चाहे आप पक्षियों की उड़ान का अध्ययन कर रहे हों जो आकाश में उठने के लिए अपने पंख मारते हैं या चिमनी से गैस का उठना वातावरण, आप इन विधियों के बारे में बेहतर ढंग से जानने के लिए अध्ययन कर सकते हैं कि कैसे वस्तुएं गुरुत्वाकर्षण बल के विरुद्ध स्वयं को उठाती हैं "उड़ान।"
विमान के उपकरण और ड्रोन के लिए जो हवा में उड़ते हैं, उड़ान गुरुत्वाकर्षण पर काबू पाने पर भी निर्भर करती है इन वस्तुओं के खिलाफ हवा के बल के लिए लेखांकन के रूप में जब से राइट बंधुओं ने आविष्कार किया था विमान। भारोत्तोलन बल की गणना आपको बता सकती है कि इन वस्तुओं को हवाई भेजने के लिए कितने बल की आवश्यकता है।
लिफ्ट बल समीकरण
हवा के माध्यम से उड़ने वाली वस्तुओं को अपने खिलाफ लगाए गए वायु बल से निपटना पड़ता है। जब वस्तु हवा के माध्यम से आगे बढ़ती है, तो ड्रैग फोर्स बल का वह हिस्सा होता है जो गति के प्रवाह के समानांतर कार्य करता है। लिफ्ट, इसके विपरीत, बल का वह हिस्सा है जो वस्तु के खिलाफ हवा या किसी अन्य गैस या तरल पदार्थ के प्रवाह के लंबवत है।
मानव निर्मित विमान जैसे रॉकेट या विमान. के लिफ्ट बल समीकरण का उपयोग करते हैं
एल=\frac{C_L\rho v^2 A}{2}
लिफ्ट बल के लिएली, लिफ्ट गुणांकसीली, वस्तु के चारों ओर सामग्री का घनत्वρ("रो"), वेगवीऔर विंग क्षेत्रए. लिफ्ट गुणांक चिपचिपाहट सहित हवाई वस्तु पर विभिन्न बलों के प्रभावों को बताता है और लिफ्ट की गणना के लिए समीकरण बनाने वाले प्रवाह के संबंध में हवा और शरीर के कोण की संपीड्यता अधिक अधिक सरल।
वैज्ञानिक और इंजीनियर आमतौर पर निर्धारित करते हैंसीलीप्रयोगात्मक रूप से लिफ्ट बल के मूल्यों को मापने और उन्हें वस्तु के वेग, पंखों के क्षेत्र और तरल या गैस सामग्री के घनत्व से तुलना करके वस्तु को विसर्जित किया जाता है। लिफ्ट बनाम का ग्राफ बनाना की मात्रा (वी2 ए) / 2आपको डेटा बिंदुओं की एक पंक्ति या सेट देगा जिसे से गुणा किया जा सकता हैसीलीलिफ्ट बल समीकरण में लिफ्ट बल निर्धारित करने के लिए।
अधिक उन्नत कम्प्यूटेशनल विधियां लिफ्ट गुणांक के अधिक सटीक मान निर्धारित कर सकती हैं। हालांकि, लिफ्ट गुणांक निर्धारित करने के सैद्धांतिक तरीके हैं। लिफ्ट बल समीकरण के इस भाग को समझने के लिए, आप लिफ्ट बल सूत्र की व्युत्पत्ति को देख सकते हैं और लिफ्ट का अनुभव करने वाली वस्तु पर इन हवाई बलों के परिणामस्वरूप लिफ्ट बल गुणांक की गणना कैसे की जाती है।
लिफ्ट समीकरण व्युत्पत्ति
हवा के माध्यम से उड़ने वाली वस्तु को प्रभावित करने वाले असंख्य बलों के लिए, आप लिफ्ट गुणांक को परिभाषित कर सकते हैंसीली जैसा
C_L=\frac{L}{qS}
लिफ्ट बल के लिएली, सतह क्षेत्रफलरोंऔर द्रव गतिशील दबावक्यू, आमतौर पर पास्कल में मापा जाता है। आप द्रव के गतिशील दबाव को इसके सूत्र में बदल सकते हैं
q=\frac{\rho u^2}{2}
पाने के लिए
C_L=\frac{2L}{\rho u^2 S}
जिसमेंρद्रव घनत्व है औरतुमप्रवाह गति है। इस समीकरण से, आप इसे लिफ्ट बल समीकरण प्राप्त करने के लिए पुनर्व्यवस्थित कर सकते हैं.
हवा या तरल पदार्थ के संपर्क में यह गतिशील द्रव दबाव और सतह क्षेत्र भी हवाई वस्तु की ज्यामिति पर बहुत अधिक निर्भर करता है। एक वस्तु के लिए जिसे एक हवाई जहाज जैसे सिलेंडर के रूप में अनुमानित किया जा सकता है, बल को वस्तु के शरीर से बाहर की ओर फैलाना चाहिए। सतह क्षेत्र, तब, बेलनाकार शरीर की परिधि वस्तु की ऊंचाई या लंबाई से गुणा होगा, जो आपको देता हैएस = सी एक्स एच.
आप सतह क्षेत्र को मोटाई के उत्पाद के रूप में भी व्याख्या कर सकते हैं, लंबाई से विभाजित क्षेत्रफल की मात्रा,तोइस तरह, जब आप मोटाई को वस्तु की ऊंचाई या लंबाई से गुणा करते हैं, तो आपको सतह क्षेत्र मिलता है। इस मामले मेंएस = टी एक्स एच.
