KALDIRMA KUVVETİ
Çekmeye benzer şekilde, kaldırma kuvveti de katı bir nesne ile bir sıvı arasındaki göreceli hareket tarafından üretilir. Sürtünme kuvveti sıvının akış yönüne paralel hareket ederken, kaldırma kuvveti buna dik olarak etki eder.
- uçağın ağırlığı w ,
- jet motorlarının ürettiği itme Ft ,
- kanatların ürettiği lift Fl ,
- ve uçağın havada hareketine karşı çıkan sürükleme Fd .
Sabit seviye uçuşta, bu kuvvetler uçağı dengede tutmak için dengelenir. Motorların çıkışı rüzgar direncinin üstesinden gelir ve kanatların kaldırılması uçağın ağırlığını destekler. Kaldırma kuvveti yalnızca uçak kanatları ve diğer uçuş kontrol yüzeyleri için değil, aynı zamanda pervane, kompresör ve türbin kanatlarının tasarımı için de önemlidir.
Aerodinamikte Kaldırma Kuvveti
Yapıları ve bunların etrafında akan hava arasındaki etkileşimi kapsamaktadır. Makine mühendisliği alanı olarak adlandırılır aerodinamik. Aerodinamik sürükleme ve kaldırma kuvvetlerini kapsar. Örneğin, bir sıvının viskozitesini veya sıkıştırılabilirliğini ihmal etmek, bir mühendisin bir ön tasarım geliştirmesine veya ölçümlerin sonuçlarını yorumlamasına yetecek kadar bir mühendislik analizi problemini basitleştirebilir . Öte yandan mühendisler, bu tür varsayımların bazı uygulamalarda anlamlı olsa da, bazılarında uygunsuz olabileceği gerçeğinin farkındadır. Çekme kuvveti analizinde Denklem kullanımımızda olduğu gibi Makine mühendisleri, belirli denklemler uygulandığında ortaya çıkan varsayımların ve kısıtlamaların farkındadır. Örneğin, bu makalede havanın birbiriyle çarpışan ayrı moleküllerden oluşan bir koleksiyon değil, sürekli bir akışkan olduğunu varsayıyoruz. Bu varsayım, düşük hızlarda ve irtifalarda otomobillerin ve uçakların etrafındaki hava akışını içeren çoğu uygulama için etkilidir . Bununla birlikte, üst atmosferdeki uçak veya uzay araçları için bu varsayım uygun olmayabilir ve mühendisler ve bilim adamları bunun yerine akışkan kuvvetlerini kinetik gaz teorisi açısından inceleyebilirler.
Kaldırma Kuvvetinin Ölçülmesinde Rüzgar Tünellerinin Kullanımı
Makine mühendisleri , hava katı bir nesnenin etrafında akarken oluşan kuvvetleri anlamak ve ölçmek için deneyler yapmak için genellikle rüzgar tünellerini kullanırlar . Rüzgar tünelleri, mühendislerin uçak, uzay aracı, füzeler ve roketlerin performansını farklı hızlarda ve uçuş koşullarında optimize etmelerini sağlar. Böyle bir testte, nesnenin ölçekli bir modeli oluşturulur ve hava akımı tarafından geliştirilen sürükleme ve kaldırma kuvvetlerini ölçmek için özel bir fikstüre bağlanır.
Şok dalgası
Rüzgar tünelleri, yüksek irtifa ve süpersonik uçuşla ilgili deneyler yapmak için de kullanılabilir. Şok dalgaları , bir uçağın etrafından akan havanın hızı sesin hızını aştığında meydana gelir ve ses patlaması olarak bilinen gürültüden sorumludur. Rüzgar tünelleri, rüzgar direncini azaltmak ve dolayısıyla yakıt ekonomisini artırmak için otomobil profilleri ve yüzeyleri tasarlamak için de kullanılır. Düşük hızlı rüzgar tünelleri, kayakla atlama yapanların formlarını iyileştirmelerine yardımcı olmak ve mühendislerin geliştirilmiş aerodinamik performansa sahip bisikletler, bisiklet kaskları ve spor kıyafetleri tasarlamalarına yardımcı olmak için Olimpik sporlar alanında bile uygulanmaktadır .
