Wie wird der Staurohrdurchfluss gemessen?
Der Staurohrdurchfluss wird anhand des Luftdrucks und der ermittelten Luftdichte der Atmosphäre bei ihrer jeweiligen Höhe und Lufttemperatur gemessen. Diese Gleichungen basieren auf Bernoulli-Prinzipien bei moderaten Geschwindigkeiten, die unterhalb des Überschallbereichs liegen müssen. Andere Faktoren wie Eisansammlungen oder Seitenwinde können ebenfalls die Genauigkeit des Staurohrflusses beeinflussen. Obwohl Staurohre theoretisch zur Messung jeder Fluidströmungsgeschwindigkeit verwendet werden können, werden sie heutzutage am häufigsten in Flugzeuge eingebaut, um die Luftgeschwindigkeit im Flug zu bestimmen. Henri Pitot wird die Erfindung der Pitot-Röhre im Jahr 1732 zugeschrieben, als er den Druck der Seine in Frankreich untersuchte. Der französische Wissenschaftler Henry Darcy änderte Mitte des 19. Jahrhunderts sein Design für den Einsatz in Flugzeugen.
Als eine Form der Druckmessung messen Pitot-Rohre nicht die Durchschnittsgeschwindigkeit, sondern einen einzelnen Geschwindigkeitspunkt im Strom. Die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids kann nicht allein mit dem Staurohr in Flugzeugen gemessen werden, da für Geschwindigkeitsberechnungen auch der statische Außenluftdruck gemessen werden muss. Diese Geräte berechnen daher den sogenannten Staudruck oder den Druck, der von Luft ausgeübt wird, wenn diese in das Staurohr eintritt und durch mit dem Druckwandler verbundene Löcher am anderen Ende austritt. Der statische Druck wird durch statische Öffnungen berechnet, die im Allgemeinen an der Seite des Rumpfs eines Flugzeugs angebracht sind, während der Staurohrfluss auf einem Staurohr basiert, das häufig an einem Ausleger angebracht ist, der sich von der Nase des Flugzeugs aus erstreckt.
Bei der Staurohrströmung wird der Staudruck berechnet, indem der statische Standarddruck der Atmosphäre zu dem dynamischen Druck addiert wird, der auf das Innere des Staurohrs ausgeübt wird. Auf der Rückseite des Staurohrs befinden sich ein Lochring und ein zentrales Austrittsloch, die beide mit dem Druckwandler verbunden sind. Wenn Luft aus diesen Löchern austritt, verwendet der Wandler die Druckdifferenzen, um den dynamischen Luftdruck zu berechnen. Die Gleichung von Bernoulli besagt, dass der statische Luftdruck plus der dynamische Luftdruck gleich dem Gesamtluftdruck ist, der in diesem Fall der Staudruck des Pitot-Rohrs ist.
Wenn der Staudruck sowie die lokale Luftdichte bekannt sind, können Bernoulli-Gleichungen verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Flugzeugs zu berechnen, durch das der Staurohrstrom fließt. Während dies unter idealen Bedingungen zuverlässig ist, führen niedrige Luftgeschwindigkeiten häufig zu so geringen Druckänderungen im Staurohrfluss, dass der Druckwandler diese häufig nicht genau berechnen kann, was zu fehlerhaften Geschwindigkeitsmessungen führt. Mehrere tödliche Luftunfälle mit fehlerhaften Staurohr-Durchflusswerten traten auch auf, als sie vereist waren und den Luftstrom veränderten. Daher sind jetzt eingebaute Enteisungsheizungen in die Staurohre integriert, um solche Tragödien in Zukunft zu verhindern. Anpassungen können auch für spezielle Bedingungen wie niedrige Luftgeschwindigkeit oder Überschallflug vorgenommen werden, damit Pitot-Röhren genaue Messwerte liefern.