Kaip apskaičiuoti kėlimo jėgą

Nesvarbu, ar studijuojate paukščių, kurie muša sparnus, kad pakiltų į dangų, skrydį, ar dujų iš kamino pakilimą atmosferą, galite ištirti, kaip daiktai pakyla prieš sunkio jėgą, kad geriau sužinotumėte apie šiuos metodus "skrydis."

Orlaivių įrangai ir dronams, skriejantiems oru, skrydis priklauso ir nuo sunkumo įveikimo kaip oro jėga prieš šiuos objektus nuo tada, kai broliai Wrightai išrado lėktuvas. Apskaičiavus kėlimo jėgą galima sužinoti, kiek jėgos reikia norint išsiųsti šiuos objektus ore.

Oru skraidantys objektai turi susidoroti su oro jėga, daroma prieš save. Kai objektas juda į priekį oru, pasipriešinimo jėga yra jėgos dalis, veikianti lygiagrečiai judėjimo srautui. Priešingai, kėlimas yra jėgos dalis, statmena oro ar kitų dujų ar skysčio srautui prieš objektą.

Žmogaus sukurti orlaiviai, tokie kaip raketos ar lėktuvai, naudoja kėlimo jėgos lygtį

kėlimo jėgaiL, pakėlimo koeficientasC_L, medžiagos tankis aplink objektąρ("rho"), greitis

Mokslininkai ir inžinieriai paprastai nustatoC_Leksperimentiškai išmatuojant kėlimo jėgos vertes ir lyginant jas su objekto greičiu, sparnų pločio plotu ir skysčio ar dujų, į kurias objektas panardinamas, tankiu. Padidinimo grafiko sudarymas kiekis (ρ v² A) / 2suteiktų liniją arba duomenų taškų rinkinį, kurį galima padauginti išC_Lnustatyti kėlimo jėgą kėlimo jėgos lygtyje.

Pažangesni skaičiavimo metodai gali nustatyti tikslesnes pakėlimo koeficiento reikšmes. Vis dėlto yra teorinių būdų, kaip nustatyti kėlimo koeficientą. Norėdami suprasti šią kėlimo jėgos lygties dalį, galite pažvelgti į kėlimo jėgos formulės ir kaip apskaičiuojamas kėlimo jėgos koeficientas dėl šių oro jėgų objektui, patiriančiam kėlimą.

Norėdami atsižvelgti į daugybę jėgų, darančių įtaką ore skriejančiam objektui, galite nustatyti pakėlimo koeficientąC​_L kaip

kėlimo jėgaiL, paviršiaus plotasSir skysčio dinaminis slėgisq, paprastai matuojamas paskalais. Skysčio dinaminį slėgį galite konvertuoti į jo formulę

​gauti​

kuriameρyra skysčio tankis iruyra srauto greitis. Iš šios lygties galite ją pertvarkyti, kad gautumėte kėlimo jėgos lygtį.​

Šis dinaminis skysčio slėgis ir su oru ar skysčiu besiliečiantis paviršiaus plotas taip pat labai priklauso nuo ore esančio objekto geometrijos. Objekto, kuris gali būti prilyginamas cilindrui, pvz., Lėktuvui, jėga turėtų būti iš išorės nuo objekto kūno. Taigi paviršiaus plotas būtų cilindrinio korpuso apimtis ir daikto aukštis arba ilgisS = C x h​.

Taip pat galite interpretuoti paviršiaus plotą kaip storio sandaugą, ploto kiekį, padalytą iš ilgio,t, taip, kad padauginus storį ir objekto aukštį ar ilgį, gaunamas paviršiaus plotas. Tokiu atvejuS = t x h​.

Santykis tarp šių paviršiaus ploto kintamųjų leidžia jums piešti arba eksperimentiškai išmatuoti, kaip jie skiriasi, kad ištirtumėte jėgos, esančios aplink cilindro apskritimą, arba jėgos, kuri priklauso nuo cilindro storio, poveikis medžiaga. Yra ir kitų ore esančių objektų matavimo ir tyrimo metodų, naudojant pakėlimo koeficientą.

