Či už študujete let vtákov, ktoré bili krídlami, aby vystúpili na oblohu, alebo stúpanie plynu z komína do atmosféry, môžete študovať, ako sa objekty dvíhajú proti gravitačnej sile, aby ste sa lepšie dozvedeli o týchto metódach "let."
U lietadlového vybavenia a dronov, ktoré sa vznášajú vzduchom, závisí let aj od prekonania gravitácie pretože predstavuje silu vzduchu proti týmto objektom od doby, čo bratia Wrightovci vynašli lietadlo. Výpočet zdvíhacej sily vám môže povedať, aká veľká sila je potrebná na vyslanie týchto objektov vzduchom.
Rovnica sily zdvihu
Predmety lietajúce vzduchom musia čeliť sile vzduchu vyvíjanej proti sebe. Keď sa objekt pohybuje vzduchom vpred, je ťahová sila časťou sily, ktorá pôsobí rovnobežne s pohybom pohybu. Výťah je naproti tomu časť sily, ktorá je kolmá na prúdenie vzduchu alebo iného plynu alebo kvapaliny proti predmetu.
Umelo vyrobené lietadlá, napríklad rakety alebo lietadlá, používajú rovnicu sily zdvihu z
L = \ frac {C_L \ rho v ^ 2 A} {2}
pre zdvíhaciu silu
Vedci a inžinieri zvyčajne určujúC.Ľexperimentálne meraním hodnôt sily zdvihu a ich porovnaním s rýchlosťou objektu, plochou rozpätia krídel a hustotou tekutého alebo plynného materiálu, do ktorého je predmet ponorený. Vytvorenie grafu výťahu vs. množstvo (ρ v2 A) / 2by vám dal riadok alebo množinu dátových bodov, ktoré môžu byť vynásobenéC.Ľna stanovenie sily zdvihu v rovnici sily zdvihu.
Pokročilejšie výpočtové metódy môžu určiť presnejšie hodnoty koeficientu výťahu. Existujú teoretické spôsoby stanovenia koeficientu výťahu. Aby ste pochopili túto časť rovnice sily zdvihu, môžete sa pozrieť na odvodenie vzorca sily zdvihu a ako sa vypočítava koeficient vztlakovej sily ako výsledok týchto vzdušných síl na objekt zažívajúci výťah.
Odvodenie rovnice výťahu
Aby ste zohľadnili nespočetné množstvo síl, ktoré pôsobia na objekt letiaci vzduchom, môžete definovať koeficient výťahuC.Ľ ako
C_L = \ frac {L} {qS}
pre zdvíhaciu siluĽ, plocha povrchuSa dynamický tlak kvapalinyq, obvykle merané v pascaloch. Dynamický tlak kvapaliny môžete previesť do jeho vzorca
q = \ frac {\ rho u ^ 2} {2}
získať
C_L = \ frac {2L} {\ rho u ^ 2 S}
v ktoromρje hustota kvapaliny auje rýchlosť prúdenia. Z tejto rovnice ju môžete zmeniť, aby ste odvodili rovnicu sily zdvihu.
Tento dynamický tlak kvapaliny a povrchová plocha v kontakte so vzduchom alebo kvapalinou tiež veľmi závisia od geometrie vzdušného objektu. V prípade predmetu, ktorý sa dá priblížiť ako valec, napríklad v lietadle, by sila mala siahať smerom von od tela predmetu. Plocha povrchu by teda bola obvodom valcového tela a výškou alebo dĺžkou objektu, čo vám dávaS = C x h.
Môžete tiež interpretovať povrchovú plochu ako produkt hrúbky, množstva plochy vydelenej dĺžkou,t, takže keď vynásobíte hrúbku krát výšku alebo dĺžku objektu, získate povrch. V tomto prípadeS = t x h.
