Ükskõik, kas uurite lindude lendu, kes taevasse tõusmiseks peksavad tiibu, või gaasi tõusmist korstnast sisse atmosfääri, saate uurida, kuidas objektid tõstavad end raskusjõu vastu, et neid meetodeid paremini tundma õppida "lend".
Õhu kaudu hõljuvate lennukiseadmete ja droonide puhul sõltub lend ka raskusjõu ületamisest nende objektide õhutugevuse arvestus sellest ajast, kui vennad Wrightid leiutasid lennuk. Tõstejõu arvutamine võib öelda, kui palju jõudu on vaja nende objektide õhku saatmiseks.
Tõstejõu võrrand
Õhu kaudu lendavad objektid peavad toime tulema enda vastu avaldatava õhujõuga. Kui objekt liigub läbi õhu edasi, on tõmbejõud jõu osa, mis toimib liikumisvooluga paralleelselt. Tõstuk on seevastu jõu osa, mis on risti õhu või muu gaasi või vedeliku vooluga objekti vastu.
Inimtekkelised lennukid, näiteks raketid või lennukid, kasutavad tõstejõu võrrandit
L = \ frac {C_L \ rho v ^ 2 A} {2}
tõstejõu jaoksL, tõstetegurCL, materjali tihedus objekti ümberρ("rho"), kiirusvja tiiva pindalaA
Teadlased ja insenerid määravad tavaliselt kindlaksCLeksperimentaalselt, mõõtes tõstejõu väärtusi ja võrreldes neid objekti kiiruse, tiibade siruulatuse pindala ning vedeliku või gaasi materjali tihedusega, millesse objekt on sukeldatud. Graafiku tegemine tõusust vs. kogus (ρ v2 A) / 2annaks teile rea või andmepunktide komplekti, mida saab korrutadaCLtõstejõu määramiseks tõstejõu võrrandis.
Täpsemad arvutusmeetodid võimaldavad täpsustada tõsteteguri väärtusi. Tõsteteguri määramiseks on siiski teoreetilisi viise. Tõstejõu võrrandi selle osa mõistmiseks võite vaadata tõstejõu valemi tuletamist ja kuidas arvutatakse tõstejõu koefitsient nende õhus levivate jõudude tagajärjel objektil, mis kogeb lifti.
Tõstevõrrandi tuletamine
Et arvestada arvukate jõududega, mis mõjutavad läbi õhu lendavat objekti, saate määratleda tõste koefitsiendiCL as
C_L = \ frac {L} {qS}
tõstejõu jaoksL, pindalaSja vedeliku dünaamiline rõhkq, tavaliselt mõõdetakse paskalites. Vedeliku dünaamilise rõhu saate teisendada selle valemiks
q = \ frac {\ rho u ^ 2} {2}
saada
C_L = \ frac {2L} {\ rho u ^ 2 S}
millesρon vedeliku tihedus jauon voolukiirus. Sellest võrrandist saate seda ümber tõsta, et tuletada tõstejõu võrrand.
See dünaamiline vedeliku rõhk ja õhu või vedelikuga kokkupuutuv pindala sõltuvad suuresti ka õhus oleva objekti geomeetriast. Objekti puhul, mida võib lähendada silindrina, näiteks lennuk, peaks jõud ulatuma objekti kerest väljapoole. Pindala oleks siis silindrikujulise keha ümbermõõt korrutatud objekti kõrguse või pikkusega, mis annab teileS = C x h.
Võite ka pindala tõlgendada paksuse korrutisena, pindala suuruse jagatuna pikkusega,t, nii et kui korrutada paksus korda objekti kõrgus või pikkus, saad pindala. Sel juhulS = t x h.
Nende pindala muutujate suhe võimaldab teil uurida või graafiliselt mõõta nende erinevust kas silindri ümbermõõdu ümber mõjuva jõu või selle paksusest sõltuva jõu mõju materjal. Olemas on ka teisi meetodeid õhus olevate objektide mõõtmiseks ja uurimiseks, kasutades tõstekoefitsienti.
Tõsteteguri muud kasutusalad
Tõstekõvera koefitsiendi lähendamiseks on palju muid võimalusi. Kuna tõstekoefitsient peab sisaldama palju erinevaid õhusõiduki lendu mõjutavaid tegureid, saate seda kasutada ka nurga mõõtmiseks, mida lennuk võib maapinna suhtes võtta. Seda nurka nimetatakse rünnakunurgaks (AOA), mida tähistabα("alfa") ja saate uuesti koefitsiendi kirjutada
C_L = C_ {LO} + C_ {L \ alpha} \ alfa
Selle mõõdugaCLmillel on AOA α tõttu täiendav sõltuvus, võite võrrandi uuesti kirjutada järgmiselt
\ alpha = \ frac {C_L + C_ {LO}} {C_ {L \ alpha}}
ja pärast ühe konkreetse AOA tõstejõu eksperimentaalset määramist saate arvutada üldise tõsteteguri CL. Seejärel võite proovida mõõta erinevaid AOA-sid, et määrata, milliste väärtuste väärtus onCL0jaCLα sobiks kõige paremini.See võrrand eeldab, et tõste koefitsient muutub lineaarselt AOA-ga, seega võib esineda mõningaid olukordi, kus täpsem koefitsiendi võrrand sobib paremini.
Selleks, et paremini mõista AOA tõstejõudu ja tõstetegurit, on insenerid uurinud, kuidas AOA muudab lennuki viisi. Kui koostate AOA suhtes tõstekoefitsiendid, saate arvutada nõlva positiivse väärtuse, mida tuntakse kahemõõtmelise tõstekõvera nõlvana. Uuringud on siiski näidanud, et pärast mõningast AOA väärtust onCL väärtus väheneb.
Seda maksimaalset AOA nimetatakse seiskumispunktiks, millel on vastav seiskumiskiirus ja maksimumCLväärtus. Õhusõiduki materjali paksuse ja kumeruse uuringud on näidanud nende väärtuste arvutamise viise, kui teate õhus oleva objekti geomeetriat ja materjali.
Võrrand ja tõsteteguri kalkulaator
NASA-l on Interneti-aplet, mis näitab, kuidas lifti võrrand mõjutab lennukilendu. See põhineb tõste koefitsiendi kalkulaatoril ja selle abil saate seada erinevaid kiiruse, nurga väärtusi, mida õhus levib objekt võtab arvesse maapinda ja pinda, mis objektidel on lennukit ümbritseva materjali suhtes. Aplet võimaldab teil isegi ajaloolisi lennukeid kasutada, et näidata, kuidas inseneridisainid on alates 1900. aastatest arenenud.
Simulatsioon ei arvesta õhus oleva objekti kaalu muutust tiibade ala muutuste tõttu. Selle mõju määramiseks võite mõõta erinevaid pinna väärtusi aladel oleks tõstejõul ja arvutage tõstejõu muutus, mis neil pindadel oleks põhjus. Samuti saate arvutada gravitatsioonijõu, mis erinevatel massidel oleks, kasutades raskuseks W, massi m ja gravitatsioonikiirenduskonstandi g (9,8 m / s) tõttu kaalu W = mg.2).
Võite kasutada ka "sondi", mida saate suunata õhus olevate objektide ümber, et näidata kiirust simulatsiooni erinevates punktides. Simulatsioon on piiratud ka sellega, et õhusõiduki ligikaudne määramine lameda plaadi abil on kiire ja määrdunud arvutus. Selle abil saate läheneda tõstejõu võrrandi lahenditele.