Pitot Tüpü

Tarihçe ve giriş

Pitot tüpü uçaklarda ve botlarda hız ölçmek amacıyla kullanılan bir statik tüp sistemidir. Basınç farkı esasına dayanarak çalışan ve diğer adı da Prandtl Tüpü olan bu ölçme aleti 1732 yılında Henri Pitot tarafından icat edilmiştir. Pitot tüpü akışın kinetik enerjisini potansiyel enerjiye dönüştürerek akışkanın hızını ölçer. Pitot tüpü yerel olarak belli bir noktadaki akışkanın hızını ölçer, yani herhangi bir kesitteki ortalama hıza dair bir bilgi vermez. Aşağıdaki şekilde Pitot tüpüne ait genel bir görünüşe yer verilmiştir.

Pitot tüpünün giriş kısmında akışkanın hızının ölçülmesi istenen noktadaki basıncın dinamik basınçtan (serbest akış basıncından) daha yüksek olması sebebiyle kinetik enerjinin potansiyel enerjiye dönüşmesi söz konusudur. Asıl ölçülmek istenen statik basınç bilgisine ulaşmak için ise, bir fark manometresi kullanılarak bu basıncın dinamik basınçtan olan farkına bakılır (Şekil 2).

Çalışma Prensibi

Uçaklarda kullanılan Pitot tüpleri genellikle 25 cm uzunluğunda 1 cm çaplı tüplerdir. Tüpün uç kısmından başlayan ve ekseni boyunca devam eden merkezi deliğe ek olarak tüpün etrafında birkaç tane daha delik bulunmaktadır. Basınç ölçümü yapmak amacıyla basit bir manometre kullanılabileceği gibi ölçümü daha hassas kılmak için bir basınç transducer’ı da kullanmak mümkündür. İşte kullanılacak bu manometre veya basınç transducer’ının bir tarafıyla tüpün etrafındaki delikler, diğer tarafıyla da merkezdeki delik arasında bağlantı vardır. Merkezi delik ile çevresel delikler arasında herhangi bir bağlantı yoktur. Burada kullanılan basınç transducer’ı elektronik bir strain-gage yani uzama-ölçer aracılığıyla iki kanalda oluşan basınçların arasındaki farkı ölçer. Hız ölçümün sağlıklı bir şekilde yapılabilmesi için Pitot tüpünün tam olarak akış ekseni doğrultusunda yerleştirilmesi gerekir. Böylece tüpün şekli gereği çevresel delikler de akışa dik konumda yerleştirilmiş olur. Pitot tüpü genellikle uçakların burun kısmına veya kanadına yerleştirilir

Tüpün çevresindeki delikler akışa dik olduklarından sadece bu noktalardaki yerel statik basınca maruz kalırlar. Merkezi açıklık ise yerel statik basınca ek olarak hareketli akışkanın yarattığı dinamik basınca maruz kalır. Yani merkezi kanalda oluşan basınç toplam basınçtır. Dolayısıyla bu basınçlar arasındaki fark bize dinamik basıncı verir. Bunun dışında akışkanın basıncı ve sıcaklığı bilinerek elde edilen yoğunluk bilgisi de kullanılarak akışkanın hızı hesaplanabilir.

Kullanım alanları ve karşılaşılan problemler

Pitot statik tüplerinin kullanılmasında karşılaşılan problemleri ise şu şekilde sıralayabiliriz:

  • Eğer akış hızı düşükse, basınç farkı transducer tarafından ölçülecek minimum değerin altında kalabilir ve ölçüm hataları ölçülen büyüklükten daha fazla olabilir. Bu yüzden çok düşük hızlı akışlarda Pitot tüpleri düzgün sonuç vermezler.
  • Aksi durumda çok yüksek hızlı akışlarda, örneğin ses üstü akış söz konusuysa, Bernoulli denkleminde yapılan birtakım kabuller geçerliliğini yitirir ve ölçüm yapılamaz. Tüpün önünde toplam basıncı değiştirecek bir şok dalgası oluşur. Bu sebeple ses-üstü uçaklarda Pitot tüpüyle hız ölçümü yapılırken şok dalgası için birtakım düzeltmeler yapılması gerekir.
  • Ayrıca Pitot tüpünün kanallarında meydana gelebilecek her türlü daralma ve tıkanmalar yanlış ölçümlere sebep olacağı için oldukça tehlikeli olabilmektedir. Özellikle de soğuk iklim şartları nedeniyle tüp içinde buzlanma oluştuğu durumlarda tüpün ısıtılması gibi yöntemlere başvurulmaktadır. Bu Pitot tüpü ısıtıcılarının arızalanması gibi durumlarda çok büyük felaketlere yol açabilmektedir.
  • Pitot tüpünün uçak üzerinde yerleştirileceği yüzey de uçak etrafında oluşan türbülanstan mümkün olduğu kadar az etkilenecek bir yüzey olmalıdır. Bu yüzden genellikle gövde veya kuyruk kısmı tercih edilir, kanatlarda olması istenmez.

