أنبوب بيتوت

أنبوب بيتو ( / ˈpiːtoʊ / PEE - toh ؛ ويُعرف أيضًا باسم مسبار بيتو ) يقيس سرعة تدفق السوائل . وقد اخترعه المهندس الفرنسي هنري بيتو في أوائل القرن الثامن عشر، [ ^1] وعدل إلى شكله الحديث في منتصف القرن التاسع عشر بواسطة هنري دارسي . ^[2] ويُستخدم على نطاق واسع لتحديد سرعة الطائرات؛ ^[3] وسرعة المياه في القوارب؛ وسرعة تدفق السوائل والهواء والغازات في الصناعة.

يتكون أنبوب بيتو الأساسي من أنبوب يشير مباشرة إلى تدفق السائل. يمكن قياس الضغط في الأنبوب عندما لا يتمكن السائل المتحرك من الهروب ويتوقف عن الحركة. هذا الضغط هو ضغط ركود السائل، والمعروف أيضًا بالضغط الكلي أو (خاصة في الطيران) ضغط بيتو .

لا يمكن استخدام ضغط الركود المقاس في حد ذاته لتحديد سرعة تدفق السوائل (سرعة الهواء في الطيران). ومع ذلك، تنص معادلة برنولي على:

ضغط الركود = الضغط الساكن + الضغط الديناميكي

والتي يمكن كتابتها أيضًا

${\displaystyle p_{t}=p_{s}+\left({\frac {\rho u^{2}}{2}}\right)}$

حل ذلك لسرعة التدفق يعطي

${\displaystyle u={\sqrt {\frac {2(p_{t}-p_{s})}{\rho }}}}$

أين

• ${\displaystyle u}$هي سرعة التدفق ؛
• ${\displaystyle p_{t}}$هو الركود أو الضغط الكلي؛
• ${\displaystyle p_{s}}$هو الضغط الساكن ؛
• وهي كثافة السائل.${\displaystyle \rho }$

تنطبق هذه المعادلة فقط على السوائل التي يمكن التعامل معها على أنها غير قابلة للانضغاط. يتم التعامل مع السوائل على أنها غير قابلة للانضغاط في ظل جميع الظروف تقريبًا. يمكن تقريب الغازات في ظل ظروف معينة على أنها غير قابلة للانضغاط. انظر قابلية الانضغاط .

الضغط الديناميكي هو الفرق بين ضغط الركود والضغط الساكن. يتم تحديد الضغط الديناميكي بعد ذلك باستخدام غشاء داخل حاوية مغلقة. إذا كان الهواء على أحد جانبي الغشاء عند الضغط الساكن، والجانب الآخر عند ضغط الركود، فإن انحراف الغشاء يتناسب طرديًا مع الضغط الديناميكي.

في الطائرات، يتم قياس الضغط الساكن عمومًا باستخدام منافذ ثابتة على جانب جسم الطائرة. يمكن استخدام الضغط الديناميكي المقاس لتحديد السرعة الجوية المشار إليها للطائرة. عادةً ما يتم احتواء ترتيب الحجاب الحاجز الموصوف أعلاه داخل مؤشر السرعة الجوية ، والذي يحول الضغط الديناميكي إلى قراءة للسرعة الجوية عن طريق رافعات ميكانيكية.

بدلاً من المنافذ الثابتة والمنفوخة المنفصلة، ​​يمكن استخدام أنبوب بيتو-ثابت (يسمى أيضًا أنبوب براندتل )، والذي يحتوي على أنبوب ثانٍ متحد المحور مع أنبوب بيتو مع فتحات على الجانبين، خارج تدفق الهواء المباشر، لقياس الضغط الثابت. ^[4]

إذا تم استخدام مقياس ضغط عمود السائل لقياس فرق الضغط ، ${\displaystyle \دلتا p\equiv p_{t}-p_{s}}$

${\displaystyle \Delta h={\frac {\Delta p}{\rho _{l}g}}}$

أين

• ${\displaystyle \دلتا h}$هو الفرق في الارتفاع بين الأعمدة؛
• ${\displaystyle \rho _{l}}$هي كثافة السائل في جهاز قياس الضغط؛
• g هو التسارع القياسي بسبب الجاذبية .

