Name: measuring airspeed with pressure differences
Uploaded: 2023-04-30T07:03:21.000Z
Duration: 7 min 28 s
Channel: JoVE

1. تسجيل قراءات ضغط مقياس الضغط مع التغيرات في سرعة الهواء.
<ol>
	<li>قم بتوصيل سلك أنبوب Pitot-static بمنفذي مقياس الضغط. يجب ملء مقياس الضغط بالزيت الملون ووضع علامة عليه على أنه تخرج بوصة مائية.</li>
	<li>أدخل أنبوب Pitot-static في التركيب الملولب بحيث يكون رأس الاستشعار في وسط قسم الاختبار في نفق الرياح ويشير الأنبوب إلى المنبع. يجب أن يكون قسم الاختبار 1 قدم × 1 قدم ، ويجب أن يكون نفق الرياح قادرا على الحفاظ على سرعة جوية تبلغ 140 ميلا في الساعة.</li>
	<li>استخدم مقياس الميل لضبط أنبوب Pitot-static على زاوية هجوم بدرجة صفر.</li>
	<li>قم بتشغيل نفق الرياح بسرعة 50 ميلا في الساعة ثم سجل قراءة فرق الضغط عند مقياس الضغط.</li>
	<li>قم بزيادة السرعة الجوية في نفق الرياح بمقدار 10 ميل في الساعة وسجل فرق الضغط عند مقياس الضغط.</li>
	<li>كرر 1.5 حتى تصل السرعة الجوية إلى 130 ميلا في الساعة. سجل جميع النتائج.</li>
</ol>
2. تحقق من دقة أنابيب Pitot-static بزاوية هجوم إيجابية.
<ol>
	<li>استخدم مقياس الميل لضبط زاوية الهجوم إلى 4 درجات موجبة</li>
	<li>قم بتشغيل نفق الرياح بسرعة 100 ميل في الساعة ، وسجل قراءة فرق الضغط على مقياس الضغط.</li>
	<li>قم بزيادة زاوية الهجوم بزيادات قدرها 4 درجات ، وكرر الخطوات من 2.1 إلى 2.2 حتى زاوية هجوم 28 درجة. سجل جميع النتائج.</li>
</ol>
<div class = "chapter_text" id = "script_0" >
عادة ما يتم قياس السرعات غير المعروفة في تدفق الهواء ، على سبيل المثال ، سرعة الهواء للطائرة ، باستخدام أنبوب ثابت بيتو. يعتمد الأنبوب الثابت على مبدأ برنولي ، حيث ترتبط الزيادة في سرعة السائل ارتباطا مباشرا بتغيرات الضغط.
يمارس السائل نفسه ضغطا على البيئة المحيطة ، يسمى الضغط الساكن. إذا كانت سرعة السائل صفرا ، فإن الضغط الساكن يكون في الحد الأقصى. يعرف هذا الضغط بأنه ضغط الركود أو الضغط الكلي.
مع زيادة سرعة السائل ، فإنه يمارس ضغطا ثابتا على المناطق المحيطة بالإضافة إلى القوى الناتجة عن سرعة السائل وكثافته. يتم قياس هذه القوى على أنها الضغط الديناميكي ، والذي يرتبط ارتباطا مباشرا بكثافة السائل وسرعة السائل.
وفقا لمبدأ برنولي ، فإن ضغط الركود يساوي مجموع الضغط الساكن والضغط الديناميكي. وبالتالي ، إذا كنا مهتمين بتحديد سرعة المائع ، فيمكننا استبدال المعادلة بالضغط الديناميكي وحل السرعة كما هو موضح. يسمى الفرق بين ضغط الركود والضغط الساكن بفرق الضغط ، دلتا P.
إذن كيف نقيس الركود والضغوط الساكنة لتحديد دلتا P وبالتالي السرعة؟ هذا هو المكان الذي يأتي فيه أنبوب pitot-static.
يحتوي الأنبوب الثابت على مجموعتين من الفتحات. يتم توجيه فتحة واحدة مباشرة إلى تدفق الهواء ، بينما تكون المجموعة الثانية من الفتحات عمودية على تدفق الهواء. تستشعر الفتحة التي تواجه التدفق ضغط الركود ، وتستشعر الفتحات العمودية على التدفق الضغط الساكن. ثم يتم قياس فرق الضغط ، دلتا P ، إما باستخدام محول ضغط أو مقياس ضغط السوائل.
مقياس ضغط السوائل هو أنبوب على شكل حرف U يحتوي على سائل. عند الضغط المحيط ، حيث دلتا P يساوي صفرا ، يكون السائل الموجود في مقياس الضغط مستويا عند ارتفاع أولي. عندما يواجه مقياس الضغط فرق الضغط ، يتغير ارتفاع سائل مقياس الضغط ، ويمكننا قراءة التغير في الارتفاع على أنه دلتا h.
يمكننا بعد ذلك حساب فرق الضغط ، دلتا P ، وهو يساوي كثافة السائل في مقياس الضغط ، مضروبا في تسارع الجاذبية ، مضروبا في دلتا h. بعد ذلك، باستبدال فرق الضغط المحسوب في المعادلة السابقة، يمكننا حساب سرعة السوائل.
