Sisältö
- Nosta voimayhtälö
- Nosta yhtälön johdannainen
- Muut nostokerroimen käyttötavat
- Yhtälö- ja nostokerroinlaskin
Tutkitpa sitten lintujen lentoa, jotka lyövät siipiään noustakseen taivaalle tai kaasun nousua savupiipusta ilmakehään, voit tutkia kuinka esineet nostavat itseään painovoimaa vastaan oppiaksesi paremmin näistä "lentomenetelmistä". "
Ilma-alueella nousevien lentokonelaitteiden ja droonien osalta lento riippuu painovoiman voittamisesta sekä ilmavoiman ottamisesta huomioon näitä esineitä siitä lähtien, kun Wrightin veljet keksivät lentokoneen. Nostovoiman laskeminen voi kertoa kuinka paljon voimaa tarvitaan näihin esineisiin ilmassa.
Nosta voimayhtälö
Ilman läpi lentävien esineiden on käsiteltävä itseään vastaan kohdistettua ilmavoimaa. Kun esine liikkuu eteenpäin ilman läpi, vetovoima on osa voimaa, joka toimii liikkeen virtauksen suuntaisesti. Nosta sitä vastoin on voiman osa, joka on kohtisuorassa ilma- tai muun kaasun tai nesteen virtausta vastaan esinettä.
Ihmisen tekemissä lentokoneissa, kuten raketeissa tai lentokoneissa, käytetään nostovoimayhtälöä L = (CL ρ v2 A) / 2 nostovoimaan L, nostokerroin CL, materiaalin tiheys esineen ympärillä ρ ("rho"), nopeus v ja siipialue . Nostokerroin summaa erilaisten voimien vaikutukset ilmassa olevaan esineeseen, mukaan lukien ilman viskositeetti ja kokoonpuristuvuus sekä rungon kulma virtauksen suhteen, mikä tekee yhtälöstä hissin laskemiseksi paljon yksinkertaisempaa.
Tutkijat ja insinöörit tyypillisesti päättävät CL kokeellisesti mittaamalla nostovoiman arvot ja vertaamalla niitä esineiden nopeuteen, siipien etäisyyteen ja neste- tai kaasumateriaalin tiheyteen, johon esine on upotettu. Laaditaan kuvaaja hissistä suhteessa (ρ v2 A) / 2 antaisi sinulle rivin tai tietopisteiden, jotka voidaan kertoa CL nostovoiman määrittämiseksi nostovoimayhtälössä.
Kehittyneemmillä laskentamenetelmillä voidaan määrittää hissikertoimen tarkemat arvot. On kuitenkin teoreettisia tapoja hissikertoimen määrittämiseksi. Ymmärtääksesi tämän hissivoimayhtälön osan voit tarkastella hissivoimakaavan johdannaista ja kuinka hissivoimakerroin lasketaan näiden ilmassa olevien voimien seurauksena kohteessa, joka kokee hissin.
Nosta yhtälön johdannainen
Ilman läpi lentävään esineeseen vaikuttavien lukemattomien voimien huomioon ottamiseksi voidaan määrittää nostokerroin CL kuten CL = L / (qS) nostovoimaan L, pinta-ala S ja fluidin dynaaminen paine q, mitataan yleensä passaaleissa. Voit muuntaa nesteen dynaamisen paineen kaavaksi q = ρu2/ 2 saadaksesi CL = 2L / ρu2S jossa ρ on nesteen tiheys ja U on virtausnopeus. Tästä yhtälöstä voit järjestää sen uudelleen johdannaiseksi nostovoimayhtälön L = CL ρu2S / 2.
Tämä dynaaminen nestepaine ja ilman tai nesteen kanssa kosketuksessa oleva pinta-ala riippuvat suuresti myös ilmassa olevan esineen geometriasta.Kohteessa, joka voidaan arvioida sylinterinä, kuten lentokoneena, voiman tulisi ulottua esineen rungosta ulospäin. Pinta-ala on silloin sylinterimäisen rungon kehä, joka on kertottu esineen korkeudesta tai pituudesta, jolloin saadaan sinulle S = C x h.
