемником, частота и длина волн изменяются пропорционально скорости движения. Вычислив разницу частот излучателя и приемника, можно определить скорость потока и, следовательно, расход.

В более сложных ультразвуковых расходомерах может использоваться несколько пар излучателей, расположенных по всей окружности трубопровода.

Ультразвуковые расходомеры обладают большим количеством преимуществ (простота монтажа, точность, надежность, широкий диапазон измерений, возможное высокое давление среды), однако стоят крайне дорого. Значительно более высокая стоимость по сравнению с прочими типами счетчиков расхода является главным недостатком ультразвуковых расходомеров. Кроме этого, показания точности сильно зависят от конкретных условий потока.

Классификация расходомеров газа – часть 1
Классификация расходомеров газа – часть 3

Подобрать расходомер, подходящий для решения Вашей задачи, можно в каталоге продукции или обратившись к нашим техническим специалистам.

Приёмник воздушного давления

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 14 ноября 2018 года; проверки требуют 5 правок.

Приёмник возду́шного давле́ния (ПВД) летательного аппарата — устройство отбора сигналов атмосферного давления для подачи их в системы статического и динамического давления, а также на ряд электрических датчиков систем отображения полётной информации, в автоматику двигателей и целый ряд других систем самолёта (потребителей). Применяется как первичная часть бортовой системы воздушных сигналов (СВС) для вычисления приборной и воздушной скорости, истинной воздушной скорости, вертикальной скорости и барометрической высоты на самолётах, вертолётах и пр. Существуют приёмники полного давления (ППД), статического давления и комбинированные приёмники. Часто ПВД оснащаются устройствами электроподогрева, для предотвращения обледенения и закупоривания в СВС, с этой же целью во время стоянки самолёта его ПВД закрываются заглушками. Также заглушки закрывают отверстия ПВД от попадания в них насекомых, которые способны проникнуть во внутреннюю полость и привести к катастрофе воздушного судна.

Приёмник статических давлений представляет планку (плиту) с отверстиями, расположенную на обшивке борта самолёта в обусловленном месте.
Приёмник динамического давления измеряет давление набегающего потока и представляет собой штырь, выступающий вперёд.
Комбинированный приёмник представляет аэродинамический зонд в виде пневмометрической трубки, предназначенный для съёма полного и статического давления набегающего потока воздуха. Конструкция обычно основана на трубке Прандтля^[1] с добавлением системы подогрева во избежание обледенения.
Датчик заторможенного потока — измеряет давление потока набегающего воздуха, при условии его торможения.

Приёмники воздушного давления на флюгерных датчиках угла атаки истребителя Dassault Rafale

Приёмники воздушного давления истребителя Dassault Rafale

Недостатки ПВДПравить

При низкой температуре на больших высотах повышается вероятность обледенения устройства. Закупоренные льдом входы анероидно-мембранных приборов не позволяют правильно измерять воздушную скорость.

Чтобы избежать закупоривания трубок Пито, приёмники воздушного давления оснащены достаточно мощной противообледенительной системой обогрева с предполётным или постоянным полётным контролем исправности. Для предполётного контроля зачастую используется сигнальная лампа, которая в положении «Контроль» переключателя обогрева включается последовательно с нагревательным элементом и светится, если элемент цел. Включение обогрева ПВД перед взлётом строго регламентировано по времени, так как на земле элемент от перегрева может сгореть, а недостаточно прогретый ПВД может обледенеть после взлёта.

Сразу после полёта все отверстия статики и приёмники давления закрываются заглушками ярко красного (оранжевого) цвета, которыми они закрыты всё время нахождения летательного аппарата на земле; это делается для предотвращения попадания в отверстия (закупорки) посторонних частиц, пыли, снега, насекомых и т. п. Исключения делаются только при техническом обслуживании или предполётной подготовке, непосредственно связанной с системами воздушных сигналов.

Неправильная работа или неисправность приёмников давления приводят к неправильным показаниям приборов в кабине экипажа, ненормальной работе автоматических систем управления полётом и автоматики двигателей, что может привести к развитию аварийной ситуации вплоть до катастрофы.

ТакжеПравить

ПримечанияПравить

Трубка Пито с модификацией Людвига Прандтля, позволяющей измерять динамическое давление набегающего потока

СсылкиПравить

Приёмники воздушного давления для промышленных измерений. ЦАГИ (2015). Дата обращения: 25 февраля 2015.
Приёмник воздушного давления — статья из Большой советской энциклопедии.