في هذه التجربة ، ستقيس سرعات الرياح المختلفة في نفق الرياح باستخدام أنبوب ثابت ومقياس ضغط السوائل. ستقوم بعد ذلك بحساب النسبة المئوية للخطأ في قياسات سرعة الهواء التي تم جمعها باستخدام أنبوب ثابت منحرف.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
في هذه التجربة ، ستحتاج إلى الوصول إلى نفق رياح ديناميكي هوائي مع قسم اختبار يبلغ 1 قدم × 1 قدم وسرعة هواء تشغيل قصوى تبلغ 140 ميلا في الساعة. ستحتاج أيضا إلى أنبوب ثابت ومقياس ضغط مملوء بالزيت الملون ، ولكن تم تمييزه على أنه تخرج بحجم بوصة مائية.
ابدأ بتوصيل خيوط تركيب الأنبوب الثابت بالمنافذ الأنبوبية لمقياس الضغط باستخدام أنابيب ناعمة. الآن ، افتح قسم الاختبار وأدخل الأنبوب الثابت في التركيبات الملولبة الأمامية. قم بتوجيه الأنبوب الثابت بحيث يكون رأس الاستشعار في وسط قسم الاختبار ، مشيرا إلى المنبع. استخدم مقياس ميل محمول باليد لقياس زاوية الهجوم ، واضبط أنبوب pitot للوصول إلى زاوية صفر. ثم أغلق الجزء الأمامي والعلوي من قسم الاختبار.
الآن ، قم بتشغيل نفق الرياح ، واضبط السرعة على 50 ميلا في الساعة ، ولاحظ فرق الارتفاع على مقياس الضغط. سجل فرق الارتفاع. بعد ذلك ، قم بزيادة سرعة الرياح إلى 60 ميلا في الساعة وسجل مرة أخرى فرق الارتفاع على مقياس الضغط.
كرر هذا الإجراء ، مع زيادة سرعة الرياح ، بزيادات قدرها 10 ميل في الساعة ، حتى تصل سرعة الرياح إلى 130 ميلا في الساعة. سجل فرق الارتفاع على مقياس الضغط لكل سرعة رياح. ثم أوقف نفق الرياح وافتح قسم الاختبار.
باستخدام مقياس الميل المحمول باليد ، اضبط زاوية الهجوم على 4 درجات موجبة بعد ذلك ، أغلق قسم الاختبار وقم بتشغيل نفق الرياح بسرعة 100 ميل في الساعة. سجل فرق ارتفاع مقياس الضغط في دفتر ملاحظاتك. كرر هذا الإجراء لزوايا الهجوم حتى 28 درجة باستخدام زيادات قدرها 4 درجات. سجل فرق ارتفاع مقياس الضغط لكل زاوية بسرعة 100 ميل في الساعة.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
الآن ، دعنا نلقي نظرة على كيفية تحليل البيانات. أولا ، تذكر أن ضغط الركود ، أو الضغط بسرعة التدفق الصفرية ، يساوي الضغط الساكن بالإضافة إلى الضغط الديناميكي. يرتبط الضغط الديناميكي ارتباطا مباشرا بكثافة السوائل وسرعة التدفق. يمكننا إعادة ترتيب المعادلة للتعبير عن سرعة التدفق من حيث فرق الضغط وكثافة السوائل.
يتم قياس فرق الضغط باستخدام مقياس الضغط ، حيث يكون فرق الضغط مساويا لكثافة السائل مضروبا في g في فرق الارتفاع في مقياس الضغط. وبالتالي ، يتم التنبؤ بسرعة التدفق من خلال المعادلة الموضحة.
كثافة الهواء وكثافة الماء وتسارع الجاذبية معروفة. باستخدام فرق ارتفاع مقياس الضغط لكل سرعة هواء في نفق الرياح عند زاوية هجوم صفرية ، احسب سرعة الهواء المقاسة بواسطة أنبوب pitot-static. كما ترون ، فإن النسبة المئوية للخطأ صغيرة جدا ، مما يدل على أن الأنبوب الثابت يمكن أن يتنبأ بسرعة الهواء بدقة ، مع حدوث خطأ من إعدادات هواء نفق الرياح ، وقراءات مقياس الضغط ، وأخطاء الأدوات الأخرى.
الآن ، احسب سرعة الهواء بزوايا هجوم مختلفة عندما تم تشغيل نفق الرياح بسرعة 100 ميل في الساعة. كما ترون ، فإن سرعات الهواء المحسوبة قريبة جدا مما هو متوقع.
يتم حساب فرق النسبة المئوية من خلال مقارنة سرعة الهواء المحسوبة بالسرعة الجوية المقاسة بزاوية الهجوم الصفرية. جميع الاختلافات أقل من 4٪ للزوايا المقاسة ، مما يدل على أن الأنبوب الثابت غير حساس بشكل عام لعدم المحاذاة مع اتجاه التدفق.
باختصار ، تعلمنا كيف تستخدم أنابيب pitot-static مبدأ برنولي لتحديد سرعة السائل. ثم قمنا بإنشاء مجموعة من سرعات الهواء في نفق الرياح واستخدمنا أنبوبا ثابتا لقياس سرعات الهواء المختلفة. أظهر هذا الحساسية التنبؤية للأنبوب الثابت pitot.
</div>

