Contenu
- Équation de force de levage
- Dérivation d'équation de levage
- Autres utilisations du coefficient de portance
- Calculateur d'équation et de coefficient de portance
Que vous étudiez le vol des oiseaux qui battent des ailes pour monter dans le ciel ou la montée des gaz d’une cheminée dans l’atmosphère, vous pouvez étudier comment les objets se soulèvent contre la force de gravité pour mieux connaître ces méthodes de "vol". "
Pour les équipements aéronautiques et les drones qui volent dans les airs, le vol dépend de la gravité de la gravité et tient compte de la force de l'air contre ces objets depuis que les frères Wright ont inventé l'avion. Le calcul de la force de levage peut vous dire combien de force est nécessaire pour ces objets en vol.
Équation de force de levage
Les objets qui volent dans les airs doivent faire face à la force de l’air exercée contre eux-mêmes. Lorsque l'objet avance dans les airs, la force de traînée est la partie de la force qui agit parallèlement au flux de mouvement. La portance, au contraire, est la partie de la force qui est perpendiculaire au flux d'air ou d'un autre gaz ou fluide contre l'objet.
Les avions artificiels tels que les fusées ou les avions utilisent l’équation de la force de portance de L = (CL ρ v2 A) / 2 pour la force de levage L, coefficient de portance CL, densité du matériau autour de l'objet ρ ("rho"), vitesse v et zone d'aile UNE. Le coefficient de portance résume les effets de diverses forces sur l'objet aéroporté, notamment la viscosité et la compressibilité de l'air et l'angle du corps par rapport au débit, ce qui rend l'équation du calcul de la portance beaucoup plus simple.
Les scientifiques et les ingénieurs déterminent généralement CL expérimentalement en mesurant les valeurs de la force de portance et en les comparant à la vitesse de l'objet, à la superficie de l'envergure et à la densité de la matière liquide ou gazeuse dans laquelle l'objet est immergé. Tracer un graphique de la portance en fonction de la quantité de (ρ v2 A) / 2 vous donnerait une ligne ou un ensemble de points de données qui peuvent être multipliés par le CL pour déterminer la force de portance dans l'équation de la force de portance.
Des méthodes de calcul plus avancées peuvent déterminer des valeurs plus précises du coefficient de portance. Il existe cependant des méthodes théoriques pour déterminer le coefficient de portance. Pour comprendre cette partie de l'équation de la force de portance, vous pouvez examiner la dérivation de la formule de force de portance et la façon dont le coefficient de force de portance est calculé en raison de ces forces aéroportées exercées sur un objet soumis à la portance.
Dérivation d'équation de levage
Pour prendre en compte la multitude d'efforts qui affectent un objet volant dans les airs, vous pouvez définir le coefficient de portance. CL comme CL = L / (qS) pour la force de levage L, surface S et pression dynamique des fluides q, généralement mesurée en pascals. Vous pouvez convertir la pression dynamique du fluide en sa formule q = ρu2/ 2 pour obtenir CL = 2L / ρu2S dans lequel ρ est la densité du fluide et vous est la vitesse d'écoulement. À partir de cette équation, vous pouvez la réorganiser pour dériver l'équation de la force de portance. L = CL ρu2S / 2.
Cette pression de fluide dynamique et la surface spécifique en contact avec l'air ou le fluide dépendent également fortement de la géométrie de l'objet en suspension dans l'air.Pour un objet qui peut être considéré comme un cylindre, tel qu'un avion, la force doit s'étendre du corps de l'objet. La surface correspondrait donc à la circonférence du corps cylindrique multipliée par la hauteur ou la longueur de l'objet, ce qui vous donnerait S = C x h.
Vous pouvez également interpréter la surface comme un produit d'épaisseur, une quantité de surface divisée par la longueur, t , de telle sorte que, lorsque vous multipliez l’épaisseur par la hauteur ou la longueur de l’objet, vous obtenez une surface. Dans ce cas S = t x h.
Le rapport entre ces variables de surface vous permet de tracer graphiquement ou de mesurer expérimentalement en quoi elles diffèrent pour étudier l’effet de la force exercée sur la circonférence du cylindre ou de la force qui dépend de l’épaisseur du matériau. Il existe d'autres méthodes de mesure et d'étude d'objets en suspension dans l'air utilisant le coefficient de portance.
Autres utilisations du coefficient de portance
Il existe de nombreuses autres manières d’approcher le coefficient de courbe de portance. Étant donné que le coefficient de portance doit comprendre de nombreux facteurs différents affectant le vol d'un avion, vous pouvez également l'utiliser pour mesurer l'angle qu'un avion peut prendre par rapport au sol. Cet angle est appelé angle d’attaque (AOA), représenté par α ("alpha"), et vous pouvez ré-écrire le coefficient de portance CL = CL0 + CLαα.
Avec cette mesure de CL qui a une dépendance supplémentaire due à AOA α, vous pouvez réécrire l’équation comme α = (CL + CL0) / CLα et, après avoir déterminé expérimentalement la force de portance pour une AOA spécifique, vous pouvez calculer le coefficient de portance général CL. Ensuite, vous pouvez essayer de mesurer différents AOA pour déterminer quelles valeurs de CL0 et CLα serait la meilleure solution _._ Cette équation suppose que le coefficient de portance change de façon linéaire avec AOA, de sorte qu'il peut y avoir des circonstances dans lesquelles une équation de coefficient plus précise peut être mieux adaptée.
Pour mieux comprendre l'AOA sur la force et le coefficient de portance, les ingénieurs ont étudié comment l'AOA modifie la façon dont un avion vole. Si vous tracez des coefficients de portance en fonction de l'AOA, vous pouvez calculer la valeur positive de la pente, appelée pente en deux dimensions. Des recherches ont cependant montré qu'après une certaine valeur d'AOA, le CL la valeur diminue.
Ce maximum AOA est connu comme le point de décrochage, avec une vitesse de décrochage correspondante et maximum CL valeur. Des recherches sur l'épaisseur et la courbure du matériel d'avion ont montré des moyens de calculer ces valeurs lorsque vous connaissez la géométrie et le matériau de l'objet en vol.
Calculateur d'équation et de coefficient de portance
La NASA a un applet en ligne pour montrer comment l’équation de portance influe sur le vol des aéronefs. Ceci est basé sur un calculateur de coefficient de portance, et vous pouvez l'utiliser pour définir différentes valeurs de vitesse, d'angle que l'objet aérien prend par rapport au sol et à la surface que ces objets ont par rapport au matériau entourant l'aéronef. L'applet vous permet même d'utiliser des avions historiques pour montrer comment les conceptions techniques ont évolué depuis les années 1900.
La simulation ne prend pas en compte le changement de poids de l’objet en suspension dû à des modifications de la voilure. Pour déterminer l’effet que cela aurait, vous pouvez mesurer différentes valeurs de la surface, puis calculer le changement de force que ces surfaces pourraient causer. Vous pouvez également calculer la force gravitationnelle de différentes masses en utilisant W = mg pour le poids dû à la gravité W, à la masse m et à la constante d’accélération gravitationnelle g (9,8 m / s).2).
Vous pouvez également utiliser une "sonde" que vous pouvez diriger autour des objets aéroportés pour afficher la vitesse en différents points de la simulation. La simulation est également limitée au fait que l’appareil est approché à l’aide d’une plaque plate comme calcul rapide et compliqué. Vous pouvez utiliser ceci pour approximer des solutions à l'équation de la force de portance.