2025年空速管工作原理探究实验装置设计.pdfVIP

天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》

空速管工作原理探究实验装置设计

摘要：空速管是基于伯努利原理的飞行速度测量工具是飞机上极为重要

的测量工具，广泛应用在各型航空飞行器上。为了帮助学员快速理解空速管工作

原理及其测量精度影响因素，提高学员对航空装备的兴趣和爱好，提升实践教学

效果。本项目提出一种使用U型管测量风速的方法，并且制作相应的空速管工作

原理探究实验装置。

关键词：空速管实验装置伯努利原理

1

一、空速管工作原理

空速管是飞机飞行速度的测量工具，其工作的核心原理是伯努利方程。

（一）伯努利方程

伯努利方程的实质是流体中的机械能守恒，即空气在流动过程中动能和势能

的相互转化是守恒的，当假设空气无粘性不可压且忽略重力势能时，可写成

(1)

PρVP

式中：为空气的静压；为空气的密度；为气流的速度；*为空气的总

PρVP

压。即空气在流动过程中总压*不变，动压1/22和静压可以相互转化。

（二）基于伯努利方程测量风速的原理

根据简化后的伯努利方程，可以获得飞行速度V的计算公式为

(2)

饭疏食，饮水，曲肱而枕之，乐亦在其中矣。不义而富且贵，于我如浮云。——《论语》

由此可知，如果能够测得空气总压与静压的差值ΔP以及空气密度ρ，就可

以计算获得飞行速度。

基于这一原理设计的空速管装置如图1所示，管上有两种孔，侧壁上一排孔

叫静压孔，用于感受大气静压P；空速管前端的孔叫全压孔，用来感受总压P*；

H

再通过查表获得大气密度就可以进一步获得飞行速度。

图1空速管装置示意图

（三）空速管测量精度影响因素分析

伯努利方程的适用条件是非常苛刻的，它是理想、一维定常、无粘性、不可

压的流体沿流线的表达式，简化后的伯努利方程还要求重力势能可以忽略，这些

条件一旦被破坏，伯努利方程不成立，那么基于伯努利方程测速的空速管所获得

的结果也就是不准确的了。当然实际的空气在流动时，是基本上无法满足理想、

一维定常、无粘性、不可压这三个条件的，只在一些特定情形下才满足，比如飞

机飞行状态比较稳定时，可近似认为是一维定常流动，飞行速度小于0.3马赫时，

认为气体不可压。基于以上分析，在使用空速管测量风速时应当注意：

（1）读取数值时，气流应当稳定；

（2）静压孔与全压孔应保持适当位置，减弱全压孔处的扰流对静压孔产生

影响。

二、实验方案设计及实验实施过程

1.实验方案设计

本实验方案的重点是要测量总压和静压，为此准备实验器材：试验台，铁架

台，鼓风机，风速仪，直尺，温度湿度计，硅胶透明软管。其中：

以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。——《管子》

1）鼓风机用于产生稳定的气流，共五档，档位越高风速越大。

2）风速仪直接测量风速。

3）U型压力计内装液体，感受总压和静压差，最终反应为左右液面差。