Kaldırma Kuvveti Nasıl Hesaplanır

İster kanatlarını çırparak göğe yükselen kuşların uçuşunu, ister bacadan gazın yükselmesini inceliyorsunuz. atmosfer, bu yöntemleri daha iyi öğrenmek için nesnelerin kendilerini yerçekimi kuvvetine karşı nasıl kaldırdıklarını inceleyebilirsiniz. "uçuş."

Havada süzülen uçak ekipmanı ve insansız hava araçları için uçuş, yerçekiminin üstesinden gelmeye de bağlıdır. Wright kardeşler icat ettiğinden beri bu nesnelere karşı havanın kuvvetini açıklayan uçak. Kaldırma kuvvetinin hesaplanması, bu nesneleri havaya göndermek için ne kadar kuvvet gerektiğini size söyleyebilir.

Havada uçan cisimler, kendilerine karşı uygulanan hava kuvveti ile uğraşmak zorundadır. Cisim havada ileriye doğru hareket ettiğinde, sürükleme kuvveti, hareketin akışına paralel olarak hareket eden kuvvetin parçasıdır. Kaldırma, aksine, cisme karşı hava veya başka bir gaz veya sıvının akışına dik olan kuvvetin bir parçasıdır.

Roketler veya uçaklar gibi insan yapımı uçaklar, kaldırma kuvveti denklemini kullanır.

kaldırma kuvveti içinL, kaldırma katsayısıC_L, nesnenin etrafındaki malzemenin yoğunluğuρ("rho"), hızvve kanat alanıbir. Kaldırma katsayısı, viskozite dahil olmak üzere havadaki nesne üzerindeki çeşitli kuvvetlerin etkilerini özetler. havanın sıkıştırılabilirliği ve gövdenin akışa göre açısı, kaldırmayı hesaplamak için denklemi çok yapar daha basit.

Bilim adamları ve mühendisler tipik olarakC_Ldeneysel olarak kaldırma kuvvetinin değerlerini ölçerek ve bunları nesnenin hızı, kanat açıklığı alanı ve nesnenin içine daldırıldığı sıvı veya gaz malzemenin yoğunluğu ile karşılaştırarak. Kaldırma ve kaldırma grafiği oluşturma miktarı (ρ v² A)/2ile çarpılabilen bir satır veya veri noktaları kümesi verir.C_Lkaldırma kuvveti denklemindeki kaldırma kuvvetini belirlemek için.

Daha gelişmiş hesaplama yöntemleri, kaldırma katsayısının daha kesin değerlerini belirleyebilir. Yine de, kaldırma katsayısını belirlemenin teorik yolları vardır. Kaldırma kuvveti denkleminin bu kısmını anlamak için kaldırma kuvveti formülünün türetilmesine bakabilir ve kaldırmaya maruz kalan bir cisme uygulanan bu hava kuvvetlerinin bir sonucu olarak kaldırma kuvveti katsayısının nasıl hesaplandığı.

Havada uçan bir nesneyi etkileyen sayısız kuvveti hesaba katmak için kaldırma katsayısını tanımlayabilirsiniz.C​_L gibi

kaldırma kuvveti içinL, yüzey alanıSve akışkan dinamik basıncıq, genellikle paskal cinsinden ölçülür. Akışkan dinamik basıncını formülüne dönüştürebilirsiniz.

​almak​

hangisindeρsıvı yoğunluğu vesenakış hızıdır. Bu denklemden, kaldırma kuvveti denklemini türetmek için onu yeniden düzenleyebilirsiniz..​

Bu dinamik sıvı basıncı ve hava veya sıvı ile temas halindeki yüzey alanının her ikisi de havadaki nesnenin geometrisine büyük ölçüde bağlıdır. Uçak gibi silindir gibi yaklaşılabilen bir nesne için kuvvet, nesnenin gövdesinden dışarı doğru yayılmalıdır. O halde yüzey alanı, silindirik cismin çevresi çarpı cismin yüksekliği veya uzunluğu olacaktır.S = C x s​.

Yüzey alanını ayrıca kalınlığın bir ürünü, alan miktarının uzunluğa bölümü olarak da yorumlayabilirsiniz.töyle ki, kalınlığı cismin yüksekliği veya uzunluğu ile çarptığınızda yüzey alanı elde edersiniz. Bu durumdaS = t x s​.

