Как рассчитать подъемную силу крыла

Подъемная сила является одной из составляющих полной аэродинамической силы, которая возникает в результате несимметричности обтекания тела потоком. Она перпендикулярна вектору скорости при движении тела в потоке газа или жидкости.

Подъемная сила и характеристики крыла

Подъемная сила крыла возникает из-за разности давлений на его нижнюю и верхнюю поверхности, она необходима для поддержания самолета в воздухе. Воздух, перемещающийся по верхней поверхности крыла, совершает больший путь, поскольку двигается быстрее, чем тот, что находится под крылом. Возрастание скорости потока приводит к понижению давления, над крылом давление становится ниже атмосферного, а более высокое давление под крылом толкает самолет вверх.

Если отталкиваться от законов классической физики, подъемная сила крыла должна быть пропорциональна углу атаки, возведенному во вторую степень. Долгое время считалось, что создать крыло небольшого размаха с хорошими несущими характеристиками невозможно. Только после экспериментов, проведенных Бернулли, было обнаружено, что данная зависимость является прямолинейной.

Угол атаки

Угол атаки — один из самых важных параметров полета, он представляет собой угол наклона хорды к набегающему потоку. Подъемная сила будет больше, если увеличится угол атаки. Однако при этом возрастет лобовое сопротивление, но мощность двигателя специально рассчитана на то, чтобы его преодолевать.

Если данный угол достигает своего критического значения, потоки воздуха перестают огибать крыло плавно и начинают завихряться. Соответственно, уменьшается скорость потока и увеличивается давление на крыло, это приводит к тому, что подъемная сила резко падает. Данный эффект называют срывом потока.

Формула для вычисления подъемной силы крыла

Теорема Жуковского говорит о том, что величина подъемной силы пропорциональна скорости потока и ее циркуляции, а также плотности среды. Коэффициентом подъемной силы называют безразмерную величину, которая характеризует подъемную силу крыла. Его можно определить, проведя эксперимент в аэродинамической трубе, или вычислить, используя теорему Жуковского.

Формула для вычисления подъемной силы имеет вид: Y=Cy * S (ρ*Vˆ2)/2. В данной формуле Cy – это коэффициент подъемной силы, S – характерная площадь, V – скорость набегающего потока, а ρ — плотность воздуха на высоте полета. Проводя расчеты по данной формуле, не следует путать массовую и весовую плотность воздуха. Чтобы вычислить подъемную силу в Ньютонах, нужно использовать массовую плотность воздуха. При стандартных атмосферных условиях (при температуре +15оС на уровне земли) она составляет 1,225 кг/м³.