Здравствуйте, друзья!

Скорость полета. Одна из важнейших характеристик для любого летательного аппарата. Мы все привыкли, что самолет обязательно означает «быстро». Все ассоциации работают только в этом направлении. Скорость многим нравится. Практически любой человек не прочь прокатиться «с ветерком» на своем авто (если, конечно, полиция не помешает 🙂 ) . И информацию о движении здесь получить несложно. Достаточно взглянуть на спидометр, который механическим или электронным способом соединен с колесом. Скорость вращения колеса дает нам в конечном итоге скорость, с которой автомобиль движется по дороге.

Но а как же быть с самолетом? Нет ведь в воздухе дорог, по которым можно было бы ехать :-). Единственная среда, с которой летательный аппарат контактирует непосредственно — это воздух. Вот от него-то он большую часть информации о своем движении и получает. Что касается конкретно скорости полета, то вполне понятно, что чем быстрее самолет летит, тем сильнее на него давит встречный воздушный поток (скоростной или динамический напор). Отсюда логично было бы определять скорость полета в зависимости от величины этого давления. Так же как, кстати, и с атмосферным давлением и высотой. Ведь чем выше летит самолет, тем атмосферное давление ниже. О высоте, однако, поговорим в одной из следующих статей, а пока на повестке дня скорость полета.

Для сбора и обработки такого рода данных на современных самолетах существуют специальные системы. Одно из названий для них — система воздушных сигналов (СВС).

Работа датчиков такой системы, собирающих данные для определения скорости полета основана на двух уже почтенного возраста изобретениях. Первое — это трубка Пито. Она изобретена в 1732 году французским ученым . Он занимался гидравликой, то есть изучал течение жидкости в трубах. Как известно законы гидравлики при определенных условиях вполне применимы для газов, то есть для воздуха. Его мы в дальнейшем и будем иметь ввиду.

Схема классической трубки Пито

Трубка Пито представляет собой — образную трубку, один конец которой помещен в скоростной (воздушный :-)) поток. Этот поток в трубке тормозится, создавая в ней избыточное давление, по величине которого и можно судить о скорости потока, то есть по сути дела скорости полета, если эта трубка установлена на летательном аппарате. Вобщем-то принцип достаточно простой :-).

Однако здесь надо не забывать еще об одной важной вещи. Все, что находится внутри земной атмосферы, существует в ней под постоянным атмосферным (статическим) давлением. Мы его практически не ощущаем (если, конечно, все в порядке со здоровьем :-)), но оно есть и так или иначе оказывает влияние практически на все физические процессы, происходящие вокруг нас, то есть на всю нашу жизнь. Прямо как в фильме «ДМБ» :-):

Если серьезно, то то давление, которое мы получаем при торможении воздушного потока в трубке Пито – это так называемое . Оно, на самом деле, равно сумме двух других давлений.

Полное давление = динамическое давление (скоростной напор) + статическое давление.

Это, между прочим, упрощенное изложение , того самого ученого, о котором мы уже упоминали в статье о подъемной силе. Все правильно, ведь в обоих статьях мы говорим о газовых потоках, а это стихия любого летательного аппарата :-).

Динамическое давление, его еще называют , это то самое давление, которое и дает нам скорость полета. Статическое давление – это наше незаметное (как суслик :-)) давление. И при измерении скорости его обязательно надо учитывать, ведь оно в разных точках пространства может иметь различные значения, особенно с изменением высоты полета, и тем самым оказывать влияние на величину измеренной скорости полета.

Теперь для простоты понимания приведу пару формул. Именно для простоты понимания, хоть это и не в традициях сайта :-). Итак обзовем (как говорил мой преподаватель по физике) полное давление, динамическое — , статическое — , скорость полета (потока) – . И еще нам понадобится такой физический параметр, как плотность воздуха . Я думаю все еще со школы помнят, что это такое :-).

Скоростной напор выражается такой формулой Р₁ = ρV²/2.

В итоге мы имеем такое уравнение: Р = Р₀+ Р₁= Р₀+ ρV²/2

Из него очень просто получить искомую скорость полета: V = √((2(Р — Р₀))/ρ)

Исходя из этого несложного выражения работают все авиационные воздушные (аэродинамические) измерители скорости. Как пример можно привести достаточно простой указатель скорости для малоскоростных самолетов .

