str. 1 

 

LABORATORIUM Z PODSTAW TEORII OKRĘTU 

 

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 18 (5) 

Pomiar sił hydrodynamicznych na płacie nośnym 

 
Data realizacji ćwiczenia:  
 
Data oddania sprawozdania:  
 
Grupa:  
 
Lista studentów uczestniczących w ćwiczeniu: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

str. 2 

 

1. Cel ćwiczenia 
 
Celem  ćwiczenia  jest  zapoznanie  się  ze  zjawiskiem  powstawania  siły  nośnej  i  siły  oporu  na  płacie 
nośnym. Doświadczenie przeprowadzone jest w małym kanale obiegowym, znajdującym się w hali zajęć 
dydaktycznych Laboratorium Hydrodynamiki Okrętu Instytutu Okrętowego Politechniki Gdańskiej.  
 
2. Podstawowe informacje 
 
Podczas  ćwiczenia  laboratoryjnego  badano  siłę  nośną  powstającą  na  symetrycznym  płacie.  Badań 
dokonano  w  powietrzu  laboratoryjnym,  w  temperaturze  pokojowej  w  znajdującym  się  na  Politechnice 
Gdańskiej  basenie  modelowym.  Pomiaru  oporu  i  siły  nośnej  dokonano  przy  pomocy  komputera  z 
odpowiednim oprogramowaniem. 
 
2.1 Jakie są charakterystyki geometryczne płata nośnego? 
 
Geometrię płata nośnego charakteryzują: profil płata, obrys płata i rodzaj powierzchni podstawowej 
płata. 
 



 

Profil  płata  określa  krzywizna  profilu,  którą  definiuje  się  jako  miejsce  geometryczne  środków 
odległości pomiędzy górną i dolną krawędzią profilu oraz rozkład grubości profilu; 

 



 

Powierzchnia – miejsce geometrycznych charakterystycznych linii profilu (podstawowych); 

 



 

Obrys – definiuje się jako obrys na powierzchni podstawowej; 

 



 

Wymiary płata: 
o 

C – szerokość płata; 

o 

t – max grubość profilu; 

o 

f

M

 – strzałka krzywizny profilu; 

o 

b – rozpiętość płata; 

o 

b/c– wydłużenie płata; 

 
2.2 Jaka jest przyczyna powstawania siły nośnej? 
 
Przyczyną powstawania siły nośnej jest różna prędkość przepływu płynu nad płatem nośnym i pod nim. 
W wyniku szybszego przepływu płynu  na górnej  stronie płata powstaje  strefa podciśnienia, oraz  strefa 
nadciśnienia na dolnej stronie. Z tego względu gówna strona płata nazywa się stroną ssącą, a dolna stroną 
cisnącą. 
 
2.3 Co to jest krytyczny kąt natarcia? 
 
Jest  to  kąt  nachylenia  profilu  do  kierunku  przepływu  swobodnego.  Przekraczając  ten  kąt  natarcia 
współczynnik  siły  nośnej  maleje.  W  okolicach  krytycznego  kąta  natarcia  rośnie  obszar  dodatniego 
gradientu  ciśnienia  w  kierunku  krawędzi  natarcia,  czemu  towarzyszy  spadek  siły  nośnej.  Jednocześnie 
powiększa się obszar zawirowań powodując wzrost oporu. 
 
2.4 Co to jest współczynnik siły nośnej i od czego zależy? 
 
Zależy  od  kąta  natarcia.  Przy  krytycznym  kącie  natarcia  współczynnik  siły  nośnej  maleje.  Wraz  ze 
wzrostem liczby Reynoldsa rośnie niezależnie współczynnik siły nośnej C

L

. 

 
 
 

str. 3 

 

3. Opis stanowiska badawczego 
 
3.1 Kanał kawitacyjny 
 
Pomiar  sił  hydrodynamicznych  na  płacie  nośnym  został  przeprowadzony  w  małym  obiegowym  kanale 
wodnym. Przepływ wody wytwarzany jest za pomocą dwu kół łopatkowych  napędzanych przez silnik o 
regulowanej  prędkości  obrotowej.  Badane  ciało  było  umieszczane  w  przestrzeni  pomiarowej, 
umocowując  do  dynamometru  trzech  składowych,  pozwalającemu  na  jednoczesny  pomiar  oporu,  siły 
nośnej  i  momentu  hydrodynamicznego.  Pomiar  prędkości  przepływu  dokonuje  się  za  pomoca 
pojedynczej sondy Pitota, pozwalającej bezpośrednio odczytać wysokość ciśnienia prędkości jako różnice 
pomiędzy  poziomem  wody  w  kanale  i  poziomem  wody  w  sondzie.  Wyniki  pomiarów  rejestrowane  i 
przetwarzane są za pomocą komputera. 
 

 

 
3.2 Płat 
 
Płat użyty w ćwiczeniu był symetryczny. Płat zanurzony był w wodzie, przy czym prędkość przepływu 
była stała i ustalona (według wskaźników komputera V = 0,513 m/s). Wykonano 5 pomiarów. Podczas 
pierwszego  pomiaru  płat  ustawiony  był  równolegle  do  przepływu,  po  czym  przy  każdym  kolejnym 
pomiarze odchylano go o 10

o

 (do 40

o

). Wyniki odczytano z ekranu. 

