בין אם אתה בוחן את מעוף הציפורים שמכות את כנפיהם כדי לעלות לשמיים או את עליית הגז מארובה פנימה באווירה, תוכלו ללמוד כיצד עצמים מרימים את עצמם כנגד כוח הכבידה כדי ללמוד טוב יותר על שיטות אלה של "טִיסָה."
עבור ציוד מטוסים ומזל"טים המרחפים באוויר, הטיסה תלויה גם בהתגברות על כוח המשיכה כמחשב בכוח האוויר כנגד האובייקטים הללו מאז שהאחים רייט המציאו את מטוס. חישוב כוח ההרמה יכול להגיד לך כמה כוח נדרש כדי לשלוח את האובייקטים הללו באוויר.
משוואת כוח להרים
אובייקטים שעפים באוויר נאלצים להתמודד עם כוח האוויר המופעל כנגד עצמם. כאשר האובייקט נע קדימה דרך האוויר, כוח הגרירה הוא החלק של הכוח שפועל במקביל לזרימת התנועה. הרם, לעומת זאת, הוא החלק של הכוח הניצב לזרימת האוויר או גז או נוזל אחר על האובייקט.
מטוסים מעשה ידי אדם כגון רקטות או מטוסים משתמשים במשוואת כוח ההרמה של
L = \ frac {C_L \ rho v ^ 2 A} {2}
לכוח הרמהל, מקדם הרמהגל, צפיפות החומר סביב האובייקטρ("rho"), מהירותvואזור כנפייםא. מקדם ההרמה מסכם את ההשפעות של כוחות שונים על האובייקט המוטס כולל צמיגות ו דחיסות האוויר וזווית הגוף ביחס לזרימה מה שהופך את המשוואה לחישוב להרמת הרבה פשוט יותר.
מדענים ומהנדסים בדרך כלל קובעיםגלבניסוי על ידי מדידת ערכי כוח ההרמה והשוואתם למהירות האובייקט, לאזור מוטת הכנפיים ולצפיפות הנוזל או חומר הגז שהאובייקט שקוע בו. הכנת גרף של עלייה לעומת הכמות של (ρ v2 א) / 2ייתן לך שורה או קבוצה של נקודות נתונים שניתן להכפיל בגללקביעת כוח ההרמה במשוואת כוח ההרמה.
שיטות חישוב מתקדמות יותר יכולות לקבוע ערכים מדויקים יותר של מקדם ההרמה. ישנן דרכים תיאורטיות לקביעת מקדם ההרמה. כדי להבין חלק זה של משוואת כוח ההרמה, אתה יכול להסתכל על הגזירה של נוסחת כוח ההרמה ו כיצד מחושב מקדם כוח ההרמה כתוצאה מכוחות מוטסים אלה על עצם החווה הרמה.
נגזרת משוואת הרמה
כדי להסביר את מספר הכוחות המשפיעים על עצם שעף באוויר, אתה יכול להגדיר את מקדם ההרמהגל כפי ש
C_L = \ frac {L} {qS}
לכוח הרמהל, שטח פניםסולחץ דינמי נוזליש, נמדד בדרך כלל בפסקלים. ניתן להמיר את הלחץ הדינמי הנוזלי לנוסחתו
q = \ frac {\ rho u ^ 2} {2}
להשיג
C_L = \ frac {2L} {\ rho u ^ 2 S}
בוρהוא צפיפות הנוזלים וuהיא מהירות הזרימה. ממשוואה זו, ניתן לסדר אותה מחדש כדי להפיק את משוואת כוח העילוי.
לחץ נוזל דינמי זה ושטח הפנים במגע עם האוויר או הנוזל תלויים במידה רבה גם בגיאומטריה של האובייקט המוטס. עבור אובייקט שעשוי להיות מקורב כגליל כמו מטוס, הכוח צריך להתרחב החוצה מגוף האובייקט. שטח הפנים, אם כן, יהיה היקף הגוף הגלילי כפול הגובה או האורך של האובייקט, מה שנותן לךS = C x h.
אתה יכול גם לפרש את שטח הפנים כתוצר של עובי, כמות שטח חלקי אורך,t, כזה שכאשר מכפילים את העובי כפול הגובה או האורך של האובייקט, מקבלים שטח פנים. במקרה הזהS = t x h.