Yra daugybė kitų būdų, kaip suderinti kėlimo kreivės koeficientą. Kadangi pakėlimo koeficientas turi apimti daug skirtingų veiksnių, turinčių įtakos orlaivio skrydžiui, taip pat galite jį naudoti matuodami kampą, kurį lėktuvas gali atlikti žemės atžvilgiu. Šis kampas yra žinomas kaip atakos kampas (AOA), kurį žymiα(„alfa“), ir jūs galite iš naujo parašyti pakėlimo koeficientą

Su šia priemoneC_Lkuri turi papildomą priklausomybę dėl AOA α, galite iš naujo parašyti lygtį

ir eksperimentiškai nustačius vienos konkrečios AOA kėlimo jėgą, galite apskaičiuoti bendrą kėlimo koeficientą C_L. Tada galite pabandyti išmatuoti skirtingas AOA, kad nustatytumėte, kokių reikšmiųC_L0irCL​_​α​ labiausiai tiktų.Ši lygtis daro prielaidą, kad kėlimo koeficientas kinta tiesiškai su AOA, todėl gali būti tam tikrų aplinkybių, kai tikslesnė koeficiento lygtis gali geriau tikti.

Norėdami geriau suprasti AOA apie kėlimo jėgą ir kėlimo koeficientą, inžinieriai ištyrė, kaip AOA keičia lėktuvo skridimo būdą. Jei pagal AOA kreipsite pakėlimo koeficientus, galite apskaičiuoti teigiamą nuolydžio vertę, vadinamą dviejų matmenų pakėlimo ir kreivės nuolydžiu. Tyrimai parodė, kad po tam tikros AOA vertėsC​_​L​ vertė mažėja.

Šis didžiausias AOA yra žinomas kaip strigimo taškas, turintis atitinkamą strigimo greitį ir maksimumąC_Lvertė. Orlaivio medžiagos storio ir kreivumo tyrimai parodė šių verčių apskaičiavimo būdus, kai žinote ore esančio objekto geometriją ir medžiagą.

NASA turi internetinę programėlę, parodančią, kaip lifto lygtis veikia orlaivio skrydį. Tai pagrįsta pakėlimo koeficiento skaičiuokle, ir ją galite naudoti norėdami nustatyti skirtingas greičio, kampo, kurį ore skleidžia, vertes. objektas atsižvelgia į žemę ir paviršiaus plotą, kurį objektai turi prieš orlaivį supančią medžiagą. Programėlė netgi leidžia naudoti istorinius orlaivius, kad parodytumėte, kaip inžinerijos dizainas vystėsi nuo 1900 m.

Modeliavimas neatsižvelgia į ore esančio objekto svorio pokytį dėl pokyčių sparno srityje. Norėdami nustatyti, kokį poveikį tai turėtų, galite atlikti skirtingų paviršiaus verčių matavimus plotai turėtų turėti kėlimo jėgą ir apskaičiuoti kėlimo jėgos pokytį, kurį turėtų šie paviršiaus plotai priežastis. Taip pat galite apskaičiuoti gravitacijos jėgą, kurią skirtingos masės turėtų, naudodami W = mg svoriui dėl sunkio W, masės m ir gravitacinio pagreičio konstantos g (9,8 m / s).²).

Taip pat galite naudoti „zondą“, kurį galite nukreipti aplink ore esančius objektus, kad parodytumėte greitį įvairiuose modeliavimo taškuose. Modeliavimas taip pat yra ribotas, nes lėktuvas yra apytiksliai apskaičiuojamas naudojant plokščią plokštę, kad būtų galima greitai ir nešvariai apskaičiuoti. Tai galite naudoti apytiksliai kėlimo jėgos lygties sprendimams.