양력 계수

유체동역학에서 양력 계수(, )는 리프팅 바디에 의해 생성된 양력과 물체 주변의 유체 밀도, 유체 속도 및 관련 기준 면적을 연결하는 무차원량이다. 리프팅 바디는 포일 또는 고정익기와 같이 포일을 갖춘 완전한 물체를 말한다. 은 유동에 대한 물체의 받음각, 레이놀즈 수 및 마하 수의 함수이다. 단면 양력 계수 은 2차원 익형 단면의 동적 양력 특성을 나타내며, 이때 기준 면적은 익형 시위로 대체된다.Abbott, Ira H., and Doenhoff, Albert E. von: Theory of Wing Sections. Section 1.2

 정의 
양력 계수 CL은 다음과 같이 정의된다.Clancy, L. J.: Aerodynamics. Section 4.15

 ,
여기서
은 양력, 는 관련 표면적, 는 유체 동압이며, 이는 다시 유체 밀도  및 유속 와 연결된다. 기준 면적의 선택은 임의적이므로 명시되어야 한다. 예를 들어, 원통형 프로파일(익형의 날개 길이 방향 3D 압출)의 경우, 면적을 생성하는 첫 번째 축은 항상 날개 길이 방향이다. 공기역학 및 얇은 익형 이론에서 두 번째 축은 일반적으로 시위 방향이다.

결과적으로 다음과 같은 계수가 도출된다.

반면 해양 동역학 및 두꺼운 익형의 경우, 두 번째 축은 때때로 두께 방향으로 설정된다.

이는 다른 계수를 생성한다.

이 두 계수 사이의 비율은 두께 비이다.

양력 계수는 양력선 이론을 사용하여 근사화하거나,Clancy, L. J.: Aerodynamics. Section 8.11 수치적으로 계산하거나, 완전한 항공기 형상의 풍동 시험에서 측정할 수 있다.

 단면 양력 계수 
섬네일|300px|right|캠버가 있는 익형의 받음각 대 단면 양력 계수를 보여주는 전형적인 곡선
양력 계수는 익형의 특정 형상(또는 단면)의 특성으로도 사용될 수 있다. 이 응용 분야에서는 이를 단면 양력 계수 라고 부른다. 특정 익형 단면에 대해 단면 양력 계수와 받음각 사이의 관계를 나타내는 것이 일반적이다.Abbott, Ira H., and Von Doenhoff, Albert E.: Theory of Wing Sections. Appendix IV 또한 단면 양력 계수와 항력 계수 사이의 관계를 보여주는 것도 유용하다.

단면 양력 계수는 무한한 날개 길이와 변하지 않는 단면을 가진 날개 위의 2차원 유동을 기반으로 하므로, 양력은 날개 길이 방향의 효과와 무관하며 날개의 단위 길이당 양력인 의 관점에서 정의된다. 정의는 다음과 같다.

여기서 는 항상 명시되어야 하는 기준 길이이다. 공기역학 및 익형 이론에서는 일반적으로 익형 시위가 선택되는 반면, 해양 동역학 및 지주(strut)의 경우 대개 두께 가 선택된다. 시위는 "단위 길이당 면적"으로 해석될 수 있으므로 이는 항력 계수와 직접적으로 유사하다.

주어진 받음각에 대해 cl은 얇은 익형 이론을 사용하여 근사적으로 계산하거나,Clancy, L. J.: Aerodynamics. Section 8.2 수치적으로 계산하거나, 3차원 효과를 개선하기 위해 설계된 엔드 플레이트(end-plate)가 부착된 유한한 길이의 시험편에 대한 풍동 시험을 통해 결정할 수 있다. 받음각에 따른 cl의 그래프는 모든 익형에 대해 동일한 일반적인 형태를 보이지만, 구체적인 수치는 달라진다. 이들은 양력 기울기(lift slope)라고 알려진 구배와 함께 받음각이 증가함에 따라 양력 계수가 거의 선형적으로 증가함을 보여준다. 어떤 형상의 얇은 익형이든 양력 기울기는 라디안당 2π, 또는 도(degree)당 π2/90 ≃ 0.11이다. 더 높은 각도에서는 최대점에 도달하며, 그 이후에는 양력 계수가 감소한다. 최대 양력 계수가 발생하는 각도는 익형의 실속 각도이며, 이는 일반적인 익형에서 약 10도에서 15도 사이이다.

주어진 프로파일의 실속 각도는 레이놀즈 수의 값이 증가함에 따라 증가한다. 더 높은 속도에서는 실제로 유동이 프로파일에 더 오래 붙어 있는 경향이 있어 실속 조건을 지연시키기 때문이다. 이러한 이유로 때때로 시뮬레이션된 실제 조건보다 낮은 레이놀즈 수에서 수행된 풍동 시험은 프로파일의 실속을 과대평가하여 보수적인 피드백을 줄 수 있다.

대칭형 익형은 반드시 cl 축에 대해 대칭인 받음각 대 cl 그래프를 갖지만, 양의 캠버를 가진 익형(즉, 비대칭이며 위로 볼록한 경우)은 받음각이 0보다 작아도 여전히 작지만 양의 양력 계수를 갖는다. 즉, cl = 0이 되는 각도가 음수이다. 이러한 익형에서 받음각이 0일 때 윗면의 압력은 아랫면의 압력보다 낮다.

 같이 보기 
 양항비
 항력 계수
 익형
 피칭 모멘트
 순환 제어 날개
 영양력축

 내용주 

 각주 
 L. J. Clancy (1975): Aerodynamics. Pitman Publishing Limited, London, 
 Abbott, Ira H. and Doenhoff, Albert E. von (1959): Theory of Wing Sections, Dover Publications New York, 

분류:공기역학
분류:날개 설계