Pitot-putki

Yleensä lentokoneen siiven alle sijoitettu pitot-putki.

Pitot-putki on mittalaite, jolla mitataan virtauksen paikallista nopeutta paine-eron avulla. Mittaustilanteessa putki asetetaan kohtisuoraan virtausta vasten. Sen keksi Henri Pitot (1695–1771), joka mittasi Seine-joen virtausnopeutta taivutetun lasiputken avulla. Etenkin lentokoneissa, pitot-putket ovat tärkeässä roolissa, koska ne mittaavat koneen ilmanopeutta. Sääolot ja korkea lentokorkeus saattavat johtaa pitot-putkien jäätymiseen, joka aiheuttaa sen, että ilmanopeutta ei voida enää mitata ja järjestelmä antaa väärän nopeuden. Tämä voi johtaa väärinkäsityksiin ohjaamossa. Tämän vuoksi pitot-putkea lämmitetään lennon aikana.

Nopeuden määritys putken avulla

Virtauksen voima nostaa pintaa h nopeutta v vastaavalla määrällä

Pakistanin ilmavoimien mekaanikko tarkastelee F-16-hävittäjän Pitot-putkea

Stagnaatiopaine $p_0$ on staattisen paineen $p_s$ ja dynaamisen paineen $p_d$ summa. Stagnaatiopaine mitataan pitot-putken aukon kohdalta, jossa siis on virtauksen stagnaatiopiste. Staattinen paine sen sijaan on häiriötön paine, joka mitataan sellaisesta kohdasta virtausta, jossa ei ole pitot-putkea tai muita esteitä.

Mikäli virtaus on puristumatonta (Machin luku on pieni), niin voidaan käyttää Bernoullin yhtälöä. Eli tarkastellaan virtauksen tietyn virtaviivan kahta eri kohtaa: stagnaatio- ja staattisen paineen mittauspistettä, jotka ovat kummatkin samalla korkeudella ($z_s=z_0$)

$p_s+\frac{1}{2}\rho v_s^2+\rho g{z}_s\approx p_0+\frac{1}{2}\rho v_0^2+\rho g{z}_0$.

Koska stagnaatiopisteessä nopeus $v_0$ on nolla ja mittauspisteiden korkeudet samat, niin saadaan yhtälö supistettua muotoon

$\frac{1}{2}\rho v_s^2=p_0-p_s$.

Paine-ero on $p_0-p_s=p_d$, nyt yhtälöstä saadaan nopeus:

$v=\sqrt{\frac{2p_d}{\rho }}$
missä $v$ on nopeus [m/s],
$\rho$ on ilman tiheys [kg/m³] (se on suuruusluokkaa 1,2 kg/m³, mutta riippuu lämpötilasta ja ilmanpaineesta),
$p_d$ on dynaaminen paine,
$p_0$ on stagnaatiopaine ja
$p_s$ on staattinen paine.

Yllä olevan Pitot'n kaavan loi Henri Pitot vuonna 1732.

Käyttö

Pitot-putkea käytetään lentokoneissa, tuulitunneleissa, mittalaitteissa, tilavuus- ja massavirtamittauksissa kuten ilmanvaihtokanavan ilmamäärämittauksessa.