풍동 실험

소개글

풍동 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 원리

3. 실험 방법

4. 실험 결과

5. 비고 및 고찰

6. 연구 내용 개요
① 정압과 동압의 특성
② 박리의 특성
③ 항력의 종류와 양력의 특성

본문내용

르누이 정리(Bernoulli'S Equation)에 의해 공기의 속도가 빠르면 그곳의 압력(정압)은 낮아진다는 것이다. 이를 다르게 설명하면 유체의 정압(흔히 말하는 압력)과 동압(유체가 움직일 때 그 속도성분으로 해석할 수 있는 압력)은 유선을 따라 항상 일정하다는 것이다. (정압과 동압을 각각 유체의 압력에너지와 운동에너지로 해석하면 에너지보존법칙에 해당함을 알 수 있다.-Application of the Reynols transport theorem ,참조: Fluid Mechanics Written by Frank M. White 3장 )
베르누이 정리의 기본가정은 유체의 흐름에서 마찰이 없다는 것과 보존식이 항상 유선(Stream line)을 따라서만 적용될 수 있다는 사실이다. 분명 날개의 윗부분과 아랫부분은 날개의 앞전에서 갈라져 서로 다른 유선이 지나간다. 그런데 베르누이 정리가 적용될 수 있는가? Navier-Stokes Equation을 점성이 없다고 가정하고 정리한후 dr을 유선이라고 가정하면 베르누이 방정식이 유도된다. 하지만 dr이 유선이 아니더라도 Irrotational flow(vorticity=0)일 때는 베르누이 방정식이 성립함을 알 수 있다. (참조:Fluid Mechanics Written by Frank M. White 4장 ). 아직 날개의 존재를 알아차리지 못한 날개 앞의 공기들은 항공기의 비행속도에의해 항공기쪽으로 평행하게 흘러온다고 생각할 수 있다. 이들은 Irrotational flow이므로 위쪽유선과 아랫쪽유선은 함께 베르누이 정리를 적용할 수 있는 것이다.
② 항력
박리점 뒤의 공기의 흐름을 후류(wake)라고 하는데, 이는 항력을 증가시키는 주요 요인 중의 하나이다.(태극기는 바람을 받으면 펄럭인다. 이는 유체가 깃대를 통과하며 후류가 나타나서 인데 이때 생긴 후류는 주기적인 경향을 갖는다 이를 vortex sheading 이라 한다.)
후류의 면적이 넓어지면 항력이 증가하는 원인은, 후류에서는 공기의 정압이 작다. 하지만 에어포일의 앞전에서는 공기가 잠시 머무르기 때문에(V=0) 정압이 매우 크다. 후류가 커지면 커질수록 뒤의 압력은 작아지는 반면 앞의 압력은 크기 때문에 에어포일이 앞에서 뒤로 밀리는 힘을 받게된다. 그래서 항력이 증가하며 이런 항력을 압력항력이라고 부른다. 이와 대응되는 항력으로 표면마찰항력이 있고 이는 고체표면에 수직방향으로 속도의 변화가 있을 때 발생한다. 압력항력은 박리현상이 잘 일어나는 구형물체에서 많이 일어나고 유선형과 같은 물체에서는 압력항력이 적어 상대적으로 마찰항력이 크게 일어난다. 골프공을 보면 울퉁불퉁하게 표면이 만들어져 있는 것을 알 수 있다. 이는 표면마찰항력을 증가시킨다. 하지만 난류를 만들어 주어 공기입자들이 다양한 방향으로 활발한 활동을 하게 하므로 운동량의 교환이 많아져서 박리점을 뒤로 옮겨주는 역할을 한다. 골프공은 마찰항력보다는 압력항력이 훨씬 큰 비중을 차지하므로 울퉁불퉁한 표면은 마찰력을 크게 감소시켜주는 역할을 한다.

키워드

풍동실험,   풍동,   기계공학