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피토 정전기

Pitot-static system

피토 정전기(pitot-static system)는 항공에서 항공기의 비행 속도, 마하 수, 고도 및 고도 추세를 결정하는 데 가장 많이 사용되는 압력에 민감한 기구의 시스템이다.피토 정전기계는 일반적으로 피토관, 정전기 포트, 피토 정전기 기구로 구성된다.[1]연결될 수 있는 다른 기구로는 공기 데이터 컴퓨터, 비행 데이터 기록기, 고도 인코더, 실내 가압 제어기 및 다양한 공기 속도 스위치가 있다.피토 정전기 시스템 판독의 오류는 고도와 같은 피토 정전기 시스템에서 얻은 정보가 잠재적으로 안전에 중요하므로 매우 위험할 수 있다.몇몇 상업 항공사의 재난은 피토 정전기 시스템의 고장으로 추적되었다.[2]

피토 튜브, 피토 정전기 및 정적 포트를 포함한 피토 정전기 시스템 다이어그램

피토 정압

피토 튜브, 정적 튜브 및 피토 정전기 튜브의 예.
에어버스 A330 여객기에 장착된 정적 포트.

기구의 피토 정전기계는 기압 구배 원리를 사용한다.압력 또는 압력 차이를 측정하고 이 값을 사용하여 속도와 고도를 평가함으로써 작동한다.[1]이러한 압력은 정적 포트(정압) 또는 피토 튜브(피토 압력)에서 측정할 수 있다.정적 압력은 모든 측정에 사용되는 반면 피토 압력은 비행속도를 결정하는 데만 사용된다.

피토 압력

피토 압력은 피토 튜브에서 얻는다.피토 압력은 램 공기 압력(차량이 움직이거나 튜브에 공기가 부딪히면서 생기는 공기 압력)의 척도로 이상적인 조건에서 총 압력이라고도 하는 정체 압력과 같다.피토 튜브는 항공기 날개 또는 전면 부분에 가장 많이 위치하며, 항공기의 개구부가 상대 바람에 노출된다.[1]피토 튜브를 그러한 위치에 놓음으로써 램 기압은 항공기 구조에 의해 왜곡이 덜 되기 때문에 더 정확하게 측정된다.비행속도가 높아지면 램 기압이 높아지는데, 이를 비행속도 표시기로 환산할 수 있다.[1]

정적 압력

정적 압력은 정적 포트를 통해 얻는다.정적 포트는 항공기의 동체에 가장 흔히 수직으로 탑재된 구멍이며, 상대적으로 방해받지 않는 구역에서 공기 흐름에 접근할 수 있는 곳에 위치한다.[1]일부 항공기는 하나의 정적 포트를 가질 수 있는 반면, 다른 항공기는 하나 이상의 정적 포트를 가질 수 있다.항공기가 둘 이상의 정적 포트를 가지고 있는 상황에는 대개 동체의 양쪽에 하나씩 위치한다.이 위치설정을 통해 평균적인 압력을 취할 수 있어 특정 비행 상황에서 더 정확한 측정을 할 수 있다.[1]대체 정적 포트는 외부 정적 포트가 차단된 경우에 대한 백업으로 항공기의 실내에 위치할 수 있다.피토 정전기 튜브는 피토 프로브에 정적 포트를 효과적으로 통합한다.그것은 정압을 측정하기 위해 직접 기류 바깥쪽의 프로브 측면에 압력 샘플링 구멍이 있는 두 번째 동축 튜브(또는 튜브)를 통합한다.항공기가 올라가면 정압이 낮아진다.

복수압력

일부 피토 정전기 시스템은 공기 압력, 공격 각도 및 사이드 슬립 데이터의 각도를 감지할 수 있는 여러 개의 압력 전달 포트를 포함하는 단일 프로브를 통합한다.설계에 따라 이러한 공기 데이터 프로브를 5홀 또는 7홀 공기 데이터 프로브라고 할 수 있다.차압 감지 기법을 사용하여 공격 각도 및 사이드 슬립 지시 각도를 생성할 수 있다.

