Sisu
- Tõstejõu võrrand
- Lift-võrrandi tuletamine
- Muud tõstekoefitsiendid
- Võrrandi- ja tõstekoefitsientide kalkulaator
Ükskõik, kas uurite lindude lendu, kes löövad tiibu, et tõusta taevasse, või gaasi tõusu korstnast atmosfääri, saate uurida, kuidas objektid tõstavad ennast raskuse jõu vastu, et neid "lennumeetodeid" paremini tundma õppida. "
Õhus hõljuvate lennukite varustuse ja droonide puhul sõltub lend gravitatsiooni ületamisest ning nende jõudude arvestatavast õhujõust alates sellest ajast, kui vennad Wrightid lennuki leiutasid. Tõstejõu arvutamine võib öelda, kui palju jõudu nendele objektidele õhus on vaja.
Tõstejõu võrrand
Õhu kaudu lendavad objektid peavad hakkama saama iseenda vastu suunatud õhu jõuga. Kui objekt liigub õhu kaudu edasi, on tõmbejõud jõu osa, mis toimib paralleelselt liikumisvooluga. Lift seevastu on jõu osa, mis on risti õhu või muu gaasi või vedeliku vooluga objekti vastu.
Inimese loodud õhusõidukid, näiteks raketid või lennukid, kasutavad tõstejõu võrrandit L = (CL ρ v2 A) / 2 tõstejõu jaoks L, tõstekoefitsient CL, materjali tihedus objekti ümber ρ ("rho"), kiirus v ja tiiva piirkond A. Tõstekoefitsient võtab kokku erinevate jõudude mõju õhus liikuvale objektile, sealhulgas õhu viskoossus ja kokkusurutavus ning kere nurk voolu suhtes, mis muudab tõusu arvutamise võrrandi palju lihtsamaks.
Teadlased ja insenerid määravad tavaliselt CL mõõdetakse katseliselt tõstejõu väärtusi ja võrreldakse neid objektide kiiruse, tiibu laiuse pindala ja vedeliku või gaasimaterjali tihedusega, millesse objekt on sukeldatud. Tõmbegraafiku koostamine vs (ρ v2 A) / 2 annaks teile rea või andmepunktide kogumi, mida saab korrutada CL tõstejõu määramiseks tõstejõu võrrandis.
Keerukamate arvutusmeetodite abil saab tõstekoefitsiendi täpsemad väärtused kindlaks määrata. Tõstekoefitsiendi määramiseks on siiski teoreetilisi viise. Tõstejõu võrrandi selle osa mõistmiseks võite vaadata tõstejõu valemi tuletamist ja seda, kuidas tõstejõu koefitsient arvutatakse nende õhus toimuvate jõudude tulemusel objektil, mis kogeb lifti.
Lift-võrrandi tuletamine
Õhu kaudu lendavat eset mõjutavate arvukate jõudude arvestamiseks saate määratleda tõstekoefitsiendi CL nagu CL = L / (qS) tõstejõu jaoks L, pindala S ja vedeliku dünaamiline rõhk q, tavaliselt mõõdetuna paskalites. Vedeliku dünaamilise rõhu saate teisendada selle valemis q = ρu2/ 2 saada CL = 2L / ρu2S milles ρ on vedeliku tihedus ja u on voolukiirus. Sellest võrrandist saate seda ümber tõsta, et saada tõstejõu võrrand L = CL ρu2S / 2.
Nii dünaamiline vedeliku rõhk kui ka õhu või vedelikuga kokkupuutuv pindala sõltuvad suuresti ka õhus oleva objekti geomeetriast.Objekti puhul, mida võib lähendada silindrina, näiteks lennukina, peaks jõud ulatuma objekti kehast väljapoole. Pinna pindala oleks silindrilise keha ümbermõõt, korrutatuna eseme kõrguse või pikkusega, andes teile S = C x h.
Võite pindala tõlgendada ka paksuse korrutisena, pindala jagatud pikkusega, t , nii et paksuse korrutamisel objekti kõrguse või pikkusega saate pinna. Sel juhul S = t x h.
