المحتوى
سواء كنت تدرس رحلة الطيور التي تغلبت على أجنحتها للوقوف في السماء أو ارتفاع الغاز من مدخنة إلى الغلاف الجوي ، يمكنك دراسة كيفية رفع الأجسام عن نفسها ضد قوة الجاذبية لمعرفة المزيد عن طرق "الطيران" هذه. "
بالنسبة لمعدات الطائرات والطائرات بدون طيار التي ترتفع في الهواء ، تعتمد الرحلة على التغلب على الجاذبية وكذلك حساب قوة الهواء ضد هذه الأشياء منذ أن اخترع الأخوان رايت الطائرة. يمكن أن يخبرك حساب قوة الرفع عن مقدار القوة اللازمة لهذه الأجسام المحمولة جواً.
رفع قوة المعادلة
الأجسام التي تطير عبر الهواء يجب أن تتعامل مع القوة الجوية التي تمارس ضد نفسها. عندما يتحرك الجسم للأمام عبر الهواء ، فإن قوة السحب هي جزء من القوة التي تعمل بالتوازي مع تدفق الحركة. الرفع ، على النقيض من ذلك ، هو جزء القوة العمودي على تدفق الهواء أو أي غاز آخر أو سائل ضد الجسم.
الطائرات التي من صنع الإنسان مثل الصواريخ أو الطائرات تستخدم معادلة قوة الرفع L = (CL ρ الخامس2 أ) / 2 لرفع القوة L، رفع معامل CL، كثافة المواد حول الكائن ρ ("رو") ، السرعة الخامس ومنطقة الجناح أ. يلخص معامل الرفع تأثيرات القوى المختلفة على الجسم المحمول بالهواء بما في ذلك لزوجة الهواء وقابلية انضغاطه وزاوية الهيئة فيما يتعلق بالتدفق مما يجعل معادلة حساب الرفع أكثر بساطة.
العلماء والمهندسين تحديد عادة CL تجريبياً عن طريق قياس قيم قوة الرفع ومقارنتها بسرعة الأجسام ، ومنطقة جناحيها وكثافة المادة السائلة أو الغازية التي يتم غمرها في الجسم. عمل رسم بياني للرافعة مقابل كمية (ρ الخامس2 A) / 2 سيعطيك خطًا أو مجموعة من نقاط البيانات التي يمكن ضربها في CL لتحديد قوة الرفع في معادلة قوة الرفع.
يمكن للطرق الحسابية الأكثر تقدماً تحديد قيم أكثر دقة لمعامل الرفع. ولكن توجد طرق نظرية لتحديد معامل الرفع. لفهم هذا الجزء من معادلة قوة الرفع ، يمكنك إلقاء نظرة على اشتقاق صيغة قوة الرفع وكيف يتم حساب معامل قوة الرفع كنتيجة لهذه القوات المحمولة جواً على جسم يعاني من الرفع.
رفع معادلة الاشتقاق
لحساب عدد لا يحصى من القوى التي تؤثر على جسم يطير في الهواء ، يمكنك تحديد معامل الرفع CL مثل CL = لتر / (كيو إس) لرفع القوة L، مساحة السطح س والضغط الديناميكي السائل ف، تقاس عادة في بسكالس. يمكنك تحويل الضغط الديناميكي السائل إلى صيغته ف = ρu2/ 2 للحصول على CL = 2L / .u2س بحيث ρ هي كثافة السوائل و ش هي سرعة التدفق. من هذه المعادلة ، يمكنك إعادة ترتيبها لاشتقاق معادلة قوة الرفع L = CL ρu2S / 2.
يعتمد ضغط السائل الديناميكي ومساحة السطح الملامسة للهواء أو السائل أيضًا بشكل كبير على هندسة الجسم المحمول بالهواء.بالنسبة للكائن الذي يمكن تقريبه على هيئة أسطوانة مثل الطائرة ، يجب أن تمتد القوة إلى الخارج من جسم الكائن. مساحة السطح ، إذن ، سيكون محيط الجسم الأسطواني ضرب ارتفاع أو طول الكائن ، مما يتيح لك S = C س ح.
يمكنك أيضًا تفسير مساحة السطح كمنتج سمك ، وكمية المساحة مقسومة على الطول ، تي ، عندما تضرب سماكة ارتفاع أو طول الكائن ، تحصل على مساحة سطحية. في هذه الحالة س = ر س ح.