تعد معلومات السرعة الجوية أمرا بالغ الأهمية لتطبيقات الطيران ، مثل الطائرات والطائرات بدون طيار. عادة ما يتم توصيل أنبوب Pitot-static بمقياس ميكانيكي لإظهار سرعة الهواء في اللوحة الأمامية في قمرة القيادة. بالنسبة للطائرات التجارية ، فهي متصلة أيضا بنظام التحكم في الطيران على متن الطائرة.
يمكن أن تكون الأخطاء في قراءات النظام الثابت خطيرة للغاية. عادة ما يكون هناك 1 أو 2 من أنظمة Pitot-static الزائدة عن الحاجة للطائرات التجارية. لمنع تراكم الجليد ، يتم تسخين أنبوب Pitot أثناء الطيران. تم إرجاع العديد من حوادث وحوادث شركات الطيران التجارية إلى فشل نظام Pitot-static. على سبيل المثال ، في عام 2008 ، أبلغت Air Caraibes عن حادثتين من أعطال الجليد في أنبوب Pitot على طائراتها A330 [3].
في الصناعة ، يمكن قياس سرعة الهواء في مجاري الهواء والأنابيب باستخدام أنابيب Pitot حيث يصعب تركيب مقياس شدة الريح أو عدادات التدفق الأخرى. يمكن إدخال أنبوب Pitot بسهولة من خلال ثقب صغير في القناة.
في هذا العرض التوضيحي ، تم فحص استخدام أنابيب Pitot-static في نفق الرياح واستخدمت القياسات للتنبؤ بالسرعة الجوية في نفق الرياح. ارتبطت النتائج التي تنبأ بها أنبوب بيتوت الثابت بشكل جيد مع إعدادات نفق الرياح. كما تم التحقيق في حساسية المحاذاة الخاطئة المحتملة لأنبوب Pitot-static وخلص إلى أن أنبوب Pitot-static ليس حساسا بشكل خاص لاختلال المحاذاة حتى وزاوية الهجوم من 28 درجة.

ينص مبدأ برنولي على أن الزيادة في سرعة السائل تحدث في وقت واحد مع انخفاض الضغط والعكس صحيح. على وجه التحديد ، إذا انخفضت سرعة السائل إلى الصفر ، فسيزداد ضغط السائل إلى الحد الأقصى. يعرف هذا باسم ضغط الركود أو الضغط الكلي. أحد الأشكال الخاصة لمعادلة برنولي هو كما يلي:
فئة ضغط الركود = ضغط ثابت + ضغط ديناميكي
&lt; p class = "jove_content" &gt;<img src="/files/ftp_upload/10452/10452eq1a.jpg">
 حيث يكون ضغط الركود ، Po ، هو الضغط إذا تم تقليل سرعة التدفق إلى الصفر متساوي الخواص ، فإن الضغط الساكن ، Ps ، هو الضغط الذي يمارسه السائل المحيط على نقطة معينة ، والضغط الديناميكي ، Pd ، المعروف أيضا باسم ضغط الكبش ، يرتبط ارتباطا مباشرا بكثافة السائل ، ρ ، وسرعة التدفق ، V ، لنقطة معينة. تنطبق هذه المعادلة فقط على التدفق غير القابل للانضغاط ، مثل تدفق السائل وتدفق الهواء منخفض السرعة (أقل من 100 م / ث بشكل عام).
&lt; p class = "jove_content" &gt; من المعادلة أعلاه ، يمكننا التعبير عن سرعة التدفق ، V ، من حيث فرق الضغط وكثافة السوائل على النحو التالي:
&lt; p class = "jove_content" &gt;<img src="/files/ftp_upload/10452/10452eq2f.jpg">
&lt; p class = "jove_content"&gt;في القرن الثامن عشر ، اخترع المهندس الفرنسي هنري بيتوت أنبوب Pitot [1] ، وفيمنتصف القرن التاسع عشر ، قام العالم الفرنسي هنري دارسي بتعديله إلى شكله الحديث [2]. في أوائل القرن العشرين ، قام عالم الديناميكا الهوائية الألماني لودفيج برانتل بدمج قياس الضغط الساكن وأنبوب Pitot في أنبوب Pitot-static ، والذي يستخدم على نطاق واسع اليوم.
&lt; p class = "jove_content" &gt; يظهر مخطط لأنبوب Pitot-static في الشكل 1. هناك فتحتان في الأنابيب: فتحة واحدة تواجه التدفق مباشرة لاستشعار ضغط الركود ، والفتحة الأخرى عمودية على التدفق لقياس الضغط الساكن.
&lt; p class = "jove_content" &gt;<img src="/files/ftp_upload/10452/10452fig1.jpg"> 
الشكل 1. تخطيطي لأنبوب Pitot-ثابت.
&lt; p class = "jove_content" &gt; فرق الضغط مطلوب لتحديد سرعة التدفق ، والتي يتم قياسها عادة بواسطة محولات الضغط. في هذه التجربة ، يتم استخدام مقياس ضغط العمود السائل لتوفير صورة مرئية جيدة لقياس التغير في الضغط. يتم تحديد فرق الضغط على النحو التالي:
&lt; p class = "jove_content" &gt;<img src="/files/ftp_upload/10452/10452eq3a.jpg">
&lt; p class = "jove_content" &gt; حيث Δh هو فرق ارتفاع مقياس الضغط ، و ρL هي كثافة السائل في مقياس الضغط ، و g هي التسارع الناتج عن الجاذبية. من خلال الجمع بين المعادلتين 2 و 3 ، يتم التنبؤ بسرعة التدفق من خلال:
&lt; p class = "jove_content" &gt;<img src="/files/ftp_upload/10452/10452eq4d.jpg">

