Obsah
- Rovnica zdvíhacej sily
- Derivácia rovnice zdvihu
- Iné použitia koeficientu zdvihu
- Kalkulačka koeficientov rovnice a zdvihu
Či už študujete let vtákov, ktoré bili svoje krídla, aby stúpali na oblohu, alebo stúpajúci plyn z komína do atmosféry, môžete študovať, ako sa objekty zdvíhajú proti gravitačnej sile, aby sa lepšie dozvedeli o týchto metódach „letu“. "
Pre letecké vybavenie a dróny, ktoré sa vznášajú vzduchom, let závisí od prekonania gravitácie a od započítania sily vzduchu proti týmto objektom od doby, kedy bratia Wrightovcov vymysleli letún. Výpočet zdvíhacej sily vám môže povedať, koľko sily je potrebné na tieto objekty vo vzduchu.
Rovnica zdvíhacej sily
Predmety lietajúce vzduchom sa musia vysporiadať so silou vzduchu vyvíjanou proti sebe. Keď sa objekt pohybuje vzduchom dopredu, ťahová sila je časť sily, ktorá pôsobí rovnobežne s pohybovým tokom. Naopak, zdvih je časť sily, ktorá je kolmá na prúdenie vzduchu alebo iného plynu alebo tekutiny proti objektu.
Lietadlá vyrobené človekom, ako sú rakety alebo lietadlá, používajú rovnicu zdvíhacej sily L = (CL ρ v2 A) / 2 pre zdvíhaciu silu L, koeficient zdvihu CL, hustota materiálu okolo objektu ρ ("rho"), rýchlosť proti a oblasť krídla , Koeficient zdvíhania sumarizuje účinky rôznych síl na vzduchom prenášaný objekt vrátane viskozity a stlačiteľnosti vzduchu a uhlov tela vzhľadom k toku, čo robí rovnicu na výpočet zdvihu oveľa jednoduchšou.
Vedci a inžinieri to zvyčajne určujú CL experimentálne zmeraním hodnôt zdvíhacej sily a ich porovnaním s rýchlosťou objektov, oblasťou rozpätia krídiel a hustotou kvapaliny alebo plynného materiálu, do ktorého je predmet ponorený. Vytvorenie grafu zdvihu v závislosti od množstva (ρ v2 A) / 2 by vám dal riadok alebo množinu údajových bodov, ktoré možno vynásobiť koeficientom CL na určenie zdvíhacej sily v rovnici zdvíhacej sily.
Pokročilejšie výpočtové metódy môžu určiť presnejšie hodnoty koeficientu zdvihu. Existujú však teoretické spôsoby určenia koeficientu zdvihu. Aby sme pochopili túto časť rovnice zdvíhacej sily, môžete sa pozrieť na odvodenie vzorca vztlakovej sily a ako sa vypočíta koeficient zdvíhacej sily ako výsledok týchto vzdušných síl na objekte, ktorý zažije zdvíhanie.
Derivácia rovnice zdvihu
Ak chcete vysvetliť nespočetné množstvo síl, ktoré ovplyvňujú objekt lietajúci vzduchom, môžete definovať koeficient zdvihu CL ako CL = L / (qS) pre zdvíhaciu silu L, plocha povrchu S a dynamický tlak tekutiny q, zvyčajne merané v pascaloch. Dynamický tlak tekutiny môžete previesť na jej vzorec q = ρu2/ 2 CL = 2 l / p2S v ktorom ρ je hustota kvapaliny a u je rýchlosť toku. Z tejto rovnice ju môžete usporiadať, aby ste odvodili rovnicu zdvíhacej sily L = CL ρu2S / 2.
Tento dynamický tlak tekutiny a plocha povrchu v styku so vzduchom alebo tekutinou tiež veľmi závisia od geometrie objektu prenášaného vzduchom.V prípade predmetu, ktorý sa dá priblížiť ako valec, napríklad lietadlo, by sila mala presahovať smerom od tela objektu. Plocha povrchu by potom bola obvodom valcového tela vynásobeného výškou alebo dĺžkou objektu, čo by vám dalo S = C x h.
