皮托管、飛機(jī)(jī)與風(fēng)(fēng)量?jī)x

看到這個(gè)題目，你會(huì)不會(huì)在想小編今天是不是不在狀態(tài)(tài)，這三樣?xùn)|西有什么關(guān)(guān)系？我最多知道皮托管原理和風(fēng)(fēng)量?jī)x大概有點(diǎn)關(guān)(guān)系，那么他們和飛機(jī)(jī)又有什么聯(lián)(lián)系呢？

接下來(lái)，我就給大家大概來(lái)講一下，這看起來(lái)，風(fēng)(fēng)馬牛不相及的三個(gè)詞之間的交集所在。

皮托管、飛機(jī)(jī)與風(fēng)(fēng)量?jī)x

2009年6月1日，法航447號(hào)航班在由巴西里約熱內(nèi)(nèi)盧飛往法國(guó)巴黎市戴高樂(lè)機(jī)(jī)場(chǎng)的途中，不幸于巴西附近島嶼墜毀，機(jī)(jī)上216名乘客及12名機(jī)(jī)組人員全部罹難。后續(xù)(xù)空難的最終調(diào)(diào)查報(bào)告顯示，飛機(jī)(jī)墜毀的罪魁禍?zhǔn)資菧y(cè)量飛機(jī)(jī)速度的皮托管被飛機(jī)(jī)飛行過(guò)程中結(jié)(jié)冰堵塞，使該飛機(jī)(jī)無(wú)法準(zhǔn)(zhǔn)確地測(cè)量其當(dāng)(dāng)前的飛行速度，并由此導(dǎo)(dǎo)致了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(tǒng)關(guān)(guān)閉和機(jī)(jī)組人員應(yīng)(yīng)對(duì)操作失誤等一系列事故，并最終造成飛機(jī)(jī)失速并迅速墜落從而釀成空難。由此可見，皮托管是保障飛機(jī)(jī)安全的重要測(cè)量設(shè)(shè)備。

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亨利·皮托

皮托管最早是由法國(guó)工程師亨利·皮托于1732年發(fā)(fā)明。在皮托所處的時(shí)代，廣為流傳的關(guān)(guān)于流體速度方面的知識(shí)中包含著很多錯(cuò)誤的認(rèn)(rèn)識(shí)，因此迫切需要對(duì)此進(jìn)(jìn)行糾正。當(dāng)(dāng)時(shí)，皮托受命測(cè)量法國(guó)著名的塞納河河水的流速，在此過(guò)程中他發(fā)(fā)明了皮托管用于測(cè)量該河流中流體的流速。后續(xù)(xù)，1858年，帕爾·達(dá)(dá)西對(duì)皮托管進(jìn)(jìn)行了重要的改進(jìn)(jìn)并沿用至今。

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皮托管的工作原理示意圖

在介紹皮托管的工作原理以前，我們先介紹一下總壓的概念。根據(jù)(jù)機(jī)(jī)械能守恒原理，在忽略流體高度變化的情況下，流體的動(dòng)能和壓力勢(shì)能總和保持不變，即總能量守恒。如果將上述能量全部用壓強(qiáng)(qiáng)的單位來(lái)表述，可以將動(dòng)能表示為動(dòng)壓，并將其與流體中的靜壓相加，所得的值被定義為總壓。在皮托管的正中，有一個(gè)被稱為總壓孔的小孔，它用于測(cè)量流體的總壓。其原理是依據(jù)(jù)上述的能量轉(zhuǎn)(zhuǎn)化，當(dāng)(dāng)流體的速度變?yōu)?/span>0時(shí)，流體所具有的能量全部轉(zhuǎn)(zhuǎn)變?yōu)榱藟毫?shì)?，即總壓。早期的皮托管只?fù)責(zé)(zé)測(cè)量總壓，因此又被稱為總壓管，而靜壓的測(cè)量是與總壓分開進(jìn)(jìn)行的。后續(xù)(xù)，為了方便使用，將靜壓和總壓的測(cè)量整合到了一起，形成了完整的速度測(cè)量使用的現(xiàn)(xiàn)代皮托管。皮托管的側(cè)(cè)面分布著若干個(gè)靜壓孔，用于測(cè)量流體相應(yīng)(yīng)位置的靜壓，即該點(diǎn)處流體的真實(shí)壓力大小。

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真實(shí)飛機(jī)(jī)皮托管的總壓孔和靜壓孔

根據(jù)(jù)皮托管測(cè)量得到的總壓和靜壓，基于流體的密度便可以準(zhǔn)(zhǔn)確地計(jì)算出流體的速度。但是，對(duì)于飛機(jī)(jī)等運(yùn)(yùn)動(dòng)的物體，由皮托管測(cè)量得到的速度是飛機(jī)(jī)與大氣的相對(duì)速度，如果想要知道飛機(jī)(jī)相對(duì)地面的速度，需要在皮托管測(cè)得的速度的基礎(chǔ)(chǔ)上對(duì)風(fēng)(fēng)速進(jìn)(jìn)行修正。

現(xiàn)(xiàn)如今，皮托管（空速管）依然還是各類型飛機(jī)(jī)上非常重要的數(shù)(shù)據(jù)(jù)傳感器之一。除了在航空領(lǐng)(lǐng)域的應(yīng)(yīng)用，皮托管原理在潔凈行業(yè)(yè)廣泛、有效的應(yīng)(yīng)用場(chǎng)景就是風(fēng)(fēng)量?jī)x了。