¿Qué presión/velocidad de la corriente de aire mide el pitot?

Tiene razón en que hay una serie de parámetros que influyen en la medición de los datos del aire en general. Por ejemplo, la medición de la presión total (como se hace con el tubo de Pitot) está influenciada por,

• Ángulo de ataque
• número de Reynolds
• número de máquina
• Gradientes de velocidad
• Proximidad a superficies (alas, fuselaje, etc.)
• Estabilidad del flujo
• geometría de la sonda
• Compresibilidad y choque
• Forma del cabezal de medición, etc.

En el caso de la presión total, siempre que el tubo (pitot) esté fuera de la capa límite y el ángulo de flujo sea menor (normalmente <10 %), el error es insignificante. La siguiente imagen muestra el error debido al ángulo de incidencia a diferentes velocidades para diferentes diseños de cabeza. Aquí,$H_{0}$es la altura total de flujo libre medida en la entrada del túnel y$H_{1}$es la cabeza medida por el instrumento.

Imagen de las pruebas sobre el efecto de la incidencia en algunos cabezales de presión a altas velocidades subsónicas por E WE Rogers, DIC, & SC y CJ Berry,

Del mismo papel:

Las mediciones del túnel han demostrado que hasta al menos M = 0,75, la pérdida de carga total en un pitot con cubierta de Venturi fue inferior al 0,5 % para incidencias de hasta aproximadamente 40$^{\circ}$. Esto se compara con un límite de 9$^{\circ}$en M = 0,7 a 0,85 para una pérdida del 0,5 % en la sección de Pitot de un instrumento Mk.VIIIA estándar y 17$^{\circ}$en M = 0,7 a 0,9 en las cabezas de pitot pequeñas de uso general...

Los errores de medición de la presión estática son similares; sin embargo, hay algunos puntos donde los errores en la medición de la presión estática en el fuselaje de la aeronave son mínimos y los puertos estáticos se pueden montar en estos puntos (además del puerto estático en el tubo pitot-estático).

Imagen de Airdata Measurement and Calibration por Edward A. Haering, Jr. NASA Dryden Flight Research Center

Sería mejor si los puertos estáticos se montan en estos puntos para reducir el error.

A partir de los datos anteriores, se puede ver que para GA y aviones comerciales, la posición del tubo pitot-estático se puede ubicar con una precisión razonable en varios puntos, siempre que se encuentre en el flujo no perturbado.

Otro punto es que el tubo pitot-estático mide la presión y la computadora de datos de aire (generalmente) la convierte en el parámetro requerido (por ejemplo, velocidad). Entonces, si se conocen los errores (durante las pruebas de vuelo, por ejemplo), los instrumentos podrían calibrarse según los requisitos. En general, los métodos típicos utilizados para la calibración son,

• Sobrevuelo de la torre
• Trailing Static o Trailing Cone
• Aviones marcapasos
• Seguimiento por radar
• Maniobras Dinámicas

entre otros. También se utilizan otros métodos electrónicos con fines de calibración.

Para lograr la muy alta precisión requerida durante las pruebas de vuelo y para servir como referencia, a veces se utilizan booms de datos aéreos en aeronaves experimentales y de prueba, como se puede ver en el F-35 a continuación, cuyos datos se pueden utilizar para la calibración. .

" Cabina y Air Data Boom F-35C " por File:CF-1 flight test.jpg : Andy Wolfederivative work: Berg2 ( hablar ) - File:CF-1 flight test.jpg (recortado). Con licencia de dominio público a través de Wikimedia Commons .

En algunos casos extremos, los sistemas de datos aéreos montados en el morro que se usan típicamente (para minimizar la influencia de la aeronave en las mediciones) pueden no ser adecuados debido a razones específicas. Un buen ejemplo es el programa de Vehículos de Investigación High Alpha F-18 (HARV) de la NASA, donde,

... un noseboom se consideró inaceptable para este programa. En ángulos de ataque altos, el puntal tiene un efecto significativo en la aerodinámica del cuerpo delantero y, por lo tanto, en la estabilidad y el control de la aeronave. Como resultado, se utilizaron sensores montados en la punta del ala y un sensor montado en el cono de la nariz al ras.

Lo primero que hay que tener en cuenta es que un tubo de Pitot NO mide la velocidad: el tubo de Pitot mide la presión y luego el avión (sistema de gestión de vuelo en un avión moderno) calcula la velocidad en función de la presión.

Más específicamente, el tubo de Pitot calcula la presión de estancamiento, que es la suma de la presión estática (lo que muestra en su imagen) y la presión dinámica (presión obtenida al detener el aire).

La presión total permanece constante en el flujo libre externo en las operaciones normales del avión, PERO no permanecerá constante en la capa límite, que es una pequeña región cercana a la pared. La capa límite crece con la distancia descendente a lo largo del avión.

Lo que expliqué aquí justifica las siguientes soluciones de diseño:

• Los tubos de Pitot generalmente se instalan con una pequeña distancia a las paredes "como flotando" para estar fuera de la capa límite y libres de pérdidas por la presión de estancamiento.
• Los tubos de Pitot nunca se instalan en la cola del avión, para evitar un alto espesor de la capa límite (podría alcanzar 1 metro).

El indicador de velocidad muestra IAS (velocidad del aire indicada). Tiene todo esto errores de posición, instalación, instrumentación. Cuando corrige estos errores (usando las tablas del manual de la aeronave) o la computadora de datos aéreos, obtiene la velocidad del aire calibrada (CAS). La posición de Pitot no importa ya que está compensada. Baja presión de alta velocidad o alta presión de baja velocidad. La presión dentro del tubo será la misma.

Este es un enlace al manual Instrument Pilot ofrecido por la FAA: http://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/media/FAA-H-8083-15B.pdf

la página 97 explica el sistema pitot-estático. Es una respuesta simple con ilustraciones. Puede que no explique todos los matices del sistema, ¡pero es suficiente para que un piloto apruebe su examen!