Akár a szárnyait ütő madarak repülését tanulmányozza az égre, akár a kéményből a gáz felé a légkör, tanulmányozhatja, hogy az objektumok hogyan emelik magukat a gravitációs erő ellen, hogy jobban megismerjék ezeket a módszereket "repülési."
A repülőgépek és a levegőben szárnyaló drónok esetében a repülés a gravitáció legyőzésétől is függ mivel ezeknek a tárgyaknak a légerejét számolják, mióta a Wright testvérek feltalálták a repülőgép. Az emelőerő kiszámításával megtudhatja, hogy mekkora erőre van szükség ezen tárgyak levegőbe juttatásához.
Emelőerőegyenlet
A levegőben repülõ tárgyaknak meg kell küzdeniük az ellenük kifejtett légerõvel. Amikor az objektum előre halad a levegőben, a húzóerő az erőnek az a része, amely párhuzamosan hat a mozgás áramlásával. Az emelés ezzel szemben az erőnek az a része, amely merőleges az objektummal szembeni levegő vagy más gáz vagy folyadék áramlására.
Az ember alkotta repülőgépek, például rakéták vagy repülőgépek az emelőerő egyenletét használják
L = \ frac {C_L \ rho v ^ 2 A} {2}
az emelőerőhözL, emelési együtthatóCL, a tárgy körüli anyag sűrűségeρ("rho"), sebességvés a szárny területeA. Az emelési együttható összefoglalja a különböző erőknek a levegőben lévő tárgyra gyakorolt hatásait, beleértve a viszkozitást és a levegő összenyomhatósága és a test szöge az áramláshoz képest, ami sokat emel az egyenlet kiszámításához egyszerűbb.
A tudósok és mérnökök általában meghatározzákCLkísérletileg úgy, hogy megmérjük az emelőerő értékeit, és összehasonlítjuk azokat a tárgy sebességével, a szárnyfesztávolság területével és a folyadék vagy gáz anyag sűrűségével, amelybe az objektum belemerül. Grafikon készítése az emelés vs. mennyisége (ρ v2 A) / 2adna egy sort vagy adatpont-készletet, amelyet meg lehet szorozni aCLaz emelési erő meghatározásához az emelési erőegyenletben.
Fejlettebb számítási módszerekkel meghatározhatók az emelési együttható pontosabb értékei. Az emelési együttható meghatározásának azonban elméleti módjai vannak. Az emelőerő-egyenlet ezen részének megértéséhez megnézheti az emelőerő-képlet levezetését és hogyan számítják ki az emelési erő együtthatóját ezeknek a légi erőknek az eredményeként egy objektumon, amely emelést szenved.
Emelési egyenlet levezetése
Meghatározhatja az emelési együtthatót, hogy figyelembe vegye a levegőben repülõ tárgyakat befolyásoló erõk számátCL mint
C_L = \ frac {L} {qS}
az emelőerőhözL, felszíni területSés a folyadék dinamikus nyomásaq, általában passzalban mérve. Átalakíthatja a folyadék dinamikus nyomását a képletére
q = \ frac {\ rho u ^ 2} {2}
hogy megszerezzem
C_L = \ frac {2L} {\ rho u ^ 2 S}
amibenρa folyadék sűrűsége ésuaz áramlási sebesség. Ebből az egyenletből átrendezheti az emelési erőegyenlet levezetésére.
Ez a dinamikus folyadéknyomás és a levegővel vagy folyadékkal érintkező felület nagymértékben függ a levegőben lévő tárgy geometriájától is. Egy hengerként megközelíthető objektum, például egy repülőgép esetében az erőnek a tárgy testétől kifelé kell terjednie. A felület tehát a henger alakú test kerülete és a tárgy magassága vagy hossza szorosa lesz, megadvaS = C x h.
Értelmezheti úgy is, hogy a felület vastagság, a terület hosszának osztva,t, oly módon, hogy ha a tárgy vastagságának és az objektum magasságának vagy hosszának a szorzatát megsokszorozzuk, akkor felületet kapunk. Ebben az esetbenS = t x h.
