皮托管,又名“空速管”,“風(fēng)速管”。
皮托管是測量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的一種管狀裝置。由法國H.皮托發(fā)明而得名。嚴(yán)格地說，皮托管僅測量氣流總壓，又名總壓管；同時(shí)測量總壓、靜壓的才稱風(fēng)速管，但習(xí)慣上多把風(fēng)速管稱作皮托管。皮托管的構(gòu)造如圖，頭部為半球形，后為一雙層套管。測速時(shí)頭部對(duì)準(zhǔn)來流，頭部中心處小孔（總壓孔）感受來流總壓 p 0 ，經(jīng)內(nèi)管傳送至壓力計(jì)。頭部后約3～8D處的外套管壁上均勻地開有一排孔（靜壓孔），感受來流靜壓 p ，經(jīng)外套管也傳至壓力計(jì)。對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，根據(jù)伯努利方程，風(fēng)速為 ，式中 ρ 為氣流密度。對(duì)于可壓縮流動(dòng)，測定 p 0 和 p 以后，根據(jù)能量方程可求出氣流馬赫數(shù)，進(jìn)而再求速度。但在超聲速流動(dòng)中，皮托管頭部出現(xiàn)離體激波，總壓孔感受的是波后總壓，來流靜壓也難以測準(zhǔn)，因而皮托管不再適用?？倝嚎子幸欢娣e，它所感受的是駐點(diǎn)附近的平均壓強(qiáng)，略低于總壓，靜壓孔感受的靜壓也有一定誤差，其他如制造、安裝也會(huì)有誤差，故測算流速時(shí)應(yīng)加一個(gè)修正系數(shù)ζ，即 。ζ值一般在0.98～1.05范圍內(nèi) ，在已知速度之氣流中校正或經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)皮托管校正而確定。皮托管結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，用途很廣。如飛機(jī)頭部或機(jī)翼前緣常裝設(shè)皮托管，測量相對(duì)空氣的飛行速度，又稱空速管。
空速管也叫氣流方向傳感器或流向角感應(yīng)器，與精密電位計(jì)（或同步機(jī)或解析器）連接在一起，提供出一個(gè)表示相對(duì)于大氣數(shù)據(jù)桁架縱軸的空氣流方向的電信號(hào)。
空速管是飛機(jī)上極為重要的測量工具。它的安裝位置一定要在飛機(jī)外面氣流較少受到飛機(jī)影響的區(qū)域，一般在機(jī)頭正前方，垂尾或翼尖前方。同時(shí)為了保險(xiǎn)起見，一架飛機(jī)通常安裝2副以上空速管。有的飛機(jī)在機(jī)身兩側(cè)有2根小的空速管。美國隱身戰(zhàn)斗機(jī)F-117在機(jī)頭前方安裝了4根全向大氣數(shù)據(jù)探管，因此該機(jī)不但可以測大氣動(dòng)壓、靜壓，而且還可以測量飛機(jī)的側(cè)滑角和迎角。有的飛機(jī)上的空速管外側(cè)還裝有幾片小葉片，也可以起到類似作用；垂直安裝的用來測量飛機(jī)側(cè)滑角，水平安裝的葉片可測量飛機(jī)迎角，為了防止空速管前端小孔在飛行中結(jié)冰堵塞，一般飛機(jī)上的空速管都有電加溫裝置。。