היחס בין משתנים אלה של שטח הפנים מאפשר לך לבצע גרף או למדוד בניסיון כיצד הם נבדלים כדי לחקור את השטח ההשפעה של הכוח סביב היקף הגליל או הכוח שתלוי בעובי חוֹמֶר. קיימות שיטות אחרות למדידה ולימוד עצמים מוטסים באמצעות מקדם ההרמה.
שימושים אחרים במקדם ההרמה
ישנן דרכים רבות אחרות לקירוב מקדם עקומת ההרמה. מכיוון שמקדם ההרמה צריך לכלול גורמים רבים ושונים המשפיעים על טיסת המטוס, ניתן להשתמש בו גם למדידת הזווית שמטוס יכול לקחת ביחס לקרקע. זווית זו מכונה זווית התקפה (AOA), המיוצגת על ידיα("אלפא"), ותוכל לכתוב מחדש את מקדם ההרמה
C_L = C_ {LO} + C_ {L \ alpha} \ alpha
עם המידה הזו שלגלשיש לו תלות נוספת עקב AOA α, אתה יכול לכתוב מחדש את המשוואה כ-
\ alpha = \ frac {C_L + C_ {LO}} {C_ {L \ alpha}}
ולאחר קביעת ניסוי כוח ההרמה עבור AOA ספציפי יחיד, ניתן לחשב את מקדם ההרמה הכללי Cל. לאחר מכן, תוכל לנסות למדוד AOA שונים כדי לקבוע מהם הערכים שלגL0וCLα יתאים בכושר הטוב ביותר.משוואה זו מניחה כי מקדם ההרמה משתנה באופן ליניארי עם AOA ולכן יתכנו כמה נסיבות בהן משוואה מקדמת מדויקת יותר עשויה להתאים טוב יותר.
כדי להבין טוב יותר את ה- AOA על כוח ההרמה ומקדם ההרמה, מהנדסים בחנו כיצד ה- AOA משנה את הדרך בה מטוס מטוס. אם אתה משרטט מקדמי העלאה לעומת AOA, אתה יכול לחשב את הערך החיובי של המדרון, הידוע כשיפוע עקומת המעלית הדו מימדי. מחקרים הראו, עם זאת, כי לאחר ערך כלשהו של AOA, ה-גל הערך יורד.
AOA מקסימלי זה ידוע כנקודת ההיתקעות, עם מהירות נעילה מקבילה ומקסימוםגלערך. מחקר על עובי וחומר העקמומיות הראה דרכים לחישוב ערכים אלה כאשר אתה מכיר את הגיאומטריה והחומר של האובייקט המוטס.
מחשבון מקדם משוואה והרמה
לנאס"א יש יישומון מקוון שמראה כיצד משוואת המעלית משפיעה על טיסת המטוסים. זה מבוסס על מחשבון מקדם הרמה, ואתה יכול להשתמש בו לקביעת ערכי מהירות שונים, זווית שהאוויר מוטס האובייקט לוקח ביחס לקרקע ולשטח הפנים שיש לאובייקטים כנגד החומר שמקיף את המטוס. היישומון אפילו מאפשר לך להשתמש במטוסים היסטוריים כדי להראות כיצד עיצובים מהונדסים התפתחו מאז שנות ה -20.
הסימולציה אינה מסבירה את שינוי המשקל של האובייקט המוטס עקב שינויים באזור הכנף. כדי לקבוע איזו השפעה תהיה, תוכלו לבצע מדידות של ערכי משטח שונים לאזורים יהיה על כוח ההרמה ולחשב שינוי בכוח ההרמה ששטחי השטח הללו היו עושים גורם. ניתן גם לחשב את כוח הכבידה שיש למסות שונות באמצעות W = mg למשקל עקב כוח הכבידה W, המסה m וקבוע תאוצת הכבידה g (9.8 m / s2).
אתה יכול גם להשתמש ב"חללית "שתוכל לכוון סביב האובייקטים המוטסים כדי להראות את המהירות בנקודות שונות לאורך הסימולציה. הסימולציה גם מוגבלת לכך שמטוס המקורב נעשה באמצעות לוח שטוח כחישוב מהיר ומלוכלך. אתה יכול להשתמש בזה בכדי לבחון פתרונות למשוואת כוח ההרמה.