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ピトー管とは?

ピトー管が測るもの

ピトー管について調べると「飛行機の速度を測る装置」と書かれていることがありますが、正確に言うと速度を直接測っている訳ではありません。
ピトー管は、気体や液体などの流体の総圧 を計測する装置です。
総圧だけでなく静圧も測れるタイプも有り、そちらはピトー静圧管と呼ばれます。

総圧とは、「静圧(静止した状態での流体そのものの圧力)」と「動圧(流体の運動エネルギーを圧力の単位で表したもの)」との和です。
これらの圧力値を用いて流体の速度を求めることができるのです。

発明当初は流れる水や船の速度を、飛行機が発明されてからは飛行機の速度を知るのにピトー管は用いられてきました。
航空機用ピトー管の計測対象の流体は、機体の進行方向から後方へ向かって流れる空気です。写真にあるように、一般的には機首に近いところに、管の開口部を進行方向へ向けて取り付けられています。

ピトー管(右上円内)と旅客機上の搭載位置例

ピトー管(黄色い円内)と旅客機上の搭載位置例。
赤いタグのぶら下がったカバーは、開口部から
虫など異物が入るのを防ぐため駐機中に付ける。

飛行機の「速度」

速度は迎角(気流に対する翼の角度)と並んで飛行機が揚力を得るのに必要な重要要素です。飛行機の速度が速いほど揚力は増します。

ここでいう「飛行機の速度」とは、地上を走る乗り物の速度計に表示される「対速度(単位時間あたりに地面の上をどれだけの距離進んだか)」とは異なり、空気と飛行機との相対速度である「対速度」を指します。
たとえば「離陸速度300km/h」という飛行機があったとします。この飛行機が対速度300km/hで滑走路を走っても、10km/hの追い風(=風速約2.8m/s)が吹いていると、相対速度である対速度は290km/hにしかならないため離陸できません。逆に10km/hの向かい風なら、対速度が290km/hに達した時点で対速度は300km/hになり、飛行機は宙に浮き上がります。

対気速度は「ベルヌーイの定理」によって気流の動圧から求めることができます。ですが動圧そのものを測ることは不可能なため、ピトー管で総圧を、機体側面に空いた静圧孔で静圧を(またはピトー静圧管で総圧・静圧の両方を)計測し、そこから動圧、ひいては対気速度を算出するのです。
ピトー管を用いた動圧、対気速度算出イメージ

※1 速度計が対気速度を測るメカニズムについてはこちらをご参照ください。

※2 ADCは対気速度の他にマッハ数や高度、外気温など各種エアデータを計算しています。

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