空速管測量飛機(jī)速度的原理是這樣的，當(dāng)飛機(jī)向前飛行時(shí)，氣流便沖進(jìn)空速管，在管子末端的感應(yīng)器會(huì)感受到氣流的沖擊力量，即動(dòng)壓。飛機(jī)飛得越快，動(dòng)壓就越大。如果將空氣靜止時(shí)的壓力即靜壓和動(dòng)壓相比就可以知道沖進(jìn)來的空氣有多快，也就是飛機(jī)飛得有多快。比較兩種壓力的工具是一個(gè)用上下兩片很薄的金屬片制成的表面帶波紋的空心圓形盒子，稱為膜盒。這盒子是密封的，但有一根管子與空速管相連。如果飛機(jī)速度快，動(dòng)壓便增大，膜盒內(nèi)壓力增加，膜盒會(huì)鼓起來。用一個(gè)由小杠桿和齒輪等組成的裝置可以將膜盒的變形測量出來并用指針顯示，這就是簡單的飛機(jī)空速表。
現(xiàn)代的空速管除了正前方開孔外，還在管的四周開有很多小孔，并用另一根管子通到空速表內(nèi)來測量靜止大氣壓力，這一壓力稱靜壓?？账俦韮?nèi)膜盒的變形大小就是由膜盒外的靜壓與膜盒內(nèi)動(dòng)壓的差別決定的。
空速管測量出來的靜壓還可以用來作為高度表的計(jì)算參數(shù)。如果膜盒*密封，里面的壓力始終保持相當(dāng)于地面空氣的壓力。這樣當(dāng)飛機(jī)飛到空中，高度增加，空速管測得的靜壓下降，膜盒便會(huì)鼓起來，測量膜盒的變形即可測得飛機(jī)高度。這種高度表稱為氣壓式高度表。
利用空速管測得的靜壓還可以制成"升降速度表"，即測量飛機(jī)高度變化快慢(爬升率)。表內(nèi)也有一個(gè)膜盒，不過膜盒內(nèi)的壓力不是根據(jù)空速管測得的動(dòng)壓而是通過專門一根在出口處開有一小孔的管子測得的。這根管子上的小孔大小是特別設(shè)計(jì)的，用來限制膜盒內(nèi)氣壓變化的快慢。如果飛機(jī)上升很快，膜盒內(nèi)的氣壓受小孔的制約不能很快下降，而膜盒外的氣壓由于有直通空速管上的靜壓孔，可以很快達(dá)到相當(dāng)于外面大氣的壓力，于是膜盒鼓起來。測量膜盒的變形大小即可算出飛機(jī)上升的快慢。飛機(jī)下降時(shí)，情況正相反。膜盒外壓力急速增加，而膜盒內(nèi)的氣壓只能緩慢升高，于是膜盒下陷，帶動(dòng)指針，顯示負(fù)爬升率，即下降速率。飛機(jī)平飛后，膜盒內(nèi)外氣壓逐漸相等，膜盒恢復(fù)正常形狀，升降速度表指示為零。
空速管測量出來的速度并非是飛機(jī)真正相對(duì)于地面的速度，而只是相對(duì)于大氣的速度，所以稱為空速。如果有風(fēng)，飛機(jī)相對(duì)地面的速度(稱地速)還應(yīng)加上風(fēng)速(順風(fēng)飛行)或減去風(fēng)速(逆風(fēng)飛行)。另外空速管測速原理利用到動(dòng)壓，而動(dòng)壓和大氣密度有關(guān)。同樣的相對(duì)氣流速度，如果大氣密度低，動(dòng)壓便小，空速表中的膜盒變形就小。所以相同的空速，在高空指示值比在低空小。這種空速一般稱為"表速"?，F(xiàn)代的空速表上都有兩根指針，一根比較細(xì)，一根比較寬。寬的指針指示"表速"，而細(xì)的一根指示的是經(jīng)過各種修正的相當(dāng)于地面大氣壓力時(shí)的空速，稱為 "實(shí)速"。
皮托管除了用來測量飛機(jī)速度，同時(shí)還兼具其他多種功能。在科研、生產(chǎn)、教學(xué)、環(huán)境保護(hù)以及隧道、礦井通風(fēng)、能源管理部門，常用皮托管測量通風(fēng)管道、工業(yè)管道、爐窯煙道內(nèi)的氣流速度，經(jīng)過換算來確定流量，也可測量管道內(nèi)的水流速度。用皮托管測速和確定流量，有可靠的理論根據(jù)，使用方便、準(zhǔn)確，是一種經(jīng)典的廣泛的測量方法。此外，它還可用來測量流體的壓力。
