เนื้อหา
ไม่ว่าคุณจะกำลังศึกษาการบินของนกที่บินปีกของมันเพื่อขึ้นไปบนท้องฟ้าหรือการเพิ่มขึ้นของก๊าซจากปล่องไฟสู่บรรยากาศคุณสามารถศึกษาวิธีที่วัตถุยกตัวเองต่อต้านแรงโน้มถ่วงเพื่อเรียนรู้วิธีการบินเหล่านี้ได้ดียิ่งขึ้น "
สำหรับอุปกรณ์และโดรนอากาศยานที่ลอยผ่านอากาศการบินขึ้นอยู่กับการเอาชนะแรงดึงดูดของโลกและการบังคับของอากาศกับวัตถุเหล่านี้นับตั้งแต่พี่น้องตระกูลไรท์คิดค้นเครื่องบิน การคำนวณแรงยกสามารถบอกได้ว่าวัตถุเหล่านี้ต้องการแรงทางอากาศมากเพียงใด
สมการยกกำลัง
วัตถุที่บินผ่านอากาศจะต้องจัดการกับแรงของอากาศที่กระทำกับตัวเอง เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในอากาศแรงลากคือส่วนหนึ่งของแรงที่กระทำขนานกับการไหลของการเคลื่อนไหว ยกโดยตรงกันข้ามเป็นส่วนหนึ่งของแรงที่ตั้งฉากกับการไหลของอากาศหรือก๊าซหรือของเหลวอื่นกับวัตถุ
เครื่องบินที่มนุษย์สร้างขึ้นเช่นจรวดหรือเครื่องบินใช้สมการแรงยกของ L = (CL ρโวลต์2 A) / 2 สำหรับแรงยก Lยกสัมประสิทธิ์ CLความหนาแน่นของวัสดุรอบวัตถุ ρ ("rho") ความเร็ว โวลต์ และพื้นที่ปีก . สัมประสิทธิ์การยกผลรวมของแรงต่าง ๆ บนวัตถุทางอากาศรวมถึงความหนืดและการบีบอัดของอากาศและมุมของร่างกายเมื่อเทียบกับการไหลทำให้สมการสำหรับการคำนวณการยกง่ายขึ้น
นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรมักจะตัดสิน CL ทดลองโดยการวัดค่าของแรงยกและเปรียบเทียบกับความเร็ววัตถุบริเวณปีกและความหนาแน่นของวัสดุของเหลวหรือก๊าซที่วัตถุแช่อยู่ทำกราฟของลิฟต์เทียบกับปริมาณของ (ρโวลต์2 A) / 2 จะให้บรรทัดหรือชุดของจุดข้อมูลที่คุณสามารถคูณด้วย CL เพื่อกำหนดแรงยกในสมการแรงยก
วิธีการคำนวณขั้นสูงเพิ่มเติมสามารถกำหนดค่าที่แม่นยำยิ่งขึ้นของสัมประสิทธิ์การยกมีวิธีการทางทฤษฎีของการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การยกแม้ว่า เพื่อทำความเข้าใจในส่วนนี้ของสมการแรงยกคุณสามารถดูที่มาของสูตรแรงยกและวิธีคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงยกเป็นผลมาจากแรงทางอากาศเหล่านี้บนวัตถุที่ประสบกับแรงยก
การเพิ่มสมการลิฟท์
ในการอธิบายถึงกองกำลังมากมายที่ส่งผลต่อวัตถุที่บินผ่านอากาศคุณสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การยกได้ CL เช่น CL = L / (qS) สำหรับแรงยก L, พื้นที่ผิว S และความดันไดนามิกของของไหล Qมักวัดเป็นปาสกาล คุณสามารถแปลงความดันไดนามิกของไหลเป็นสูตรได้ q = ρu2/ 2 เพื่อรับ CL = 2L / ρu2S ซึ่งใน ρ คือความหนาแน่นของของไหลและ ยู คือความเร็วการไหล จากสมการนี้คุณสามารถจัดเรียงใหม่เพื่อรับสมการแรงยก L = CL ρu2S / 2
ความดันของเหลวแบบไดนามิกและพื้นที่ผิวสัมผัสกับอากาศหรือของเหลวทั้งสองยังขึ้นอยู่กับเรขาคณิตของวัตถุในอากาศสำหรับวัตถุที่อาจประมาณเป็นทรงกระบอกเช่นเครื่องบินแรงควรแผ่ออกไปด้านนอกจากร่างกายของวัตถุ จากนั้นพื้นที่ผิวจะเป็นเส้นรอบวงของร่างกายทรงกระบอกเมื่อความสูงหรือความยาวของวัตถุเท่ากับคุณ S = C x h.
คุณอาจตีความพื้นที่ผิวเป็นผลคูณของความหนาปริมาณของพื้นที่หารด้วยความยาว เสื้อ เมื่อคุณคูณความหนากับความสูงหรือความยาวของวัตถุคุณจะได้พื้นที่ผิว ในกรณีนี้ S = t x h.
