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. Полная аэродинамическая сила — это интеграл от давления вокруг контура профиля 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.

Airstreams around an airfoil in a wind tunnel.jpg

Приближённо возникновение подъёмной силы можно объяснить тем, что ввиду наличия инерции и вязкости у обтекающего крыло газа при ненулевом угле атаки с одной стороны крыла образуется разрежение, а с другой сжатие. Газу со стороны положительного угла атаки необходимо ускориться, преодолев инерцию, чтобы догнать «убегающую» поверхность крыла, а с другой стороны сжаться под воздействием набегающей поверхности. (Более подробно о связи полей скоростей, давления с инерцией и вязкостью среды можно прочитать в описании уравнений Бернулли и уравнения Навье — Стокса). Разность давлений и обусловливает появление силы, направленной в сторону положительного угла атаки.

Коэффициент подъёмной силы[править | править вики-текст]

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.

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[1]:

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 расчета лобового сопротивления сходна с вышеприведенной, 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.

При расчётах 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 =1.225 кг/м3. Но в аэродинамических расчётах часто используют массовую плотность воздуха, которая равна 0.125 кГ*с24. В этом случае подъёмная сила Y получается не в ньютонах (Н), а в килограммах (кг). В книгах по аэродинамике не всегда имеются уточнения, о какой плотности и размерности подъёмной силы идёт 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]