Tartalom
- Emelési erő egyenlet
- Emelési egyenlet származtatása
- Az emelési együttható egyéb felhasználásai
- Egyenlet és emelési együttható kalkulátor
Függetlenül attól, hogy olyan szárnyasok repülését vizsgálja, amelyek szárnyal legyőzik az ég felé, vagy a kéményből a gáz felszállását a légkörbe, megvizsgálhatja, hogy a tárgyak hogyan emelkednek fel a gravitációs erő ellen, hogy jobban megismerjék ezeket a "repülési módszereket". "
A levegőn szárnyaló repülőgépek és drónok esetében a repülés attól függ, hogy meghaladja-e a gravitációt, valamint hogy figyelembe veszi-e a levegő ezen tárgyakkal szembeni erőkifejtését, mióta a Wright testvérek kitalálták a repülőgépet. Az emelőerő kiszámításával megtudhatja, mennyi erőre van szükség ezeknek a tárgyaknak a levegőben történő szállításához.
Emelési erő egyenlet
A levegőn át repülő tárgyaknak szembenézniük kell a magukkal szemben kifejtett levegőerővel. Amikor az objektum előrehalad a levegőn, a húzóerő az erő azon része, amely a mozgás áramlásával párhuzamosan hat. Emelés ezzel szemben az erő azon része, amely merőleges a levegő vagy más gáz vagy folyadék áramlására az objektummal szemben.
Az ember alkotta repülőgépek, például rakéták vagy repülőgépek a L = (CL ρ v2 A) / 2 az emelőerő érdekében L, emelési együttható CL, az anyag sűrűsége a tárgy körül ρ ("rho"), sebesség v és szárny területe A. Az emelési együttható különféle erőknek a levegőben lévő tárgyakra gyakorolt hatását összegzi, ideértve a levegő viszkozitását és összenyomhatóságát, valamint a karosszéria szöget az áramláshoz viszonyítva, ami a felvonás kiszámításához szükséges egyenletet sokkal egyszerűbbé teszi.
A tudósok és a mérnökök általában meghatározzák CL kísérletileg úgy, hogy megmérjük a felemelési erő értékeit, és összehasonlítjuk azokat a tárgy sebességével, a szárnyhossz területével és a folyadék vagy gáz anyag sűrűségével, amelybe az objektum bemerül. Grafikon elkészítése az emelkedés és a (ρ v2 A) / 2 megadna egy sort vagy adatpontot, amelyet meg lehet szorozni a CL hogy meghatározza az emelési erőt az emelési erő egyenletben.
A fejlettebb számítási módszerek meghatározhatják a felvonási együttható pontosabb értékeit. Van azonban elméleti módszer a felvonási együttható meghatározására. A felvonóerő-egyenlet ezen részének megértéséhez megnézheti a felvonóerő-képlet származtatását és azt, hogy a felvonóerő-együttható kiszámítása hogyan történik ezen, a felvonót tapasztaló tárgyra ható légierő hatására.
Emelési egyenlet származtatása
A levegőn át repülõ tárgyat érintõ erõs erõk számának meghatározása érdekében meghatározhatja az emelési együtthatót CL mint CL = L / (qS) az emelőerő érdekében L, felszíni terület S és folyadék dinamikus nyomása q, általában paskalokban mérve. Átalakíthatja a folyadék dinamikus nyomását a képletbe q = ρu2/ 2 kapni CL = 2L / ρu2S amiben ρ a folyadék sűrűsége és u az áramlási sebesség. Ebből az egyenletből átrendezheti azt az emelési erő egyenlet kiszámításához L = CL ρu2S / 2.
Ez a dinamikus folyadéknyomás és a levegővel vagy folyadékkal érintkező felület szintén erősen függ a levegőben lévő tárgy geometriájától.Egy olyan tárgy esetében, amelyet hengerként közelíthetnek meg, például repülőgépen, az erőnek ki kell terjednie a tárgy testétől. A felület tehát a hengeres test kerülete és a tárgy magassága vagy hossza szorzata lesz, így S = C x h.
A felületet a vastagság szorzataként is értelmezheti, a terület mennyiségét osztva a hosszúsággal, t , oly módon, hogy ha vastagságát megszorozzuk az objektum magasságával vagy hosszával, megkapjuk a felületét. Ebben az esetben S = t x h.