อัตราส่วนระหว่างตัวแปรเหล่านี้ของพื้นที่ผิวช่วยให้คุณทำกราฟหรือทดสอบว่าพวกมันต่างกันอย่างไรเพื่อศึกษาผลของแรงรอบเส้นรอบวงของทรงกระบอกหรือแรงที่ขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุ วิธีการอื่นในการวัดและศึกษาวัตถุในอากาศโดยใช้สัมประสิทธิ์การยกมีอยู่
การใช้สัมประสิทธิ์การยกอื่น ๆ
มีวิธีอื่นอีกหลายวิธีในการประมาณค่าสัมประสิทธิ์โค้งยก เนื่องจากสัมประสิทธิ์การยกต้องประกอบด้วยปัจจัยต่าง ๆ มากมายที่มีผลต่อการบินของเครื่องบินคุณยังสามารถใช้มันเพื่อวัดมุมที่เครื่องบินอาจใช้กับพื้นดิน มุมนี้เรียกว่า angle of attack (AOA) ซึ่งเป็นตัวแทนของ α ("อัลฟา") และคุณสามารถเขียนค่าสัมประสิทธิ์การยกได้อีกครั้ง CL = CL0 + CLαα.
ด้วยมาตรการนี้ของ CL ที่มีการพึ่งพาเพิ่มเติมเนื่องจาก AOA αคุณสามารถเขียนสมการใหม่เป็น α = (CL + CL0) / CLα และหลังจากกำหนดค่าแรงยกสำหรับการทดสอบ AOA ที่เฉพาะเจาะจงแล้วคุณสามารถคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การยกทั่วไป CL. จากนั้นคุณสามารถลองวัดค่า AOA ที่แตกต่างกันเพื่อกำหนดค่าของ CL0 และ CLα จะพอดีที่สุด _._ สมการนี้จะถือว่าค่าสัมประสิทธิ์การยกเปลี่ยนเป็นเชิงเส้นตรงกับ AOA ดังนั้นอาจมีบางสถานการณ์ที่สมการสัมประสิทธิ์ที่แม่นยำมากขึ้นอาจเหมาะสมกว่า
เพื่อให้เข้าใจ AOA มากขึ้นเกี่ยวกับแรงยกและค่าสัมประสิทธิ์การยกวิศวกรได้ศึกษาว่า AOA เปลี่ยนวิธีการบินของเครื่องบินอย่างไร หากคุณวาดกราฟค่าสัมประสิทธิ์การยกเทียบกับ AOA คุณสามารถคำนวณค่าบวกของความชันซึ่งเรียกว่าลาดชันแบบโค้งสองมิติ การวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าหลังจากค่าของ AOA บางอย่าง CL ค่าลดลง
AOA สูงสุดนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อจุดถ่วงด้วยความเร็วและความเร็วสูงสุดที่สอดคล้องกัน CL ราคา. การวิจัยเกี่ยวกับความหนาและความโค้งของวัสดุอากาศยานได้แสดงวิธีการคำนวณค่าเหล่านี้เมื่อคุณรู้รูปทรงเรขาคณิตและวัสดุของวัตถุในอากาศ
เครื่องคิดเลขสมการและยก
NASA มีแอปเพล็ตออนไลน์เพื่อแสดงว่าสมการยกมีผลต่อการบินของเครื่องบินอย่างไร สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับเครื่องคิดเลขสัมประสิทธิ์การยกและคุณสามารถใช้มันเพื่อตั้งค่าความเร็วที่แตกต่างกันมุมที่วัตถุในอากาศใช้กับพื้นดินและพื้นที่ผิวที่วัตถุมีกับวัสดุที่อยู่รอบ ๆ เครื่องบิน แอปเพล็ตยังช่วยให้คุณใช้เครื่องบินประวัติศาสตร์เพื่อแสดงให้เห็นว่าการออกแบบทางวิศวกรรมมีวิวัฒนาการมาตั้งแต่ทศวรรษ 1900 อย่างไร
การจำลองไม่ได้หมายถึงการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักของวัตถุในอากาศเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในพื้นที่ปีก ในการพิจารณาว่าเอฟเฟกต์ใดบ้างที่จะเกิดขึ้นคุณสามารถวัดค่าของพื้นที่ผิวต่าง ๆ ที่มีต่อแรงยกและคำนวณการเปลี่ยนแปลงแรงยกที่บริเวณพื้นผิวเหล่านี้อาจทำให้เกิด คุณสามารถคำนวณแรงโน้มถ่วงที่มวลต่าง ๆ จะใช้ W = mg สำหรับน้ำหนักเนื่องจากแรงโน้มถ่วง W, มวล m และค่าคงตัวความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วง g (9.8 m / s2).
นอกจากนี้คุณยังสามารถใช้ "โพรบ" ที่คุณสามารถนำทางไปรอบ ๆ วัตถุในอากาศเพื่อแสดงความเร็วที่จุดต่างๆตามการจำลอง การจำลองนั้น จำกัด ว่าเครื่องบินประมาณโดยใช้แผ่นแบนเป็นการคำนวณที่รวดเร็วและสกปรก คุณสามารถใช้สิ่งนี้เพื่อแก้ปัญหาโดยประมาณสำหรับสมการแรงยก