Указатель скорости УС-350.

Как видите, нам, чтобы определить скорость полета, нужно измерить полное давление потока и статическое давление. Классическая трубка Пито дает только полное давление. Поэтому статику приходится измерять отдельно. Во избежание этого неудобства трубка Пито была усовершенствована.

Схема работы трубки Прандтля (ПВД).

Работа указателя скорости неплохо показана в этом небольшом ролике.

https://youtube.com/watch?v=HM7ZMPpbeDA%3Frel%3D0

На современных летательных аппаратах эти устройства получили новое, более простое и правильное название: приемники воздушного давления (ПВД). Они дают первичные данные в сложный комплекс системы воздушных сигналов. Трубки Пито в чистом виде сейчас практически не применяются. Хотя кое-где в малой авиации они еще встречаются. В комплекте к ним тогда обязательно идут приемники статического давления в виде плиты с рядом отверстий на обшивке летательного аппарата.

Трубка Пито под крылом самолета Cessna 172.

Чаще используются так называемые комбинированные ПВД. Они по конструкции представляют собой типичные трубки Прандтля. Эти устройства обязательно снабжаются мощной системой электрического обогрева, так как небольшие отверстия для замера давлений при обледенении самолета вполне могут быть закупорены льдом, что, конечно, может помешать их корректной работе. На стоянках приемники воздушных давлений закрываются специальными заглушками или чехлами для исключения попадания посторонних предметов и грязи в отверстия.

Типичный ПВД современного самолета.

Приемник воздушного давления на СУ-24М (цифры 1 и 2).

Все данные, выдаваемые ПВД, как я уже говорил, в итоге передаются на стрелки специальных приборов – указателей скорости полета. Они довольно разнообразны, как разнообразны и определения для скоростей полета летательного аппарата. Ведь он передвигается не только относительно земли, но и относительно атмосферы, которая сама по себе среда очень нестабильная.

Итак, скорости летательного аппарата.

(самая важная :-)). Она делится на два вида:

Истинная воздушная скорость ( True Airspeed () ) и Приборная воздушная скорость ( Indicated Airspeed () )

Приборная скорость – эта та скорость, которую летчик видит в своей кабине на приборе-указателе скорости. Она используется для пилотирования летательного аппарата непосредственно в данный момент времени.

Истинная скорость – это фактическая скорость полета самолета относительно воздуха. Она используется для навигации. Зная ее, например, рассчитывается время прибытия в конечный пункт маршрута и возможные при этом отклонения. Измерить эту скорость обычно невозможно. Она рассчитывается с использованием приборной скорости, давления воздуха и его температуры. При этом учитываются погрешности указателя приборной скорости. Они всегда есть, как у любого измерительного прибора на нашей земле :-). Эти погрешности (или ошибки) бывают:

. Возникают из-за несовершенства и особенностей изготовления самого прибора.

. Это ошибки, возникающие при замере статического давления. Обусловлены конструкцией самолета, местом расположения датчиков и скоростью полета.

. Эти ошибки обусловлены тем, что каждый указатель скорости рассчитывается и тарируется под определенные условия. В физике такие условия называются . Это когда атмосферное давление равно 760 мм рт.ст., а температура воздуха 15° С. Но на самом деле с подъемом на высоту эти условия меняются. Меняется и плотность воздуха и следовательно скорость, которую показывает прибор, то есть приборная. С подъемом на высоту приборная скорость всегда меньше истинной. Они равны только при нормальных атмосферных условиях. Все эти погрешности учитываются в виде поправок при навигационных расчетах.

(Ground Speed ()). Это скорость летательного аппарата относительно земли. Она рассчитывается на основании истинной скорости с учетом скорости ветра и используется при решении навигационных задач.

. При этой скорости величина отношения потребной тяги к скорости полета минимальна. То есть летательный аппарат на этом режиме максимально экономичен при сохранении скорости, достаточной для выполнения задачи. Крейсерская скорость обычно равна 0,7-0,8 от максимальной. На ней выполняются долговременные полеты по маршрутам.

В заключении предлагаю вам посмотреть дополнительный ролик, рассказывающий о трубках Пито и Прандтля.

https://youtube.com/watch?v=HJPQLCV74Z0%3Frel%3D0

Здравствуйте, друзья!

Схема классической трубки Пито

Полное давление = динамическое давление (скоростной напор) + статическое давление.

