ไม่ว่าคุณจะกำลังศึกษาการบินของนกที่โบยบินไปบนท้องฟ้าหรือว่าการขึ้นของก๊าซจากปล่องไฟเข้าไป บรรยากาศ คุณสามารถศึกษาว่าวัตถุยกตัวเองขึ้นต้านแรงโน้มถ่วงได้อย่างไร เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับวิธีการเหล่านี้ได้ดีขึ้น "เที่ยวบิน"
สำหรับอุปกรณ์เครื่องบินและโดรนที่บินขึ้นไปในอากาศ การบินขึ้นอยู่กับการเอาชนะแรงโน้มถ่วงด้วย โดยคำนึงถึงแรงลมต่อวัตถุเหล่านี้ตั้งแต่พี่น้องไรท์คิดค้นed เครื่องบิน. การคำนวณแรงยกสามารถบอกคุณได้ว่าต้องใช้แรงเท่าไรในการส่งวัตถุเหล่านี้ในอากาศ
สมการกำลังยก
วัตถุที่บินผ่านอากาศจะต้องจัดการกับแรงของอากาศที่กระทำต่อตัวเอง เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในอากาศ แรงลากเป็นส่วนหนึ่งของแรงที่ทำขนานกับการไหลของการเคลื่อนที่ ในทางตรงกันข้าม แรงยกเป็นส่วนหนึ่งของแรงที่ตั้งฉากกับการไหลของอากาศหรือก๊าซหรือของเหลวอื่นที่พุ่งเข้าหาวัตถุ
เครื่องบินที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น จรวด หรือเครื่องบิน ใช้สมการแรงยกของ
L=\frac{C_L\rho v^2 A}{2}
สำหรับแรงยกหลี่, ค่าสัมประสิทธิ์การยกคหลี่, ความหนาแน่นของวัสดุรอบวัตถุρ("โร") ความเร็วveวีและบริเวณปีกอา. ค่าสัมประสิทธิ์การยกจะสรุปผลของแรงต่างๆ ที่มีต่อวัตถุในอากาศ รวมทั้งความหนืดและ การอัดตัวของอากาศและมุมของร่างกายที่สัมพันธ์กับการไหลทำให้ได้สมการการคำนวณการยกมาก ง่ายกว่า
นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรมักเป็นผู้กำหนดคหลี่ทดลองโดยการวัดค่าแรงยกและเปรียบเทียบกับความเร็วของวัตถุ พื้นที่ของปีก และความหนาแน่นของวัสดุของเหลวหรือก๊าซที่วัตถุนั้นแช่อยู่ การทำกราฟการยกเทียบกับ ปริมาณของ (ρ v2 ก)/2จะให้เส้นหรือชุดของจุดข้อมูลที่สามารถคูณด้วยคหลี่เพื่อหาแรงยกในสมการแรงยก
วิธีการคำนวณขั้นสูงสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การยกได้แม่นยำยิ่งขึ้น มีวิธีการทางทฤษฎีในการหาค่าสัมประสิทธิ์การยก เพื่อทำความเข้าใจส่วนนี้ของสมการแรงยก คุณสามารถดูที่มาของสูตรแรงยกและ วิธีคำนวณสัมประสิทธิ์แรงยกอันเป็นผลมาจากแรงในอากาศเหล่านี้บนวัตถุที่กำลังยกตัวขึ้น
ยกสมการอนุพันธ์
ในการอธิบายแรงจำนวนมหาศาลที่ส่งผลต่อวัตถุที่บินอยู่ในอากาศ คุณสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การยกได้คหลี่ เช่น
C_L=\frac{L}{qS}
สำหรับแรงยกหลี่, พื้นที่ผิวสและความดันไดนามิกของไหลqมักจะวัดเป็นปาสกาล คุณสามารถแปลงแรงดันไดนามิกของไหลเป็นสูตรได้
q=\frac{\rho u^2}{2}
ที่จะได้รับ
C_L=\frac{2L}{\rho u^2 S}
ซึ่งในρคือ ความหนาแน่นของของไหล และยูคือ ความเร็วในการไหล จากสมการนี้ คุณสามารถจัดเรียงใหม่เพื่อให้ได้สมการแรงยก.
แรงดันของไหลแบบไดนามิกและพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับอากาศหรือของไหลนั้นขึ้นอยู่กับรูปทรงของวัตถุในอากาศเป็นอย่างมาก สำหรับวัตถุที่อาจใกล้เคียงกับทรงกระบอก เช่น เครื่องบิน แรงควรแผ่ออกไปด้านนอกของวัตถุ พื้นที่ผิวก็จะเป็นเส้นรอบวงของทรงกระบอกคูณกับความสูงหรือความยาวของวัตถุS = C x h.
คุณอาจตีความพื้นที่ผิวเป็นผลคูณของความหนา ปริมาณพื้นที่หารด้วยความยาวtดังนั้น เมื่อคุณคูณความหนาด้วยความสูงหรือความยาวของวัตถุ คุณจะได้พื้นที่ผิว ในกรณีนี้S = t x h.