A felület ezen változóinak aránya segítségével grafikonon vagy kísérletileg megmérheti, miben különböznek egymástól a tanulmányozáshoz vagy a henger kerülete körüli erő, vagy a henger vastagságától függő erő hatása anyag. Más módszerek léteznek a levegőben lévő tárgyak mérésére és tanulmányozására az emelési együttható alkalmazásával.
Az emelési együttható egyéb felhasználásai
Az emelési görbe együtthatójának közelítésére számos más módszer létezik. Mivel az emelési együtthatónak számos különböző tényezőt kell tartalmaznia, amelyek befolyásolják a repülőgép repülését, akkor azt is felhasználhatja annak mérésére, hogy a sík mekkora szöget zár be a talajhoz. Ezt a szöget támadásszögnek (AOA) nevezik, amelyet aα("alfa"), és újraírhatja az emelési együtthatót
C_L = C_ {LO} + C_ {L \ alpha} \ alfa
Ezzel a mértékkelCLamelynek további függősége van az AOA α miatt, újraírhatja az egyenletet
\ alpha = \ frac {C_L + C_ {LO}} {C_ {L \ alpha}}
és miután kísérletileg meghatározta az emelési erőt egyetlen adott AOA-hoz, kiszámíthatja az általános C emelési együtthatótL. Ezután megpróbálhatja mérni a különböző AOA-kat annak meghatározása érdekében, hogy mely értékekCL0ésCLα a legjobban illene.Ez az egyenlet azt feltételezi, hogy az emelési együttható lineárisan változik az AOA-val, így lehetnek olyan körülmények, amelyekben a pontosabb együttható-egyenlet jobban illeszkedik.
Az AOA emelési erőre és emelési együtthatóra való jobb megértése érdekében a mérnökök megvizsgálták, hogy az AOA hogyan változtatja meg a repülőgép repülését. Ha felvonja az AOA-hoz viszonyított emelési együtthatókat, kiszámíthatja a lejtés pozitív értékét, amelyet kétdimenziós emelési-görbe meredekségnek neveznek. A kutatások azonban azt mutatták, hogy az AOA bizonyos értéke után azCL érték csökken.
Ez a maximális AOA leállási pontként ismert, megfelelő elakadási sebességgel és maximumgalCLérték. A repülőgép anyagának vastagságával és görbületével kapcsolatos kutatások megmutatták ezen értékek kiszámításának módját, ha ismeri a levegőben lévő tárgy geometriáját és anyagát.
Egyenlet és emelési együttható kalkulátor
A NASA rendelkezik egy online kisalkalmazással annak bemutatására, hogy a felvonóegyenlet hogyan befolyásolja a repülőgép repülését. Ez egy emelési együttható kalkulátoron alapul, és segítségével beállíthatja a sebesség, a szög különböző értékeit, amelyeket a levegőben az objektum a talajt és a tárgyfelületet veszi figyelembe a repülőgépet körülvevő anyaggal szemben. Az applet lehetővé teszi még a történelmi repülőgépek használatát is annak bemutatására, hogy az 1900-as évek óta hogyan alakultak a tervek.
A szimuláció nem veszi figyelembe a levegőben lévő tárgy tömegének változását a szárny területének változásai miatt. Annak megállapításához, hogy ennek milyen hatása lenne, mérhet a felület különböző értékeivel területek az emelőerőre vonatkoznak, és kiszámítják az emelőerő változását, amelyet ezek a felületek jelentenének ok. Kiszámíthatja azt a gravitációs erőt is, amelyet különböző tömegek használnának, ha W = mg-ot használna a tömeghez a W gravitáció, az m tömeg és a gravitációs gyorsulás állandója (9,8 m / s)2).
Használhat egy "szondát" is, amelyet a levegőben lévő tárgyak körül irányíthat, hogy megmutassa a sebességet a szimuláció különböző pontjain. A szimuláció az is korlátozott, hogy a repülőgépet egy lapos lemez segítségével közelítik meg, gyors, piszkos számításként. Ezzel megközelítheti az emelési erőegyenlet megoldásait.
