Prędkościomierz - bez niego też nie da rady

[2] W artykule o OCP powiedzieliśmy, że prędkość lotu mierzymy m.in. poprzez pomiar ciśnienia dynamicznego. Wiedząc, że jest ono różnicą ciśnień całkowitego i statycznego, możemy skonstruować prędkościomierz.

Ideę działania prędkościomierza przedstawia rysunek 1.

Rys. 1 - schemat prędkościomierza [1]

Do szczelnej obudowy przyrządu doprowadzane jest ciśnienie statyczne, a do puszki różnicowej – ciśnienie całkowite. Załóżmy sytuację, w której ciśnienie całkowite jest równe ciśnieniu statycznemu. Zgodnie z tym, ciśnienie w obudowie przyrządu jest takie samo jak w puszce, więc nie występuje żadne odkształcające ją oddziaływanie (siła). Dźwignia mechanizmu wskaźnikowego pozostaje w spoczynku, a wskazówka ustawiona jest na wartości 0.

Prędkość lotu wzrasta, a tym samym, również i wartość ciśnienia całkowitego. Ciśnienie w puszce jest większe niż w obudowie przyrządu. Różnica ciśnień działająca na powierzchnię puszki powoduje jej odkształcenie, tym samym dźwignia mechanizmu wskaźnikowego przemieszcza się. Wskazówka zmienia swoje położenie na skali.

Idea jest całkiem prosta. Jeżeli jednak zastanowimy się nad praktyczną realizacją takiego urządzania to nie będzie to już takie oczywiste. Widzimy, że prędkość jest proporcjonalna do pierwiastka z ciśnienia dynamicznego. Znacznie utrudnia to konstrukcję.

 (1)

na podstawie

 (2)

Obecne rozwiązania prędkościomierzy składają się z dwóch cyfrowych czujników ciśnienia (statycznego i całkowitego). Wartości z każdego z nich przetwarzane są w mikroprocesorze urządzania. W tym przypadku obliczenie pierwiastka z danego wyrażenia nie stanowi problemu. Wyniki prezentowany jest na wyświetlaczu.

Analizując ideę pomiaru nasuwa się pytanie, jaka będzie prędkość mierzona przez przyrząd, gdy samolot będzie leciał pod lub z wiatrem. Można sobie wyobrazić, że samolot stoi na płycie lotniska, ustawiony przodem w stronę przeciwną do kierunku wiatru. Ciśnienie dynamiczne jest większe od statycznego więc prędkościomierz wskaże prędkość większą od 0, chociaż prędkość względem Ziemi wynosi dokładnie 0. Podobna sytuacja może zaistnieć w powietrzu, gdy samolot leci pod wiatr. Czy pomierzona w ten sposób prędkość jest w ogóle użyteczna? Owszem, jest.

Samolot utrzymuje się w powietrzu, dzięki sile nośnej, wytwarzanej przez skrzydła. Siła ta natomiast jest tym większa, im większa jest prędkość samolotu względem strug powietrza a nie względem Ziemi. Dlatego zadaniem pilota jest utrzymywanie odpowiedniej wartości tej pierwszej. Teoretycznie, jeżeli prędkość wiatru byłaby odpowiednio duża, samolot mógłby w ogóle nie poruszać się względem Ziemi i utrzymywać się w powietrzu. 

Źródła:

1. http://heading.pata.pl/wysok1.htm

2. http://pl.wikipedia.org/wiki/Pr%C4%99dko%C5%9Bciomierz_(lotnictwo)