Подъёмная си́ла — составляющая полной аэродинамической силы, перпендикулярная вектору скорости движения тела в потоке жидкости или газа. Другими словами, это сила, действующая на тело в потоке жидкости или газа в поперечном этому потоку направлении, возникающая в результате несимметричности обтекания тела этим потоком. Полная аэродинамическая сила — это интеграл от давления вокруг контура профиля крыла.
где: — подъёмная сила, — тяга, — граница профиля, — величина давления, — 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, формула вычисления подъёмной силы крыла, разработанной в 1903 - 1904 гг. основателями авионики и аэродинамики Н.Е.Жуковским (1847-1921) и К.Э.Циолковским (1857-1935).
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 видClancy L. J. Aerodynamics, Section 4.15:
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) (общая площадь крыла).
Формула для расчёта лобового сопротивления сходна с вышеприведённой, за исключением того, что используется коэффициент лобового сопротивления (также приведённый для общей площади крыла) 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
Ссылки
Подъемная сила копия из веб-архива ON THE PHYSICS OF FLIGHT Подсчёт подъёмной силы, действующей на тело конечных размеров в потоке сплошной среды. Методика классического решения в пространстве.
Категория:Аэродинамика Категория:Механика полёта