Главная / Обучение / Теория / Подъемная сила

Для выполнения аэродинамических расчетов полную аэродинамическую силу R удобно разложить на три взаимно перпендикулярные составляющие в скоростной системе координат. Нетрудно заметить, что при исследованиях ЛА в аэродинамической трубе оси скоростной системы координат "привязаны" к трубе. Составляющую полной аэродинамической силы вдоль оси X назвали силой аэродинамического сопротивления. Составляющую вдоль оси Y — подъемной силой.

Рис. 1.19. Схема аэродинамической трубы.
1 — воздушный поток. 2 — исследуемое тело.
3 — стенка трубы. 4 — вентилятор.

Где:

R — Полная аэродинамическая сила.

Y — Подъемная сила.

X — Сила лобового сопротивления.

Z — Боковая сила.

Подъемная сила — это составляющая полной аэродинамической силы вдоль оси Y скоростной системы координат.

Сила аэродинамического сопротивления — это составляющая полной аэродинамической силы вдоль оси X скоростной системы координат.

Формулы подъемной силы и силы сопротивления очень похожи на формулу полной аэродинамической силы. Что неудивительно, поскольку и Y, и X являются составными частями R.

Где:

C_y — Коэффициент подъемной силы.

C_x — Коэффициент сопротивления.

r — Плотность воздуха.

V — Скорость тела относительно воздуха (воздушная скорость).

S — Эффективная площадь тела.

Обратите внимание, что в природе не существует самостоятельно действующих подъемной силы и силы сопротивления. Они являются лишь результатом математического разложения полной аэродинамической силы на составляющие для удобства выполнения аэродинамических расчетов.

Говоря о подъемной силе, отметим, что, хотя подъемная сила и называется "подъемной", она не обязана быть "поднимающей", то есть, не обязана быть направлена "вверх". Вспомним силы, действующие на безмоторный аппарат в прямолинейном планирующем полете. Разложение полной аэродинамической силы R на подъемную силу Y и сопротивление X строится относительно воздушной скорости ЛА. На рисунке ниже видно, что Y относительно земной поверхности направлена не только "вверх", но и немного "вперед" (вдоль проекции траектории полета на землю), а X не только "назад", но и "вверх".

Рис. 1.20. Разложение полной аэродинамической силы R
на подъемную силу Y и силу сопротивления X
строится по осям скоростной системы координат.

Если рассмотреть полет круглого парашюта, который нормально раскрылся и плавно опускается вертикально вниз, то в этом случае, несмотря на то, что парашют никуда не падает, подъемная сила у него равна нулю.

Вспоминаем формальные определения. Подъемная сила Y — это составляющая R поперек потока. Сопротивление X — составляющая R вдоль потока. Воздушный поток в рассматриваемом примере направлен строго "снизу вверх" и у аэродинамической силы R в данном случае нет составляющей поперек потока. Значит, Y равен нулю, а парашют держится в воздухе исключительно на силе аэродинамического сопротивления X.

Рис. 1.21. У круглого парашюта
полная аэродинамическая сила R совпадает с сопротивлением X,
а подъемная сила Y равна нулю.

В технике применяют и антикрылья. То есть крылья, которые специально устанавливаются таким образом, чтобы создаваемая ими подъемная сила была направлена вниз. Так, например, гоночный автомобиль прижимается антикрылом к дороге для улучшения сцепления колес с трассой.

Рис. 1.22. У автомобиля на антикрыле
подъемная сила направлена вниз.