A felület ezen változói közötti arány lehetővé teszi, hogy grafikonon ábrázolja vagy kísérletileg megmérje, hogy különböznek egymástól, hogy megvizsgálja mind a henger kerülete mentén fellépő erő, akár az anyag vastagságától függő erő hatását. Más módszerek léteznek a levegőben lévő tárgyak mérésére és tanulmányozására az emelési együttható felhasználásával.
Az emelési együttható egyéb felhasználásai
A felvonási görbe együtthatójának közelítésére sok más módszer is létezik. Mivel a felvonási együtthatónak sok különféle tényezőt tartalmaznia kell, amelyek befolyásolják a repülőgép repülését, akkor azt is felhasználhatja annak mérésére, hogy egy sík milyen nagy szögben lehet a talajhoz képest. Ezt a szöget támadási szögnek (AOA) nevezzük, amelyet a α ("alfa"), és újraírhatja az emelési együtthatót CL = CL0 + CLαα.
Ezzel az intézkedéssel CL amelynek az AOA α miatt további függősége van, akkor az egyenletet újraírhatja a = (CL + CL0) / CLα és miután egy adott AOA-ra kísérletileg meghatározta az emelési erőt, kiszámíthatja az általános C emelési tényezőtL. Ezután kipróbálhatja a különböző AOA-k mérését, hogy meghatározzák, milyen értékeket CL0 és CLα a legjobban illeszkedik _._ Ez az egyenlet feltételezi, hogy az emelési együttható lineárisan változik az AOA-val, így előfordulhatnak olyan körülmények, amikor a pontosabb együttható egyenlet jobban illeszkedik.
Az AOA emelési erő és emelési együttható jobb megértése érdekében a mérnökök megvizsgálták, hogy az AOA hogyan változtatja meg a sík repülési irányát. Ha az emelési együtthatókat ábrázolja az AOA-val szemben, kiszámíthatja a meredekség pozitív értékét, amelyet kétdimenziós emelési görbe meredekségnek hívnak. A kutatások azonban kimutatták, hogy az AOA bizonyos értéke után a CL az érték csökken.
Ezt a maximális AOA-t elakadáspontnak nevezik, a megfelelő elakadási sebességgel és maximális értékkel CL érték. A repülőgép anyagának vastagságára és görbületére irányuló kutatás megmutatta ezen értékek kiszámításának módját, ha ismeri a levegőben lévő tárgy geometriáját és anyagát.
Egyenlet és emelési együttható kalkulátor
A NASA rendelkezik egy online applettel, amely megmutatja, hogy a felvonási egyenlet hogyan befolyásolja a repülőgép repülését. Ez egy emelési együttható számológépen alapul, és ezzel felhasználhatja a sebesség, szög különböző értékeinek beállítását, amelyeket a levegőben lévő tárgy a talajhoz viszonyítva figyelembe vesz, és a tárgyak felületét, amelyet a tárgyak a repülőgépek körülvevő anyaggal szemben tartanak. Az applet lehetővé teszi még a történelmi repülőgépek használatát is, hogy megmutassák, hogyan fejlődtek a műszaki tervek az 1900-as évek óta.
A szimuláció nem veszi figyelembe a levegőben lévő tárgy súlyváltozását a szárny területének változásai miatt. Annak meghatározásához, hogy milyen hatással lenne, elvégezheti a felület különböző értékeinek mérését az emelőerőre, és kiszámíthatja az e felület által okozott emelőerő változását. Kiszámíthatja azt a gravitációs erőt is, amelyre a különböző tömegek W = mg súlyt használnának, a W gravitáció, m tömeg és g gravitációs gyorsulási állandó miatt (9,8 m / s2).
Használhat egy "szondát" is, amelyet a levegőben lévő tárgyak körül irányíthat, hogy a szimuláció különböző pontjain megjelenítse a sebességet. A szimuláció az is korlátozott, hogy a repülőgépet egy sík lemez segítségével közelítik meg gyors, piszkos számításként. Ezzel felhasználhatja az emelési erő egyenletének megoldásainak közelítését.