5100159046郭孝先2012/7/2 怎麼知道飛機飛的有多快？ 要問一架飛機能飛多快我想很多人都能說個大概，800km/h或者900m/h。 但是我一看到這個問題，首先思考的不是飛機能不能飛這麼快，而是人們怎麼知 道飛機飛了這麼快？咋看這不像是個問題，可真正回答起來卻也要費一定的周章。 如果你對自己的智商有一定的信心的話，我覺得你看到這裡就可以了，或者自己 思考一個星期再向下繼續閱讀這篇文章，我相信你一定可以發明一個測速装置， 這遠比發明飛機要來的簡單。 好吧，看來你對自己的智商還是沒有信心。那麼我們怎麼才能知道飛機到底 飛了有多快呢？人類第一次飛上天空的時候，萊特兄弟一定也迫切的想知道這個 問題的答案。解決這個問題需要很高的技術水準嗎？其實不然，現代的飛機廣泛 使用空速管，或者叫做皮託管(Pitot tube)來測量飛機的速度。其實，作為一 種最早用來測量流體速度的儀器一一空速管早在18世紀就己經被發明出來了， 大概比飛機的發明早了將近兩個世紀。 皮託管到底是什麼東西？它又是怎 Atmosphere 20℃air 麼來工作的呢？皮託管顧名思義，自然 是皮托這個人發明的。儘管3個世紀過 去了，皮託管被赋予了各種各樣的功能 但它的工作原理卻始終沒有什麼變化。 繞了這麽多彎子，說到底皮託管其實是 利用流體中壓力與流速的關係，通過測 量壓力來間接得到流速的装置。如果只 用一句話來解釋飛機能飛上天的原理， 那就是流速大的地方壓力小流速小的 Stagnation streamline 地方壓力大，我想任何一個中學生對這 個結論都不會感到陌生。早在1726年， 丹尼爾·伯努利(Daniel·Bernoulli) 在研究流體力學時就發現了這個規律， 並毫不例外的以自己的名字命名為伯 努利定理，具體形式為：pu2+P= constant.。這裡的P是流體在該處的 壓力，P是該處的流體密度，u就是該 Stagnation point 處的流體速度。 如右圖1所示，這是一個皮託管的 簡單原理示意圖。皮託管的核心其實就 是一個装有液體的彎管，彎管的尖嘴對 準來流的方向（對於飛機也就是機頭的 方向)。當皮託管在流場中運動的時候， 尖嘴的地方會形成一個駐點 (Stagnation point),該點的流體速度 total pressure static pressure 為零，同時透過内部的液柱就可以讀出 pressure 駐點的壓力P,。只要再知道飛機表面任 Pitot tube transducer
5100159046 郭孝先 2012/7/2 怎麼知道飛機飛的有多快？ 要問一架飛機能飛多快我想很多人都能說個大概，800km/h 或者 900km/h。 但是我一看到這個問題，首先思考的不是飛機能不能飛這麼快，而是人們怎麼知 道飛機飛了這麼快？咋看這不像是個問題，可真正回答起來卻也要費一定的周章。 如果你對自己的智商有一定的信心的話，我覺得你看到這裡就可以了，或者自己 思考一個星期再向下繼續閱讀這篇文章，我相信你一定可以發明一個測速裝置， 這遠比發明飛機要來的簡單。 好吧，看來你對自己的智商還是沒有信心。那麼我們怎麼才能知道飛機到底 飛了有多快呢？人類第一次飛上天空的時候，萊特兄弟一定也迫切的想知道這個 問題的答案。解決這個問題需要很高的技術水準嗎？其實不然，現代的飛機廣泛 使用空速管，或者叫做皮託管（Pitot tube）來測量飛機的速度。其實，作為一 種最早用來測量流體速度的儀器——空速管早在 18 世紀就已經被發明出來了， 大概比飛機的發明早了將近兩個世紀。 皮託管到底是什麼東西？它又是怎 麼來工作的呢？皮託管顧名思義，自然 是皮托這個人發明的。儘管 3 個世紀過 去了，皮託管被賦予了各種各樣的功能， 但它的工作原理卻始終沒有什麼變化。 繞了這麼多彎子，說到底皮託管其實是 利用流體中壓力與流速的關係，通過測 量壓力來間接得到流速的裝置。如果只 用一句話來解釋飛機能飛上天的原理， 那就是流速大的地方壓力小流速小的 地方壓力大，我想任何一個中學生對這 個結論都不會感到陌生。早在 1726 年， 丹尼爾·伯努利(Daniel·Bernoulli) 在研究流體力學時就發現了這個規律， 並毫不例外的以自己的名字命名為伯 努利定理，具體形式為： 里尔文e尔.。這裡的 P 是流體在該處的 壓力，ρ是該處的流體密度，u 就是該 處的流體速度。 如右圖 1 所示，這是一個皮託管的 簡單原理示意圖。皮託管的核心其實就 是一個裝有液體的彎管，彎管的尖嘴對 準來流的方向（對於飛機也就是機頭的 方向）。當皮託管在流場中運動的時候， 尖 嘴 的 地 方 會 形 成 一 個 駐 點 （Stagnation point），該點的流體速度 為零，同時透過內部的液柱就可以讀出 駐點的壓力 Pt。只要再知道飛機表面任
5100159046郭孝先2012/7/2 一 點的壓力P,把上述的值帶入伯努利方程就可以簡單地計算出飛機的速度U: u2=2(p-p) p 現代的皮託管一般在尖嘴的側邊再開一個孔（如上頁圖3），通過薄膜等装 置直接得到駐點與側面開孔位置的壓力差，從而得到飛機的速度。歷經了3個世 紀，皮託管仍然在航空領域扮演著重要的角色，是飛機上不可或缺的重要儀器。 郭孝先 5100159046 2012/7/2 使用图片来源： 图1，图2：上海交通大学流体力学讲义Lecture2012Note10 3:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bf/Pitot tube diagram.png
5100159046 郭孝先 2012/7/2 一點的壓力 P，把上述的值帶入伯努利方程就可以簡單地計算出飛機的速度 U： u （−p） 。 現代的皮託管一般在尖嘴的側邊再開一個孔（如上頁圖 3），通過薄膜等裝 置直接得到駐點與側面開孔位置的壓力差，從而得到飛機的速度。歷經了 3 個世 紀，皮託管仍然在航空領域扮演著重要的角色，是飛機上不可或缺的重要儀器。 郭孝先 5100159046 2012/7/2 使用图片来源： 图 1，图 2：上海交通大学流体力学讲义 Lecture2012_Note10 图 3：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bf/Pitot_tube_diagram.png