Скоростной напор выражается такой формулой Р₁ = ρV²/2.

В итоге мы имеем такое уравнение: Р = Р₀+ Р₁= Р₀+ ρV²/2

Из него очень просто получить искомую скорость полета: V = √((2(Р — Р₀))/ρ)

Указатель скорости УС-350.

Схема работы трубки Прандтля (ПВД).

Работа указателя скорости неплохо показана в этом небольшом ролике.

https://youtube.com/watch?v=HM7ZMPpbeDA%3Frel%3D0

Трубка Пито под крылом самолета Cessna 172.

Типичный ПВД современного самолета.

Приемник воздушного давления на СУ-24М (цифры 1 и 2).

Итак, скорости летательного аппарата.

(самая важная :-)). Она делится на два вида:

Истинная воздушная скорость ( True Airspeed () ) и Приборная воздушная скорость ( Indicated Airspeed () )

. Возникают из-за несовершенства и особенностей изготовления самого прибора.

В заключении предлагаю вам посмотреть дополнительный ролик, рассказывающий о трубках Пито и Прандтля.

https://youtube.com/watch?v=HJPQLCV74Z0%3Frel%3D0

Гидродинамическая трубка Пито.

Гидродинамическая
трубка Пито предназначена
для определения местных скоростей
(осредненных во времени) в точках живого
сечения безнапорного потока жидкости
(рис. 27).

Трубка Пито, впервые
примененная в 1732 г. французским
инженером-гидротехником А. Пито,
представляет собой изогнутую под прямым
углом трубку, устанавливаемую открытым
концом отогнутой части навстречу потоку
так, чтобы центр отверстия трубки совпал
с точкой потока, в которой определяется
скорость движения жидкости. Второй,
верхний, конец трубки выводится из
потока наружу.

Рис. 27. Гидродинамическая
трубка Пито

(а) и эпюра
распределения скоростей

(б) в безнапорном
потоке жидкости

Чтобы получить
формулу скорости, напишем уравнение
Бернулли для горизонтальной струйки,
находящейся на расстоянии z
от дна потока,
выбрав сечение струйки так, чтобы сечение
I-I
находилось в непосредственной близости
от входного отверстия трубки, а сечение
II-II
совпадало с плоскостью входного отверстия
трубки. Потерями напора пренебрегаем.
За плоскость сравнения
принимаем дно потока. Имеем:

Заметим, что
;
=,
т.е. жидкость в трубке Пито не движется,
а стоит на месте;
;
тогда:

;

где
– глубина погружения трубки Пито от
свободной поверхности,м;

–высота подъема
жидкости выше уровня свободной
поверхности, м.

С учетом замечаний
уравнение (81) запишется в следующем
виде:

,
(82)

Перемещая носик
трубки по вертикали в сечении потока,
определяют скорость жидкости в различных
точках взятой вертикали и получают так
называемую эпюру распределения скорости
по данной вертикали живого сечения
потока (рис. 27, б).

Гидродинамическая трубка Пито – Прандтля.

Гидродинамическая
трубка Пито – Прандтля предназначена
для измерения скорости течения жидкости
в напорных трубопроводах (рис. 28).

Принципиально
трубка Пито – Прандтля состоит из двух
трубок (рис. 28, а), одна из которых
представляет собой обычный пьезометр
1, показывающий пьезометрический напор
,
а другая – трубка Пито 2, которая измеряет
величину полногонапора.

Рис. 28. Гидродинамическая
трубка Пито-Прандтля

1 – пьезометр; 2
–трубка Пито.

Разность уровней
жидкости в обеих трубках
дает величину скоростного напора,
по которой и определяется скорость.

Водоструйный насос (эжектор).

Струйный насос
– насос трения, в котором одна жидкая
среда перемещается внешним потоком
другой жидкой среды.

Струйные насосы
для нагнетания называются инжекторами,
для отсасывания – эжекторами, для подъема
– гидроэлеваторами.

Действие струйного
насоса основываются на непосредственной
передаче кинетической энергии одним
потоком (рабочим) другому, имеющему
меньшую кинетическую энергию
(перекачиваемому – эжектируемому).
Рабочая и перекачиваемая (эжектируемая)
жидкости могут быть одинаковыми и
различными. Струйные насосы, в которых
рабочей и эжектируемой жидкостями
является вода, называются водоструйными.

