Sistema Pitot-estático - Pitot-static system
Um sistema pitot estático é um sistema de instrumentos sensíveis à pressão que é mais frequentemente usado na aviação para determinar a velocidade , número de Mach , altitude e tendência da altitude de uma aeronave . Um sistema estático de pitot geralmente consiste em um tubo de pitot , uma porta estática e os instrumentos estáticos de pitot. Outros instrumentos que podem ser conectados são computadores de dados aéreos , gravadores de dados de vôo , codificadores de altitude, controladores de pressurização de cabine e vários interruptores de velocidade no ar. Erros nas leituras do sistema estático do pitot podem ser extremamente perigosos, pois as informações obtidas do sistema estático do pitot, como altitude, são potencialmente críticas para a segurança. Vários desastres em companhias aéreas comerciais foram atribuídos a uma falha do sistema pitot estático.
Pressão estática de pitot
O sistema pitot estático de instrumentos usa o princípio do gradiente de pressão do ar . Ele funciona medindo pressões ou diferenças de pressão e usando esses valores para avaliar a velocidade e a altitude. Essas pressões podem ser medidas a partir da porta estática (pressão estática) ou do tubo pitot (pressão pitot). A pressão estática é usada em todas as medições, enquanto a pressão pitot é usada apenas para determinar a velocidade no ar.
Pressão pitot
A pressão pitot é obtida a partir do tubo pitot . A pressão pitot é uma medida da pressão do ar ram (a pressão do ar criada pelo movimento do veículo ou ar batendo no tubo), que, em condições ideais, é igual à pressão de estagnação , também chamada de pressão total. O tubo pitot é mais frequentemente localizado na asa ou na seção frontal de uma aeronave, voltado para a frente, onde sua abertura é exposta ao vento relativo . Ao situar o tubo pitot em tal local, a pressão de ar ram é medida com mais precisão, uma vez que será menos distorcida pela estrutura da aeronave. Quando a velocidade no ar aumenta, a pressão do ar ram é aumentada, o que pode ser traduzido pelo indicador de velocidade no ar .
Pressão estática
A pressão estática é obtida por meio de uma porta estática. A porta estática é mais frequentemente um orifício embutido na fuselagem de uma aeronave e está localizado onde pode acessar o fluxo de ar em uma área relativamente intacta. Algumas aeronaves podem ter uma única porta estática, enquanto outras podem ter mais de uma. Em situações em que uma aeronave possui mais de uma porta estática, geralmente há uma localizada em cada lado da fuselagem. Com este posicionamento, uma pressão média pode ser obtida, o que permite leituras mais precisas em situações de vôo específicas. Uma porta estática alternativa pode estar localizada dentro da cabine da aeronave como um backup para quando a (s) porta (s) estática (s) externa (s) estiverem bloqueadas. Um tubo pitot estático integra com eficácia as portas estáticas na sonda pitot. Ele incorpora um segundo tubo coaxial (ou tubos) com orifícios de amostragem de pressão nas laterais da sonda, fora do fluxo de ar direto, para medir a pressão estática. Quando a aeronave sobe, a pressão estática diminui.
Pressão múltipla
Alguns sistemas pitot estáticos incorporam sondas únicas que contêm várias portas de transmissão de pressão que permitem a detecção da pressão do ar, ângulo de ataque e ângulo de dados de derrapagem. Dependendo do projeto, tais sondas de dados do ar podem ser referidas como sondas de dados do ar de 5 ou 7 orifícios. As técnicas de detecção de pressão diferencial podem ser usadas para produzir o ângulo de ataque e as indicações do ângulo de derrapagem.
Instrumento pitot estático
O sistema estático de pitot obtém pressões para interpretação pelos instrumentos estáticos de pitot. Embora as explicações abaixo expliquem os instrumentos mecânicos tradicionais, muitas aeronaves modernas usam um computador de dados do ar (ADC) para calcular a velocidade no ar, a taxa de subida, a altitude e o número de Mach . Em algumas aeronaves, dois ADCs recebem pressão total e estática de tubos pitot independentes e portas estáticas, e o computador de dados de voo da aeronave compara as informações de ambos os computadores e verifica um com o outro. Existem também "instrumentos de reserva", que são instrumentos pneumáticos de reserva, empregados em caso de problemas com os instrumentos primários.
Indicador de velocidade do ar
O indicador de velocidade no ar está conectado às fontes de pressão pitot e estática. A diferença entre a pressão pitot e a pressão estática é chamada de pressão dinâmica. Quanto maior for a pressão dinâmica, maior será a velocidade no ar informada. Um indicador de velocidade do ar mecânico tradicional contém um diafragma de pressão que é conectado ao tubo pitot. A caixa ao redor do diafragma é hermética e é ventilada para a porta estática. Quanto mais alta a velocidade, mais alta a pressão do aríete, mais pressão é exercida no diafragma e maior o movimento da agulha através da ligação mecânica.
