Interested Article - Подъёмная сила

Силы, действующие на крыло самолёта в полёте
Обтекание профиля крыла

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 .

Коэффициент подъёмной силы

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 :

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).

Формула для расчёта лобового сопротивления сходна с вышеприведённой, за исключением того, что используется коэффициент лобового сопротивления 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

  1. (англ.) . Дата обращения: 15 апреля 2021. 27 апреля 2021 года.
  2. Кабардин О. Ф., Орлов В. А., Пономарева А. В. Факультативный курс физики. 8 класс. — М.: Просвещение , 1985. — Тираж 143 500 экз. — С. 151—152.
  3. Clancy L. J. Aerodynamics, Section 4.15

Ссылки

  • копия из веб-архива
Источник —

Same as Подъёмная сила