■张宇宁

2009年6月1日，法国航空的447号航班不幸在巴西附近岛屿坠毁，机上216名乘客及12名机组人员全部罹难。该空难的最终调查报告显示，飞机遇难的罪魁祸首是测量飞机速度的皮托管在飞行过程中被飞机所结的冰堵塞，使该飞机无法准确地测量其当时的飞行速度，并由此导致了自动驾驶系统关闭和机组人员应对操作失误等一系列事故，造成飞机失速并迅速坠落从而酿成空难。由此可见，皮托管是保障飞机安全的重要测量设备。

皮托管最早是由法国知名工程师亨利·皮托于1732年发明。在皮托所处的时代，广为流传的关于流体速度方面的知识中包含着很多错误的认识，因此迫切需要对此进行纠正。当时，皮托受命测量法国著名的塞纳河河水的流速，在此过程中他发明了皮托管用于测量该河流中流体的流速。1858年，帕尔·达西对皮托管进行了重要的改进并沿用至今。

在皮托管的正中，有一个被称为总压孔的小孔，用于测量流体的总压。侧面分布着若干个静压孔，用于测量流体相应位置的静压。早期的皮托管只负责测量总压，因此又被称为总压管，而静压的测量是与总压分开进行的。后续为了方便使用，将静压和总压的测量整合到了一起，形成了完整的速度测量使用的现代皮托管。根据皮托管测量得到的总压和静压，基于流体的密度便可以准确地计算出流体的速度。

值得注意的是，皮托管测量得到的速度是流体中某个点的瞬时速度，而不是部分流体的平均速度。当采用皮托管测量空气等气体时，需要对其测量理论进行若干必要的修正。另外，对于飞机等运动的物体，由皮托管测量得到的速度是飞机与大气的相对速度。如果想要知道飞机相对地面的速度，需要在皮托管测得的速度的基础上对风速进行修正。

皮托管结构简单、测量准确，百余年以来一直被广泛应用。实际上，大部分飞机都有2—4套皮托管测速系统，一方面可以互为备份，防止某个皮托管意外失灵的情况，另一方面也可以方便系统对所测得的速度进行互相校对。绝大部分飞机用的皮托管测速系统均具有加热功能，防止结冰所造成的堵塞等等。

在对飞行员进行培训之时，一般会模拟皮托管失效的情形。一旦皮托管无法正常工作，则飞机的驾驶系统便失去了飞机当前速度的有效数据，进而影响系统对飞机当前的其他状态参数的判定。此时，自动驾驶系统的部分功能可能无法正常运转，飞行员需要及时地手动干预并迅速进行处置。

在地面上，当我们开的轿车上面的速度表坏了之时，可以找个适当的地方停下来看一看，或者至少通过观察窗外的景色和其他车辆初步判定当前的时速。而在万米高空，边上全部是茫茫云海，参照物全无。因此，一旦飞机皮托管失灵，系统失去了有效的速度数据，飞行员急需对当前的危机进行准确的判断和快速的处理。

从皮托管的故事中，本科生可以体会以下几点。

基本概念。皮托管是1732年发明的，虽然几经改进，但其基本的原理并没有太大变化。关于皮托管的原理，在大部分工科流体力学相关的课程中都会有所介绍。在本科阶段，同学们需要扎实地掌握专业领域内的重要概念和基本原理。

培养兴趣。由本文可见，即使是流体力学课程中的一个关于皮托管的知识点便可以引出很多东西，包括流体测速、飞机设计、航空灾难等等。通过对所学知识形成的历史背景、重要节点、核心进展等的深入了解和挖掘，本科生可以很大程度上加深对于科学的理解和热爱，并逐步培养个人对所学专业的兴趣。

重视积累。随着网络的日益发达，知识的获取渠道越来越多。对于课上感兴趣的知识点，本科生可以举一反三，查找相关资料，这些知识的积累便是本科生厚积薄发的关键。

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