Voit tulkita myös pinta-alan paksuustuotteena, pinta-alan määrän jaettuna pituudella, T , niin että kun kerrotaan paksuus kerrottuna esineen korkeudella tai pituudella, saat pinta-alan. Tässä tapauksessa S = t x h.
Näiden pinta-alamuuttujien välinen suhde antaa sinun piirtää tai kokeellisesti mitata niiden eroja tutkiaksesi joko sylinterin kehän ympärillä olevan voiman tai materiaalin paksuudesta riippuvan voiman vaikutusta. Muita menetelmiä ilma-alusten mittaamiseksi ja tutkimiseksi nostokerroimen avulla on olemassa.
Muut nostokerroimen käyttötavat
On monia muita tapoja lähentää hissikäyrän kerrointa. Koska hissikerroimen on sisällettävä monia eri tekijöitä, jotka vaikuttavat lentokoneiden lentotoimintaan, voit käyttää sitä myös mittaamaan kulman, jonka taso voi ottaa maahan nähden. Tätä kulmaa kutsutaan hyökkäyskulmaksi (AOA), jota edustaa α ("alfa"), ja voit kirjoittaa nostokerroin uudelleen CL = CL0 + CLαα.
Tällä toimenpiteellä CL jolla on ylimääräinen riippuvuus johtuen AOA α: sta, voit kirjoittaa yhtälön uudella a = (CL + CL0) / CLα ja sen jälkeen kun kokeellisesti on määritetty nostovoima yhdelle tietylle AOA: lle, voit laskea yleisen nostokerroimen CL. Sitten voit yrittää mitata erilaisia AOA: ita määrittääksesi mitkä arvot CL0 ja CLα sopisi parhaiten _._ Tämä yhtälö olettaa, että hissikerroin muuttuu lineaarisesti AOA: n kanssa, joten voi olla tilanteita, joissa tarkempi kerroinyhtälö voi sopia paremmin.
AOA: n ymmärtämiseksi paremmin nostovoimasta ja nostokerroimesta insinöörit ovat tutkineet kuinka AOA muuttaa koneen lentotapaa. Jos kuvaaja nostokertoimia kuvaa AOA: ta, voit laskea kaltevuuden positiivisen arvon, jota kutsutaan kaksiulotteiseksi hissikäyrän kaltevuudeksi. Tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että AOA: n arvon jälkeen, CL arvo laskee.
Tätä enimmäis AOA: ta kutsutaan pysähdyspisteeksi, vastaavalla pysäytysnopeudella ja enimmäisarvolla CL arvo. Ilma-aluksen materiaalin paksuuden ja kaarevuuden tutkimus on osoittanut tapoja laskea nämä arvot, kun tiedät ilma-aluksen geometrian ja materiaalin.
Yhtälö- ja nostokerroinlaskin
NASA: lla on online-appletti, joka osoittaa, kuinka hissiyhtälö vaikuttaa lentokoneiden lentoon. Tämä perustuu hissikerroinlaskuriin, ja voit käyttää sitä asettaaksesi eri nopeuden, kulman, jonka ilma-alus ottaa maahan nähden, ja pinta-alan, joka esineillä on ilma-aluksen ympäröivään materiaaliin nähden. Sovelluksen avulla voit jopa käyttää historiallisia lentokoneita osoittamaan, kuinka suunnitellut mallit ovat kehittyneet 1900-luvulta lähtien.
Simulaatiossa ei oteta huomioon ilma-aluksen painon muutosta siipialueen muutosten vuoksi. Määrittääksesi, mikä vaikutus sillä olisi, voit mitata pinta-alojen eri arvoja, jotka vaikuttavat nostovoimaan, ja laskea muutos nostovoimassa, jonka nämä pinta-alat aiheuttavat. Voit myös laskea painovoiman, joka erilaisilla massoilla olisi, käyttämällä painoa W = mg painon W, massan m ja painovoimakiihtyvyysvakion g (9,8 m / s) vuoksi.2).
Voit käyttää myös "anturia", jota voit ohjata ilma-alusten ympäri näyttääksesi nopeuden simulaation eri kohdissa. Simulaatio on myös rajoitettu siihen, että lentokone lähestyy tasaisella levyllä nopeana, likaisena laskelmana. Voit käyttää tätä likimääräisiin ratkaisuihin nostovoimayhtälöön.