 

10 Ekim 1997’de Arjantinli havayolu şirketi Austral’a ait Douglas DC-9 yolcu uçağı Uruguay’da düşmüş ve kazada 74 yolcu ve tüm mürettebat hayatını kaybetmiştir. Yapılan incelemelerde kazanın Pitot tüpünde oluşan buzlanmadan kaynaklandığı ortaya çıkmıştır. Buzlanan Pitot tüpü uçağın hızını olduğundan az göstermiş ve uçağın tehlikeli alt hız limitinin altına inmesine engel olmak isteyen pilotlar da motor güzcünü arttırmışlardır. Oysa bu esnada uçak tam aksine tehlikeli üst hız limitlerine ulaşmış durumdadır ve kanatların hücum kenarındaki hareketli kumanda yüzeyi yukarıya doğru yönlendirilince bu yüksek hıza dayanamayarak kırılmıştır ve sonuç olarak uçak dengesini kaybederek hızla düşmüştür. Hatta bu düşüş sırasında Pitot tüpünden kokpite gelen hız bilgisinin 3 saniye gibi kısa bir süre içinde 300 km/saat’ten 800 km/saate çıkması da böyle bir hız değişiminin fiziksel olarak mümkün olmaması sebebiyle Pitot tüpünün içindeki buzlanmanın çözülmesinden kaynaklandığı anlaşılmıştır.

Pitot Statik Sistemi: Pitot statik sistemi havacılıkta uçağın hızına ek olarak Mach sayısı ve rakımı da ölçmek amacıyla kullanılan bir sistemdir. Bu sistem, uçağa etki eden kuvvetleri, uçağın içinde hareket ettiği akışkanın yani havanın sıcaklığı, basıncı, yoğunluğu ve viskozitesi cinsinden ifade eder. Bu sistem kokpitteki ana bilgisayar, kara kutu olarak bildiğimiz uçuş veri kaydedicisi, rakım enkoderleri ve kabin basınçlandırıcı sistemlerle bağlantı halindedir. Aşağıdaki şekilde Pitot statik sitemine ait şematik bir görünüşe yer verilmiştir

Kokpit göstergeleri:

Günümüz uçaklarının kokpitlerinde pilotlara uçak ve çevre koşullarıyla ilgili çok çeşitli bilgileri ileten ve pilotların uçak üzerinde gerekli kontrolleri yapmalarına olanak sağlayan göstergeler ve kumanda kolları bulunmaktadır. Ancak bu göstergeler arasında olmazsa olmaz diyebileceğimiz 6 tane temel gösterge bulunmaktadır. Bunlar hava hızı göstergesi, durum göstergesi, düşey hız göstergesi, rakım göstergesi, yönsel jiroskop diğer bir deyişle pusula ve dönüş-yatış göstergesidir.

Bunlardan ilki olan hava hızı göstergesi yukarıda bahsedilen Pitot tüpünün çıkışından alınan basıncın bir diyaframa iletilmesi ile aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir mekanizmanın harekete geçirilmesi sonucu çalışmaktadır.

Diğer bir temel kokpit göstergesi de Attitude indicator olarak bilinen ve uçağın havadaki oryantasyonu hakkında bilgi veren göstergedir. Jiroskoptan aldığı bilgiye göre uçağın pitch ve roll olarak bilinen yani öne-arkaya ve sağa-sola doğru yatıklık miktarı hakkında bilgi verir. Bu pozisyon göstergeleri bir elektrik motoru veya vakum pompasıyla tahrik edilen bir jiroskop kullanırlar. Bu göstergeler belli açı değerleri arasında gerçek konumu gösterebilmekle beraber ani pozisyon değişmelerinde yanlış bilgi verebilirler ve eğer konum sıfırlayıcı mekanizmaları yoksa olması gereken değere dönmeleri biraz zaman alacağından yanıltıcı olabilirler.

En önemli göstergelerden biri de düşey hız göstergesi bir diğer adıyla varyometredir. Bu göstergenin amacı uçağın yükselme miktarı hakkında bilgi vermektir.

Altimetre: Pilota uçağın irtifasını yani yerden yüksekliğini gösterir. Kimi  altimetreler radarı kullanırken kimisi Pitot tüpünden gelen statik basınç değerini kullanır. Yükseklere çıkıldıkça hava basıncı azalır, altimetre çevredeki hava basıncı değerinden yararlanarak uçağın yüksekliğini hesaplayabilir.

ilkay Meşeli Hakkında