Измерение скорости воздушного потока. Указатели скорости

Закон Бернулли позволяет производить измерение скорости воздушного потока. Для этой цели служат приборы, действие которых основано на том, что при изменении скорости изменяются давление и скоростной напор. Такими приборами являются трубка Вентури и трубка Пито.

В соединении с манометром трубка Вентури и трубка Пито образуют приборы, называемые указателями скорости. Указатели скорости применяются для измерения скорости воздушного потока в аэродинамических трубах и для определения так называемой воздушной скорости самолета, т. е. скорости его относительно воздушной среды.

Трубка Вентури (рис. 66) представляет собой полую металлическую трубку А, открытую с обоих концов, причем коротким раструбом трубку устанавливают навстречу потоку. На самолете трубку Вентури устанавливают на крыле или стойке как можно дальше от винта, так, чтобы продольная ось трубки была параллельна продольной оси самолета.

Рис. 66. Схема указателя скорости с трубкой Вентури

Трубчатой проводкой В трубка соединяется с коробкой С металлического манометра, помещаемого в кабине летчика (коробка С представляет собой плоскую, герметически закрытую металлическую коробку с тонкими волнистыми стенками; называется манометрической коробкой).

Посмотрим, как действует указатель скорости с трубкой Вентури. Воздушная струя, попадая в раструб трубки Вентури, суживается в узком сечении трубки, вследствие чего скорость струи здесь возрастает и, следовательно, давление уменьшается.

Это пониженное давление р₁ передается по проводке В в коробку манометра (т. е. в ней получается некоторое разрежение), тогда как на внешние стенки коробки действует атмосферное давление р₀ (давление в кабине самолета). Под действием разности давлений р₀ - р₁ коробка несколько сжимается. Движение стенки коробки передается с помощью системы рычажков и тяг на стрелку, заставляя ее двигаться по шкале, градуированной в км/час .

При уменьшении или увеличении скорости полета соответственно уменьшается или увеличивается и разность давлений р₀ - P₁, что и отмечает стрелка, показывая соответствующую скорость полета.

Недостатком указателя скорости с трубкой Вентури является то, что показания его зависят от давления в кабине летчика, давление же в кабине может оказаться несколько меньше атмосферного, так как встречный поток воздуха, обдувая фюзеляж, может создавать в кабине некоторое разрежение. Вследствие этого показания указателя могут быть неточны.

Этого недостатка не имеет чаще применяющийся указатель скорости с трубкой Пито. Остановимся на нем подробнее.

Трубка Пито позволяет определить разность между полным давлением и статическим давлением, т. е. скоростной напор; по величине этой разности и вычисляется скорость потока. В простейшем виде такая измерительная трубка была предложена ученым Пито еще в 1732 г. для измерения скорости текущей жидкости (рис. 67).

Рис. 67. Трубка для измерения скорости текущей жидкости, предложенная ученым Пито в 1732 г.

Если опустить трубку в текущую жидкость (отверстием навстречу потоку), то под действием скоростного напора уровень жидкости в трубке поднимется на высоту h. Нетрудно видеть, что скоростной напор равен разности между полным давлением H и статическим давлением р, т. е. h = H - р. Применяя уравнение Бернулли, нетрудно вычислить скорость жидкости.

В дальнейшем устройство трубки Пито подвергалось многочисленным изменениям, ц в современном виде она представляет наиболее удобный и точный прибор для измерения скорости потока. В последние годы у нас применяется трубка Пито типа ЦАГИ, схематически изображенная на рис. 68. Она состоит из двух параллельных трубок:

Рис. 68. Схема трубки Пито-Цаги, служащая для измерения скорости воздушного потока

одна трубка имеет открытый конец А — так называемая динамическая трубка. Она помещена внутри другой трубки, которая имеет закрытый конец и маленькие боковые отверстия В; эта вторая трубка называется статической (названия эти станут понятны ниже). Противоположные концы трубок присоединяются к микроманометру (на самолете — к металлическому манометру). Рассмотрим действие прибора и способ вычисления скорости потока.

Динамическая трубка, подобно простейшей трубке Пито, своим открытым концом воспринимает полное давление потока, которое согласно закону Бернулли всегда равно статическому давлению плюс скоростной напор (статическая же трубка воспринимает через боковые отверстия В только статическое давление).

Поэтому, если мы обозначим статическое давление в потоке через р₀ и скорость потока через V₀, то можем сказать, что на уровень воды в одном колене манометра действует полное давление воздушного потока, равное р₀ + рV₀²/2, а на уровень воды в другом колене — только статическое давление р₀. Очевидно, что разность уровней h (в мм вод. ст.) и покажет разность между полным давлением и статическим, равным приблизительно атмосферному, т. е.

Таким образом, мы видим, что трубка Пито позволяет измерить скоростной напор. Зная же скоростной напор, нетрудно вычислить и скорость V₀. Из последней формулы находим: