145. Подъемная сила
Подъемная сила — это составляющая полной аэродинамической силы, действующая на тело, движущееся в потоке жидкости или газа, перпендикулярно направлению скорости набегающего потока[1][2][3]. Она возникает вследствие несимметричного распределения давления вокруг крыла или другого аэродинамического профиля.
Определение и формулы
Полная аэродинамическая сила \( R \) является результирующей всех сил давления и трения, действующих на крыло, и определяется формулой:
$$
R = C_R \cdot q \cdot S,
$$
где
- \( C_R \) — коэффициент полной аэродинамической силы,
- \( q = \frac{1}{2} \rho V^2 \) — скоростной напор (половина плотности воздуха, умноженная на квадрат скорости),
- \( S \) — характерная площадь крыла (площадь проекции)[4][5].
Подъемная сила \( Y \) — проекция полной аэродинамической силы на направление, перпендикулярное скорости набегающего потока, и вычисляется по формуле:
$$
Y = C_y \cdot q \cdot S,
$$
где \( C_y \) — коэффициент подъемной силы, зависящий от угла атаки, формы крыла, числа М и других параметров[4][5].
Физическая природа подъемной силы
Подъемная сила формируется главным образом силами давления, возникающими из-за различного распределения давления над и под крылом. При ненулевом угле атаки поток воздуха ускоряется над крылом и замедляется под ним, что приводит к снижению давления сверху и увеличению давления снизу крыла. Эта разница давлений создает подъемную силу, направленную вверх[1][3][6].
Влияние угла атаки и числа Маха
Коэффициент подъемной силы \( C_y \) зависит от угла атаки \( \alpha \) — с увеличением угла атаки подъемная сила растет почти линейно до достижения максимума (критического угла атаки), после чего происходит срыв потока и резкое падение подъемной силы[3].
Также \( C_y \) зависит от числа Маха \( M \) (отношение скорости полета к скорости звука). При увеличении \( M \) изменяется распределение давления на крыле, что влияет на подъемную силу.
Для прямоугольного крыла существует зависимость \( C_y(M) \) при постоянном угле атаки, при этом наблюдаются скачки уплотнения, связанные с переходом к сверхзвуковым скоростям[4].
Аэродинамические характеристики
Для оценки эффективности крыла часто используют аэродинамическое качество — отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению:
$$ \text{Аэродинамическое качество} = \frac{C_y}{C_x}, $$
где \( C_x \) — коэффициент лобового сопротивления. Максимальное качество достигается при определенном угле атаки, называемом оптимальным[3].
Таким образом, подъемная сила — ключевая аэродинамическая сила, обеспечивающая возможность полета самолета, и зависит от множества факторов, включая форму крыла, угол атаки, скорость и свойства среды. Ее расчет и изучение являются основой аэродинамики летательных аппаратов.
⁂
- wikipedia.orgwikipedia.org
- https://bigenc.ru/c/pod-iomnaia-sila-716525
- https://light-fizika.ru/index.php/10-klass?id=156
- https://studfile.nethttps://studfile.net
- https://studfile.net/preview/7059496/
- http://avia-simply.ru/podjemnaja-sila/