Altímetro
O altímetro de pressão, também conhecido como altímetro barométrico, é usado para determinar as mudanças na pressão do ar que ocorrem conforme a altitude da aeronave muda. Altímetros de pressão devem ser calibrados antes do vôo para registrar a pressão como uma altitude acima do nível do mar. A caixa do instrumento do altímetro é hermética e tem um respiradouro para a porta estática. Dentro do instrumento, há um barômetro aneróide selado . À medida que a pressão diminui, o barômetro interno se expande, o que é traduzido mecanicamente em uma determinação da altitude. O inverso é verdadeiro ao descer de altitudes mais altas para mais baixas.
Machmeter
Aeronaves projetadas para operar em velocidades transônicas ou supersônicas incorporarão um machímetro. O machmeter é usado para mostrar a relação da velocidade real em relação à velocidade do som . A maioria das aeronaves supersônicas está limitada ao número máximo de Mach que podem voar, conhecido como "limite de Mach". O número Mach é exibido em um machímetro como uma fração decimal .
Indicador de velocidade vertical
O variômetro , também conhecido como indicador de velocidade vertical (VSI) ou indicador de velocidade vertical (VVI), é o instrumento estático de pitot usado para determinar se uma aeronave está ou não voando em vôo nivelado. A velocidade vertical mostra especificamente a razão de subida ou descida, que é medida em pés por minuto ou metros por segundo. A velocidade vertical é medida por meio de uma ligação mecânica a um diafragma localizado dentro do instrumento. A área ao redor do diafragma é ventilada para a porta estática por meio de um vazamento calibrado (que também pode ser conhecido como "difusor restrito"). Quando a aeronave começa a aumentar a altitude, o diafragma começa a se contrair a uma taxa mais rápida do que o vazamento calibrado, fazendo com que a agulha mostre uma velocidade vertical positiva. O reverso dessa situação é verdadeiro quando uma aeronave está descendo. O vazamento calibrado varia de modelo para modelo, mas o tempo médio para o diafragma equalizar a pressão é entre 6 e 9 segundos.
Erros de pitot estático
Existem várias situações que podem afetar a precisão dos instrumentos estáticos de pitot. Alguns deles envolvem falhas do próprio sistema pitot estático - que pode ser classificado como "mau funcionamento do sistema" - enquanto outros são o resultado de posicionamento incorreto do instrumento ou outros fatores ambientais - que podem ser classificados como "erros inerentes".
Mau funcionamento do sistema
Tubo pitot bloqueado
Um tubo de pitot bloqueado é um problema de estática de pitot que afetará apenas os indicadores de velocidade no ar. Um tubo pitot bloqueado fará com que o indicador de velocidade no ar registre um aumento na velocidade no ar quando a aeronave sobe, mesmo que a velocidade no ar real seja constante. (Contanto que o orifício de drenagem também esteja bloqueado, pois de outra forma a pressão do ar vazaria para a atmosfera.) Isso é causado pela pressão no sistema pitot que permanece constante quando a pressão atmosférica (e a pressão estática ) estão diminuindo. Por outro lado, o indicador de velocidade no ar mostrará uma diminuição na velocidade no ar quando a aeronave descer. O tubo pitot pode ficar entupido por gelo, água, insetos ou alguma outra obstrução. Por esse motivo, as agências reguladoras da aviação, como a Administração Federal de Aviação dos EUA (FAA), recomendam que o tubo pitot seja verificado quanto a obstruções antes de qualquer voo. Para evitar a formação de gelo, muitos tubos pitot são equipados com um elemento de aquecimento. Um tubo de pitot aquecido é necessário em todas as aeronaves certificadas para vôo por instrumentos, exceto aeronaves certificadas como Experimental Amador-Construído.
Porta estática bloqueada
Uma porta estática bloqueada é uma situação mais séria porque afeta todos os instrumentos estáticos de pitot. Uma das causas mais comuns de uma porta estática bloqueada é o congelamento da fuselagem. Uma porta estática bloqueada fará com que o altímetro congele em um valor constante, a altitude em que a porta estática foi bloqueada. O indicador de velocidade vertical indicará zero e não mudará em nada, mesmo se a velocidade vertical aumentar ou diminuir. O indicador de velocidade no ar reverterá o erro que ocorre com um tubo pitot entupido e fará com que a velocidade no ar seja lida menos do que realmente é conforme a aeronave sobe. Quando a aeronave está descendo, a velocidade no ar será relatada em excesso. Na maioria das aeronaves com cabines não pressurizadas, uma fonte estática alternativa está disponível e pode ser selecionada de dentro da cabine .
