מערכת פיטו-סטטית

מערכת פיטו־סטטית (באנגלית: Pitot-static system) היא מערכת של מכשירים רגישים למדידת לחץ אשר משמשת בעיקר למדידת נתוני אוויר כגון מהירות אווירית, מספר מאך, מדידת גובה ומהירות אנכית (Rate of climb) של כלי טיס. מערכת פיטו־סטטית כוללת בעיקר צינור פיטו, פתח המודד את לחץ האוויר הסטטי ומחוונים. 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 נתוני אוויר, מקליט נתוני טיסה (קופסה שחורה) ומכשירים לשמירה על לחץ קבוע בתא הנוסעים במטוס. שגיאות בקריאת נתוני מערכת הפיטו־סטטית יכולות להיות מסוכנות מאוד מאחר שהמידע המופק ממערכת כזו, כמו גובה הטיסה, הוא קריטי לטיסה מוצלחת. מספר אסונות תעופה התרחשו כתוצאה מכשלים במערכת הפיטו־סטטית במטוס. מערכת פיטו־סטטית פועלת באמצעות מדידת הפרשי לחץ ומשתמשת בערכים אלה כדי להעריך את מהירות המטוס ואת גובהו. לחצים אלה נבמדדים בפתח סטטי (שמודד את הלחץ הסטטי) ובצינור פיטו (שמודד את לחץ פיטו). הלחץ הסטטי משמש בכל סוגי המדידות, בעוד שלחץ פיטו משמש למדידת המהירות האווירית בלבד. לחץ פיטו מתקבל באמצעות צינור פיטו. לחץ פיטו הוא לחץ אוויר (לחץ האוויר הדינמי הנוצר על ידי רכב בתנועה או על ידי זרימת האוויר ישירות לתוך הצינור), אשר בתנאים אידיאלים שווה ללחץ הטוטלי (סכום הלחץ הסטטי והלחץ הדינמי). צינור פיטו ממקום לרוב בקצה הכנף או בחרטום המטוס ומופנה קדימה כאשר פתחו מופנה לכיוון הרוח היחסית, הרוח הנוצרת בזמן תנועת גוף באוויר. כשמציבים צינור פיטו במיקום כזה, לחץ זרימת האוויר נמדד בצורה מדויקת יותר מאחר שיש פחות הפרעות העלולות להיגרם ממבנה המטוס. כאשר מהירות האוויר עולה, גם לחץ זרימת האוויר עולה ומד מהירות האוויר יכול לתרגם את העלייה בלחץ לנתונים קריאים. הלחץ הסטטי מודדים מפתח סטטי, שהוא לרוב חור שטוח הנמצא על גוף המטוס במקום בו זרימת האוויר נתקלת בכמה שפחות הפרעות באופן יחסי (לרוב מתחת לתא הטייס). ישנם מטוסים בעלי פתח סטטי אחד וישנם כאלה עם יותר שניים ויותר. במקרים בהם למטוס יש יותר מפתח סטטי אחד, בדרך כלל יש פתחים בשני הצדדים של המטוס. במקרה כזה, אפשר לחשב לחץ ממוצע מהלחצים הנמדדים בשני הפתחים ולאפשר קריאה מדויקת יותר של נתוני האוויר במצבי טיסה מסוימים. פתח סטטי משנִי יכול להיות ממוקם בתוך תא הנוסעים כגיבוי למקרה שהפתחים החיצוניים יחסמו. צינור פיטו־סטטי משלב בצורה יעילה את הפתחים הסטטיים עם צינור פיטו. צינור זה כולל צינור נוסף קואקסיאלי (הנמצא על אותו ציר) בעל חורי דגימה בצידיו שאינם חשופים לזרם האוויר הישיר, שמודדים את הלחץ הסטטי. ישנן מערכות פיטו־סטטיות בהם צינור אחד מאגד מספר פתחים למדידת לחצים שונים ומאפשר איסוף נתונים של לחץ פיטו, לחץ סטטי, זווית התקפה וזווית החלקה הצידה. צינור איסוף נתוני אוויר כזה יכול להכיל 5–7 חורים. ניתן להשתמש בטכניקות למדידת הפרשי לחצים להסקת זווית ההתקפה וזווית ההחלקה הצידה. 