Môžete tiež interpretovať povrchovú plochu ako produkt hrúbky, množstvo plochy delené dĺžkou, T , takže keď vynásobíte hrúbku krát výšku alebo dĺžku objektu, získate plochu povrchu. V tomto prípade S = t x h.
Pomer medzi týmito premennými plochy povrchu vám umožňuje graficky alebo experimentálne zmerať, ako sa líšia pri štúdiu účinku buď sily okolo obvodu valca alebo sily, ktorá závisí od hrúbky materiálu. Existujú aj iné metódy merania a štúdia leteckých predmetov pomocou koeficientu zdvihu.
Iné použitia koeficientu zdvihu
Existuje mnoho ďalších spôsobov, ako aproximovať koeficient krivky zdvihu. Pretože koeficient zdvihu musí obsahovať mnoho rôznych faktorov ovplyvňujúcich let lietadiel, môžete ho použiť aj na meranie uhla, ktorý môže lietadlo vziať vzhľadom na zem. Tento uhol je známy ako uhol útoku (AOA), ktorý predstavuje α („alfa“) a môžete znova napísať koeficient zdvihu CL = CL0 + CLαα.
S týmto opatrením CL ktorý má dodatočnú závislosť kvôli AOA α, môžete túto rovnicu prepísať ako a = (CL + CL0) / CLα a po experimentálnom stanovení zdvíhacej sily pre jeden konkrétny AOA môžete vypočítať všeobecný koeficient zdvihu CL, Potom môžete skúsiť zmerať rôzne AOA a určiť, aké hodnoty CL0 a CLα by sa najlepšie hodilo _._ Táto rovnica predpokladá, že koeficient zdvihu sa lineárne mení s AOA, takže môžu existovať okolnosti, za ktorých sa presnejšia rovnica s koeficientom lepšie hodí.
Aby lepšie porozumeli AOA o zdvíhacej sile a koeficiente zdvihu, inžinieri študovali, ako AOA mení spôsob, akým lietadlo letí. Ak grafy výťahových koeficientov porovnávate s AOA, môžete vypočítať kladnú hodnotu sklonu, ktorý sa nazýva dvojrozmerný sklon krivky zdvihu. Výskum však ukázal, že po určitej hodnote AOA, CL hodnota klesá.
Táto maximálna hodnota AOA je známa ako bod zastavenia, so zodpovedajúcou rýchlosťou zastavenia a maximom CL hodnota. Výskum hrúbky a zakrivenia leteckého materiálu ukázal spôsoby výpočtu týchto hodnôt, keď poznáte geometriu a materiál vzdušného objektu.
Kalkulačka koeficientov rovnice a zdvihu
NASA má online applet, ktorý ukazuje, aký vplyv má zdvihová rovnica na let lietadla. Je to založené na kalkulačke koeficientu zdvihu a môžete ju použiť na nastavenie rôznych hodnôt rýchlosti, uhla, ktorý vzdušný objekt berie s ohľadom na zem a povrchovú plochu, ktorú majú predmety proti materiálu obklopujúcemu lietadlo. Applet vám dokonca umožňuje používať historické lietadlá na ukázanie toho, ako sa vyvinuli dizajny od 20. rokov 20. storočia.
Simulácia nezohľadňuje zmenu hmotnosti vzdušného objektu v dôsledku zmien v oblasti krídla. Na určenie toho, aký účinok by to malo, môžete vykonať merania rôznych hodnôt povrchových plôch, ktoré by mali na zdvíhaciu silu, a vypočítať zmenu zdvíhacej sily, ktorú by tieto povrchové oblasti spôsobili. Môžete tiež vypočítať gravitačnú silu, ktorú by rôzne hmotnosti mali pri použití W = mg na hmotnosť v dôsledku gravitácie W, hmotnosti ma konštanty gravitačného zrýchlenia g (9,8 m / s).2).
Môžete tiež použiť „sondu“, ktorú môžete nasmerovať okolo vzdušných objektov, aby ste ukázali rýchlosť v rôznych bodoch simulácie. Simulácia je tiež obmedzená tým, že lietadlo sa aproximuje pomocou plochej platne ako rýchly a špinavý výpočet. Môžete to použiť na priblíženie riešení rovnice zdvíhacej sily.