لذلك،

${\displaystyle u={\sqrt {\frac {2\,\Delta h\,\rho _{l}g}{\rho }}}}$

نظام بيتو ستاتيك هو نظام من الأدوات الحساسة للضغط والذي يستخدم غالبًا في الطيران لتحديد سرعة الطائرة ورقم ماخ والارتفاع واتجاه الارتفاع . يتكون نظام بيتو ستاتيك بشكل عام من أنبوب بيتو ومنفذ ثابت وأدوات بيتو ستاتيك. ^[5] يمكن أن تكون الأخطاء في قراءات نظام بيتو ستاتيك خطيرة للغاية حيث أن المعلومات التي يتم الحصول عليها من نظام بيتو ستاتيك، مثل سرعة الهواء ، قد تكون بالغة الأهمية للسلامة.

تم إرجاع العديد من حوادث الطيران التجارية إلى فشل نظام بيتو ستاتيك. تشمل الأمثلة رحلة أوسترال لينياس إيرياس رقم 2553 ، ورحلة نورث ويست إيرلاينز رقم 6231 ، ورحلة بيرجينير رقم 301 ، وواحدة من طائرتي إكس-31 . ^[6] قالت هيئة سلامة الطيران الفرنسية إن تجمد أنبوب بيتو كان عاملاً مساهماً في تحطم طائرة الخطوط الجوية الفرنسية رقم 447 في المحيط الأطلسي . ^[7] في عام 2008، أبلغت شركة طيران كاريبي عن حادثتين من خلل تجمد أنبوب بيتو في طائراتها من طراز إيرباص A330. ^[8]

عانت رحلة بيرجنير رقم 301 من فشل مميت في أنبوب بيتو، ويشتبه المحققون في أن السبب كان بسبب قيام حشرات ببناء عش داخل أنبوب بيتو؛ المشتبه به الرئيسي هو دبور الطين الأسود والأصفر .

تعرضت رحلة أيروبيرو رقم 603 لفشل قاتل في نظام بيتو ستاتيك بسبب قيام طاقم التنظيف بترك منفذ التثبيت مسدودًا بشريط لاصق.

في الصناعة، غالبًا ما تكون سرعات التدفق التي يتم قياسها هي تلك التي تتدفق في القنوات والأنابيب حيث يكون من الصعب الحصول على قياسات بواسطة مقياس سرعة الرياح . في هذا النوع من القياسات، فإن الأداة الأكثر عملية للاستخدام هي أنبوب بيتو. يمكن إدخال أنبوب بيتو من خلال ثقب صغير في القناة مع توصيل أنبوب بيتو بمقياس مياه على شكل حرف U أو أي مقياس ضغط تفاضلي آخر لتحديد سرعة التدفق داخل نفق الرياح القنوي. أحد استخدامات هذه التقنية هو تحديد حجم الهواء الذي يتم توصيله إلى مساحة مكيفة.

ومن الممكن بعد ذلك تقدير معدل تدفق السوائل في القناة من:

معدل التدفق الحجمي (قدم مكعب في الدقيقة) = مساحة القناة (قدم مربع) × سرعة التدفق (قدم في الدقيقة)

معدل التدفق الحجمي (متر مكعب في الثانية) = مساحة القناة (متر مربع) × سرعة التدفق (متر في الثانية)

في مجال الطيران، يتم قياس سرعة الهواء عادة بالعقد .

في محطات الأرصاد الجوية ذات سرعات الرياح العالية، يتم تعديل أنبوب بيتو لإنشاء نوع خاص من مقياس سرعة الرياح يسمى مقياس سرعة الرياح الثابت بأنبوب بيتو . ^[9]

• Kermode, AC (1996) [1972]. Mechanics of Flight . Barnard, RH (Ed.) and Philpott, DR (Ed.) (10th ed.). Prentice Hall. ص 63-67. ISBN 0-582-23740-8.
• برات، جيريمي م. (2005) [1997]. دورة رخصة الطيار الخاص: مبادئ الطيران، المعرفة العامة بالطائرات، أداء الطيران والتخطيط (الطبعة الثالثة). معدات طيران الطائرة. gen108–gen111. ISBN 1-874783-23-3.
• Tietjens, OG (1934). Applied Hydro- and Aeromechanics, based on lectures of L. Prandtl, Ph.D. Dove Publications, Inc. pp. 226–239. ISBN 0-486-60375-X.
• صالح، ج.م. (2002). دليل تدفق السوائل . ماكجرو هيل بروفيشنال.

• رسوم متحركة ثلاثية الأبعاد لمبدأ قياس التدفق التفاضلي للضغط باستخدام أنبوب بيتو
• كيف يمكن لتكنولوجيا القرن الثامن عشر أن تتسبب في إسقاط طائرة ركاب (wired.com)