أنبوب بيتوت ثابت: جهاز لقياس سرعة تدفق الهواء

المصدر: ديفيد قوه ، كلية الهندسة والتكنولوجيا والملاحة الجوية (CETA) ، جامعة جنوب نيو هامبشاير (SNHU) ، مانشستر ، نيو هامبشاير 
يستخدم أنبوب Pitot-static على نطاق واسع لقياس سرعات غير معروفة في تدفق الهواء ، على سبيل المثال ، يتم استخدامه لقياس سرعة الطائرة. وفقا لمبدأ برنولي ، ترتبط السرعة الجوية ارتباطا مباشرا بالتغيرات في الضغط. لذلك ، يستشعر أنبوب Pitot-static ضغط الركود والضغط الساكن. يتم توصيله بمقياس ضغط أو محول ضغط للحصول على قراءات الضغط ، مما يسمح بالتنبؤ بالسرعة الجوية. 
في هذه التجربة ، يتم استخدام نفق الرياح لتوليد سرعات جوية معينة ، والتي تتم مقارنتها بتنبؤات أنبوب بيتوت الثابت. يتم أيضا فحص حساسية أنبوب Pitot-static بسبب عدم المحاذاة فيما يتعلق باتجاه التدفق. ستوضح هذه التجربة كيفية قياس سرعة تدفق الهواء باستخدام أنبوب بيتوت ثابت. سيكون الهدف هو التنبؤ بسرعة تدفق الهواء بناء على قياسات الضغط التي تم الحصول عليها.

وترد النتائج التمثيلية في الجدول 1 و الجدول 2 . تتفق نتائج التجربة بشكل جيد مع سرعة الرياح الفعلية. تنبأ أنبوب Pitot-static بدقة بالسرعة الجوية مع نسبة قصوى من الخطأ تبلغ حوالي 4.2٪. يمكن أن يعزى ذلك إلى الأخطاء في ضبط السرعة الجوية لنفق الرياح ، وأخطاء قراءة مقياس الضغط وأخطاء الأداة في أنبوب Pitot-static. 
الجدول 1. تم حساب السرعة الجوية والخطأ بناء على قراءة مقياس الضغط بسرعات نفق الرياح المختلفة. 
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>السرعة الجوية لنفق الرياح (ميل في الساعة)</td>
			<td>قراءة مقياس الضغط (في الماء) </td>
			<td>السرعة الجوية المحسوبة (ميل في الساعة)</td>
			<td>النسبة المئوية للخطأ (٪)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 </td>
			<td>1.1</td>
			<td> 48.04 </td>
			<td>-3.93</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60 </td>
			<td>1.6</td>
			<td>57.93</td>
			<td>-3.45</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70 </td>
			<td>2.15</td>
			<td>67.16 </td>
			<td>-4.06 </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>80 </td>
			<td>2.8 </td>
			<td>76.64</td>
			<td>-4.20</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>90 </td>
			<td>3.6 </td>
			<td> 86.90 </td>
			<td>-3.45</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100</td>
			<td>4.4</td>
			<td>96.07</td>
			<td>-3.93</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>110</td>
			<td>5.4</td>
			<td>106.43</td>
			<td>-3.25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>120</td>
			<td>6.5</td>
			<td>116.77</td>
			<td>-2.69</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>130</td>
			<td>7.8 </td>
			<td>127.91</td>
			<td>-1.61</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
الجدول 2. تم حساب السرعة الجوية والخطأ بناء على قراءة مقياس الضغط بزوايا مختلفة من الملحق. 
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>زاوية هجوم الأنبوب الثابت (°) </td>
			<td>قراءات مقياس الضغط (في الماء)</td>
			<td>السرعة الجوية المحسوبة (ميل في الساعة)</td>
			<td>النسبة المئوية للخطأ (٪)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0 </td>
			<td>4.4</td>
			<td>96.07</td>
			<td>0.00 </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4</td>
			<td>4.5 </td>
			<td>97.16</td>
			<td>1.13</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8 </td>
			<td>4.5</td>
			<td>97.16</td>
			<td>1.13</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>12</td>
			<td>4.6</td>
			<td>98.23</td>
			<td>2.25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>16 </td>
			<td>4.65</td>
			<td>98.76</td>
			<td>2.80 </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20</td>
			<td>4.7</td>
			<td>99.29</td>
			<td> 3.35 </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24</td>
			<td>4.55</td>
			<td>97.69</td>
			<td>1.69</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>28</td>
			<td>4.3</td>
			<td>94.97</td>
			<td>-1.14</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
وفي الجدول 2، تقارن النسبة المئوية للخطأ بحالة الزاوية الصفرية في الجدول 1. تشير النتائج إلى أن أنبوب بيتوت الساكن غير حساس لعدم المحاذاة مع اتجاهات التدفق. حدث أعلى تباين عند زاوية هجوم تبلغ حوالي 20 درجة. تم الحصول على خطأ بنسبة 3.35٪ فيما يتعلق بقراءة زاوية الصفر. مع زيادة زاوية الهجوم ، انخفض كل من قياسات الركود والضغط الساكن. تميل قراءتا الضغط إلى تعويض بعضهما البعض بحيث ينتج الأنبوب قراءات سرعة دقيقة تصل إلى 3-4٪ لزوايا الهجوم حتى 30 درجة. هذه هي الميزة الرئيسية لتصميم Prandtl على الأنواع الأخرى من أنابيب Pitot.