Saldırı Açısı
Hıza ek olarak, bir uçağın kanadı (daha genel olarak bir kanat profili olarak bilinir ) tarafından üretilen kaldırma kuvvetinin büyüklüğü , hava akımına göre şekline ve eğimine bağlıdır. Bir kanat profilinin eğimine hücum açısı denir ve stall durumu olarak bilinen bir noktaya kadar kaldırma kuvveti genellikle birlikte büyür. Hava kanadı akar ve dikey kaldırma kuvveti oluşturur Fİ . Kaldırma, kanat profilinin üst ve alt yüzeyleri arasında var olan basınç farkı ile ilişkilidir. Bir sıvının bir nesneye uyguladığı kuvvet çarpım olarak yorumlanabildiğinden Basınç ve alan açısından, kaldırma kuvveti, kanadın alt yüzeyindeki basınç, üst yüzeydekinden daha büyük olduğu için gelişir.
Aslında, kanat profilleri, onsekizinci yüzyıl matematikçisi ve fizikçi Daniel Bernoulli’ye atfedilen bir sonuç olan, akan bir sıvının basıncı, hızı ve yüksekliği arasındaki değiş tokuştan yararlanmak için tasarlanmıştır. Bu ilke, akışkanın viskozitesinden dolayı hiçbir enerjinin dağılmadığı, akışkan üzerinde veya onun tarafından herhangi bir iş yapılmadığı ve ısı transferinin gerçekleşmediği varsayımlarına dayanmaktadır. Bu kısıtlamalar birlikte, akan sıvıyı koruyucu bir enerji sistemi olarak çerçeveler ve Bernoulli’nin denklemi olur
Burada p ve ρ sıvının basıncı ve yoğunluğu, v hızı, g yerçekimi ivmesi sabiti ve h sıvının bir referans noktasının üzerindeki yüksekliğidir. Eşitliğin sol tarafındaki üç terim,
basınç kuvvetlerinin çalışmasını, akan sıvının kinetik enerjisini ve onun yerçekimi potansiyel enerjisini temsil eder. Bu denklem boyutsal olarak tutarlıdır ve içindeki her bir miktar sıvı birim kütlesi başına enerji birimlerine sahiptir.
Bu nedenle ( p / ρ) + ( v² / 2) miktarı, hava kanat profilinin üst ve alt yüzeyleri boyunca hareket ederken yaklaşık olarak sabittir.
Kaldırma kuvvetinin ortak verimliliği
Kanat profilinin kaldırma kuvveti, daha düşük basınçlı üst yüzey ile daha yüksek basınçlı alt yüzey arasındaki dengesizlikten kaynaklanır. Çekme kuvveti Denklemi ile ilgili tedavimize benzer bir şekilde (Lütfen sürükleme kuvveti makalesini takip edin), kanat profiline etki eden sıvının oluşturduğu kaldırma kuvveti, kaldırma katsayısı C L ile ölçülür ve ifadeden hesaplanır.
Kaldırma katsayısı için sayısal değerler mevcuttur ve çeşitli kanat profili tasarımları için mühendislik literatüründe tablo haline getirilmiştir. Uçak kanatları genellikle bir miktar hava folyosu, en merkez konkav olarak aşağı doğru şekil ile hafifçe eğimli olduğu kamber şeklindedir. Bu şekilde kanat, sıfır hücum açısıyla bile sonlu bir kaldırma katsayısı geliştirebilir . α = olsa bile C L ~ 0.3 0 °, uçağın bir pistte veya düz uçuş sırasında asansör geliştirmesini sağlar. Uçak kanatları, sabit seyir uçuşu sırasında verimlilik için yalnızca hafifçe bombelidir. Stallın endişe verici olabileceği kalkış ve inişteki düşük hızlı uçuş sırasında, kanatların arka kenarındaki kanatçıklar açılarak ek kamber oluşturulabilir. Ek olarak, kaldırma katsayısı büyük hücum açılarında azalır, bu da stall olarak bilinen bir uçuş fenomeni ile sonuçlanır ve burada kanat profilinin kaldırma kabiliyeti hızla azalır.
