Как подъемная сила может быть меньше тяги, если она меньше веса? [дубликат]

Ваше непонимание заключается в том, что вы думаете, что подъемная сила меньше тяги, а на самом деле подъемная сила намного больше тяги.

Подъемную силу обеспечивают крылья. Их цель как раз и состоит в том, чтобы создать подъемную силу (силу, направленную вверх), при этом требуя относительно небольшой тяги (силы, направленной вперед). Насколько хорошо они это делают, выражается их аэродинамическим качеством (отношение L/D). Современный самолет может иметь L/D 20 и более. Это означает, что на каждый ньютон тяги вы можете поднять 20 ньютонов веса!

Вы можете думать о крыльях так же, как о наклонной плоскости: вам нужно гораздо меньше усилий, чтобы толкнуть машину на пологий холм, чем на крутой. Действительно, если холм пологий, большинство людей могут толкнуть машину в гору, в то время как большинство людей не могут поднять машину в одиночку. Крылья работают, толкая воздух вниз, и, толкая воздух вниз под относительно небольшим углом (при очень быстром движении вперед), вам нужно меньше усилий, чтобы двигаться вперед, чем для подъема самолета.

---

Если вы хотите узнать больше, чем это «интуитивное» объяснение, возможно, я могу порекомендовать вам этот мой ответ . Ниже я представлю краткий вывод с целью рассчитать L/D (паразитное сопротивление без учета пренебрежения) исключительно из первых принципов.

Подъем происходит за счет определенного массового расхода$\dot{m}$получив определенную скорость$v$вниз:

$$L=\dot{m}v.$$ Этот массовый поток возникает из-за того, что крылья сталкиваются с определенным количеством воздуха; в качестве приближения можно подумать, что самолет воздействует только на круглую «воздушную трубу» диаметром, равным размаху его крыла. Энергия в единицу времени (мощность), необходимая для передачи этого нисходящего импульса, равна $$P=\frac{1}{2}\dot{m}v^2.$$

Эта мощность обеспечивается сочетанием тяги$T$и поступательная скорость,

$$P=Tu.$$ Это дает нам выражение для тяги: $$T=\frac{P}{u} = \frac{1}{2}\dot{m}\frac{v^2}{u}.$$ Обратите внимание, что тяга$T$равно силе сопротивления$D$, так что теперь мы можем вычислить L/D:

$$\frac{L}{D}=\frac{L}{T} = \frac{\dot{m}v}{\frac{1}{2}\dot{m}\frac{v^2}{u}} = 2\frac{u}{v}.$$

Другими словами, как я уже говорил, отношение L/D — это именно то, насколько «пологим» является вектор относительной скорости затронутого воздушного потока. Отсюда следует, что скорость движения вперед$u$должно быть как можно больше, чтобы максимизировать L/D. Однако я принял во внимание только так называемое «сопротивление, вызванное подъемной силой», которое представляет собой чисто горизонтальную силу, необходимую для создания вертикальной подъемной силы. В действительности существует также паразитное сопротивление, которое масштабируется с$u^2$и в какой-то момент будет доминировать над уменьшением L/D.

Потому что крыло создает гораздо большую подъемную силу, чем сопротивление.

Тяга должна равняться сопротивлению, а не подъемной силе.

... тяговооруженность всего 0,3.

На самом деле это отношение лобового сопротивления к подъемной силе. И именно поэтому вы везде найдете самолеты с неподвижным крылом, иначе все самолеты были бы СВВП.

Чтобы любой самолет мог лететь горизонтально на постоянной высоте, подъемная сила, создаваемая его крыльями, должна быть равна его весу. Если подъемная сила превышает вес, самолет начинает набор высоты. Если вес превышает подъемную силу, самолет начинает снижаться. При наборе высоты/спуске с постоянной скоростью подъемная сила равна весу; упрощение, игнорирующее вектор движущей силы .

Двигатель и винт в таком легком самолете, как 4-местная Cessna, развивают на взлете не более пары сотен фунтов тяги, что намного меньше веса самолета. Но этой тяги достаточно, чтобы крылья самолета двигались по воздуху со скоростью, достаточной для создания подъемной силы, достаточной для отрыва самолета от земли.

Обратите внимание, что движущая сила не обязательно должна равняться весу самолета, чтобы заставить его лететь; это верно только в том случае, если у самолета не было крыльев, и вы пытались поднять его над землей, направляя самолет прямо вверх и «подвешивая» его на пропеллере.

Когда вы толкаете свой автомобиль по ровной поверхности, вам нужно очень мало усилий, чтобы сдвинуть его с места, гораздо меньше, чем его вес.

С той же силой, с которой вы толкаете автомобиль, вы замечаете, что вначале он будет двигаться с ускорением, а затем, в основном за счет сопротивления, скорость станет стабильной, хотя усилие толкания останется прежним.

Поэтому, чтобы разогнать самолет, нужно просто преодолеть сопротивление

Ускорение означает увеличение скорости, а значит и сопротивления, но все, что вам нужно, это преодолеть сопротивление, а не вес.

Для взлета нужно просто набрать необходимую скорость, чтобы крылья обеспечивали в зависимости от угла атаки ту подъемную силу, которая чуть превышает вес самолета.