Статическое давление

В механике жидкости термин статическое давление относится к члену в уравнении Бернулли, записанному словами как статическое давление + динамическое давление = полное давление . Поскольку измерения давления в любой отдельной точке жидкости всегда дают значение статического давления, «статическое» значение часто опускается.При проектировании и эксплуатации статическое самолетов давление — это давление воздуха самолета в системе статического давления .

Статическое давление в гидродинамике

Понятие 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 различными другими методами.

Понятия полного давления и динамического давления возникают из уравнения Бернулли и имеют важное значение при изучении всех потоков жидкости. Эти два давления не являются давлениями в обычном понимании — их нельзя измерить с помощью датчика давления . Чтобы избежать потенциальной двусмысленности при упоминании давления в гидродинамике, многие авторы используют термин статическое давление , чтобы отличить его от полного давления и динамического давления ; термин «статическое давление» идентичен термину «давление » и может быть идентифицирован для каждой точки поля потока жидкости.

В области аэродинамики , Л. Дж. Клэнси. ^[1] пишет: «Чтобы отличить его от полного и динамического давления, фактическое давление жидкости, связанное не с ее движением, а с ее состоянием, часто называют статическим давлением, но там, где употребляется только термин давление, его называют относится к этому статическому давлению».

Уравнение Бернулли лежит в основе динамики несжимаемых жидкостей . Во многих представляющих интерес ситуациях с потоком жидкости изменения высоты незначительны и их можно игнорировать. При таком упрощении уравнение Бернулли для несжимаемых течений можно выразить как ^[2]^[3]^[4]

P+{\frac {1}{2}}\rho v^{2}=P_{0},

где:

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

Каждая точка равномерно текущей жидкости, независимо от скорости жидкости в этой точке, имеет собственное статическое давление. $P$ , динамическое давление $q$ , и полное давление $P_{0}$ . Статическое и динамическое давление, вероятно, будут значительно различаться по всей жидкости, но общее давление будет постоянным вдоль каждой линии тока. В безвихревом потоке общее давление одинаково на всех линиях тока и, следовательно, постоянно на протяжении всего потока. ^[5]

Упрощенную форму уравнения Бернулли можно резюмировать следующим запоминающимся словесным уравнением: ^[6]^[7]^[8]

статическое давление + динамическое давление = общее давление .

Эта упрощенная форма уравнения Бернулли имеет основополагающее значение для понимания конструкции и эксплуатации кораблей, низкоскоростных самолетов и показателей воздушной скорости низкоскоростных самолетов – то есть самолетов, максимальная скорость которых будет составлять менее примерно 30% скорости звука .

В результате широко распространенного понимания термина статическое давление по отношению к уравнению Бернулли многие авторы ^[9] в области гидродинамики также используют статическое давление, а не давление в приложениях, не связанных напрямую с уравнением Бернулли .

Британский институт стандартов в своем стандарте ^[10] Глоссарий авиационных терминов дает следующее определение:

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

Статическое давление при проектировании и эксплуатации самолетов.

самолета Система статического давления является ключевым входным сигналом для его высотомера и, наряду с системой давления Пито , также управляет указателем воздушной скорости . ^[11]

Система статического давления открыта снаружи самолета через небольшое отверстие, называемое статическим портом , которое позволяет измерять окружающее атмосферное давление на высоте , на которой летит самолет. В полете давление воздуха незначительно меняется в разных местах снаружи самолета, поэтому конструкторам необходимо тщательно выбирать расположение статических портов. самолета Где бы они ни находились, давление воздуха, наблюдаемое в портах, обычно зависит от мгновенного угла атаки . ^[12] Разница между наблюдаемым давлением и фактическим атмосферным давлением (на высоте) вызывает небольшую ошибку определения высоты и воздушной скорости, указываемых приборами. ^[13]^[14] Целью проектировщика при определении местоположения статического порта является минимизация результирующей ошибки определения местоположения в рабочем диапазоне веса и скорости полета самолета.

Многие авторы описывают атмосферное давление на высоте полета самолета как набегающего потока статическое давление . По крайней мере, один автор использует другой подход, чтобы избежать необходимости использования выражения « статическое давление набегающего потока» . Грейси написала: «Статическое давление — это атмосферное давление на эшелоне полета самолета». ^[15]^[16] Затем Грейси называет давление воздуха в любой точке рядом с самолетом местным статическим давлением .

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 всюду неподвижна и понятия динамического давления и полного давления неприменимы. Следовательно, существует небольшой риск двусмысленности в использовании термина «давление» , но некоторые авторы ^[17] выбирайте использование статического давления в некоторых ситуациях .

