מערכת פיטו-סטטית

מערכת פיטו-סטטית (באנגלית: Pitot-static system) היא מערכת של מכשירים רגישים למדידת לחץ אשר משמשת בעיקר למדידת מהירות אוויר, מספר מאך, מדידת גובה ומהירות אנכית של כלי טיס. מערכת פיטו-סטטית כוללת בעיקר צינור פיטו, פתח סטטי ומכשירים פיטו-סטטיים (מחוונים). מערכת זאת משמשת למדידת הכוחות הפועלים על כלי רכב כפונקציה של טמפרטורה, צפיפות, לחץ וצמיגות של נוזל בסביבה בה כלי הרכב פועל. מכשירים נוספים אותם ניתן לכלול הם מחשב למדידת נתוני אוויר, מקליט נתוני טיסה (קופסה שחורה) ומכשירים לשמירה על לחץ קבוע בתא הנוסעים במטוס. שגיאות בקריאת נתוני מערכת הפיטו-סטטית יכולות להיות מסוכנות במיוחד מאחר שהמידע המופק ממנה כמו גובה הטיסה, קריטי לטיסה מוצלחת. מספר אסונות תעופה התרחשו כתוצאה מכשל במערכת הפיטו-סטטית.

לחץ פיטו-סטטי

מערכת פיטו-סטטית פועלת באמצעות מדידת הפרשי לחץ או לחצים ומשתמשת בערכים אלה כדי להעריך את המהירות ואת הגובה. לחצים אלה ניתנים למדידה באמצעות פתח סטטי (לחץ סטטי) ובאמצעות צינור פיטו (לחץ פיטו). הלחץ הסטטי משמש לכל סוגי המדידות בעוד לחץ הפיטו משמש למדידת מהירות האוויר בלבד.

לחץ פיטו

לחץ פיטו מתקבל באמצעות צינור הפיטו. לחץ הפיטו הוא מדידה של זרימת לחץ אויר (לחץ האוויר הדינמי הנוצר על ידי רכב בתנועה או על ידי זרימת האוויר ישירות לתוך הצינור), אשר תחת תנאים אידיאלים שווה ללחץ הטוטלי (לחץ סטטי + לחץ דינמי). צינור הפיטו ממקום לרוב בקצה הכנף או בחרטום המטוס ומופנה קדימה כאשר פיתחו מופנה לכיוון הרוח היחסית (רוח הנוצרת בזמן תנועת משטח באוויר). כשמציבים את צינור הפיטו במיקום כזה, לחץ זרימת האוויר נמדד בצורה מדויקת יותר מאחר שיש פחות הפרעות העלולות להווצר ממבנה המטוס. כאשר מהירות האוויר עולה כן גם לחץ זרימת האוויר עולה ומד מהירות האוויר יכול לתרגם אותו לנתונים ברי קריאה.

לחץ סטטי

לחץ סטטי מתקבל באמצעות פתח סטטי, שהוא לרוב חור שטוח הנמצא על גוף המטוס והוא ממוקם היכן שיש לו נגישות לזרימת האוויר, במקום בו זרימת האוויר נתקלת בכמה שפחות הפרעות באופן יחסי (לרוב מתחת לתא הטייס). ישנם מטוסים בעלי פתח סטטי אחד וישנם כאלה עם יותר מפתח אחד. במקרים בהם למטוס יש יותר מפתח סטטי אחד, ישנו בדרך כלל פתח אחד הממוקם בכל אחד משני צידיו של גוף המטוס. במקרה כזה ניתן למדוד לחץ ממוצע משני הפתחים מה שמאפשר קריאה מדויקת יותר במצבי טיסה מסוימים. פתח סטטי משני יכול להיות ממוקם בתוך תא הנוסעים כגיבוי למקרה שהפתחים החיצוניים חסומים. צינור פיטו-סטטי משלב בצורה יעילה את הפתחים הסטטים יחד עם צינור הפיטו. צינור זה כולל צינור (או צינורות) קואקסיאלי נוסף עם חורי דגימה בצידיו מחוץ לזרם האוויר הישיר, למדידת הלחץ הסטטי.

לחצים מרובים

ישנן מערכות פיטו-סטטיות אשר צינור אחד מאגד מספר פתחים למדידת לחצים שונים ומאפשר איסוף נתונים של לחץ פיטו, לחץ סטטי, זווית התקפה וזווית החלקה הצידה. צינור איסוף נתוני אויר כזה יכול להכיל 5 או 7 חורים בהתאם לתכנון. ניתן להשתמש בטכניקות למדידת הפרשי לחצים להפקת אינדיקציה של זווית ההתקפה וזווית ההחלקה הצידה.

מכשירים פיטו-סטטיים (מחוונים)

המערכת הפיטו-סטטית מקבלת נתוני לחץ כך שהמכשירים הפיטו-סטטיים יוכלו לפענח אותם. בעוד שההסבר שלהלן מסביר כיצד פועלים מחוונים מכניים מסורתיים, מטוסים מודרניים משתמשים במחשב למדידת נתוני אוויר (ADC) כדי לחשב את מהירות האוויר, הגובה, מספר המאך ואת המהירות האנכית. שני מחשבי ADC מקבלים את הלחץ הטוטלי ואת הלחץ הסטטי מצינורות פיטו ומפתחים סטטיים עצמאיים, ומחשב הטיסה משווה את המידע משני מחשבי ה- ADC ובודק אותם האחד מול השני. ישנם גם "מחווני כוננות" שהם מחווני גיבוי הפועלים על לחץ אוויר ומשתמשים בהם במקרה של תקלה במחוונים הראשיים.

מד מאך

ניתן למצוא מד מאך (באנגלית: Machmeter) במטוסים המתוכננים לפעול במהירות בין-קולית או על-קולית. מד המאך מיועד להציג את היחס שבין מהירות האוויר האמיתית ביחס למהירות הקול. מרבית המטוסים העל קוליים מוגבלים למספר המאך המקסמאלי שהם יכולים להגיע אליו, הידוע גם כ"גבול המאך". מספר המאך המוצג במד המאך כשבר עשרוני.

מד מהירות אנכית

בעזרת מד המהירות האנכית (באנגלית: Variometer או Vertical Airspeed indicator או בקיצור: VSI) ניתן לקבוע אם המטוס טס בצורה מאוזנת. מד המהירות האנכית מראה את קצב הטיפוס או את רמת הירידה הנמדדים ברגל לדקה או במטר לשנייה. המהירות האנכית נמדדת באמצעות מנגנון מכני המחובר לסרעפת גמישה הנמצאת בתוך תיבה בעלת כניסה לפתח הסטטי העובר דרך "מפזר לחץ מוגבל" (calibrated leak או restricted diffuser). כאשר המטוס מתחיל להעלות גובה, הסרעפת מתחילה להתכווץ בקצב מהיר יותר מזה של מפזר הלחץ המוגבל, מה שגורם למחט להציג מהירות אנכית חיובית, וכן ההפך כאשר המטוס מנמיך. מפזר הלחץ המוגבל משתנה מדגם לדגם אך הזמן הממוצע בו לוקח לסרעפת להגיע ללחץ שווה הוא בין 6 ל-9 שניות.

תקלות פיטו-סטטיות

ישנם מספר מצבים אשר יכולים להשפיע על המכשירים הפיטו סטטיים. חלקם קשורים לכשלים של מערכת הפיטו-סטטית עצמה המסווגים כ"ליקויי מערכת", בעוד חלקם נגרמים כתוצאה של סימון מחוונים שגוי או של גורמים סביבתיים אחרים המסווגים כ"שגיאות מחוונים".