Source: David Guo, College of Engineering, Technology, and Aeronautics (CETA), Southern New Hampshire University (SNHU), Manchester, New Hampshire
A ...

عادة ما يتم قياس السرعات غير المعروفة في تدفق الهواء ، على سبيل المثال ، سرعة الهواء للطائرة ، باستخدام أنبوب ثابت بيتو. يعتمد الأنبوب الثابت على مبدأ برنولي ، حيث ترتبط الزيادة في سرعة السائل ارتباطا مباشرا بتغيرات الضغط. يمارس السائل نفسه ضغطا على البيئة المحيطة ، يسمى الضغط الساكن. إذا كانت سرعة السائل صفرا ، فإن الضغط الساكن يكون في الحد الأقصى. يعرف هذا الضغط بأنه ضغط الركود أو الضغط الكلي. مع زيادة سرعة السائل ، فإنه يمارس ضغطا ثابتا على المناطق المحيطة بالإضافة إلى القوى الناتجة عن سرعة السائل وكثافته. يتم قياس هذه القوى على أنها الضغط الديناميكي ، والذي يرتبط ارتباطا مباشرا بكثافة السائل وسرعة السائل. وفقا لمبدأ برنولي ، فإن ضغط الركود يساوي مجموع الضغط الساكن والضغط الديناميكي. وبالتالي ، إذا كنا مهتمين بتحديد سرعة المائع ، فيمكننا استبدال المعادلة بالضغط الديناميكي وحل السرعة كما هو موضح. يسمى الفرق بين ضغط الركود والضغط الساكن بفرق الضغط ، دلتا P. إذن كيف نقيس الركود والضغوط الساكنة من أجل تحديد دلتا P وبالتالي السرعة؟ هذا هو المكان الذي يأتي فيه أنبوب pitot-static. يحتوي الأنبوب الثابت على مجموعتين من الفتحات. يتم توجيه فتحة واحدة مباشرة إلى تدفق الهواء ، بينما تكون المجموعة الثانية من الفتحات عمودية على تدفق الهواء. تستشعر الفتحة التي تواجه التدفق ضغط الركود ، وتستشعر الفتحات العمودية على التدفق الضغط الساكن. ثم يتم قياس فرق الضغط ، دلتا P ، إما باستخدام محول ضغط أو مقياس ضغط السوائل. مقياس ضغط السوائل هو أنبوب على شكل حرف U يحتوي على سائل. عند الضغط المحيط ، حيث دلتا P يساوي صفرا ، يكون السائل الموجود في مقياس الضغط مستويا عند ارتفاع أولي. عندما يواجه مقياس الضغط تفاضلا في الضغط ، يتغير ارتفاع سائل الضغط، ويمكننا قراءة التغير في الارتفاع ك دلتا h. } يمكننا بعد ذلك حساب فرق الضغط ، دلتا P ، وهو يساوي كثافة السائل في مقياس الضغط ، في تسارع الجاذبية ، مضروبا في دلتا h. بعد ذلك، باستبدال فرق الضغط المحسوب في المعادلة السابقة، يمكننا حساب سرعة السوائل. في هذه التجربة ، ستقيس سرعات الرياح المختلفة في نفق الرياح باستخدام أنبوب ثابت ومقياس ضغط السوائل. ستقوم بعد ذلك بحساب النسبة المئوية للخطأ في قياسات سرعة الهواء التي تم جمعها باستخدام أنبوب ثابت منحرف. في هذه التجربة ، ستحتاج إلى الوصول إلى نفق رياح ديناميكي هوائي مع قسم اختبار يبلغ 1 قدم × 1 قدم وسرعة هواء تشغيل قصوى تبلغ 140 ميلا في الساعة. ستحتاج أيضا إلى أنبوب ثابت ومقياس ضغط مملوء بالزيت الملون ، ولكن تم تمييزه على أنه تخرج بحجم بوصة مائية. ابدأ بتوصيل خيوط تركيب الأنبوب الثابت بالمنافذ الأنبوبية لمقياس الضغط باستخدام أنابيب ناعمة. الآن ، افتح قسم الاختبار وأدخل الأنبوب الثابت في التركيبات الملولبة الأمامية. قم بتوجيه الأنبوب الثابت بحيث يكون رأس الاستشعار في وسط قسم الاختبار ، مشيرا إلى المنبع. استخدم مقياس ميل محمول باليد لقياس زاوية الهجوم ، واضبط أنبوب