Введение
Безразмерная величина, связывающая подъемную силу с плотностью и скоростью потока жидкости на единицу площади.
В гидродинамике коэффициент подъемной силы (CL) — это безразмерная величина, которая устанавливает связь между подъемной силой, создаваемой подъемным телом, плотностью жидкости, окружающей тело, скоростью потока жидкости и соответствующей расчетной площадью. Подъемным телом является профиль или цельный корпус с профилем, такой как самолет с неподвижным крылом. CL является функцией угла атаки тела, числа Рейнольдса и числа Маха. Коэффициент подъемной силы сечения (cl) характеризует динамические свойства подъемной силы двухмерного профиля, где расчетная площадь заменена хордой профиля.
Коэффициент подъема по сечению
Коэффициент подъёмной силы также может использоваться как характеристика конкретной формы (или поперечного сечения) профиля крыла. В этом случае он называется коэффициентом подъёмной силы по сечению. Обычно для конкретного сечения профиля крыла представляется зависимость между коэффициентом подъёмной силы по сечению и углом атаки. Также полезно отображать зависимость между коэффициентом подъёмной силы по сечению и коэффициентом сопротивления. Коэффициент подъёмной силы по сечению основан на двухмерном течении обтекания крыла бесконечного размаха с неизменным поперечным сечением, поэтому подъёмная сила не зависит от эффектов, связанных с размахом крыла, и определяется как подъёмная сила на единицу размаха крыла. Определение выглядит следующим образом:
где L – расчётная длина, которая всегда должна быть указана: в аэродинамике и теории профиля крыла обычно выбирается хорда профиля, а в гидродинамике и для опор – толщина профиля. Следует отметить, что это прямо аналогично коэффициенту сопротивления, поскольку хорда может быть интерпретирована как «площадь на единицу размаха». Для заданного угла атаки cl можно приблизительно рассчитать, используя теорию тонкого профиля, вычислить численно или определить по результатам испытаний в аэродинамической трубе на образце конечной длины с концевыми пластинами, предназначенными для уменьшения влияния трёхмерных эффектов. Графики зависимости cl от угла атаки демонстрируют общую схожую форму для всех профилей, однако конкретные значения будут различаться. Они показывают почти линейное увеличение коэффициента подъёмной силы с ростом угла атаки, с градиентом, известным как наклон подъёмной силы. Для тонкого профиля любой формы наклон подъёмной силы составляет π²/90 ≃ 0.11 на градус. При больших углах достигается максимальное значение, после которого коэффициент подъёмной силы уменьшается. Угол, при котором достигается максимальный коэффициент подъёмной силы, называется углом сваливания профиля и составляет примерно 10–15 градусов для типичного профиля. Угол сваливания для данного профиля также увеличивается с ростом числа Рейнольдса; при более высоких скоростях поток, как правило, дольше остаётся прилегающим к профилю, откладывая момент сваливания. По этой причине испытания в аэродинамической трубе, проводимые при числах Рейнольдса ниже, чем в реальных условиях, иногда могут давать консервативные результаты, переоценивая угол сваливания профиля. Симметричные профили неизменно имеют графики зависимости cl от угла атаки, симметричные относительно оси cl, но для любого профиля с положительной кривизной, то есть асимметричного, выпуклого сверху, даже при углах атаки меньше нуля наблюдается небольшой, но положительный коэффициент подъёмной силы. То есть угол, при котором cl = 0, является отрицательным. На таких профилях при нулевом угле атаки давление на верхней поверхности ниже, чем на нижней.