Pinna pindala muutujate suhe võimaldab teil graafiliselt joonistada või katseliselt mõõta, kuidas need erinevad, et uurida silindri ümbermõõtu ümbritseva jõu või materjali paksusest sõltuva jõu mõju. On olemas ka teisi õhus olevate objektide mõõtmis- ja uurimismeetodeid tõstekoefitsiendi abil.
Muud tõstekoefitsiendid
Tõstekõvera koefitsiendi lähendamiseks on palju muid võimalusi. Kuna tõstekoefitsient peab koosnema paljudest erinevatest teguritest, mis mõjutavad õhusõiduki lendu, saate seda kasutada ka selleks, et mõõta nurka, mida lennuk võib võtta maa suhtes. Seda nurka nimetatakse rünnakunurgaks (AOA), mida tähistab α ("alfa") ja tõstmiskoefitsiendi saab ümber kirjutada CL = CL0 + CLαα.
Selle mõõtmega CL millel on AOA α tõttu täiendav sõltuvus, võite võrrandi ümber kirjutada järgmiselt a = (CL + CL0) / CLα ja pärast ühe konkreetse AOA tõstejõu katselist määramist saate arvutada üldise tõstekoefitsiendi CL. Seejärel võite proovida mõõta erinevaid AOA-sid, et teha kindlaks, millised väärtused on CL0 ja CLα sobiks kõige paremini _._ See võrrand eeldab, et tõstekoefitsient muutub lineaarselt AOA-ga, nii et võib esineda olukordi, kus täpsem koefitsientvõrrand sobib paremini.
AOA tõstmisjõu ja tõstekoefitsiendi paremaks mõistmiseks on insenerid uurinud, kuidas AOA muudab lennuki liikumist. Kui joonestate tõstekoefitsiendid AOA suhtes, saate arvutada kalde positiivse väärtuse, mida nimetatakse kahemõõtmeliseks tõstekõvera kallakuks. Uuringud on siiski näidanud, et pärast AOA teatavat väärtust on CL väärtus väheneb.
Seda maksimaalset AOA-d nimetatakse seiskumispunktiks koos vastava varitsemiskiiruse ja maksimumiga CL väärtus. Õhusõiduki materjali paksuse ja kõveruse uuringud on näidanud viise nende väärtuste arvutamiseks, kui teate õhus oleva objekti geomeetriat ja materjali.
Võrrandi- ja tõstekoefitsientide kalkulaator
NASA-l on veebiprogramm, mis näitab, kuidas tõstevõrrand mõjutab lennukite lendu. See põhineb tõstekoefitsiendi kalkulaatoril ja saate selle abil määrata erinevaid kiiruse, nurga, mille õhus olev objekt võtab vastu maapinda, ja pinna, mida objektid omavad õhusõiduki ümbritseva materjali suhtes, väärtusi. Aplett võimaldab teil isegi kasutada ajaloolisi lennukeid, et näidata, kuidas insenerirajatised on arenenud alates 1900. aastatest.
Simulatsioonis ei arvestata õhus oleva objekti kaalu muutust tiivapiirkonna muutuste tõttu. Millise mõju sellel oleks, võite mõõta pinna pindalade erinevaid väärtusi tõstejõule ja arvutada nende pinna pindalade põhjustatud tõstejõu muutuse. Samuti saate arvutada gravitatsioonijõu, mis erinevatel massidel oleks, kasutades massi W = mg raskuse W, massi m ja gravitatsioonikiirenduse konstandi g (9,8 m / s) tõttu.2).
Võite kasutada ka "sondi", mida saate suunata ümber õhus olevate objektide, et näidata kiirust simulatsiooni erinevates punktides. Simulatsioon on piiratud ka sellega, et lennuki lähendamisel kasutatakse kiiret, räpast arvutust tasapinnalise plaadi abil. Selle abil saate lähendada tõstejõu võrrandi lahendusi.