피토 정전기

피토 튜브 및 정적 포트에서 나오는 압력원을 보여주는 공기 속도 표시 다이어그램

피토 정전기 시스템은 피토 정전기 기기로 해석하기 위한 압력을 얻는다.아래 설명에서 전통적인 기계식 계측기를 설명하지만, 많은 현대 항공기는 ADC(항공 데이터 컴퓨터)를 사용하여 비행 속도, 상승 속도, 고도 및 마하 수를 계산한다.일부 항공기에서는 두 개의 ADC가 독립된 피토 튜브와 정적 포트로부터 총 및 정압을 수신하고, 항공기의 비행 데이터 컴퓨터는 양쪽 컴퓨터의 정보를 비교하고 한 가지를 다른 것과 대조한다.1차 계측기에 문제가 발생할 경우 사용하는 백업 공압 계측기인 "대기 계측기"도 있다.

속도 표시기

주요 기사:속도 표시기

비행속도 표시기는 피토와 정압원에 모두 연결되어 있다.피토 압력과 정적 압력의 차이를 동적 압력이라고 한다.동적 압력이 클수록, 비행속도는 더 높게 보고되었다.전통적인 기계식 비행 속도 표시기에는 피토 튜브에 연결된 압력 다이어프램이 포함되어 있다.횡격막 주위의 케이스는 밀폐되어 정적 포트로 방출된다.속도가 높을수록 램 압력이 높아져 다이어프램에 가해지는 압력이 커지며 기계적인 연결을 통해 바늘이 더 크게 움직인다.[3]

고도계의 아네로이드 웨이퍼

고도계

주요 기사:고도계

기압 고도계는 기압 고도계라고도 하며, 항공기의 고도가 변화함에 따라 발생하는 기압 변화를 결정하는 데 사용된다.[3]압력 고도계는 비행 전에 보정하여 압력을 해수면 위의 고도로 등록해야 한다.고도계의 계기 케이스는 밀폐되어 정적 포트로 통하는 통풍구가 있다.기기 내부에는 밀봉된 아네로이드 기압계가 있다.케이스 내 압력이 감소하면 내부 기압계가 팽창해 기계적으로 고도를 결정하는 것으로 해석된다.그 반대는 높은 고도에서 낮은 고도로 내려갈 때 사실이다.[3]

마하미터

주요 기사:마하미터

트랜소닉 또는 초음속 속도로 작동하도록 설계된 항공기는 마하계를 통합한다.마하미터는 음속과 관련된 실제 비행속도의 비율을 나타내기 위해 사용된다.대부분의 초음속 항공기는 비행할 수 있는 최대 마하 수치로 제한되는데, 이것을 "마하 한계"라고 한다.마하 번호는 마하미터에 소수점으로 표시된다.[3]

수직 속도 표시기

수직 속도 표시기

주요 기사:변수계

변수계는 수직 속도 표시기(VSI) 또는 수직 속도 표시기(VVI)라고도 하며, 항공기가 수평 비행을 하고 있는지 여부를 결정하는 데 사용되는 피토 정전기이다.[4]수직 속도는 특히 상승 속도나 하강 속도를 보여주는데, 이 속도는 분당 피트 또는 초당 미터로 측정된다.[4]수직 속도는 기계적인 연결을 통해 계측기 내에 위치한 다이어프램에 측정된다.다이어프램을 둘러싼 영역은 교정된 누출을 통해 정적 포트로 방출된다("제한된 확산기"[3]라고도 한다).항공기가 고도를 높이기 시작하면 교정된 누출 속도보다 빠른 속도로 횡경막이 수축하기 시작하여 바늘이 양의 수직 속도를 나타내게 된다.항공기가 하강할 때 이 상황의 역행은 사실이다.[3]보정된 누출은 모델마다 다르지만 다이어프램이 압력을 균등화하기 위한 평균 시간은 6초에서 9초 사이입니다.[3]

피토 정전기 오류

피토 정전기 계측기의 정확도에 영향을 미칠 수 있는 몇 가지 상황이 있다.이들 중 일부는 "시스템 오작동"으로 분류될 수 있는 피토 정전기 자체의 고장을 수반하는 반면, 다른 일부는 기기 배치 결함 또는 기타 환경 요인의 결과로서 "일관성 오류"[5]로 분류될 수 있다.

