ピトー管

ピトー管（ピトーかん、）は流体の流れの速さを測定する計測器である。発明者であるアンリ・ピトーにちなんで命名され、ヘンリー・ダルシーにより改良された。航空機の速度計や風洞などに使用される。
アンリ・ピトーは1732年11月12日にパリ科学アカデミーでこの流速を直接計測できる発明を発表した。当時ベルヌーイの定理はまだ発表されていなかったため、彼はまったく直感的な根拠によってこの装置を利用した。ピトー管の動作とその使用における合理的な理論をベルヌーイの定理に基づいて調査したのはジョン・エアレイで、1913年のことであった。
原理.
基本的な構造は二重になった管からなり、内側の管は先端部分に、外側の管は側面にそれぞれ穴が空いている。二つの管は奥で圧力計を挟んで繋がっており、その圧力差を計ることができるようになっている。
ピトー管は、先端を流れに正対させて使用する。側面の穴（外側の管）は流れの影響を受けないため、ここには静圧 "P"s がかかる。一方、先端にある穴（内側の管）はよどみ点であり、ここには全圧（総圧とも）"P"t がかかる。この全圧から静圧を引いた差圧（動圧 "P"d ）を測定し、ベルヌーイの式を適用することで流体の速度"V" を計算することができる。
ここでρは流体の密度である。このように、側面に穴（静圧孔）を備え、単体で全圧と静圧の両方を測るタイプのピトー管はピトー静圧管またはプラントルの静圧管とも呼ばれる。狭義のピトー管は、側面に静圧孔を持たず、全圧のみを測定するものである。この場合、静圧はピトー管とは別の位置に設けられた静圧孔から、センサあるいは計器へと導かれる。
なお、実際には開管部の形状が流体の法線に影響を与えるため、正確な速度の導出には補正係数が必要とされ、速度Vは以下のように表される。
formula_2
この時の補正係数Cはピトー係数と呼ばれる。
この補正係数は実験によって用いられるが、規格寸法に則り製作された標準ピトー管ではこの係数が1になるように設計されており、考慮する必要がない場合も多い。
流れが超音速である場合は、ピトー管の前方に衝撃波が形成され、上式の代わりに次のレイリーのピトー管公式を用いてマッハ数"M"1 が求められる：
ただし
である。
航空機のピトー管.
ある程度以上高速の航空機において、ピトー管は最も一般的な速度計測手段である（飛行船程度の低速が計測下限）。他の航空機に比べ相対的に揚力の少ないジェット機では、特に着陸時の対気速度が分からないのは致命的となるので、離陸前にピトー管カバー取り外しの確認作業が重要である。実際に1996年には、アエロペルーのボーイング757が機体洗浄の際にピトー管に取り付けられたマスキングを外さないまま離陸してしまったために正しい高度・速度が検出できなくなって墜落してしまうという事故（アエロペルー603便墜落事故）が起きている。
ピトー静圧管若しくは純粋なピトー管と胴体側面などに設けられた静圧孔とからなる。こうした、速度や高度（静圧は高度指示にも利用される）といった非常に重要なシステムでは、複数のピトー管と複数の計器を互いに独立して設け、冗長性が高められていることが多い。
また、当然のことながら正確な速度を計測できないので全圧をピトー管からセンサや計器へと導くチューブやホースにはリーク（漏れ）があってはならない。
設置位置.
正確な測定のために、ピトー管は境界層の外側で、かつ流れの乱れが小さな場所に設置される:
機首側面と翼下の場合、流速の遅い境界層から距離をとるために、ふつうL字型に曲げられている。ピトー静圧管ではなく、静圧孔を別に持つようなシステムの場合、横風による誤差を軽減するため、多くの場合、静圧孔は胴体両側面に設けられる。
防氷.
気温が氷点下に達する上空では、水分が凍結し、ピトー管や静圧孔を閉塞してしまう可能性がある。速度や高度システムの指示が異常となり、事故に繋がる危険性がある。これを防ぐために、電熱線などによる防氷システムが備えられていることが多い。