Bu yüzey alanı değişkenleri arasındaki oran, yüzey alanı üzerinde çalışmak için nasıl farklı olduklarını grafik haline getirmenize veya deneysel olarak ölçmenize olanak tanır. silindirin çevresi etrafındaki kuvvetin veya silindirin kalınlığına bağlı olan kuvvetin etkisi malzeme. Kaldırma katsayısını kullanarak havadaki nesneleri ölçmek ve incelemek için başka yöntemler de mevcuttur.

Kaldırma eğrisi katsayısına yaklaşmanın başka birçok yolu vardır. Kaldırma katsayısının uçak uçuşunu etkileyen birçok farklı faktörü içermesi gerektiğinden, bunu bir uçağın yere göre alabileceği açıyı ölçmek için de kullanabilirsiniz. Bu açı hücum açısı (AOA) olarak bilinir ve şu şekilde temsil edilir:α("alfa") ve kaldırma katsayısını yeniden yazabilirsiniz

Bu ölçü ileC_LAOA α nedeniyle ek bir bağımlılığa sahipse, denklemi şu şekilde yeniden yazabilirsiniz:

ve tek bir spesifik AOA için kaldırma kuvvetini deneysel olarak belirledikten sonra, genel kaldırma katsayısı C'yi hesaplayabilirsiniz._L. Ardından, hangi değerlerin değerlerini belirlemek için farklı AOA'ları ölçmeyi deneyebilirsiniz.C_L0veCL​_​α​ en uygun olur.Bu denklem, kaldırma katsayısının AOA ile doğrusal olarak değiştiğini varsayar, bu nedenle daha doğru bir katsayı denkleminin daha iyi uyabileceği bazı durumlar olabilir.

AOA'yı kaldırma kuvveti ve kaldırma katsayısı hakkında daha iyi anlamak için mühendisler, AOA'nın bir uçağın uçma şeklini nasıl değiştirdiğini incelediler. AOA'ya karşı kaldırma katsayılarının grafiğini çıkarırsanız, iki boyutlu kaldırma eğrisi eğimi olarak bilinen eğimin pozitif değerini hesaplayabilirsiniz. Yine de araştırmalar göstermiştir ki, AOA'nın bir miktar değerinden sonra,C​_​L​ değer azalır.

Bu maksimum AOA, karşılık gelen bir durma hızı ve maksimum ile durma noktası olarak bilinir.C_Ldeğer. Uçak malzemesinin kalınlığı ve eğriliği üzerine yapılan araştırmalar, havadaki nesnenin geometrisini ve malzemesini bildiğinizde bu değerleri hesaplamanın yollarını göstermiştir.

NASA'nın kaldırma denkleminin uçağın uçuşunu nasıl etkilediğini gösteren çevrimiçi bir uygulaması var. Bu, bir kaldırma katsayısı hesaplayıcısına dayanmaktadır ve bunu, farklı hız ve açı değerleri ayarlamak için kullanabilirsiniz. nesne, uçağı çevreleyen malzemeye karşı nesnelerin sahip olduğu zemine ve yüzey alanına göre alır. Uygulama, 1900'lerden bu yana mühendislik tasarımlarının nasıl geliştiğini göstermek için tarihi uçakları kullanmanıza bile izin verir.

Simülasyon, kanat alanındaki değişikliklerden dolayı havadaki cismin ağırlığındaki değişikliği hesaba katmaz. Bunun ne gibi bir etkisi olacağını belirlemek için farklı yüzey değerlerinin ölçümlerini yapabilirsiniz. alanların kaldırma kuvvetine sahip olacağı ve bu yüzey alanlarının kaldıracağı kaldırma kuvvetindeki bir değişikliği hesaplayacağı sebep olmak. Yerçekimi W, kütle m ve yerçekimi ivmesi sabiti g (9,8 m/s) nedeniyle ağırlık için W = mg kullanarak farklı kütlelerin sahip olacağı yerçekimi kuvvetini de hesaplayabilirsiniz.²).

Simülasyon boyunca çeşitli noktalarda hızı göstermek için havadaki nesnelerin etrafına yönlendirebileceğiniz bir "sonda" da kullanabilirsiniz. Simülasyon, uçağın düz bir plaka kullanılarak hızlı, kirli hesaplama olarak yaklaştırılmasıyla da sınırlıdır. Kaldırma kuvveti denklemine yaklaşık çözümler bulmak için bunu kullanabilirsiniz.