시스템 오작동

막힘 피토 튜브

막힌 피토관은 비행속도 표시기에만 영향을 미치는 피토 정전기 문제다.[5]피토관이 막히면 실제 비행속도가 일정하더라도 항공기가 상승할 때 비행속도 표시기에 비행속도 상승이 기록된다.(배출구 역시 막히는 한, 그렇지 않으면 대기압으로 유출되기 때문에)이는 대기압(및 정압)이 감소할 때 피토계 압력이 일정하게 유지되기 때문에 발생한다.반대로, 비행속도 표시기는 항공기가 하강할 때 비행속도의 감소를 보일 것이다.피토관은 얼음, 물, 곤충 또는 다른 장애물에 의해 막히기 쉽다.[5]이 때문에 미국연방항공청(FAA) 등 항공규제기관은 어떤 비행에 앞서 피토관에 장애물이 있는지 점검할 것을 권고하고 있다.[4]아이싱을 방지하기 위해 많은 피토 튜브에 발열 소자가 장착되어 있다.시험적 아마추어 구축으로 인증된 항공기를 제외하고 계기 비행에 대해 인증된 모든 항공기에 열선내장 피토 튜브가 필요하다.[5]

차단된 정적 포트

정전기 포트는 모든 피토 정전기 기구에 영향을 미치기 때문에 더 심각한 상황이다.[5]정전기 포트 막힘의 가장 흔한 원인 중 하나는 에어프레임 아이싱이다.정지 포트가 막히면 고도계가 정지 포트가 차단된 고도인 일정한 값으로 동결된다.수직 속도 표시기는 0으로 표시되며 수직 속도가 증가하거나 감소하더라도 전혀 변경되지 않는다.비행속도 표시기는 피토 튜브가 막히면서 발생하는 오류를 역전시켜 항공기가 오를 때 실제보다 비행속도를 덜 읽게 한다.항공기가 하강할 때, 비행속도는 초과 보고될 것이다.압축되지 않은 캐빈이 있는 대부분의 항공기에서는 대체 정적 소스를 사용할 수 있으며 조종석 내에서 선택할 수 있다.[5]

고유 오류

고유 오류는 여러 범주로 분류될 수 있으며, 각각 다른 계기에 영향을 미칠 수 있다.밀도 오류는 비행 속도 및 고도를 측정하는 계측기에 영향을 미친다.이러한 유형의 오차는 대기 중 압력과 온도의 변화에 의해 발생한다.충격 압력으로 인해 피토 튜브에서 공기가 압축되기 때문에 압축성 오류가 발생할 수 있다.표준 해수면 압력 고도에서는 교정 방정식(교정된 비행 속도 참조)이 압축을 올바르게 설명하므로 해수면에서는 압축성 오류가 발생하지 않는다.고도가 높으면 압축이 올바르게 설명되지 않으며 계측기가 등가 비행 속도보다 큰 값을 판독하게 된다.차트에서 보정을 얻을 수 있다.압축성 오류는 10,000피트(3,000m) 이상의 고도와 200노트(370km/h) 이상의 공기 속도에서 심각해진다.이력(hysteresis)은 기기 내에 위치한 아네로이드 캡슐의 기계적 특성에 의해 발생하는 오류다.압력 차이를 판단하는 데 사용되는 이러한 캡슐은 외력이 변했을 수도 있지만 일정한 형태를 유지함으로써 변화에 저항하는 물리적 성질을 가지고 있다.반전 오류는 잘못된 정적 압력 판독에 의해 발생한다.이러한 잘못된 판독은 항공기 피치의 비정상적으로 큰 변화로 인해 발생할 수 있다.큰 투구 변화로 인해 반대 방향으로 순간적으로 움직임이 나타날 것이다.역전 오류는 주로 고도계와 수직 속도 표시기에 영향을 미친다.[5]