Pomer medzi týmito premennými povrchovej plochy vám umožňuje grafovať alebo experimentálne merať, ako sa líšia pri štúdiu účinok buď sily po obvode valca, alebo sily, ktorá závisí od hrúbky materiál. Existujú aj iné metódy merania a štúdia vzdušných objektov pomocou koeficientu výťahu.
Iné použitia koeficientu zdvihu
Existuje mnoho ďalších spôsobov aproximácie koeficientu krivky zdvihu. Pretože koeficient výťahu musí obsahovať mnoho rôznych faktorov ovplyvňujúcich let lietadla, môžete ho použiť aj na meranie uhla, ktorý by lietadlo mohlo vzhľadom na zem zaujímať. Tento uhol je známy ako uhol útoku (AOA), ktorý predstavujeα(„alfa“) a môžete prepísať koeficient výťahu
C_L = C_ {LO} + C_ {L \ alpha} \ alfa
S týmto opatrenímC.Ľktorá má ďalšiu závislosť kvôli AOA α, môžete rovnicu prepísať ako
\ alpha = \ frac {C_L + C_ {LO}} {C_ {L \ alpha}}
a po experimentálnom určení sily zdvihu pre jednu konkrétnu AOA môžete vypočítať všeobecný koeficient zdvihu CĽ. Potom môžete vyskúšať meranie rôznych AOA, aby ste určili, aké hodnoty súC.L0aCLα by sa hodil najlepšie.Táto rovnica predpokladá, že koeficient výťahu sa lineárne mení s AOA, takže za určitých okolností môže presnejšia rovnica koeficientu lepšie vyhovovať.
Aby inžinieri lepšie pochopili AOA o sile zdvihu a koeficiente zdvihu, študovali, ako AOA mení spôsob letu lietadla. Ak zakreslíte koeficienty výťahu proti AOA, môžete vypočítať kladnú hodnotu sklonu, ktorá sa označuje ako dvojrozmerný sklon krivky výťahu. Výskum však ukázal, že po určitej hodnote AOA jeC.Ľ hodnota klesá.
Táto maximálna AOA je známa ako zádržný bod so zodpovedajúcou zádržnou rýchlosťou a maximomC.Ľhodnotu. Výskum hrúbky a zakrivenia leteckého materiálu ukázal spôsoby výpočtu týchto hodnôt, keď poznáte geometriu a materiál vzdušného objektu.
Kalkulačka rovníc a koeficientu výťahu
NASA má online applet, ktorý ukazuje, ako ovplyvňuje rovnica výťahu let lietadiel. Toto je založené na kalkulačke koeficientu výťahu a môžete ju použiť na nastavenie rôznych hodnôt rýchlosti, uhla, ktoré sa nachádzajú vo vzduchu objekt berie ohľad na zem a povrchovú plochu, ktorú majú objekty proti materiálu obklopujúcemu lietadlo. Applet vám dokonca umožňuje pomocou historických lietadiel ukázať, ako sa od 20. rokov 20. storočia vyvíjali inžinierske návrhy.
Simulácia nezohľadňuje zmenu hmotnosti vzdušného objektu v dôsledku zmien v oblasti krídla. Ak chcete zistiť, aký efekt by to malo, môžete vykonať merania rôznych hodnôt povrchu plochy by mali na silu zdvihu a vypočítali by zmenu sily zdvihu, ktorú by tieto povrchové plochy mali príčina. Môžete tiež vypočítať gravitačnú silu, ktorú by rôzne hmotnosti mali, pomocou W = mg pre hmotnosť v dôsledku gravitácie W, hmotnosti m a konštanty gravitačného zrýchlenia g (9,8 m / s)2).
Môžete tiež použiť „sondu“, ktorú môžete nasmerovať okolo vzdušných objektov, aby ste zobrazili rýchlosť v rôznych bodoch simulácie. Simulácia je tiež obmedzená na to, že lietadlo sa aproximuje pomocou plochej dosky ako rýchly a špinavý výpočet. Môžete to použiť na aproximáciu riešení rovnice sily zdvihu.