تتيح لك النسبة بين هذه المتغيرات الخاصة بمساحة السطح رسمًا بيانيًا أو قياس مدى اختلافها لدراسة تأثير القوة المحيطة بمحيط الأسطوانة أو القوة التي تعتمد على سمك المادة. توجد طرق أخرى لقياس ودراسة الأجسام المحمولة جواً باستخدام معامل الرفع.
استخدامات أخرى لمعامل الرفع
هناك العديد من الطرق الأخرى لتقريب معامل منحنى الرفع. نظرًا لأن معامل الرفع يحتاج إلى تضمين العديد من العوامل المختلفة التي تؤثر على رحلة الطائرة ، يمكنك أيضًا استخدامها لقياس الزاوية التي قد تأخذها الطائرة فيما يتعلق بالأرض. تُعرف هذه الزاوية باسم زاوية الهجوم (AOA) ، ممثلة بـ α ("alpha") ، ويمكنك إعادة كتابة معامل الرفع CL = جL0 + CLαα.
مع هذا التدبير من CL يحتوي على تبعية إضافية بسبب AOA α ، يمكنك إعادة كتابة المعادلة كـ α = (CL + CL0) / جLα وبعد تحديد قوة الرفع بشكل تجريبي لـ AOA واحدة محددة ، يمكنك حساب معامل الرفع العام CL. بعد ذلك ، يمكنك محاولة قياس أكواد الزراعة المختلفة لتحديد القيم CL0 و CLα من شأنه أن يصلح بشكل أفضل _._ تفترض هذه المعادلة أن معامل الرفع يتغير خطيًا مع AOA ، لذا قد تكون هناك بعض الظروف التي قد تتناسب فيها معادلة أكثر دقة.
لفهم AOA بشكل أفضل في قوة الرفع ومعامل الرفع ، درس المهندسون كيف تغير AOA الطريقة التي تطير بها الطائرة. إذا قمت برسم معاملات الرفع مقابل AOA ، فيمكنك حساب القيمة الإيجابية للمنحدر ، والتي تعرف باسم منحنى الرفع ثنائي الأبعاد. وقد أظهرت الأبحاث ، على الرغم من أنه بعد بعض قيمة AOA ، فإن CL انخفاض القيمة.
يُعرف الحد الأقصى AOA بنقطة المماطلة ، مع سرعة المماطلة المقابلة والحد الأقصى CL القيمة. أظهر البحث عن سماكة وانحناء مواد الطائرات طرقًا لحساب هذه القيم عندما تعرف هندسة المادة الخاصة بالهواء والمادية.
المعادلة ورفع معامل حاسبة
لدى ناسا برنامج صغير على الإنترنت لإظهار كيف تؤثر معادلة الرفع على طيران الطائرة. هذا يعتمد على آلة حاسبة لمعامل الرفع ، ويمكنك استخدامه لتعيين قيم مختلفة للسرعة ، الزاوية التي يأخذها الجسم المحمول جواً فيما يتعلق بالأرض ومساحة السطح التي توجد بها الأجسام ضد المادة المحيطة بالطائرة. يتيح لك التطبيق الصغير حتى استخدام الطائرات التاريخية لإظهار كيف تطورت التصاميم الهندسية منذ 1900s.
لا تفسر المحاكاة التغير في وزن الجسم المحمول جواً بسبب التغيرات في منطقة الجناح. لتحديد التأثير الذي سيكون له ذلك ، يمكنك إجراء قياسات للقيم المختلفة لمساحات السطح على قوة الرفع وحساب التغير في قوة الرفع التي ستحدثها هذه المناطق السطحية. يمكنك أيضًا حساب قوة الجاذبية التي قد تستخدمها الكتل المختلفة W = mg للوزن بسبب الجاذبية W ، الكتلة m وثبات تسارع الجاذبية g (9.8 m / s2).
يمكنك أيضًا استخدام "مجس" يمكنك توجيهه حول الأجسام المحمولة جواً لإظهار السرعة في نقاط مختلفة على طول المحاكاة. يقتصر المحاكاة أيضًا على تقريب الطائرة باستخدام لوحة مسطحة كحساب سريع وسخ. يمكنك استخدام هذا لتقريب الحلول لمعادلة قوة الرفع.