위치 오류

다른 종류의 내재적 오류는 위치 오류의 그것이다.위치 오류는 항공기의 정적 압력이 항공기에서 멀리 떨어진 기압과 다르기 때문에 발생한다.이 오류는 항공기의 실제 비행 속도와는 다른 속도로 정전기 포트를 통과하는 공기에 의해 발생한다.위치 오류는 여러 요인 중 하나에 따라 양 또는 음의 오류를 제공할 수 있다.이러한 요인에는 비행 속도, 공격 각도, 항공기 무게, 가속도, 항공기 구성, 헬리콥터의 경우 로터 다운워시 등이 포함된다.[5]위치 오류에는 "고정 오류"와 "변수 오류"라는 두 가지 범주가 있다.고정 오류는 특정 항공기 모델에 특정한 오류로 정의된다.가변 오류는 기형 패널과 같은 외부 요인 또는 항공기의 흐름을 방해할 수 있는 특정 상황에 의해 발생한다.[5]

지연 오류

지연 오류는 항공기 외부의 정적 또는 동적 압력의 변화가 튜브를 타고 내려가 게이지에 영향을 미치는데 한정된 시간이 필요하기 때문에 발생한다.이러한 유형의 오차는 게이지 내부의 볼륨뿐만 아니라 튜브의 길이와 직경에 따라 달라진다.[6]지연오차는 비행속도나 고도가 변화하고 있는 시간대를 전후해서만 유의미하다.그것은 꾸준한 수평 비행에 대한 관심사가 아니다.

피토 정전기 관련 재난

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f Willits, Pat, ed. (2004) [1997]. Guided Flight Discovery - Private Pilot. Abbot, Mike Kailey, Liz. Jeppesen Sanderson. pp. 2–48–2–53. ISBN 0-88487-333-1.
  2. ^ Evans, David (1 May 2004). "Safety: Maintenance Snafu with Static Ports". Avionics Magazine. Retrieved 2017-06-26.
  3. ^ a b c d e f g "Pitot-Static Instruments - Level 3 - Pitot-Static Instruments". allstar.fiu.edu. Retrieved 2007-01-07.
  4. ^ a b c "Pilot Handbook - Chapters 6 through 9" (PDF). FAA. Archived from the original (PDF) on 2007-01-06. Retrieved 2007-01-07.
  5. ^ a b c d e f g h i "Flight Instruments - Level 3 - Pitot-Static System and Instruments". allstar.fiu.edu. Retrieved 2007-01-07.
  6. ^ 그레이시, 윌리엄1981. 항공기 속도 및 고도 측정.뉴욕: John Wiley & Sons.ISBN 0-471-08511-1. 페이지 8.
  7. ^ "ASN Aircraft accident description Boeing 757-225 TC-GEN — Puerto Plata, Dominican Republic". aviation-safety.net. Retrieved 2007-01-07.
  8. ^ "CVR Database — 2 October 1996 — Aeroperu 603". tailstrike.co. Retrieved 2007-01-07.
  9. ^ "에어포스 월드: B-2 추락 원인 규명", AIR FORY 매거진, 2008년 7월, 제91권, 제7권, 페이지 16–17.
  10. ^ "Training flaws exposed in Rio-Paris crash report". Reuters. 5 July 2012. Retrieved 5 October 2012.
  • 로퍼드J. A.와 니프레스, K. R. (1983)공기 데이터 시스템 및 유량 센서 보정(AGARD AG-300 - Vol.1, AGARD 비행 시험 기법 시리즈; R. W. Borek, ed.)Spaceagecontrol.com을 통해 액세스(PDF).2008년 4월 25일에 검색됨.
  • Kjelgaard, Scott O. (1988) 반구형 테이프의 이론적 유도 및 보정 기법(NASA 기술 비망록 4047).

외부 링크