อัตราส่วนระหว่างตัวแปรเหล่านี้ของพื้นที่ผิวช่วยให้คุณสร้างกราฟหรือทดลองวัดว่าต่างกันอย่างไรเพื่อศึกษา ผลของแรงรอบเส้นรอบวงของทรงกระบอกหรือแรงที่ขึ้นกับความหนาของ วัสดุ. มีวิธีการอื่นในการวัดและศึกษาวัตถุในอากาศโดยใช้สัมประสิทธิ์การยก
การใช้สัมประสิทธิ์การยกอื่นๆ Other
มีหลายวิธีในการประมาณค่าสัมประสิทธิ์เส้นโค้งการยก เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การยกต้องประกอบด้วยปัจจัยต่างๆ มากมายที่ส่งผลต่อการบินของเครื่องบิน คุณจึงสามารถใช้ค่าสัมประสิทธิ์การยกเพื่อวัดมุมที่เครื่องบินอาจใช้เมื่อเทียบกับพื้น มุมนี้เรียกว่ามุมโจมตี (AOA) แทนด้วยα("อัลฟา") และคุณสามารถเขียนสัมประสิทธิ์การยกใหม่ได้
C_L=C_{LO}+C_{L\alpha}\alpha
ด้วยวัดนี้คหลี่ที่มีการพึ่งพาเพิ่มเติมเนื่องจาก AOA α คุณสามารถเขียนสมการใหม่เป็น re
\alpha = \frac{C_L+C_{LO}}{C_{L\alpha}}
และหลังจากทดลองกำหนดแรงยกของ AOA เฉพาะตัวเดียวแล้ว คุณสามารถคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การยกทั่วไป C ได้หลี่. จากนั้น คุณสามารถลองวัด AOA ต่างๆ เพื่อกำหนดค่าของคL0และCLα จะพอดีที่สุด.สมการนี้อนุมานว่าสัมประสิทธิ์การยกเปลี่ยนเชิงเส้นกับ AOA ดังนั้นอาจมีบางสถานการณ์ที่สมการสัมประสิทธิ์ที่แม่นยำกว่าอาจเหมาะสมกว่า
เพื่อให้เข้าใจ AOA มากขึ้นเกี่ยวกับแรงยกและค่าสัมประสิทธิ์การยก วิศวกรได้ศึกษาว่า AOA เปลี่ยนวิธีบินของเครื่องบินอย่างไร หากคุณสร้างกราฟสัมประสิทธิ์การยกเทียบกับ AOA คุณสามารถคำนวณค่าบวกของความชันได้ ซึ่งเรียกว่าความชันของเส้นโค้งยกสองมิติ การวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าหลังจากค่า AOA บางส่วนแล้ว theคหลี่ มูลค่าลดลง
AOA สูงสุดนี้เรียกว่าจุดชะงักงัน โดยมีความเร็วการหยุดชะงักที่สอดคล้องกันและสูงสุดคหลี่ค่า การวิจัยเกี่ยวกับความหนาและความโค้งของวัสดุเครื่องบินได้แสดงวิธีการคำนวณค่าเหล่านี้เมื่อคุณทราบรูปทรงและวัสดุของวัตถุในอากาศ
สมการและการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การยก
NASA มีแอปเพล็ตออนไลน์เพื่อแสดงว่าสมการลิฟต์ส่งผลต่อการบินของเครื่องบินอย่างไร ค่านี้อิงจากเครื่องคำนวณสัมประสิทธิ์การยก และคุณสามารถใช้เพื่อกำหนดค่าความเร็ว มุมที่อากาศพัดผ่านได้ วัตถุคำนึงถึงพื้นดินและพื้นที่ผิวที่วัตถุมีกับวัสดุรอบ ๆ เครื่องบิน แอปเพล็ตยังให้คุณใช้เครื่องบินประวัติศาสตร์เพื่อแสดงให้เห็นว่าการออกแบบทางวิศวกรรมมีวิวัฒนาการมาอย่างไรตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1900
การจำลองไม่ได้คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักของวัตถุในอากาศเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในบริเวณปีก ในการพิจารณาว่าจะมีเอฟเฟกต์ใดบ้าง คุณสามารถทำการวัดค่าพื้นผิวต่างๆ ได้ พื้นที่จะมีแรงยกและคำนวณการเปลี่ยนแปลงของแรงยกที่พื้นที่ผิวเหล่านี้จะ สาเหตุ. คุณยังสามารถคำนวณแรงโน้มถ่วงที่มวลต่างกันได้โดยใช้ W = mg สำหรับน้ำหนักเนื่องจากแรงโน้มถ่วง W มวล m และค่าคงตัวความเร่งโน้มถ่วง g (9.8 m/s2).
คุณยังสามารถใช้ "โพรบ" ที่คุณสามารถบังคับทิศทางไปรอบๆ วัตถุในอากาศเพื่อแสดงความเร็วที่จุดต่างๆ ตลอดการจำลอง การจำลองยังจำกัดด้วยว่าเครื่องบินถูกประมาณโดยใช้จานแบนเพื่อการคำนวณที่รวดเร็วและสกปรก คุณสามารถใช้ค่านี้เพื่อประมาณคำตอบของสมการแรงยก