Prędkość samolotu – jak jest mierzona?

Zaskakujące może być stwierdzenie, że prędkościomierz w samolocie to tak naprawdę ciśnieniomierz wyskalowany w węzłach. Jego działanie opiera się na zasadzie pomiaru różnicy ciśnień: całkowitego i statycznego.

• Ciśnienie całkowite: to ciśnienie powietrza napierającego na obiekt poruszający się w powietrzu (w tym przypadku na samolot).
• Ciśnienie statyczne: to ciśnienie panujące w otoczeniu, czyli ciśnienie powietrza, które nie jest zaburzone przez ruch obiektu.

Różnica między tymi dwoma ciśnieniami nazywa się ciśnieniem dynamicznym. To właśnie ciśnienie dynamiczne jest bezpośrednio związane z szybkością samolotu. Im jest większa, tym większe ciśnienie dynamiczne.

Rurka Pitota to urządzenie, które umożliwia pomiar ciśnienia całkowitego. Jest to prosta rurka skierowana w kierunku lotu samolotu, z otworem na końcu. Ciśnienie statyczne jest natomiast mierzone za pomocą otworów umieszczonych na bokach kadłuba samolotu.

Podstawowe równanie pozwalające zrozumieć, jak działa wskaźnik szybkości w samolocie, to:

q=½ ​ρV²

gdzie:

• ρ to gęstość powietrza,
• V to prędkość samolotu względem powietrza.

Z powyższego wzoru wynika, że ciśnienie dynamiczne zależy nie tylko od tempa poruszania się obiektu, ale również od gęstości powietrza.

Na większych wysokościach gęstość powietrza jest mniejsza. Aby uzyskać takie samo ciśnienie dynamiczne (a co za tym idzie, taką samą siłę nośną), samolot musi lecieć szybciej.

• IAS (Indicated Airspeed) – szybkość wskazywana przez prędkościomierz w samolocie, zależna od ciśnienia dynamicznego.
• TAS (True Airspeed) – rzeczywista prędkość maszyny względem powietrza, uwzględniająca zmiany gęstości powietrza na dużych wysokościach.
• GS (Ground Speed) – tempo przemieszczania się statku powietrznego względem ziemi, uzależniona od mocy wiatru i kierunku lotu.

W dużych samolotach GS jest obliczana przez systemy nawigacji bezwładnościowej (IRS), które wykorzystują żyroskopy i akcelerometry. GPS służy jedynie do aktualizacji danych IRS.  Piloci w komunikacji z pasażerami zazwyczaj podają GS lub TAS.

Zmienia się ona w zależności od wysokości i temperatury. Na dużych wysokościach, gdzie temperatura jest niższa, prędkość dźwięku również maleje. Samoloty pasażerskie nie mogą się do niej zbliżyć zbyt blisko(osiągają 0,8-0,9 Macha), gdyż na niektórych częściach skrzydła mogłyby powstawać lokalne prędkości ponaddźwiękowe, co powoduje powstawanie fal uderzeniowych, utratę siły nośnej i niestabilność lotu.

Chociaż nowoczesne systemy nawigacyjne dostarczają coraz więcej precyzyjnych danych, to nadal to prędkościomierz ciśnieniowy pozostaje podstawowym instrumentem pilota, zapewniającym bezpośrednią informację o szybkości względem powietrza i tym samym o bezpieczeństwie lotu.