Зміст
- Рівняння сили підйому
- Виведення рівняння ліфтів
- Інші види використання коефіцієнта підйому
- Калькулятор рівнянь та коефіцієнта піднімання
Незалежно від того, чи вивчаєте ви політ птахів, які б'ють крилами, щоб піднятися в небо, або підняття газу з димоходу в атмосферу, ви можете вивчити, як предмети піднімаються проти сили тяжіння, щоб краще дізнатися про ці методи "польоту". "
Для літального обладнання та безпілотників, які летять по повітрю, політ залежить від подолання сили тяжіння, а також обліку сили повітря проти цих об'єктів з тих пір, як брати Райт винайшли літак. Обчислення сили підйому може підказати, скільки сили потрібно для цих предметів у повітрі.
Рівняння сили підйому
Об'єкти, що літають по повітрю, повинні мати справу з силою повітря, що чиниться на себе. Коли об’єкт рухається вперед по повітрю, сила тягування - це частина сили, яка діє паралельно потоку руху. Підйом, навпаки, - це частина сили, яка перпендикулярна потоку повітря чи іншого газу або рідини проти об'єкта.
Рукотворні літаки, такі як ракети або літаки, використовують рівняння сили підйому L = (CL ρ v2 А) / 2 для сили підйому L, коефіцієнт підйому СL, щільність матеріалу навколо об'єкта ρ ("rho"), швидкість v і область крила А. Коефіцієнт підйому підсумовує вплив різних сил на повітряний об'єкт, включаючи в'язкість і стисливість повітря та кут корпусу відносно потоку, що робить рівняння для розрахунку підйому набагато простішим.
Вчені та інженери зазвичай визначають СL експериментально вимірюючи значення сили підйому і порівнюючи їх зі швидкістю об єктів, площею розмаху крил та щільністю рідкого або газового матеріалу, в який занурюється об'єкт. Складання графіку підйому проти кількості (ρ v2 А) / 2 дасть вам рядок або набір точок даних, які можна помножити на СL визначити силу підйому в рівнянні сили підйому.
Більш досконалі обчислювальні методи дозволяють визначити більш точні значення коефіцієнта підйому. Однак існують теоретичні способи визначення коефіцієнта підйому. Щоб зрозуміти цю частину рівняння сили підйомної сили, ви можете подивитися деривацію формули сили підйому і як обчислюється коефіцієнт сили підйому в результаті цих повітряних сил на об'єкт, який зазнає підйому.
Виведення рівняння ліфтів
Для обліку безлічі сил, які впливають на предмет, що летить повітрям, можна визначити коефіцієнт підйому СL як СL = L / (qS) для сили підйому L, область поверхні S і динамічний тиск рідини q, зазвичай вимірюється в пасажирах. Ви можете перетворити динамічний тиск рідини у його формулу q = ρu2/ 2 дістати СL = 2L / ρu2S в якій ρ - щільність рідини і у - швидкість потоку. З цього рівняння ви можете його переставити, щоб отримати рівняння сили підйому L = CL ρu2S / 2.
Цей динамічний тиск рідини та площа поверхні, що контактують з повітрям або рідиною, також сильно залежать від геометрії повітряного об'єкта.Для об'єкта, який може бути наближений до циліндра, такого як літак, сила повинна випромінюватися назовні від тіла об'єкта. Площа поверхні, таким чином, була б окружність циліндричного тіла в рази вище висоти або довжини предмета, що дає вам S = C x h.
Ви також можете інтерпретувати площу поверхні як добуток товщини, кількість площі, поділену на довжину, т , таким чином, що при множенні товщини на висоту або довжину предмета ви отримуєте площу поверхні. В цьому випадку S = t x h.
Співвідношення між цими змінними площі поверхні дозволяє графічно або експериментально виміряти, наскільки вони відрізняються, щоб вивчити вплив або сили навколо окружності циліндра, або сили, що залежить від товщини матеріалу. Існують інші методи вимірювання та вивчення повітряних предметів за допомогою коефіцієнта підйому.
Інші види використання коефіцієнта підйому
Існує багато інших способів наближення коефіцієнта кривої підйому. Оскільки коефіцієнт підйому повинен містити багато різних факторів, що впливають на політ літака, ви також можете використовувати його для вимірювання кута, який може взяти літак відносно землі. Цей кут відомий як кут атаки (AOA), представлений символом α ("альфа"), і ви можете переписати коефіцієнт підйому СL = СL0 + СLαα.
З цим заходом СL що має додаткову залежність через AOA α, ви можете переписати рівняння як α = (СL + СL0) / СLα і, експериментально визначивши силу підйому для одного конкретного AOA, можна обчислити загальний коефіцієнт підйому СL. Потім ви можете спробувати виміряти різні АОА, щоб визначити, які значення СL0 і CLα найкраще відповідає _._ Це рівняння передбачає, що коефіцієнт підйому змінюється лінійно з AOA, тому можуть виникнути деякі обставини, коли більш точне рівняння коефіцієнта може відповідати кращому.
Щоб краще зрозуміти AOA на силу підйому та коефіцієнт підйому, інженери вивчали, як AOA змінює спосіб прольоту літака. Якщо графікувати коефіцієнти підйому проти AOA, ви можете обчислити додатне значення схилу, яке відоме як двовимірний нахил кривої підйому. Однак дослідження показали, що після деякого значення AOA, СL значення зменшується.
Цей максимум AOA відомий як точка зупинки, з відповідною швидкістю зупинки та максимумом СL значення. Дослідження товщини та кривизни повітряного матеріалу показало способи обчислення цих значень, коли ви знаєте геометрію та матеріал повітряного об'єкта.
Калькулятор рівнянь та коефіцієнта піднімання
NASA має онлайн-аплет, який показує, як рівняння ліфтів впливає на політ літака. Це ґрунтується на калькуляторі коефіцієнта підйому, і ви можете використовувати його для встановлення різних значень швидкості, кута, який приймає повітряний об'єкт щодо землі та площі поверхні об'єктів щодо матеріалу, що оточує літальний апарат. Аплет навіть дозволяє використовувати історичні літаки, щоб показати, як розроблялися конструктивні конструкції з 1900-х років.
Моделювання не враховує зміни ваги повітряного предмета через зміни в області крила. Щоб визначити, який вплив це могло б мати, можна зробити вимірювання різних значень поверхонь на силу підйому і обчислити зміну сили підйому, що викликали б ці поверхні. Ви також можете обчислити гравітаційну силу, яку мали б різні маси, використовуючи W = мг для ваги за рахунок гравітації W, маси m та постійної гравітаційного прискорення g (9,8 м / с2).
Ви також можете використовувати "зонд", який ви можете направляти навколо повітряних предметів, щоб показати швидкість у різних точках вздовж моделювання. Моделювання також обмежене тим, що літак наближається за допомогою плоскої пластини як швидкого, брудного розрахунку. Ви можете використовувати це для наближення рішень рівняння сили підйому.