Erros inerentes
Os erros inerentes podem cair em várias categorias, cada uma afetando instrumentos diferentes. Os erros de densidade afetam os instrumentos que medem a velocidade do ar e a altitude. Esse tipo de erro é causado por variações de pressão e temperatura na atmosfera. Um erro de compressibilidade pode surgir porque a pressão de impacto fará com que o ar se comprima no tubo pitot. Na altitude de pressão padrão ao nível do mar, a equação de calibração (consulte a velocidade do ar calibrada ) considera corretamente a compressão, de forma que não haja erro de compressibilidade ao nível do mar. Em altitudes mais elevadas, a compressão não é contabilizada corretamente e fará com que o instrumento leia mais do que a velocidade equivalente . Uma correção pode ser obtida a partir de um gráfico. O erro de compressibilidade torna-se significativo em altitudes acima de 10.000 pés (3.000 m) e em velocidades no ar superiores a 200 nós (370 km / h). A histerese é um erro causado por propriedades mecânicas das cápsulas aneróides localizadas dentro dos instrumentos. Essas cápsulas, usadas para determinar as diferenças de pressão, têm propriedades físicas que resistem à mudança ao reter uma determinada forma, mesmo que as forças externas possam ter mudado. Erros de reversão são causados por uma leitura falsa de pressão estática. Essa falsa leitura pode ser causada por mudanças anormalmente grandes na inclinação de uma aeronave. Uma grande mudança no tom causará uma exibição momentânea de movimento na direção oposta. Os erros de reversão afetam principalmente altímetros e indicadores de velocidade vertical.
Erros de posição
Outra classe de erros inerentes é o erro de posição . Um erro de posição é produzido pela pressão estática da aeronave sendo diferente da pressão do ar distante da aeronave. Esse erro é causado pelo fluxo de ar pela porta estática a uma velocidade diferente da velocidade real da aeronave . Os erros de posição podem fornecer erros positivos ou negativos, dependendo de um de vários fatores. Esses fatores incluem velocidade do ar, ângulo de ataque , peso da aeronave, aceleração, configuração da aeronave e, no caso de helicópteros, redução do rotor . Existem duas categorias de erros de posição, que são "erros corrigidos" e "erros variáveis". Os erros corrigidos são definidos como erros específicos de um determinado modelo de aeronave. Erros variáveis são causados por fatores externos, como painéis deformados que obstruem o fluxo de ar ou situações particulares que podem sobrecarregar a aeronave.
Erros de lag
Os erros de atraso são causados pelo fato de que quaisquer mudanças na pressão estática ou dinâmica fora da aeronave requerem uma quantidade finita de tempo para percorrer a tubulação e afetar os medidores. Este tipo de erro depende do comprimento e diâmetro da tubulação, bem como do volume dentro dos medidores. O erro de atraso só é significativo no momento em que a velocidade no ar ou a altitude estão mudando. Não é uma preocupação para um vôo nivelado estável.
- 1 de dezembro de 1974 - O voo 6231 da Northwest Airlines , um Boeing 727 , caiu a noroeste do Aeroporto Internacional John F. Kennedy durante uma escalada a caminho do Aeroporto Internacional Buffalo Niagara por causa do bloqueio dos tubos pitot por gelo atmosférico .
- 6 de fevereiro de 1996 - O vôo 301 da Birgenair caiu no mar logo após a decolagem devido a leituras incorretas do indicador de velocidade no ar. A causa suspeita é um tubo pitot bloqueado (isso nunca foi confirmado, pois o acidente do avião não foi recuperado).
- 2 de outubro de 1996 - o vôo 603 da Aeroperú caiu devido ao bloqueio das portas estáticas. As portas estáticas no lado esquerdo da aeronave foram protegidas enquanto a aeronave estava sendo encerada e limpa. Depois que o trabalho foi feito, a fita não foi removida.
- 23 de fevereiro de 2008 - Acidente do bombardeiro B-2 em Guam causado por umidade nos sensores.
- 1 ° de junho de 2009 - A autoridade francesa de segurança aérea BEA disse que a formação de gelo no tubo de pitot foi um fator que contribuiu para a queda do voo 447 da Air France .
Veja também
- Boom de dados aéreos
- Unidade de referência inercial de dados de ar
- Voo 2553 da Austral Líneas Aéreas
- Erro de posição
Referências
- Lawford. JA e Nippress, KR (1983). Calibration of Air-Data Systems and Flow Direction Sensors (AGARD AG-300 - Vol.1, AGARD Flight Test Techniques Series; RW Borek, ed.). Acessado em Spaceagecontrol.com (PDF). Página visitada em 25 de abril de 2008.
- Kjelgaard, Scott O. (1988), Theoretical Derivation and Calibration Technique of a Hemispherical-Tipped Five-Hole Probe (NASA Technical Memorandum 4047).
links externos