pitot للوصول إلى زاوية صفر. ثم أغلق الجزء الأمامي والعلوي من قسم الاختبار. الآن ، قم بتشغيل نفق الرياح ، واضبط السرعة على 50 ميلا في الساعة ، ولاحظ فرق الارتفاع على مقياس الضغط. سجل فرق الارتفاع. بعد ذلك ، قم بزيادة سرعة الرياح إلى 60 ميلا في الساعة وسجل مرة أخرى فرق الارتفاع على مقياس الضغط. كرر هذا الإجراء ، مع زيادة سرعة الرياح ، بزيادات قدرها 10 ميل في الساعة ، حتى تصل سرعة الرياح إلى 130 ميلا في الساعة. سجل فرق الارتفاع على مقياس الضغط لكل سرعة رياح. ثم أوقف نفق الرياح وافتح قسم الاختبار. باستخدام مقياس الميل المحمول باليد ، اضبط زاوية الهجوم على موجب 4؟. بعد ذلك ، أغلق قسم الاختبار وقم بتشغيل نفق الرياح بسرعة 100 ميل في الساعة. سجل فرق ارتفاع مقياس الضغط في دفتر ملاحظاتك. كرر هذا الإجراء لزوايا الهجوم حتى 28؟ باستخدام 4؟ زيادات. سجل فرق ارتفاع مقياس الضغط لكل زاوية بسرعة 100 ميل في الساعة. الآن ، دعنا نلقي نظرة على كيفية تحليل البيانات. أولا ، تذكر أن ضغط الركود ، أو الضغط بسرعة التدفق الصفرية ، يساوي الضغط الساكن بالإضافة إلى الضغط الديناميكي. يرتبط الضغط الديناميكي ارتباطا مباشرا بكثافة السوائل وسرعة التدفق. يمكننا إعادة ترتيب المعادلة للتعبير عن سرعة التدفق من حيث فرق الضغط وكثافة السوائل. يتم قياس فرق الضغط باستخدام مقياس الضغط ، حيث يكون فرق الضغط مساويا لكثافة السائل مضروبا في g في فرق الارتفاع في مقياس الضغط. وبالتالي ، يتم التنبؤ بسرعة التدفق من خلال المعادلة الموضحة. كثافة الهواء وكثافة الماء وتسارع الجاذبية معروفة. باستخدام فرق ارتفاع مقياس الضغط لكل سرعة هواء في نفق الرياح عند زاوية هجوم صفرية ، احسب سرعة الهواء المقاسة بواسطة أنبوب pitot-static. كما ترون ، فإن النسبة المئوية للخطأ صغيرة جدا ، مما يدل على أن الأنبوب الثابت يمكن أن يتنبأ بسرعة الهواء بدقة ، مع حدوث خطأ من إعدادات هواء نفق الرياح ، وقراءات مقياس الضغط ، وأخطاء الأدوات الأخرى. الآن ، احسب سرعة الهواء بزوايا هجوم مختلفة عندما تم تشغيل نفق الرياح بسرعة 100 ميل في الساعة. كما ترون ، فإن سرعات الهواء المحسوبة قريبة جدا مما هو متوقع. يتم حساب فرق النسبة المئوية من خلال مقارنة سرعة الهواء المحسوبة بالسرعة الجوية المقاسة بزاوية الهجوم الصفرية. جميع الاختلافات أقل من 4٪ للزوايا المقاسة ، مما يدل على أن الأنبوب الثابت غير حساس بشكل عام لعدم المحاذاة مع اتجاه التدفق. باختصار ، تعلمنا كيف تستخدم أنابيب pitot-static مبدأ برنولي لتحديد سرعة السائل. ثم قمنا بإنشاء مجموعة من سرعات الهواء في نفق الرياح واستخدمنا أنبوبا ثابتا لقياس سرعات الهواء المختلفة. أظهر هذا الحساسية التنبؤية للأنبوب الثابت pitot.

pitot-static-tube-a-device-to-measure-air-flow-speed

Education

JoVE Science Education

Engineering

الهندسة

Aeronautical Engineering

هندسة الطيران

Pitot-static Tube: A Device to Measure Air Flow Speed

measuring airspeed with pressure differences

A Pitot-static tube measures airspeed by comparing air pressure differences. It is widely used to find unknown speeds in airflow, including airplane airspeed.