Водоструйный насос
можно легко получить на основе трубы
Вентури, организовав поток жидкости по
оси трубы с высокой скоростью. На рис.
29 приведена принципиальная схема
водоструйного насоса (эжектора).

В водоструйном
насосе рабочий поток с расходом Q_р
под большим давлением

по трубопроводу
1 с соплом 2 на конце поступает в камеру
всасывания 3, сообщенной всасывающим
трубопроводом 7 с расходным резервуаром
8. Струя воды, вылетая из сопла 2 с большой
скоростью, создает разрежение в камере
всасывания 3 и соответственно во
всасывающем трубопроводе 7. За счет
вакуума из расходного резервуара 8 по
всасывающему трубопроводу 7 подсасывается
вода в количестве Q
(расход эжектируемой – перекачиваемой
жидкости).

Рис. 29. Схема
водоструйного насоса (эжектора):

1 – трубопровод
рабочей жидкости; 2 – сопло; 3 – камера
всасывания;

4 – камера смешения;
5 – диффузор; 6 – напорный трубопровод

суммарного потока;
7 – всасывающий трубопровод; 8 – резервуара

расходный;
– расход рабочего потока жидкости;– расход

эжектируемой
(перекачиваемой) жидкости;
– расход общего потока жидкости.

Из камеры смешения
4 общий поток с расходом
направляется в диффузор 5, где скорость
падает, и создается давление, необходимое
для движения жидкости по напорному
трубопроводу 6.

Струйные наосы
обладают рядом существенных достоинств:
простота конструкции, надежность работы,
легкость изготовления, небольшие
габариты и стоимость, простота
эксплуатации.

Недостатком
водоструйных насосов является низкий
КПД
()
и относительно большой расход рабочей
жидкости,
(в
раза
превышающий расход эжектируемой
жидкости).

Для
определения геометрического
смысла уравнения Бернулли
рассмотрим элементарную струйку
движущейся жидкости относительно
произвольно выбранной плоскости
сравнения . Выберем три сечения: 1 – 1; 2 –
2; 3 – 3; центры тяжести которых относительно
плоскости сравнения 0 – 0 расположены на
высотах z₁;
z₂;
z₃.

В
центры тяжести выбранных сечений
установим пьезометры и трубки Пито.
Трубка Пито – это изогнутая под углом
90⁰
трубка, устанавливаемая отверстием
наконечника против течения. Под действием
давления жидкость в пьезометрах
поднимается на высоту

В
трубках Пито, под действием давления и
скорости жидкость поднимается выше
уровня в пьезометрах на высоту

Как
видно, все члены в уравнении Бернулли
представляют собой геометрические
высоты и имеют размерность длины.

Так
как сумма трех членов

,
z
и

для
идеальной жидкости постоянна вдоль оси
струйки, то уровни жидкости в трубках
Пито, установленных в различных сечениях
будут всегда лежать в одной горизонтальной
плоскости, называемой напорной плоскостью,
т.е. напорная линия E – E (рис. 2) горизонтальна.
В этом состоит геометрический смысл
уравнения Бернулли для идеальной
жидкости.

Если
плавной кривой соединим уровни жидкости
в пьезометрах, то получим пьезометрическую
линию P – P (рис. 2), которая может подниматься
или опускаться, но никогда не пересекается
с напорной линией.

Сумма
трех высот называется полным напором
и обозначается Н_g,
т.е. полный напор представляет собой
сумму пьезометрического

и скоростного

напоров:

Для
измерения скорости в точках потока
широко используется работающая на
принципе уравнения Бернулли трубка
Пито (рис, загнутый конец которой
направлен навстречу потоку). Пусть
требуется измерить скорость жидкости
в какой-то точке потока. Поместив конец
трубки в указанную точку и составив
уравнение Бернулли для сечения 1-1 и
сечения, проходящего на уровне жидкости
в трубке Пито получим

где
Н – столб жидкости в трубке Пито.

Для
измерения расхода жидкости в трубопроводах
часто используют расходомер Вентури,
действие которого основано так же на
принципе уравнения Бернулли. Расходомер
Вентури состоит из двух конических
насадков с цилиндрической вставкой
между ними (рис.3.7). Если в сечениях I-I и
II-II поставить пьезометры, то разность
уровней в них будет зависеть от расхода
жидкости, протекающей по трубе.

Пренебрегая
потерями напора и считая z1 = z2 , напишем
уравнение Бернулли для сечений I-I и
II-II: