L'indicatore di velocità nell'abitacolo mostra la velocità indicata . La velocità indicata è solitamente diversa dalla velocità GPS, a causa del vento e degli effetti aerodinamici.
La velocità GPS è la tua velocità rispetto al suolo. Se sei in piedi sulla terraferma, legge 0. Se indica 100 nodi, in un'ora sarai a 100 NM da dove ti trovi ora, purché continui a volare in linea retta.
La velocità è la velocità del velivolo rispetto all'aria circostante. Quindi, se ti trovi sulla terraferma con 20 nodi di vento in faccia, la tua velocità sarà di 20 nodi. Se viaggi a una velocità di 100 nodi contro un vento contrario di 20 nodi, la tua velocità al suolo è di 80 nodi. Se fai 100 nodi di velocità con 20 nodi di vento in coda, la tua velocità GPS sarà di 120 nodi.
Ma anche in condizioni di vento calmo l'indicatore di velocità sarà letto in modo diverso dalla velocità GPS. Questo ha a che fare con il modo in cui viene misurata la velocità.
La velocità è misurata con un tubo di Pitot. Un tubo di Pitot ha due porte di misurazione della pressione. Uno che misura la pressione totale $ P_t $. Questa porta è rivolta verso il flusso d'aria in entrata. L'altro misura la pressione statica $ P $ ed è posto perpendicolare al flusso d'aria. La differenza tra le due pressioni è chiamata pressione di impatto (aumento di pressione dovuto al flusso d'aria che colpisce il tubo di Pitot) ed è indicata con $ q_c $.
La pressione di impatto è correlata alla velocità del flusso d'aria nel tubo di Pitot è esposto a. Se il flusso è considerato incomprimibile (che è un'approssimazione accettabile per velocità fino a 200 nodi) la pressione d'impatto può essere derivata dall'equazione di Bernouilli.
$ q_c = \ frac {1} {2} \ rho V ^ 2 $
- $ q_c $ è la pressione di impatto in Pa
- $ \ rho $ è la densità in kg / m 3
- $ V $ è la vera velocità relativa in m / s
L'indicatore di velocità è calibrato per condizioni standard a livello del mare, dove $ \ rho $ è 1.225 kg / m 3 . In realtà l'aereo volerà in quota e quindi la densità effettiva dell'aria è inferiore. Pertanto anche la velocità indicata sarà inferiore. Ad esempio, se un aereo vola a 75 m / s (circa 146 nodi) a 6000 piedi, la densità sarà 1,02393 kg / m 3 .
$ q_c = \ frac {1} {2} 1.02393 \ cdot 75 ^ 2 = 2879.8 \ textrm {Pa} $
La velocità equivalente a livello del mare per lo stesso $ q_c $ è:
$ V_ {EAS} = \ sqrt {\ frac {2 q_c} {\ rho_0}} = \ sqrt {\ frac {2 \ cdot 2879.8} {1.225}} = 68.6 \ textrm {m / s} $
Il tuo indicatore di velocità leggerà solo 68,6 m / s (133 nodi) nonostante ti muovi a 75 m / s (146 nodi) rispetto all'aria.
La conversione della velocità relativa reale alla velocità relativa equivalente può essere eseguita direttamente da:
$ V_ {EAS} = V \ cdot \ sqrt {\ frac {\ rho} {\ rho_0}} $
- $ V_ {EAS} $ velocità equivalente (m / s)
- $ V $ velocità reale (m / s)
- $ \ rho $ densità effettiva dell'aria (kg / m 3 ).
- $ \ rho_0 $ densità alle condizioni standard del livello del mare (1.225 kg / m 3 )
Gli effetti della densità inferiore sul tuo l'indicatore di velocità diventa più pronunciato man mano che si sale. Una volta che si va a una velocità superiore a circa 100 m / s, gli effetti della compressibilità non possono più essere ignorati e quanto sopra non si applica più. Gli indicatori di velocità relativa sono corretti per gli effetti della compressibilità e quindi non utilizzano la velocità relativa equivalente ma invece usano velocità dell'aria calibrata per la calibrazione.
$ V_ {CAS} = a_ {0} \ sqrt {5 \ left [\ left (\ frac {q_c} {P_ {0}} + 1 \ right) ^ \ frac {2} { 7} -1 \ right]} $
- $ V_ {CAS} $ è la velocità calibrata
- $ a_ {0} $ è la velocità del suono sotto il livello del mare standard condizioni (340,3 m / s)
- $ P_0 $ è la pressione statica dell'aria in condizioni standard a livello del mare (101325 Pa)
- $ {q_c} $ è la pressione d'impatto
La pressione di impatto è anche un po 'più complessa per il flusso comprimibile:
$ \; q_c = P \ left [\ left (1 + 0.2 M ^ 2 \ right) ^ \ tfrac {7} {2} -1 \ right] $
- $ P $ la pressione statica
- $ M $ il numero di Mach
Efficacemente , maggiore è la velocità e maggiore è la differenza tra la velocità indicata e la velocità reale. Ad esempio, Mach 0,8 a 40000 piedi in assenza di vento risulterà in una velocità GPS di 489 nodi , ma una velocità calibrata di soli 242 nodi , che è meno della metà.
Pertanto ad altitudini e velocità elevate, la velocità relativa indicata sarà inferiore alla velocità al suolo / velocità GPS, a meno che non si abbia un vento contrario estremo.