The method relies on Bernoulli's principle, which links changes in pressure to changes in airflow speed. The tube senses stagnation pressure and static pressure. Stagnation pressure is the pressure where the air is brought to rest, and static pressure is the pressure of the moving air around it.

The tube connects to a manometer or a pressure transducer to record these pressure readings. Those readings are then used to predict airspeed. In this experiment, a wind tunnel produces set airspeeds, and the Pitot-static tube predictions are compared with them.

The setup also tests how sensitive the tube is to misalignment with the flow direction. This helps show how air flow speed is measured with a Pitot-static tube. The goal is to use pressure measurements to predict air flow speed.

Measuring Airspeed with Pressure Differences

measuring-airspeed-with-pressure-differences

aerodynamic performance of a model aircraft: the dc-6b

aerodynamic-performance-of-a-model-aircraft-the-dc-6b

Wind Tunnel Testing of a DC-6B Model

A low-speed wind tunnel can be used to study the aerodynamics of a DC-6B model aircraft. It helps measure how the airplane performs and how stable it is in flight. This type of testing is useful for understanding aircraft behavior under controlled airflow. The model used here has a removable tail and a 6-component external aerodynamic force balance. That setup lets researchers measure lift coefficient (CL), drag coefficient (CD), pitching moment coefficient (CM), and yaw moment coefficient...

propeller characterization: variations in pitch, diameter, and blade number on performance

propeller-characterization-variations-pitch-diameter-blade-number-on

Propeller Slip and Blade Design Effects

Propellers are twisted airfoils used to move aircraft and watercraft. The chord angle changes along the radial station of the propeller, which affects how the blade pushes air. Because propellers are important in propulsion systems, engineers study them to help design high-performance vehicles. A key propeller feature is pitch, or twist. Pitch is usually measured as a length and describes the theoretical distance a propeller would move through the air in one full revolution. In real...

airfoil behavior: pressure distribution over a clark y-14 wing

airfoil-behavior-pressure-distribution-over-a-clark-y-14-wing

Measuring Lift with a Clark Y-14 Airfoil

A Clark Y-14 airfoil is used to measure pressure distribution and estimate lift. An airfoil is a 2-dimensional wing section that helps show key wing performance features. In this demonstration, the pressure distribution around the airfoil is measured with a wind tunnel. Pressure distribution is closely related to the lift generated by an airfoil. The Clark Y-14 model used here has a thickness of 14% and a flat lower surface from 30% of the chord length to the back. The model also includes 19...

clark y-14 wing performance: deployment of high-lift devices (flaps and slats)

clark-y-14-wing-performance-deployment-high-lift-devices-flaps

Wing Lift Control with Flaps and Slats

The Clark Y-14 wing shows how flaps and slats can change airplane lift during takeoff and landing. A wing is the main part of an airplane that generates lift, and high-lift devices help improve its performance when extra lift is needed. Flaps are located on the trailing edge of the wing. Slats are located on the leading edge. In this experiment, both devices are added to a Clark Y-14 wing so their aerodynamic effects can be studied in a wind tunnel. The wind tunnel creates set airspeeds for...

turbulence sphere method: evaluating wind tunnel flow quality

turbulence-sphere-method-evaluating-wind-tunnel-flow-quality

Measuring Wind Tunnel Turbulence with a Sphere

Wind tunnel turbulence can be measured with a smooth sphere as a test model. Wind tunnel tests help engineers design vehicles and structures that will face airflow during use. The air flows are applied in a controlled way, and the model is usually a smaller version of the full-sized object. For low-speed wind tunnel tests, the flow around the model must match the flow around the real object as closely as possible. This is called dynamic similarity, and it depends on the Reynolds number. The...

cross cylindrical flow: measuring pressure distribution and estimating drag coefficients

cross-cylindrical-flow-measuring-pressure-distribution-estimating

Cylinder Flow in a Wind Tunnel: Pressure Drag

Cylinder flow in a wind tunnel shows how pressure changes around a circular object and how those changes relate to drag. The lesson focuses on cross cylindrical flow, where air moves across a cylinder and the pressure on its surface is measured. It also compares real fluid behavior with the simpler results predicted by ideal inviscid potential flow theory. For an ideal fluid, the pressure around a cylinder is vertically symmetric. The pressure upstream and downstream of the cylinder is also...

nozzle analysis: variations in mach number and pressure along a converging and a converging-diverging nozzle

nozzle-analysis-variations-mach-number-pressure-along-converging

Nozzle Flow Regimes in Converging Nozzles

Nozzle flow changes as the nozzle cross-section changes. A nozzle can accelerate or slow a fluid by shaping the flow path. In aerospace propulsion, nozzles are widely used to help produce thrust. In rockets, propellant leaves the chamber and passes through a nozzle. The nozzle speeds up the propellant and creates a reaction force that moves the system forward. In jet engines, a nozzle converts energy from a high-pressure source into kinetic energy in the exhaust. The flow in a nozzle is...

