Статическое давление - Static pressure

В механике жидкости термин статическое давление имеет несколько применений:

• При проектировании и эксплуатации воздушных судов , статическое давление является давлением воздуха в самолета системы статического давления .
• В гидродинамике многие авторы используют термин статическое давление вместо простого давления, чтобы избежать двусмысленности. Однако часто слово «статический» можно опустить, и в этом случае рабочее давление будет таким же, как статическое давление в определенной точке жидкости.
• Термин статическое давление также используется некоторыми авторами в статике жидкости .

Статическое давление в конструкции и эксплуатации самолета

Высотомер самолета управляется системой статического давления . Индикатор воздушной скорости самолета управляется системой статического давления и системой давления Пито .

Система статического давления открыта снаружи самолета, чтобы определять давление атмосферы на высоте, на которой летит самолет. Это маленькое отверстие называется статическим портом . В полете давление воздуха немного отличается в разных точках снаружи самолета. Конструктор самолета должен тщательно выбирать положение статического порта . На внешней стороне летательного аппарата нет места, в котором давление воздуха для всех углов атаки было бы идентично атмосферному давлению на высоте, на которой летит самолет. Разница в давлении вызывает небольшую ошибку в высоте, указанной на высотомере, и воздушной скорости, указанной на индикаторе воздушной скорости. Эта ошибка индикации высоты и воздушной скорости называется ошибкой местоположения .

При выборе положения для статического порта цель конструктора самолета - обеспечить, чтобы давление в системе статического давления самолета было как можно ближе к атмосферному давлению на высоте, на которой летит самолет, во всем рабочем диапазоне веса и веса. воздушная скорость. Многие авторы описывают атмосферное давление на высоте, на которой летит самолет, как статическое давление набегающего потока . По крайней мере, один автор использует другой подход, чтобы избежать необходимости в выражении статическое давление набегающего потока . Грейси написала: «Статическое давление - это атмосферное давление на эшелоне полета самолета». Затем Грейси называет давление воздуха в любой точке вблизи самолета локальным статическим давлением .

Статическое давление в гидродинамике

Концепция давления занимает центральное место в изучении жидкостей. Давление можно определить для каждой точки тела жидкости, независимо от того, находится ли жидкость в движении. Давление можно измерить с помощью анероида , трубки Бурдона , ртутной колонки или другими другими методами.

Понятия общего давления и динамического давления возникают из уравнения Бернулли и важны при изучении всех потоков жидкости. (Эти два давления не являются давлениями в обычном смысле - их нельзя измерить с помощью анероида, трубки Бурдона или ртутной колонки.) Чтобы избежать потенциальной двусмысленности при упоминании давления в гидродинамике, многие авторы используют термин статическое давление, чтобы отличить его от общее давление и динамическое давление ; Термин « статическое давление» идентичен термину « давление» и может быть определен для каждой точки в поле потока жидкости.

В « Аэродинамике» Л. Дж. Клэнси пишет: «Чтобы отличить его от общего и динамического давлений, фактическое давление жидкости, которое связано не с ее движением, а с ее состоянием, часто называют статическим давлением, но где термин используется только давление, оно относится к этому статическому давлению ".

Уравнение Бернулли лежит в основе динамики несжимаемых жидкостей. Во многих представляющих интерес ситуациях потока жидкости изменения высоты несущественны и их можно игнорировать. При таком упрощении уравнение Бернулли для течений несжимаемой жидкости может быть выражено как

${\ Displaystyle P + {\ tfrac {1} {2}} \ rho v ^ {2} = P_ {0},}$

куда:

• ${\ Displaystyle P \;}$ статическое давление,
• ${\ displaystyle {\ tfrac {1} {2}} \ rho v ^ {2}}$- динамическое давление , обычно обозначаемое ,${\ displaystyle q \;}$
• ${\ Displaystyle \ rho \,}$это плотность жидкости,
• ${\ displaystyle v \,}$- скорость потока , а
• ${\ Displaystyle P_ {0} \;}$полное давление, которое постоянно вдоль любой линии тока . Это также известно как давление застоя .

Каждая точка в устойчиво текущей жидкости, независимо от скорости жидкости в этой точке, имеет собственное статическое давление , динамическое давление и общее давление . Статическое давление и динамическое давление, вероятно, будут значительно меняться во флюиде, но общее давление постоянно вдоль каждой линии тока. При безвихревом потоке полное давление одинаково на всех линиях тока и, следовательно, постоянно во всем потоке. ${\ displaystyle P}$${\ displaystyle q}$${\ displaystyle P_ {0}}$

Упрощенную форму уравнения Бернулли можно резюмировать в следующем запоминающемся словесном уравнении:

статическое давление + динамическое давление = полное давление .

Эта упрощенная форма уравнения Бернулли имеет фундаментальное значение для понимания конструкции и работы кораблей, низкоскоростных самолетов и индикаторов воздушной скорости для низкоскоростных самолетов, то есть самолетов, максимальная скорость которых будет меньше примерно 30% скорости звука .

Вследствие широко распространенного понимания термина статическое давление в связи с уравнением Бернулли многие авторы в области гидродинамики также используют статическое давление, а не давление в приложениях, не связанных напрямую с уравнением Бернулли.

Британский институт стандартов , в Стандартном Глоссарии авиационных Условий дает следующее определение:

4412 Статическое давление Давление в точке тела, движущегося с жидкостью.

Статическое давление в статике жидкости

Термин (гидро) статическое давление иногда используется в статике жидкости для обозначения давления жидкости на заданной глубине в жидкости. В статике жидкости жидкость везде неподвижна, и концепции динамического давления и общего давления неприменимы. Следовательно, существует небольшой риск двусмысленности в использовании термина « давление» , но некоторые авторы предпочитают использовать статическое давление в некоторых ситуациях.

Смотрите также

• Закон паскаля
• Давление застоя
• Стандартные условия по температуре и давлению

Примечания

использованная литература

Конструкция и эксплуатация самолетов

• Грейси, Уильям (1958), Измерение статического давления на самолетах (PDF) , Исследовательский центр Лэнгли: NACA, TR-1364 , получено 26 апреля 2008 г..
• Грейси, Уильям (1980), Измерение скорости и высоты самолета (PDF) , Исследовательский центр Лэнгли: НАСА, RP-1046 , получено 26 апреля 2008 г..
• Грейси, Уильям (1981), Измерение скорости и высоты самолета , Нью-Йорк: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-08511-9
• Kermode, AC (1972) Механика полета , Longman Group Limited, Лондон ISBN  0-582-23740-8
• Ломбардо, DA, Aircraft Systems , 2-е издание, McGraw-Hill (1999), ISBN  Нью-Йорка 0-07-038605-6

Динамика жидкостей

• LJ Clancy (1975), Aerodynamics , Pitman Publishing Limited, Лондон ISBN  0-273-01120-0
• Стритер, В.Л. (1966), Гидромеханика , Макгроу-Хилл, Нью-Йорк