풍동 실험

소개글

풍동 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험개요
2. 실험목적
3. 실험장치및 방법
4. 결과
5. 결론

본문내용

하부 표면에서 가속되어 속도가 빨라지는데 속도가 증가할수록 공기 동압은 증가하게 된다. 날개표면에 작용하는 정압은 두 압력의 합(전압 Pt)이 동일하게 유지되어야 하므로 감소되어야 한다. 속도의 증가는 하부표면보다 상부표면에서 더 커져 상부표면에서의 정압이 하부 표면에서의 것보다 작아진다. 따라서 압력이 큰 쪽(에어포일 하부)에서 작은 쪽(에어포일 상부)으로 압력차에 의한 힘, 양력이 발생하게 된다.
압력 분포 (Pressure Distribution)
정압(static pressure)의 변화는 날개표면에 작용하는 국부정압(PL: local static pressure)과 대기압(: atmospheric pressure)의 차이로 표시될 수 있다.
△P : 정압변화, : 날개표면에 작용하는 국부정압,
: 대기압
그림은 에어포일 주위의 압력분포를 보여준다. 그림에서 나타나는 바와 같이 상부표면과 하부표면의 압력은 대기압보다 작다. 따라서 양쪽표면 모두 대기방향으로 에어포일을 당기려는 흡입력(suction force)이 존재하게 되는데 상부표면에서의 흡입력은 하부 면보다 커서 에어포일 상부 방향으로 압력차에 의해 양력이 발생된다. 양력을 발생시키기 위해서 에어포일은 하부면의 압력이 양(+)일 필요는 없으나 음(-)이지만 작아야 할 뿐이다. 앞전의 작은 면적에서의 압력은 대기압보다 큰데 이 양의 압력 합은 압력이 작은 에어포일 후방 쪽으로 작용하는 항력(압력항력)을 발생시킨다.
그림 에어포일 주위의 압력분포
3) 실험에서 얻은 데이터와 각종 자료를 참조하여 받음각이 10°인 경우의 Airfoil 주변의 유선흐름을 추론하고 도시한다.
이번 실험을 통해 1315m/s의 속도를 유지하며 측정한 양력과 항력으로 실속 받음각을 계산하였다. 실험의 결과를 볼 때 10°의 받음각일 때는 실속이 일어나지 않음을 알 수 있다. 정확한 에어포일과 유선의 흐름을 손으로 그리지는 못하였으나 온라인상에 올라와 있는 10°의 받음각일 때의 유선흐름을 아래에 두었다. 에어포일의 형상이나 실험시의 환경은 다르지만 10°의 받음각 일 때는 실속이 일어나지 않는다는 것을 말하고 싶다.
5. 결론
▲ 결과 분석
실험의 결과를 간단히 요약해 보면 우리가 실험한 에어포일에 1315m/s의 속력을 가 하였을 때는 실속 받음각이 36° 부근으로 나타났다는 것이 최종 결과이다.
▲ 고찰
이번 실험은 에어포일 주위의 흐름을 이해해 보는데 목적을 가지고 행하였다. 이번 실험은 나무로 만들어진 에어포일에 일정한 속도를 가하면 속도에 의해 에어포일에 생기는 양력과 항력을 측정해보고 측정된 결과 값을 통해 실속 점을 아는 것에 있었다. 하지만 일반적으로 알고 있던 실속 받음각과는 큰 차이가 있었고 그런 차이가 어디에서 오는지는 여러 가지 원인들에 의해 생길 수 있었다.
▲ 오차와 오차 원인분석
오차 실험을 통해 양력과 항력을 측정하였고 측정된 값을 가지고 양력계수와 항력계수를 계산해 그래프로 나타내었는데 책에서 본 것과 같은 곡선이 나오지 않고 비슷하지만 33～37˚ 사이에서 양력계수가 감소하였다가 증가하는 부분이 생겼다. 항력계수 그래프는 실속 받음각에 도달 하였을 때 급격한 증가를 보여 측정이 잘 이루어 진 것 같다.
오차 원인 분석
에어포일의 받음각을 정할 때 정확한 받음각 설정에 문제가 있었다. 부정확한 받음각의 고정으로 처음부터 큰 오차가 발생하였음.
에어포일과 로드의 문제가 있었다. 처음 받음각을 적게 할 때는 에어포일에 가해지는 항력이 작아 크게 흔들리거나 움직이는 현상이 뚜렷이 보이지는 않고 로드에 의해 정확하게 항력이 측정 되었다고 생각한다. 하지만 받음각이 33～40˚ 정도를 넘어서면서 에어포일이 갑자기 뒤로 넘어가버리는가 하면 움직이는 모습 까지 보였다.
에어포일의 위치 선정 시 받음각을 정확하게 고정 하려는 모습은 좋았으나 위에서 바라 볼 때 바람이 불어오는 방향과 에어포일이 이루는 각이 수직을 이루었는지 확인 하지 않았다는 것이다.
오차를 줄이는 방법
에어포일의 받음각을 설정할 때 가로, 세로 선이 그러진 투명한 직사각형 판을 하나 준비한다. 그 판을 받음각 설정 시 에어포일 바로 옆에 갖다 대고 시위선과 가로선이 이루는 각으로 받음각을 설정한다. 우리가 실험 하였던 실험 장치는 가로, 세로 선이 그어져 있는 판이 에어포일과 떨어져 있었고 각도기 또한 에어포일과 먼 거리에서 측정 하였으므로 사람과 에어포일과 가로선이 서로 수평을 이루지 못해 정확한 받음각 설정이 어려워 진 것이다.
에어포일과 로드를 고정하는 볼트를 하나가 아닌 두개 정도로 고정을 하면 바람에 의한 항력이 로드에 정확히 전달되어 질 것이다. 우리가 실험 하였을 때는 로드에 바로 전달되는 것이 아니라 에어포일이 뒤로 약간 처진 후에 로드에 항력이 전달되어진 듯 추정된다.
에어포일의 받음각 설정 시 로드에 고정하는 볼트가 하나서 인지 앞뒤로만 움직이면서 받음각이 설정 되어져야 하는데 받음각 설정 시 좌우로 움직이면서 바람과 에어포일이 수직을 이루지 못했다. 이 문제는 로드의 보완을 통해 좌우 움직임을 고정해 주면 해결 될 것 같다.
위에서 알아 본 것과 같이 에어포일의 공기역학적 특성을 정확하게 알아보기 위해서는 보완해야 할 점이 무척이나 많을 것이다. 먼저 오차 원인부터 차례대로 보완하고 좀 더 추가를 하자면 에어포일 넘버를 알면 우리가 구한 양력계수와 항력계수 그래프가 얼마나 정확히 측정되었는지 비교 할 수 있을 것 같다. 그리고 에어포일이 만들어진 재료와 도포된 페인트가 유선에 미치는 마찰 항력은 어떤 영향을 미치는지 생각해 보는 것도 좋은 실험일 것 같다. 그리고 우리가 실험하여 나타난 결과 값들을 상사 법칙을 이용하여 실제 비행기에서는 어떤 속도, 어떤 환경에서 인지 비교 해보는 것도 재미있는 실험이 될 것 같다.
이번 실험을 해보고 생각한 것인데 무슨 실험을 하든 그 실험을 하기 전에 오차가 될 만 한 것을 생각하고 최대한 보완을 한 다음에 실행을 하고 또 보완하고 실행을 하면서 측정값과 이론값과의 차이를 점점 좁혀 가며 실험을 행하는 것이 실험을 하는 공학도로서 가져야 할 기본자세 인 것 같다.

키워드

풍동,   에어포일,   양력,   항력