Подъёмная сила (Hk;a~bugx vnlg)
Подъёмная сила | |
---|---|
![]() | |
![]() |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/24/Aeroforces_ru.svg/280px-Aeroforces_ru.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/99/Karman_trefftz.gif/280px-Karman_trefftz.gif)
Подъёмная си́ла — составляющая полной аэродинамической силы, перпендикулярная вектору скорости движения тела в потоке жидкости или газа, возникающая в результате несимметричности обтекания тела потоком. Полная аэродинамическая сила — это интеграл от давления вокруг контура профиля крыла. Подъемная сила не создается для самолетов с прямым типом крыла.
где:
- Y — подъёмная сила,
- P — тяга,
- — граница профиля,
- p — величина давления,
- n — нормаль к профилю
Согласно теореме Жуковского, величина подъёмной силы пропорциональна плотности среды, скорости потока и циркуляции скорости потока.
Приближённо возникновение подъёмной силы можно объяснить тем, что ввиду наличия инерции и вязкости у обтекающего крыло газа при ненулевом угле атаки, газу со стороны положительного угла атаки необходимо ускориться, преодолев инерцию, чтобы догнать «убегающую» поверхность крыла, а с другой стороны сжаться под воздействием набегающей поверхности. В результате имеем следующие составляющие подъёмной силы:
- изменение направления потока газа и его ускорение с одной стороны, замедление с другой и уравновешиваются подъёмной силой, согласно закону сохранения импульса.
- разность давлений, соответствующая разрежению с одной стороны крыла и сжатию с другой, обусловливает появление силы, направленной в сторону положительного угла атаки.
Более подробно о связи полей скоростей, давления с инерцией и вязкостью среды можно прочитать в описании уравнений Бернулли и уравнения Навье — Стокса.
Если скорость потока воздуха над крылом больше скорости потока воздуха под крылом, то, согласно уравнению Бернулли, это соответствует перепаду давлений . Подъёмную силу можно рассчитать по формуле , где — плотность воздуха, — площадь крыла. Обозначив скорость потока воздуха относительно крыла через , а скорость циркуляционного потока через , получим , , — формула Жуковского[2].
Коэффициент подъёмной силы
[править | править код]Коэффициент подъёмной силы — безразмерная величина, характеризующая подъёмную силу крыла определённого профиля при известном угле атаки. Коэффициент определяется экспериментальным путём в аэродинамической трубе, либо по теореме Жуковского.
Кривая, показывающая зависимость величины коэффициента от угла атаки, получается обычно опытным путём, в аэродинамической трубе или при лётных испытаниях.
Джон Смитон уже в XVIII веке рассчитал поправочный коэффициент подъёмной силы (далее Коэффициент Смитона, в формуле не указан) для формулы расчёта подъёмной силы. Формула имеет вид[3]:
где:
- — подъёмная сила (Н),
- — коэффициент подъёмной силы, зависящий от угла атаки (получается опытным путём для разных профилей крыла),
- — плотность воздуха на высоте полёта (кг/м³),
- — скорость набегающего потока (м/с),
- — характерная площадь (м²) (общая площадь крыла).
Формула для расчёта лобового сопротивления сходна с вышеприведённой, за исключением того, что используется коэффициент лобового сопротивления (также приведённый для общей площади крыла) вместо коэффициента подъёмной силы .
Поправочный коэффициент, значение которого по расчётам Смитона составляло 1,005, использовался более 100 лет, и только опыты братьев Райт, в ходе которых они обнаружили, что подъёмная сила, действующая на планёры, была слабее расчётной, позволили уточнить «коэффициент Смитона» до значения 1,0033.
Примечания
[править | править код]- ↑ Airflow across a wing (англ.). Дата обращения: 15 апреля 2021. Архивировано 27 апреля 2021 года.
- ↑ Кабардин О. Ф., Орлов В. А., Пономарева А. В. Факультативный курс физики. 8 класс. — М.: Просвещение, 1985. — Тираж 143 500 экз. — С. 151—152.
- ↑ Clancy L. J. Aerodynamics, Section 4.15