schlieren imaging: a technique to visualize supersonic flow features

schlieren-imaging-a-technique-to-visualize-supersonic-flow-features

Supersonic Shock Waves with Schlieren Imaging

Schlieren imaging is used to show shock waves and compression waves in supersonic flow. It helps make air motion visible when the flow becomes compressible. In this demonstration, a Mach 2.0 flow over a cone is examined with a Schlieren system. Military jet fighters and projectiles can travel faster than the speed of sound. The speed of sound is the rate at which a sound wave moves through a medium, and it is 343 m/s. Mach number compares an object’s speed to the speed of sound. An object at...

flow visualization in a water tunnel: observing the leading-edge vortex over a delta wing

flow-visualization-water-tunnel-observing-leading-edge-vortex-over

Delta Wing Vortex Flow in a Water Tunnel

Delta wing vortex flow can be studied with a water tunnel and dye visualization. A delta wing is a common wing shape for high-speed airplanes because it performs well in transonic and supersonic flight. It has a small aspect ratio, which means the wing span is short compared with the average chord, and a high sweep angle. These features help reduce drag at high subsonic, transonic, and supersonic speeds. A delta wing also has a high stall angle. Stall happens later than it does for a high...

surface dye flow visualization: a qualitative method to observe streakline patterns in supersonic flow

surface-dye-flow-visualization-qualitative-method-to-observe

Supersonic Surface Flow Patterns with Dye

Supersonic surface flow patterns can be studied with dye flow visualization. This method uses dye on the surface of a body to show how gas moves across it. The resulting streakline patterns help reveal flow paths and surface behavior. Flow visualization is a key tool in aerodynamics research. It helps researchers study flow structure and check ideas about fluid motion. Visualization methods are often grouped into off-the-surface and surface flow techniques. Off-the-surface methods look at the...

pitot-static tube: a device to measure air flow speed

A Pitot-static tube measures airspeed by comparing air pressure differences. It is widely used to find unknown speeds in airflow, including airplane airspeed. The method relies on Bernoulli's principle, which links changes in pressure to changes in airflow speed. The tube senses stagnation pressure and static pressure. Stagnation pressure is the pressure where the air is brought to rest, and static pressure is the pressure of the moving air around it. The tube connects to a manometer or a...

constant temperature anemometry: a tool to study turbulent boundary layer flow

constant-temperature-anemometry-tool-to-study-turbulent-boundary

Measuring Skin Friction in a Turbulent Boundary Layer

A turbulent boundary layer forms near a solid surface when fluid flow becomes irregular and mixed. In this region, viscous effects and viscous shear stress dominate because friction between the fluid and the surface slows the flow. Outside the boundary layer, the flow is inviscid, which means friction, thermal conduction, and mass diffusion do not create dissipative effects. The boundary layer idea, first introduced by Ludwig Prandtl in 1904, helps simplify the Navier-Stokes equation for flow...

pressure transducer: calibration using a pitot-static tube

pressure-transducer-calibration-using-a-pitot-static-tube

Pitot-Static Pressure Measurement Calibration

Pitot-static pressure measurement calibration uses a wind tunnel, a manometer, and a pressure transducer to link flow pressure to an electrical signal. Fluid pressure is an important flow property for understanding the aerodynamics of a system. In this setup, a pitot-static probe measures stagnation and static pressure during subsonic flow. A U-tube manometer is one of the oldest pressure measurement systems still used today. It is a U-shaped glass tube partly filled with liquid. Because it...

real-time flight control: embedded sensor calibration and data acquisition

real-time-flight-control-embedded-sensor-calibration-data

Autopilot Sensors for UAV Flight Control

Autopilot flight control depends on onboard sensors that measure an aircraft’s orientation, angular velocity, and airspeed. These measurements let the system stabilize the aircraft and help it follow a flight plan from takeoff through landing. The same kind of sensor data is used in many aircraft, including large fixed-wing transport planes and small multirotor helicopters such as quadcopters with four thruster units. When inertial position and velocity are captured with a sensor such as the...

multicopter aerodynamics: characterizing thrust on a hexacopter

multicopter-aerodynamics-characterizing-thrust-on-a-hexacopter

Hexacopter Thrust Testing in a Wind Tunnel

Hexacopter thrust testing shows how a six-rotor drone produces lift and drag. Multicopters are popular for hobby and commercial use. They are commonly built as quadcopters, hexacopters, or octocopters, depending on whether they use four, six, or eight thrusters. This study uses a small modular hexacopter platform with propulsion unit redundancy. Redundancy means the vehicle has backup capability if one motor fails. The team first measured static motor thrust with a dynamometer while changing...

aeronautical engineering

This collection introduces fundamental concepts in aeronautical engineering with a focus on methods to evaluate aerodynamic performance, techniques to visualize subsonic and supersonic flow patterns, and procedures to calibrate measurement systems for real-time flight control.

Learn how a Pitot-static tube uses stagnation and static pressure to estimate airspeed in a wind tunnel, and why alignment with airflow matters.

Measuring Airspeed with Pressure Differences

Description

Transcript

Tags