Подъёмная сила

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Силы, действующие на крыло самолёта в полёте
Обтекание профиля крыла

Подъёмная сила — составляющая полной аэродинамической силы, перпендикулярная вектору скорости движения тела в потоке жидкости или газа, возникающая в результате несимметричности обтекания тела потоком. В соответствии с законом Бернулли, статическое давление среды в тех областях, где скорость потока более высока, будет ниже, и наоборот. Например, крыло самолета имеет несимметричный профиль (верхняя часть крыла более выпуклая), вследствие чего скорость потока по верхней кромке крыла будет выше, чем над нижней. Создавшаяся разница давлений и порождает подъёмную силу. Полная аэродинамическая сила — это интеграл от давления вокруг контура профиля крыла.

\mathbf{Y}+\mathbf{P} = \oint\limits_{\partial\Omega}p\mathbf{n} \; d\partial\Omega

где:

  • Y — это подъёмная сила,
  • P — это тяга,
  • \partial\Omega — граница профиля,
  • p — величина давления,
  • n — нормаль к профилю

Согласно теореме Жуковского, величина подъёмной силы пропорциональна плотности среды, скорости потока и циркуляции скорости потока.

Airstreams around an airfoil in a wind tunnel.jpg

Коэффициент подъёмной силы[править | править вики-текст]

Коэффициент подъёмной силы — безразмерная величина, характеризующая подъемную силу крыла определённого профиля при известном угле атаки. Коэффициент определяется экспериментальным путём в аэродинамической трубе, либо по теореме Жуковского. Джон Смитон уже в XVIII веке рассчитал коэффициент подъемной силы (далее Коэффициент Смитона) для формулы расчёта подъёмной силы. . Формула имеет вид[1]:

Y = C_y \frac{\rho V^2}{2} S \,

где:

Y — подъёмная сила (Н)
C_y — коэффициент подъёмной силы
\rho — плотность воздуха на высоте полёта (кг/м³)
V — скорость набегающего потока (м/с)
S — характерная площадь (м²)

Этот Коэффициент, значение которого по расчётам Смитона составляло 0.005, 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 0.0033.

При расчетах по этой формуле важно не путать весовую и массовую плотность воздуха. Весовая плотность при стандартных атмосферных условиях (на уровне земли при температуре +15 С) равна \rho=1.225 кг/м3. Но в аэродинамических расчетах часто используют массовую плотность воздуха, которая равна 0.125 кг*с24. В этом случае подъемная сила Y получается не в ньютонах (Н), а в килограммах (кг). В книгах по аэродинамике не всегда имеются уточнения, о какой плотности и размерности подъемной силы идет речь, поэтому в спорных ситуациях нужно проверять формулы, сокращая единицы измерения.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Clancy, L.J., Aerodynamics, Section 4.15

Ссылки[править | править вики-текст]