羽を打ち、空に昇る鳥の飛行を研究しているのか、煙突からガスが上昇して空に昇るのかを研究しているのかどうか 大気では、オブジェクトが重力に逆らってどのように持ち上げられるかを研究して、これらの方法についてよりよく学ぶことができます。 "フライト。"
空中を舞い上がる航空機機器やドローンの場合、飛行は重力の克服にも依存します ライト兄弟が発明して以来、これらの物体に対する空気の力を説明するものとして 飛行機。 揚力を計算すると、これらのオブジェクトを空中に送るために必要な力がわかります。
揚力方程式
空中を飛んでいる物体は、それ自体に対して加えられる空気の力に対処する必要があります。 オブジェクトが空中を前方に移動するとき、抗力は運動の流れと平行に作用する力の一部です。 対照的に、揚力は、物体に対する空気または別のガスまたは流体の流れに垂直な力の一部です。
ロケットや飛行機などの人工航空機は、次の揚力方程式を使用します。
L = \ frac {C_L \ rho v ^ 2 A} {2}
揚力用L、揚力係数CL、オブジェクトの周囲のマテリアルの密度ρ（「ロー」）、速度vと翼面A. 揚力係数は、粘度や 空気の圧縮率と流れに対する体の角度により、揚力の計算式が大きくなります よりシンプル。
科学者とエンジニアは通常、決定しますCL揚力の値を測定し、それらを物体の速度、翼幅の面積、および物体が浸されている液体または気体の密度と比較することにより、実験的に。 揚力対のグラフを作成します。 （の量ρv2 A）/ 2を掛けることができるデータポイントのラインまたはセットを提供しますCL揚力方程式で揚力を決定します。
より高度な計算方法により、揚力係数のより正確な値を決定できます。 ただし、揚力係数を決定する理論的な方法はあります。 揚力方程式のこの部分を理解するために、揚力式の導出を見ることができます。 揚力を受ける物体に対するこれらの空中力の結果として揚力係数がどのように計算されるか。
揚力方程式の導出
空中を飛ぶ物体に影響を与える無数の力を説明するために、揚力係数を定義できます。CL なので
C_L = \ frac {L} {qS}
揚力用L、 表面積Sおよび流体動圧q、通常はパスカルで測定されます。 流体の動圧を式に変換できます
q = \ frac {\ rho u ^ 2} {2}
取得するため
C_L = \ frac {2L} {\ rho u ^ 2 S}
その中でρは流体密度であり、uは流速です。 この方程式から、揚力方程式を導出するためにそれを再配置することができます.
この動的な流体圧力と空気または流体と接触する表面積の両方も、空中の物体の形状に大きく依存します。 飛行機などの円柱として近似できるオブジェクトの場合、力はオブジェクトの本体から外側に広がる必要があります。 したがって、表面積は、円柱体の円周にオブジェクトの高さまたは長さを掛けたものになり、次のようになります。S = C x h.
また、表面積を厚さ、面積の量を長さで割った積として解釈することもできます。t、たとえば、厚さにオブジェクトの高さまたは長さを掛けると、表面積が得られます。 この場合S = t x h.
表面積のこれらの変数間の比率により、それらがどのように異なるかをグラフ化または実験的に測定して、 シリンダーの円周の周りの力またはの厚さに依存する力のいずれかの効果 材料。 揚力係数を使用して空中の物体を測定および研究する他の方法が存在します。
揚力係数の他の用途
リフト曲線係数を概算する方法は他にもたくさんあります。 揚力係数は、航空機の飛行に影響を与えるさまざまな要因で構成する必要があるため、揚力係数を使用して、飛行機が地面に対して取る可能性のある角度を測定することもできます。 この角度は迎え角（AOA）として知られており、α（「アルファ」）、そして揚力係数を書き直すことができます
C_L = C_ {LO} + C_ {L \ alpha} \ alpha
この測定でCLAOAαによる追加の依存関係がある場合は、方程式を次のように書き直すことができます。
\ alpha = \ frac {C_L + C_ {LO}} {C_ {L \ alpha}}
そして、単一の特定のAOAの揚力を実験的に決定した後、一般的な揚力係数Cを計算できます。L. 次に、さまざまなAOAを測定して、CL0そしてCLα 最適にフィットします.この式は、揚力係数がAOAに比例して変化することを前提としているため、より正確な係数式の方が適している場合があります。
揚力と揚力係数に関するAOAをよりよく理解するために、エンジニアはAOAが飛行機の飛行方法をどのように変えるかを研究しました。 AOAに対して揚力係数をグラフ化すると、2次元の揚力曲線勾配として知られる勾配の正の値を計算できます。 ただし、調査によると、AOAの価値があった後、CL 値が減少します。
この最大AOAはストールポイントと呼ばれ、対応するストール速度と最大値があります。CL値。 航空機の材料の厚さと曲率に関する研究では、空中の物体の形状と材料がわかっている場合に、これらの値を計算する方法が示されています。
方程式と揚力係数計算機
NASAには、揚力方程式が航空機の飛行にどのように影響するかを示すオンラインアプレットがあります。 これは揚力係数計算機に基づいており、これを使用して、空中の速度、角度のさまざまな値を設定できます。 オブジェクトは、地面と、航空機の周囲のマテリアルに対してオブジェクトが持つ表面積を考慮します。 アプレットを使用すると、歴史的な航空機を使用して、1900年代以降に設計された設計がどのように進化したかを示すこともできます。
シミュレーションでは、翼面積の変化による空中物体の重量の変化は考慮されていません。 どのような影響があるかを判断するには、さまざまな値の表面を測定します。 面積は揚力に影響を与え、これらの表面積が持つ揚力の変化を計算します 原因。 また、重力W、質量m、および重力加速度定数g（9.8 m / s）により、重量にW = mgを使用して、さまざまな質量が持つ重力を計算することもできます。2).
また、空中のオブジェクトの周りに向けることができる「プローブ」を使用して、シミュレーションに沿ったさまざまなポイントでの速度を表示することもできます。 シミュレーションはまた、航空機が迅速で汚れた計算として平板を使用して近似されるという制限があります。 これを使用して、揚力方程式の解を近似できます。