皮托管的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

1、皮托管皮托管皮托管，又名“空速管”，“風(fēng)速管”，英文是Pitottubeo皮托管是測(cè)量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的一種管狀裝置，由法國(guó)H.皮托發(fā)明而得名。嚴(yán)格地說，皮托管僅測(cè)量氣流總壓，又名總壓管；同時(shí)測(cè)量總壓、靜壓的才稱風(fēng)速管，但習(xí)慣上多把風(fēng)速管稱作皮托管。定義空速管也叫氣流方向傳感器或流向角感應(yīng)器，與精密電位計(jì)（或同步機(jī)或解析器）連接在一起，提供出一個(gè)表示相對(duì)于大氣數(shù)據(jù)桁架縱軸的空氣流方向的電信號(hào)。結(jié)構(gòu)原理皮托管的構(gòu)造如圖，頭部為半球形，后為一雙層套管。測(cè)速時(shí)頭部對(duì)準(zhǔn)來流，頭部中心處小孔（總壓孔）感受來流總壓p0,經(jīng)內(nèi)管傳送至壓力計(jì)。 fKfl 處曾立頭部后約38D處的外套管壁上均勻地開

2、有一排孔（靜壓孔），感受來流靜壓p,經(jīng)外套管也傳至壓力計(jì)。對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，根據(jù)伯努利方程和能量方程可求出氣流馬赫數(shù)，進(jìn)而再求速度。但在超聲速流動(dòng)中，皮托管頭部出現(xiàn)離體激波，總壓孔感受的是波后總壓，來流靜壓也難以測(cè)準(zhǔn)，因而皮托管不再適用?？倝嚎子幸欢娣e，它所感受的是駐點(diǎn)附近的平均壓強(qiáng)，略低于總壓，靜壓孔感受的靜壓也有一定誤差，其他如制造、安裝也會(huì)有誤差，故測(cè)算流速時(shí)應(yīng)加一個(gè)修正系數(shù)（。t值一般在0.981.05范圍內(nèi)，在已知速度之氣流中校正或經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)皮托管校正而確定。皮托管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，用途很廣。如飛機(jī)頭部或機(jī)翼前緣常裝設(shè)皮托管，測(cè)量相對(duì)空氣的飛行速度。應(yīng)用空速管是飛機(jī)上極為重要的測(cè)量工

3、具。它的安裝位置一定要在飛機(jī)外面氣流較少受到飛機(jī)影響的區(qū)域，一般在機(jī)頭正前方，垂尾或翼尖前方。同時(shí)為了保險(xiǎn)起見，一架飛機(jī)通常安裝2副以上空速管。有的飛機(jī)在機(jī)身兩側(cè)有2根小的空速管。美國(guó)隱身戰(zhàn)斗機(jī)F-117在機(jī)頭最前方安裝了4根全向大氣數(shù)據(jù)探管，因此該機(jī)不但可以測(cè)大氣動(dòng)壓、靜壓，而且還可以測(cè)量飛機(jī)的側(cè)滑角和迎角。有的飛機(jī)上的空速管外側(cè)還裝有幾片小葉片，也可以起到類似作用；垂直安裝的用來測(cè)量飛機(jī)側(cè)滑角，水平安裝的葉片可測(cè)量飛機(jī)迎角，為了防止空速管前端小孔在飛行中結(jié)冰堵塞，一般飛機(jī)上的空速管都有電加溫裝置。原理它主要是用來測(cè)量飛機(jī)速度的，同時(shí)還兼具其他多種功能?？账俟軠y(cè)量飛機(jī)速度的原理是這樣的，當(dāng)飛

4、機(jī)向前飛行時(shí)，氣流便沖進(jìn)空速管，在管子末端的感應(yīng)器會(huì)感受到氣流的沖擊力量，即動(dòng)壓。飛機(jī)飛得越快，動(dòng)壓就越大。如果將空氣靜止時(shí)的壓力即靜壓和動(dòng)壓相比就可以知道沖進(jìn)來的空氣有多快，也就是飛機(jī)飛得有多快。比較兩種壓力的工具是一個(gè)用上下兩片很薄的金屬片制成的表面帶波紋的空心圓形盒子，稱為膜盒。這盒子是密封的，但有一根管子與空速管相連。如果飛機(jī)速度快，動(dòng)壓便增大，膜盒內(nèi)壓力增加，膜盒會(huì)鼓起來。用一個(gè)由小杠桿和齒輪等組成的裝置可以將膜盒的變形測(cè)量出來并用指針顯示，這就是最簡(jiǎn)單的飛機(jī)空速表。現(xiàn)代的空速管除了正前方開孔外，還在管的四周開有很多小孔，并用另一根管子通到空速表內(nèi)來測(cè)量靜止大氣壓力，這一壓力稱靜壓。

5、空速表內(nèi)膜盒的變形大小就是由膜盒外的靜壓與膜盒內(nèi)動(dòng)壓的差別決定的。其他用途空速管測(cè)量出來的靜壓還可以用來作為高度表的計(jì)算參數(shù)。如果膜盒完全密封，里面的壓力始終保持相當(dāng)于地面空氣的壓力。這樣當(dāng)飛機(jī)飛到空中，高度增加，空速管測(cè)得的靜壓下降，膜盒便會(huì)鼓起來，測(cè)量膜盒的變形即可測(cè)得飛機(jī)高度。這種高度表稱為氣壓式高度表。利用空速管測(cè)得的靜壓還可以制成"升降速度表"，即測(cè)量飛機(jī)高度變化快慢（爬升率）。表內(nèi)也有一個(gè)膜盒，不過膜盒內(nèi)的壓力不是根據(jù)空速管測(cè)得的動(dòng)壓而是通過專門一根在出口處開有一小孔的管子測(cè)得的。這根管子上的小孔大小是特別設(shè)計(jì)的，用來限制膜盒內(nèi)氣壓變化的快慢。如果飛機(jī)上升很快，

6、膜盒內(nèi)的氣壓受小孔的制約不能很快下降，而膜盒外的氣壓由于有直通空速管上的靜壓孔，可以很快達(dá)到相當(dāng)于外面大氣的壓力，于是膜盒鼓起來。測(cè)量膜盒的變形大小即可算出飛機(jī)上升的快慢。飛機(jī)下降時(shí)，情況正相反。膜盒外壓力急速增加，而膜盒內(nèi)的氣壓只能緩慢升高，于是膜盒下陷，帶動(dòng)指針，顯示負(fù)爬升率，即下降速率。飛機(jī)平飛后，膜盒內(nèi)外氣壓逐漸相等，膜盒恢復(fù)正常形狀，升降速度表指示為零。空速管測(cè)量出來的速度并非是飛機(jī)真正相對(duì)于地面的速度，而只是相對(duì)于大氣的速度，所以稱為空速。如果有風(fēng)，飛機(jī)相對(duì)地面的速度（稱地速）還應(yīng)加上風(fēng)速（順風(fēng)飛行）或減去風(fēng)速（逆風(fēng)飛行）。另外空速管測(cè)速原理利用到動(dòng)壓，而動(dòng)壓和大氣密度有關(guān)。同樣的相對(duì)氣流速度，如果大氣密度低，動(dòng)壓便小，空速表中的膜盒變形就小。所以相同的空速，在高空指示值比在低空小。這種空速一般稱為"表速&qu