 

str. 4 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Na  każdym  obiekcie  umieszczonym  w  przepływie  powstaje  wypadkowa  siła  hydrodynamiczna.  Siłę  tę 
można  rozłożyć  na  składową  prostopadłą  do  kierunku  prędkości,  zwaną  siłą  nośną  oraz  składową 
równoległą  do  kierunku  prędkości,  zwaną  siłą  oporu.  Płaty  nośne  są  obiektami  kształtowanymi  w  taki 
sposób,  aby  uzyskać  maksymalną  wartość  siły  nośnej  przy  minimalnej  wartości  siły  oporu.  O 
własnościach płata w dużym stopniu decyduje kształt jego przekroju prostopadłego do rozpiętości czyli 
kształt profilu aerodynamicznego. 
 
P – wypadkowa siła aerodynamiczna 
P

Z

 – siła nośna 

P

X

 – siła oporu 

M – moment siły aerodynamicznej 
V – prędkość przepływu 
α – kąt natarcia 
 
 

str. 5 

 

4. Wyniki pomiarów 
 
4.1 Prędkość przepływu. 
 

Lp. 

Kąt   [

o

] 

V [ m/s ] 

1 

0 

0,588 

2 

10 

0,595 

3 

20 

0,599 

4 

30 

0,600 

5 

40 

0,603 

 
4.2 Opór. 
 
F

xo

 = - 0,133 

 

Lp. 

Kąt   [

o

] 

F

x

 [N] 

F = F

x

 – F

xo

 [N] 

1 

0 

- 0,103 

0,03 

2 

10 

0,630 

0,763 

3 

20 

2,502 

2,635 

4 

30 

4,334 

4,467 

5 

40 

6,306 

6,439 

 
 

0,03

0,763

2,635

4,467

6,439

0

1

2

3

4

5

6

7

0

10

20

30

40

O

pó

r

Kąt natarcia

Wykres oporu w stosunku do kata natarcia

Seria 1

 

 
 
 

str. 6 

 

4.2 Nośność. 
 
F

yo

 = 0,59 

 

Lp. 

Kąt   [

o

] 

F

y

 [N] 

F = F

y

 – F

yo

 [N] 

1 

0 

-0,442 

0,148 

2 

10 

5,281 

5,871 

3 

20 

7,301 

7,891 

4 

30 

6,739 

7,329 

5 

40 

6,326 

6,916 

 

0,148

5,871

7,891

7,329

6,916

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

10

20

30

40

N

oś

no

ść

Kąt natarcia

Wykres nośności w stosunku do kata natarcia

Seria 1

 

 
 
4.3 Współczynnik siły oporu i siły nośnej. 
 

Współczynnik siły oporu wyraża się wzorem: 

qA

D

C

D



 [ - ] 

 

Współczynnik siły nośnej wyraża się wzorem: 

qA

L

C

L



 [ - ] 

 
gdzie: 



q

1/2

2

V



 



A

bc 

 
 
 
 
 

str. 7 

 

Lp. 

Kąt   [

o

] 

C

D

 

C

L

 

1 

0 

0,0020 

0,0096 

2 

10 

0,0497 

0,3822 

3 

20 

0,1716 

0,5138 

4 

30 

0,3019 

0,4772 

5 

40 

0,3816 

0,4476 

 

 

 

 

 

str. 8 

 

4.4 Współczynnik doskonałości profilu. 
 
Współczynnik doskonałości profilu wyraża się wzorem: [(F

x

 - F

xo

)/(F

y

 - F

yo

)]*10 [ - ] 

 

Lp. 

Kąt   [

o

] 

[(F

x

 - F

xo

)/(F

y

 - F

yo

)]*10 

1 

0 

2,027 

2 

10 

1,300 

3 

20 

3,339 

4 

30 

6,095 

5 

40 

9,310 

 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

str. 9 

 

5. Wnioski wynikające z przeprowadzonych badań 
 



 

znak siły nośnej pokazywany przez komputer zależy od odchylenia płatu (w kierunku wskazówek 
zegara, bądź przeciwnie); w obliczeniach trzeba wziąć pod uwagę wyniki wyświetlane przy wodzie 
nieruchomej; 



 

w chwili oderwania strug opór gwałtownie rośnie; 



 

analogicznie współczynnik siły oporu w chwili oderwania współczynnik gwałtownie rośnie; 



  w chwili oderwania strug siła nośna rośnie poczym maleje; 



 

analogicznie współczynnik siły nośności w chwili oderwania współczynnik rośnie poczym maleje; 



 

wraz z odchylaniem się płata opór statku rośnie wykładniczo; 



 

wykres współczynnika doskonałości profilu wskazuje, że najmniejszy współczynnik uzyskano dla 
10

o

. oznacza to iż stosunek oporu do siły nośnej jest najbardziej optymalny dla 10

o

. opływ dla 10

o

 

jest najmniej zaburzony; 



 

siła nośna jest największa dla 20

o

; 



 

najbardziej optymalne ustawienie pióra to odchylenie go o 10

o

,  w celu zaś uzyskania  największej 

siły nośnej (bez liczenia się z oporem) trzeba odchylić pióro o 20

o

; 



 

siła oporu jest największa dla 40

o

; 

 
6. Uwagi krytyczne studentów, wynikające ze zdobytej wiedzy 

 
a)  Płat jest ustawiany 0

O 

do 40

O

 gdyż dalsze wychylenie płata jest bezcelowe. Powyżej 40

O

 opór i siłą 

nośna nie ulęgają znacznej zmianie. 

 
b) Badanie  zostało  przeprowadzone  w  basenie  modelowym  co  oznacza  że  pomiary  są  niezgodne  z 

rzeczywistością.