सतह क्षेत्र के इन चरों के बीच का अनुपात आपको ग्राफ़ या प्रयोगात्मक रूप से मापने देता है कि वे अध्ययन करने के लिए कैसे भिन्न होते हैं या तो सिलेंडर की परिधि के चारों ओर बल का प्रभाव या बल जो की मोटाई पर निर्भर करता है सामग्री। लिफ्ट गुणांक का उपयोग करके हवाई वस्तुओं को मापने और उनका अध्ययन करने के अन्य तरीके मौजूद हैं।
लिफ्ट गुणांक के अन्य उपयोग
लिफ्ट वक्र गुणांक का अनुमान लगाने के कई अन्य तरीके हैं। क्योंकि लिफ्ट गुणांक में विमान की उड़ान को प्रभावित करने वाले कई अलग-अलग कारकों को शामिल करने की आवश्यकता होती है, आप इसका उपयोग उस कोण को मापने के लिए भी कर सकते हैं जो एक विमान जमीन के संबंध में ले सकता है। इस कोण को हमले के कोण (एओए) के रूप में जाना जाता है, जिसे द्वारा दर्शाया जाता हैα("अल्फा"), और आप लिफ्ट गुणांक को फिर से लिख सकते हैं
C_L=C_{LO}+C_{L\alpha}\alpha
इस उपाय सेसीलीएओए α के कारण अतिरिक्त निर्भरता है, आप समीकरण को फिर से लिख सकते हैं
\alpha = \frac{C_L+C_{LO}}{C_{L\alpha}}
और, एक विशिष्ट एओए के लिए लिफ्ट बल को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करने के बाद, आप सामान्य लिफ्ट गुणांक सी की गणना कर सकते हैंली. फिर, आप यह निर्धारित करने के लिए विभिन्न एओए को मापने का प्रयास कर सकते हैं कि. के कौन से मान हैंसीएल0तथाक्लोरीनα सबसे अच्छा फिट होगा.यह समीकरण मानता है कि लिफ्ट गुणांक एओए के साथ रैखिक रूप से बदलता है इसलिए ऐसी कुछ परिस्थितियां हो सकती हैं जिनमें अधिक सटीक गुणांक समीकरण बेहतर फिट हो सकता है।
लिफ्ट बल और लिफ्ट गुणांक पर एओए को बेहतर ढंग से समझने के लिए, इंजीनियरों ने अध्ययन किया है कि एओए विमान के उड़ने के तरीके को कैसे बदलता है। यदि आप एओए के खिलाफ लिफ्ट गुणांक रेखांकन करते हैं, तो आप ढलान के सकारात्मक मूल्य की गणना कर सकते हैं, जिसे दो-आयामी लिफ्ट-वक्र ढलान के रूप में जाना जाता है। अनुसंधान ने दिखाया है, हालांकि, एओए के कुछ मूल्य के बाद,सीली मूल्य घटता है।
इस अधिकतम एओए को स्टालिंग पॉइंट के रूप में जाना जाता है, जिसमें एक समान स्टालिंग वेग और अधिकतम होता हैसीलीमूल्य। विमान सामग्री की मोटाई और वक्रता पर शोध ने इन मूल्यों की गणना के तरीके दिखाए हैं जब आप हवाई वस्तु की ज्यामिति और सामग्री को जानते हैं।
समीकरण और लिफ्ट गुणांक कैलकुलेटर
नासा के पास यह दिखाने के लिए एक ऑनलाइन एप्लेट है कि लिफ्ट समीकरण विमान की उड़ान को कैसे प्रभावित करता है। यह एक लिफ्ट गुणांक कैलकुलेटर पर आधारित है, और आप इसका उपयोग वेग के विभिन्न मूल्यों को सेट करने के लिए कर सकते हैं, कोण जो कि हवाई है वस्तु जमीन और सतह क्षेत्र के संबंध में लेती है जो वस्तुओं के पास विमान के आसपास की सामग्री के खिलाफ होती है। एप्लेट आपको यह दिखाने के लिए ऐतिहासिक विमान का उपयोग करने देता है कि 1900 के दशक से इंजीनियर डिजाइन कैसे विकसित हुए हैं।
विंग क्षेत्र में परिवर्तन के कारण हवाई वस्तु के वजन में परिवर्तन के लिए सिमुलेशन जिम्मेदार नहीं है। यह निर्धारित करने के लिए कि इसका क्या प्रभाव होगा, आप सतह के विभिन्न मानों का माप ले सकते हैं क्षेत्र लिफ्ट बल पर होंगे और लिफ्ट बल में परिवर्तन की गणना करेंगे कि ये सतह क्षेत्र होंगे कारण। आप गुरुत्वाकर्षण बल की गणना भी कर सकते हैं कि गुरुत्वाकर्षण W, द्रव्यमान m और गुरुत्वाकर्षण त्वरण स्थिरांक g (9.8 m/s) के कारण भार के लिए विभिन्न द्रव्यमान W = mg का उपयोग कर रहे होंगे।2).
आप एक "जांच" का भी उपयोग कर सकते हैं जिसे आप अनुकरण के साथ विभिन्न बिंदुओं पर वेग दिखाने के लिए हवाई वस्तुओं के चारों ओर निर्देशित कर सकते हैं। अनुकरण भी सीमित है कि विमान को एक सपाट प्लेट का उपयोग करके त्वरित, गंदी गणना के रूप में अनुमानित किया जाता है। आप इसका उपयोग लिफ्ट बल समीकरण के अनुमानित समाधानों के लिए कर सकते हैं।