Чи ви вивчаєте політ птахів, які б'ються крилами, щоб піднятися в небо, або підйом газу з димоходу в В атмосфері можна вивчити, як об'єкти піднімаються проти сили тяжіння, щоб краще дізнатися про ці методи "політ".
Для авіаційного обладнання та безпілотників, які ширяють у повітрі, політ також залежить від подолання сили тяжіння як облік сили повітря проти цих об'єктів з тих пір, як брати Райт винайшли літак. Розрахунок підйомної сили може сказати вам, скільки сили потрібно для відправки цих об’єктів у повітря.
Рівняння сили підйому
Об'єкти, що летять по повітрю, повинні боротися з силою повітря, що діє на них самих. Коли об'єкт рухається вперед по повітрю, сила опору - це частина сили, яка діє паралельно потоку руху. Підйом, навпаки, - це частина сили, яка перпендикулярна потоку повітря або іншого газу або рідини проти об'єкта.
Рукотворні літаки, такі як ракети або літаки, використовують рівняння сили підйому
L = \ frac {C_L \ rho v ^ 2 A} {2}
для сили підйомуL, коефіцієнт підйомуC.L, щільність матеріалу навколо предмета
ρ("rho"), швидкістьvі область крилаA. Коефіцієнт підйому підсумовує вплив різних сил на повітряний об'єкт, включаючи в'язкість та стисливість повітря та кут тіла щодо потоку, що робить рівняння для розрахунку підйому великим більш простий.Зазвичай визначають вчені та інженериC.Lекспериментально шляхом вимірювання значень сили підйому та порівняння їх зі швидкістю руху об’єкта, площею розмаху крил та щільністю рідини або газового матеріалу, в який занурений об’єкт. Складання графіку підйому проти кількість (ρ v2 А) / 2дасть вам рядок або набір точок даних, які можна помножити наC.Lдля визначення сили підйому в рівнянні сили підйому.
Досконаліші обчислювальні методи дозволяють визначити більш точні значення коефіцієнта підйому. Однак існують теоретичні способи визначення коефіцієнта підйому. Щоб зрозуміти цю частину рівняння сили підйому, ви можете подивитися на формулу формули сили підйому та як обчислюється коефіцієнт сили підйому в результаті цих повітряно-десантних сил на об'єкт, що зазнає підйому.
Виведення рівняння рівняння
Щоб врахувати безліч сил, які впливають на об’єкт, що летить у повітрі, можна визначити коефіцієнт підйомуC.L як
C_L = \ frac {L} {qS}
для сили підйомуL, область поверхніSі динамічний тиск рідиниq, як правило, вимірюється в паскалях. Ви можете перетворити динамічний тиск рідини в її формулу
q = \ frac {\ rho u ^ 2} {2}
отримати
C_L = \ frac {2L} {\ rho u ^ 2 S}
в якійρ- щільність рідини іu- швидкість потоку. З цього рівняння ви можете переставити його, щоб отримати рівняння сили підйому.
Цей динамічний тиск рідини та площа поверхні, що контактує з повітрям або рідиною, також сильно залежать від геометрії повітряного об’єкта. Для об'єкта, який може бути апроксимований як циліндр, такий як літак, сила повинна охоплюватися назовні від тіла об'єкта. Тоді площа поверхні буде дорівнювати окружності циліндричного тіла, помноженому на висоту або довжину об'єкта, що дає вамS = C x h.
Ви також можете інтерпретувати площу поверхні як добуток товщини, кількості площі, поділеної на довжину,т, такий що, помноживши товщину на висоту або довжину об’єкта, ви отримаєте площу поверхні. В цьому випадкуS = t x h.
Співвідношення між цими змінними площі поверхні дозволяє скласти графік або експериментально виміряти, як вони відрізняються для вивчення вплив або сили навколо окружності циліндра, або сили, яка залежить від товщини матеріал. Існують інші методи вимірювання та вивчення повітряних об'єктів за допомогою коефіцієнта підйому.
Інше використання коефіцієнта підйому
Існує багато інших способів наближення коефіцієнта кривої підйому. Оскільки коефіцієнт підйому повинен включати безліч різних факторів, що впливають на політ літака, ви також можете використовувати його для вимірювання кута, який може взяти літак щодо землі. Цей кут відомий як кут атаки (AOA), представленийα("альфа"), і ви можете переписати коефіцієнт підйому
C_L = C_ {LO} + C_ {L \ alpha} \ alpha
З цією міроюC.Lщо має додаткову залежність через AOA α, ви можете переписати рівняння як
\ alpha = \ frac {C_L + C_ {LO}} {C_ {L \ alpha}}
і, експериментально визначивши силу підйому для однієї конкретної АОА, ви можете розрахувати загальний коефіцієнт підйому СL. Потім ви можете спробувати виміряти різні AOA, щоб визначити, які значенняC.L0іCLα підійде якнайкраще.Це рівняння передбачає, що коефіцієнт підйому змінюється лінійно з AOA, тому можуть існувати деякі обставини, в яких більш точне рівняння коефіцієнта може підійти краще.
Щоб краще зрозуміти AOA щодо сили підйому та коефіцієнта підйому, інженери вивчили, як AOA змінює спосіб польоту літака. Якщо ви графікуєте коефіцієнти підйому проти AOA, ви можете розрахувати додатне значення нахилу, який відомий як двовимірний нахил кривої підйому. Однак дослідження показали, що після деякого значення AOA,C.L значення зменшується.
Цей максимум AOA відомий як точка зупинення з відповідною швидкістю зупинки та максимумомC.Lзначення. Дослідження товщини та кривизни повітряного матеріалу показали способи обчислення цих значень, коли ви знаєте геометрію та матеріал повітряного об’єкта.
Калькулятор рівняння та коефіцієнта підйому
NASA має інтернет-аплет, щоб показати, як рівняння підйому впливає на політ літака. Це базується на калькуляторі коефіцієнта підйому, і ви можете використовувати його для встановлення різних значень швидкості, кута, який об'єкт бере відносно землі та площі поверхні, яку мають об'єкти, щодо матеріалу, що оточує літак. Аплет навіть дозволяє використовувати історичні літаки, щоб показати, як розвивалися інженерні конструкції з 1900-х років.
Моделювання не враховує зміну ваги повітряно-десантного об’єкта внаслідок зміни площі крила. Щоб визначити, який ефект це мало б, можна провести вимірювання різних значень поверхні зони мали б силу підйому і обчислити б зміну сили підйому, яку мали б ці поверхні причина. Ви також можете розрахувати силу тяжіння, яку мали б різні маси, використовуючи W = mg для ваги за рахунок сили тяжіння W, маси m та константи гравітаційного прискорення g (9,8 м / с2).
Ви також можете використовувати "зонд", який ви можете направити навколо повітряно-десантних об'єктів, щоб показати швидкість у різних точках уздовж моделювання. Моделювання також обмежується тим, що літак наближається за допомогою плоскої пластини як швидкий, брудний розрахунок. Ви можете використовувати це для наближення рішень рівняння сили підйому.