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 נתוני אוויר (ADC) כדי לחשב את מהירות האוויר, הגובה, מספר המאך ואת המהירות האנכית. שני מחשבי ADC מקבלים את הלחץ הטוטלי והסטטי מצינורות פיטו ומִפתחים סטטיים עצמאיים, ומחשב הטיסה משווה את המידע משני מחשבי ה־ADC. ישנם גם "מחווני כוננות" שהם מחווני גיבוי הפועלים על לחץ אוויר. המחוונים אלה משתמשים במקרה של תקלה במחוונים הראשיים. ערך מורחב – מד מהירות אוויר מד מהירות אווירית (באנגלית: Airspeed indicator או בקיצור: ASI) הוא המכשיר היחיד שמשתמש בנתון לחץ הרוח הישירה מצינור פיטו – הלחץ הטוטלי. ככל שההפרש בין הלחץ הטוטלי ללחץ הסטטי גדול יותר, מד המהירות מציג ערכי מהירות גבוהים יותר. מד מהירות אווירית מכני־מסורתי בנוי ממחיצה גמישה המחוברת ישירות לצינור פיטו, המחיצה נמצאת בתוך תיבה אטומה בעלת כניסה המחוברת לפתח הלחץ הסטטי (פתח הלחץ פיטו מחובר ישירות למחיצה הגמישה בעוד הלחץ הסטטי מקיף אותה). ככל שהמהירות עולה, עולה גם הלחץ ממהירות הרוח הישירה הנכנסת לצינור פיטו וכך מופעל לחץ על המחיצה הגמישה, שבאמצעות מנגנון מכני מזיזה את המחט במד המהירות. ערך מורחב – מד גובה מד גובה (באנגלית: Altimeter או בקיצור: ALT) המבוסס על לחץ, המכונה גם מד גובה ברומטרי, משמש למדידת שינויים בלחץ האוויר הנגרמים כתוצאה משינויים בגובה המטוס. מד גובה המבוסס על לחץ, חייב להיות מכוייל טרם הטיסה כדי לקבוע כראוי את הלחץ ולתרגם אותו לגובה מעל פני הים. מעטפת מד הגובה היא תיבה אטומה בעלת כניסה לפתח הלחץ הסטטי. בתוך התיבה יש ברומטר אנרואידי אטום. ככל שהלחץ בתיבה יורד, הברומטר הפנימי מתרחב ומתורגם בצורה מכנית לתצוגה גרפית במד הגובה. מד מאך (באנגלית: Machmeter) קיים בעיקר במטוסים המתוכננים לפעול במהירות עבר־קוליות או על־קולית. מד מאך מיועד להציג את היחס שבין המהירות האווירית האמיתית ביחס למהירות הקול. במרבית המטוסים העל־קוליים מוגדר המספר מאך המקסימלי שהם יכולים להגיע בלי להינזק, הידוע גם כ"גבול מאך". מספר מאך מוצג במד מאך כשבר עשרוני. מד מהירות אנכית או מד קצב אנכי, מכונה גם מד שיעור נסיקה והנמכה (באנגלית: Variometer או Vertical Airspeed indicator או בקיצור: VSI) מראה את מהירות הנסיקה או ההנמכה. מהירות זו נמדדת ברגל לדקה או במטר לשנייה. המהירות האנכית נמדדת באמצעות מנגנון מכני המחובר למחיצה גמישה הנמצאת בתוך תיבה בעלת כניסה לפתח הלחץ הסטטי העובר דרך "מפזר לחץ מוגבל" (restricted diffuser). כאשר המטוס מתחיל להגביה, המחיצה מתחילה להתכווץ בקצב מהיר יותר מזה של מפזר הלחץ המוגבל, מה שגורם למחט להציג מהירות אנכית חיובית. מפזר הלחץ המוגבל משתנה מדגם לדגם אך הזמן הממוצע בו לוקח למחיצה להגיע ללחץ שווה הוא בין 6 ל־9 שניות. ישנם מספר מצבים אשר יכולים להשפיע על המכשירים הפיטו־סטטיים. חלקם קשורים לכשלים של המערכת הפיטו־סטטית עצמה המסווגים כ"ליקויי מערכת", בעוד חלקם נגרמים כתוצאה של סימון מחוונים שגוי או של גורמים סביבתיים אחרים המסווגים כ"שגיאות מחוונים". טיסה 301 של בריגנאייר, חברת צ'ארטר טורקית, התרסקה ב־6 בפברואר 1996, זמן קצר לאחר ההמראה בעקבות צינור פיטו חסום שגרם למערכת לספק נתוני מהירות אווירית שגויים. טיסה 603 של איירופרו, התרסקה ב־2 באוקטובר 1996 בגלל פתח לחץ סטטי חסום. על הפתח הסטטי בצד השמאלי של המטוס הודבק כיסוי בזמן שבוצעו במטוס עבודות ניקיון. לאחר שעבודת הניקיון הסתיימה, הכיסוי לא הוסר. טיסה 6231 של נורטווסט אוריינט איירליינס, מטוס בואינג 727 התרסק ב־1 בדצמבר 1974, צפונית־מערבית לנמל התעופה הבינלאומי ג'ון פ. קנדי בגלל צינור פיטו חסום על ידי מעטה קרח. צינור פיטו מחווני טיסה תא טייס