Współczynnik podnoszenia - Lift coefficient

Współczynnik siły nośnej ( C _L ) jest bezwymiarowy współczynnik , który odnosi się do windy wytwarzanego przez ciało podnoszącego do gęstości płynu wokół ciała, prędkości płynu i związanego z nim obszaru odniesienia . Podnośnik to folia lub kompletny korpus z folią nośną, taki jak samolot ze stałopłatem . C _L jest funkcją kąta ciała względem przepływu, jego liczby Reynoldsa i liczby Macha . Współczynnik podnoszenia przekroju c _l odnosi się do dynamicznej charakterystyki podnoszenia dwuwymiarowego odcinka folii, z obszarem odniesienia zastąpionym cięciwą folii .

Definicje

Współczynnik siły nośnej C _L jest określony przez

${\ Displaystyle C _ {\ mathrm {L}} \ equiv {\ Frac {L} {q \, S}} = {\ Frac {L} {{\ Frac {1} {2}} \ rho u ^ {2 } \, S}} = {\ frac {2L} {\ rho u ^ {2} S}}}$ ,

gdzie jest siła nośna , jest odpowiednim obszarem powierzchni i jest ciśnieniem dynamicznym płynu , z kolei powiązanym z gęstością płynu i prędkością przepływu . Należy określić wybór powierzchni odniesienia, ponieważ jest on arbitralny. Na przykład dla profili cylindrycznych (wytłaczanie 3D płata w kierunku przęsła) jest on zawsze zorientowany w kierunku przęsła, ale podczas gdy w aerodynamice i teorii cienkich płatów drugą osią generującą powierzchnię jest zwykle kierunek cięciwy: ${\ Displaystyle L \,}$${\ Displaystyle S \,}$${\ displaystyle q \,}$ ${\ displaystyle \ rho \,}$ ${\ Displaystyle u \,}$

${\ Displaystyle S_ {aer} \ equiv c \, s}$

co daje współczynnik:

${\ Displaystyle C _ {\ mathrm {L}, \, aer} \ equiv {\ Frac {L} {q \, c \, s}},}$

podczas gdy w przypadku grubych płatów i dynamiki morskiej druga oś jest czasami pobierana w kierunku grubości:

${\ Displaystyle S_ {mar} = t \, s}$

co daje inny współczynnik:

${\ displaystyle C _ {\ mathrm {l}, \, mar} \ equiv {\ frac {l} {q \, t \, s}}}$

Stosunek między tymi dwoma współczynnikami to stosunek grubości:

${\ Displaystyle C _ {\ mathrm {l} \, mar} \ equiv {\ frac {c} {t}} C _ {\ mathrm {l} \, aer}}$

Współczynnik siły nośnej można oszacować za pomocą teorii linii podnoszenia , obliczać numerycznie lub mierzyć w teście w tunelu aerodynamicznym dla pełnej konfiguracji samolotu.

Współczynnik podnoszenia sekcji

Typowa krzywa pokazująca współczynnik unoszenia przekroju w funkcji kąta natarcia dla wypukłego płata

Współczynnik siły nośnej można również wykorzystać jako charakterystykę określonego kształtu (lub przekroju) płata . W tym zastosowaniu nazywa się to współczynnikiem podnoszenia przekroju . Często pokazuje się, dla określonej sekcji płata, zależność między współczynnikiem podnoszenia sekcji a kątem natarcia . Przydatne jest również pokazanie zależności między współczynnikiem siły nośnej sekcji a współczynnikiem oporu . ${\ displaystyle c _ {\ text {l}}}$

Współczynnik siły nośnej sekcji jest oparty na dwuwymiarowym przepływie przez skrzydło o nieskończonej rozpiętości i niezmiennym przekroju, więc siła nośna jest niezależna od rozpiętości i jest definiowana w kategoriach siły nośnej na jednostkę rozpiętości skrzydła. Definicja staje się ${\ displaystyle l}$

${\ Displaystyle c _ {\ text {l}} = {\ Frac {l} {q \, L}},}$

gdzie L jest długością odniesienia, która powinna być zawsze określona: w aerodynamice i teorii płatów zwykle wybiera się cięciwę płata , podczas gdy w dynamice morskiej i rozpórkach zwykle wybiera się grubość . Należy zauważyć, że jest to bezpośrednio analogiczne do współczynnika oporu powietrza, ponieważ cięciwa może być interpretowana jako „powierzchnia na jednostkę rozpiętości”. ${\ displaystyle c \,}$${\ displaystyle t \,}$

Dla danego kąta natarcia c _l można obliczyć w przybliżeniu przy użyciu teorii cienkiego płata , obliczonej numerycznie lub wyznaczonej na podstawie testów w tunelu aerodynamicznym na próbce o skończonej długości, z płytami czołowymi zaprojektowanymi w celu złagodzenia efektów trójwymiarowych. Wykresy c _l względem kąta natarcia pokazują ten sam ogólny kształt dla wszystkich profili , ale poszczególne liczby będą się różnić. Pokazują one prawie liniowy wzrost współczynnika siły nośnej wraz ze wzrostem kąta natarcia z gradientem znanym jako nachylenie nośne. Przez cienką płata o dowolnym kształcie nachylenie winda jest π ² /90 ≃ 0,11 dla każdego stopnia. Przy wyższych kątach osiągany jest punkt maksymalny, po którym współczynnik siły nośnej spada. Kąt, przy którym występuje maksymalny współczynnik siły nośnej, to kąt przeciągnięcia płata, który wynosi około 10 do 15 stopni na typowym profilu.

Kąt przeciągnięcia dla danego profilu również rośnie wraz ze wzrostem wartości liczby Reynoldsa, przy wyższych prędkościach rzeczywiście przepływ ma tendencję do pozostawania przyczepionym do profilu, co dłużej opóźnia stan przeciągnięcia. Z tego powodu czasami testy w tunelu aerodynamicznym przeprowadzane przy niższych liczbach Reynoldsa niż w symulowanych warunkach rzeczywistych mogą czasami dawać konserwatywne informacje zwrotne, przeszacowujące profile przeciągnięcia.

Profile symetryczne koniecznie mają wykresy c _l względem kąta natarcia symetryczne względem osi c _l , ale dla każdego płata z dodatnim wygięciem , tj. Asymetrycznego, wypukłego od góry, nadal istnieje mały, ale dodatni współczynnik siły nośnej z kątami natarcia mniejszymi od zera . To znaczy kąt, pod którym c _l = 0 jest ujemny. Na takich płatach przy zerowym kącie natarcia ciśnienie na górnej powierzchni jest mniejsze niż na dolnej.

Zobacz też

• Stosunek podnoszenia do oporu
• Współczynnik oporu
• Folia (mechanika płynów)
• Pitching moment
• Skrzydło kontroli cyrkulacji
• Zerowa oś podnoszenia

Uwagi

Bibliografia

• LJ Clancy (1975): Aerodynamika . Pitman Publishing Limited, Londyn, ISBN   0-273-01120-0
• Abbott, Ira H. i Doenhoff, Albert E. von (1959): Theory of Wing Sections , Dover Publications New York, # 486-60586-8