Ne glede na to, ali preučujete letenje ptic, ki so premagale svoja krila, da bi se dvignile v nebo, ali dvig plina iz dimnika v V ozračju lahko preučite, kako se predmeti dvignejo proti gravitacijski sili, da bolje spoznate te metode "polet."
Pri letalski opremi in brezpilotnih zrakoplovih, ki letijo po zraku, je let odvisen tudi od premagovanja gravitacije kot obračunavanje sile zraka proti tem predmetom, vse odkar sta brata Wright izumila letalo. Izračun dvižne sile vam lahko pove, koliko sile je potrebno za pošiljanje teh predmetov v zrak.
Enačba sile dviga
Predmeti, ki letijo po zraku, se morajo spoprijeti z zračno silo, ki deluje proti sebi. Ko se objekt premakne naprej po zraku, je sila upora del sile, ki deluje vzporedno s tokom gibanja. Dvig pa je del sile, ki je pravokotna na pretok zraka ali drugega plina ali tekočine proti predmetu.
Umetna letala, kot so rakete ali letala, uporabljajo enačbo dvižne sile
L = \ frac {C_L \ rho v ^ 2 A} {2}
za dvižno siloL, dvižni koeficientCL, gostota materiala okoli predmeta
ρ("rho"), hitrostvin območje krilA. Koeficient dviga povzema učinke različnih sil na zračni objekt, vključno z viskoznostjo in stisljivost zraka in kot telesa glede na pretok, zaradi česar je enačba za izračun dviga veliko bolj preprosto.Znanstveniki in inženirji običajno določajoCLeksperimentalno z merjenjem vrednosti dvižne sile in njihovo primerjavo s hitrostjo predmeta, površino razpona kril in gostoto tekočega ali plinskega materiala, v katerega je predmet potopljen. Izdelava grafa dvigala vs. količina (ρ v2 A) / 2bi vam dal vrstico ali niz podatkovnih točk, ki jih lahko pomnožite zCLza določitev sile dviga v enačbi sile dviga.
Naprednejše računske metode lahko določijo natančnejše vrednosti dvižnega koeficienta. Obstajajo pa teoretični načini določanja dvižnega koeficienta. Da bi razumeli ta del enačbe sile dviga, si lahko ogledate izpeljavo formule sile dviga in kako se izračuna koeficient dvižne sile kot rezultat teh zračnih sil na predmet, ki doživlja dvig.
Dvig izpeljave enačbe
Če želite upoštevati nešteto sil, ki vplivajo na predmet, ki leti po zraku, lahko določite dvižni koeficientCL kot
C_L = \ frac {L} {qS}
za dvižno siloL, površinaSin dinamični tlak tekočineq, običajno merjeno v paskalih. Dinamični tlak tekočine lahko pretvorite v njegovo formulo
q = \ frac {\ rho u ^ 2} {2}
dobiti
C_L = \ frac {2L} {\ rho u ^ 2 S}
v kateriρje gostota tekočine inuje hitrost pretoka. Iz te enačbe jo lahko preuredite, da izpeljete enačbo dvižne sile.
Ta dinamični pritisk tekočine in površina v stiku z zrakom ali tekočino sta močno odvisna tudi od geometrije predmeta v zraku. Pri objektu, ki ga je mogoče približati kot valju, kot je letalo, mora sila segati od telesa telesa navzven. Potem bi bila površina obsega valjastega telesa, pomnožena z višino ali dolžino predmeta, kar vam dajeS = C x h.
Površino lahko razlagate tudi kot zmnožek debeline, količine površine, deljene z dolžino,t, tako da ko pomnožite debelino s kratico višine ali dolžine predmeta, dobite površino. V tem primeruS = t x h.
Razmerje med temi spremenljivkami površine vam omogoča, da grafično ali eksperimentalno izmerite, kako se razlikujejo pri preučevanju učinek sile okoli oboda valja ali sile, ki je odvisna od debeline material. Obstajajo tudi druge metode merjenja in proučevanja zračnih predmetov z uporabo dvižnega koeficienta.
Druge uporabe dvižnega koeficienta
Obstaja veliko drugih načinov približevanja koeficienta dvižne krivulje. Ker mora koeficient dviga vsebovati veliko različnih dejavnikov, ki vplivajo na let letala, lahko z njim izmerite tudi kot letala glede na tla. Ta kot je znan kot napadalni kot (AOA), ki ga predstavljaα("alfa") in lahko ponovno napišete dvižni koeficient
C_L = C_ {LO} + C_ {L \ alpha} \ alpha
S to meroCLki ima dodatno odvisnost zaradi AOA α, lahko enačbo prepišete kot
\ alpha = \ frac {C_L + C_ {LO}} {C_ {L \ alpha}}
in po eksperimentalnem določanju dvižne sile za posamezno specifično AOA lahko izračunate splošni dvižni koeficient CL. Nato lahko poskusite izmeriti različne vrednosti AOA, da ugotovite, katere vrednostiCL0inCLα bi se najbolje prilegal.Ta enačba predpostavlja, da se dvižni koeficient linearno spreminja z AOA, zato lahko v nekaterih okoliščinah bolj ustreza natančnejša enačba koeficienta.
Da bi bolje razumeli AOA glede sile dviga in koeficienta dviga, so inženirji preučevali, kako AOA spreminja način letenja letala. Če grafično prikažete koeficiente dviga proti AOA, lahko izračunate pozitivno vrednost naklona, ki je znan kot dvodimenzionalni naklon krivulje dviga. Raziskave pa so pokazale, da po določeni vrednosti AOACL vrednost se zmanjša.
Ta največja AOA je znana kot zastojna točka z ustrezno hitrostjo zaustavitve in največjoCLvrednost. Raziskave o debelini in ukrivljenosti materiala letala so pokazale načine za izračun teh vrednosti, če poznate geometrijo in material letalskega predmeta.
Kalkulator enačb in koeficientov dviga
NASA ima spletni programček, ki prikazuje, kako enačba dvigala vpliva na let letala. To temelji na kalkulatorju dvižnega koeficienta, z njim pa lahko nastavite različne vrednosti hitrosti in kota, ki mora biti v zraku predmet vzame glede na tla in površino, ki jo imajo predmeti proti materialu, ki obdaja letalo. Applet vam celo omogoča, da z zgodovinskimi letali pokažete, kako so se inženirski modeli razvijali od 19. stoletja dalje.
Simulacija ne upošteva spremembe teže letalskega predmeta zaradi sprememb v območju krila. Če želite ugotoviti, kakšen učinek bi to imelo, lahko opravite meritve različnih vrednosti površine območja vplivala na dvižno silo in izračunala spremembo dvižne sile, ki bi jo te površine imele vzrok. Izračunamo lahko tudi gravitacijsko silo, ki bi jo imele različne mase, in sicer z W = mg za težo zaradi teže W, mase m in konstante gravitacijskega pospeška g (9,8 m / s2).
Uporabite lahko tudi "sondo", ki jo lahko usmerite okoli predmetov v zraku, da prikažete hitrost na različnih točkah vzdolž simulacije. Simulacija je prav tako omejena, da se letalo približa z ravno ploščo kot hiter, umazan izračun. S tem lahko približate rešitve enačbe sile dviga.