Jak mierzy się przepływ rurki Pitota?
Przepływ rurki Pitota mierzy się w oparciu o ciśnienie powietrza w nim przechodzące oraz ustaloną gęstość powietrza w atmosferze przy jego konkretnej wysokości i temperaturze powietrza. Te równania są oparte na zasadach Bernoulliego przy umiarkowanych prędkościach, które muszą znajdować się poniżej zakresu naddźwiękowego. Inne czynniki, takie jak gromadzenie się lodu lub wiatry poprzeczne, mogą również wpływać na dokładność przepływu rurki Pitota. Chociaż rurki Pitota można teoretycznie zastosować do pomiaru dowolnej prędkości przepływu płynu, najczęściej są one obecnie stosowane w samolotach w celu określenia prędkości powietrza w locie. Henri Pitot przypisuje się wynalezienie rury Pitota w 1732 r. Podczas badania ciśnienia przepływu rzeki Sekwany we Francji, a francuski naukowiec Henry Darcy zmodyfikował swój projekt do użytku w samolotach w połowie XIX wieku.
Jako forma pomiaru ciśnienia, rury Pitota nie mierzą prędkości średniej, ale zamiast tego pojedynczy punkt prędkości w strumieniu. Prędkości przepływu płynu nie można zmierzyć za pomocą samego przepływu w rurce Pitota w samolocie, ponieważ wymagają one również pomiaru zewnętrznego statycznego ciśnienia powietrza do obliczeń prędkości. Urządzenia te obliczają zatem tak zwane ciśnienie stagnacyjne lub ciśnienie wywierane przez powietrze, gdy wchodzi ono do rurki Pitota i wychodzi przez otwory połączone z przetwornikiem ciśnienia na drugim końcu. Ciśnienie statyczne jest obliczane przez porty statyczne zwykle montowane z boku kadłuba statku powietrznego, podczas gdy przepływ rurki Pitota opiera się na rurce Pitota, która jest często montowana na wysięgniku wystającym z przedniej części samolotu.
W przypadku przepływu w rurce Pitota ciśnienie stagnacji oblicza się poprzez dodanie standardowego atmosferycznego ciśnienia statycznego do ciśnienia dynamicznego wywieranego na wnętrze rurki Pitota. Z tyłu rurki Pitota znajduje się pierścień otworów i środkowy otwór wylotowy, oba połączone z przetwornikiem ciśnienia. Gdy powietrze opuszcza te otwory, przetwornik wykorzystuje różnice ciśnienia do obliczonego dynamicznego ciśnienia powietrza. Równanie Bernoulliego stwierdza, że statyczne ciśnienie powietrza plus dynamiczne ciśnienie powietrza równe jest całkowitemu ciśnieniu powietrza, które w tym przypadku jest ciśnieniem stagnacji rury Pitota.
Gdy znane jest ciśnienie stagnacji, a także lokalna gęstość powietrza, równania Bernoulliego można wykorzystać do obliczenia prędkości samolotu, przez który przepływa strumień rurki Pitota. Chociaż jest to niezawodne w idealnych warunkach, niskie prędkości powietrza często powodują tak małe zmiany ciśnienia w rurce Pitota, że przetwornik ciśnienia często nie potrafi ich dokładnie obliczyć, co prowadzi do błędnych odczytów prędkości. Kilka śmiertelnych wypadków lotniczych z wadliwymi odczytami przepływu rur Pitota miało również miejsce, gdy zostały oblodzone, co zmienia przepływ powietrza, dlatego wbudowane nagrzewnice odladzające są teraz wbudowane w rurki Pitota, aby zapobiec takim tragediom w przyszłości. Można również dokonać korekty dla wyjątkowych warunków, takich jak niska prędkość powietrza lub lot naddźwiękowy, tak aby lampy Pitota generowały dokładne odczyty.