См. также

Примечания

^ Клэнси, LJ, Аэродинамика , стр. 21
^ Клэнси, Л.Дж., Аэродинамика , уравнение 3.13.
^ Хёрт, Х.Х. младший, (1960), Аэродинамика для военно-морских авиаторов , стр. 9, Переиздание Национального летного цеха, Флорида
^ Андерсон, Дж. Д. младший, Основы аэродинамики , 4-е издание - стр. 212, МакГроу-Хилл, Нью-Йорк. ISBN 978-0-07-295046-5
^ AM Kuethe и JD Schetzer (1959), Основы аэродинамики , раздел 3.5 (2-е издание), John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк ISBN 0-471-50952-3
^ «Уравнение Бернулли» . НАСА.gov . Исследовательский центр НАСА имени Гленна . Проверено 3 мая 2022 г.
^ Клэнси, LJ, Аэродинамика , Раздел 3.5
^ «Общее давление состоит из двух частей: статического давления и динамического давления». Стритер, В.Л., Механика жидкости, 4-е издание - стр. 404.
^ Например: Эбботт, И.Х. и Фон Дёнхофф, А.Е. (1949) Теория сечений крыла , уравнения Навье-Стокса - раздел 5.4. Dover Publications, Inc., Нью-Йорк. Стандартный номер книги 486-60586-8
^ Британский стандарт BS 185: Часть 1: Глоссарий авиационных терминов 1950 г.
^ Ломбардо, Д.А., Авиационные системы , 2-е издание - глава 2.
^ «Практически невозможно найти положение, в котором статическое давление всегда будет точно таким же, как давление в свободном потоке воздуха вдали от самолета». Кермод, AC, Механика полета , 10-е издание - стр. 65.
^ Кермод, AC, Механика полета , 10-е издание - стр. 65
^ «Из этих ошибок ошибка определения статического давления обычно является самой серьезной и имеет специальное название « ошибка положения ». Доммаш, Д.О., Шерби, С.С. и Коннолли, Т.Ф. (1967) Аэродинамика самолета , 4-е издание – стр. 51, Pitman Publishing Corp., Нью-Йорк
^ Грейси, Уильям, Измерение скорости и высоты самолета НАСА, RP-1046, стр. 1
^ Грейси, Уильям, Измерение скорости и высоты самолета , стр. 1
^ Например: «Давление в случаях, когда движение не происходит, называется статическим давлением». Кертис Д. Джонсон, Технология контрольно-измерительных приборов , Prentice Hall (1997). Архивировано 19 января 2008 г., в Wayback Machine.

Ссылки

Конструкция и эксплуатация самолетов

Грейси, Уильям (1958), Измерение статического давления на самолетах (PDF) , Исследовательский центр Лэнгли: NACA, TR-1364 , получено 7 апреля 2023 г.
Грейси, Уильям (1980), Измерение скорости и высоты самолета (PDF) , Исследовательский центр Лэнгли: НАСА, RP-1046 , получено 7 апреля 2023 г.
Грейси, Уильям (1981), Измерение скорости и высоты самолета , Нью-Йорк: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-08511-9
Кермод, AC (1972) Механика полета , Longman Group Limited, Лондон ISBN 0-582-23740-8
Ломбардо, Д.А., Авиационные системы , 2-е издание, McGraw-Hill (1999), Нью-Йорк. ISBN 0-07-038605-6

Гидродинамика

LJ Clancy (1975), Аэродинамика , Pitman Publishing Limited, Лондон ISBN 0-273-01120-0
Стритер, В.Л. (1966), Механика жидкости , МакГроу-Хилл, Нью-Йорк

[1] Клэнси, LJ, Аэродинамика , стр. 21

[2] Клэнси, Л.Дж., Аэродинамика , уравнение 3.13.

[3] Хёрт, Х.Х. младший, (1960), Аэродинамика для военно-морских авиаторов , стр. 9, Переиздание Национального летного цеха, Флорида

[4] Андерсон, Дж. Д. младший, Основы аэродинамики , 4-е издание - стр. 212, МакГроу-Хилл, Нью-Йорк. ISBN 978-0-07-295046-5

[5] AM Kuethe и JD Schetzer (1959), Основы аэродинамики , раздел 3.5 (2-е издание), John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк ISBN 0-471-50952-3

[NASABernoulli-6] «Уравнение Бернулли» . НАСА.gov . Исследовательский центр НАСА имени Гленна . Проверено 3 мая 2022 г.

[7] Клэнси, LJ, Аэродинамика , Раздел 3.5

[8] «Общее давление состоит из двух частей: статического давления и динамического давления». Стритер, В.Л., Механика жидкости, 4-е издание - стр. 404.

[9] Например: Эбботт, И.Х. и Фон Дёнхофф, А.Е. (1949) Теория сечений крыла , уравнения Навье-Стокса - раздел 5.4. Dover Publications, Inc., Нью-Йорк. Стандартный номер книги 486-60586-8

[10] Британский стандарт BS 185: Часть 1: Глоссарий авиационных терминов 1950 г.

[11] Ломбардо, Д.А., Авиационные системы , 2-е издание - глава 2.

[12] «Практически невозможно найти положение, в котором статическое давление всегда будет точно таким же, как давление в свободном потоке воздуха вдали от самолета». Кермод, AC, Механика полета , 10-е издание - стр. 65.

[13] Кермод, AC, Механика полета , 10-е издание - стр. 65

[14] «Из этих ошибок ошибка определения статического давления обычно является самой серьезной и имеет специальное название « ошибка положения ». Доммаш, Д.О., Шерби, С.С. и Коннолли, Т.Ф. (1967) Аэродинамика самолета , 4-е издание – стр. 51, Pitman Publishing Corp., Нью-Йорк

[15] Грейси, Уильям, Измерение скорости и высоты самолета НАСА, RP-1046, стр. 1

[16] Грейси, Уильям, Измерение скорости и высоты самолета , стр. 1

[17] Например: «Давление в случаях, когда движение не происходит, называется статическим давлением». Кертис Д. Джонсон, Технология контрольно-измерительных приборов , Prentice Hall (1997). Архивировано 19 января 2008 г., в Wayback Machine.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]