[공학]헬리콥터 로터 에어포일 NACA 23015 에 대한 특성 분석

소개글

[공학]헬리콥터 로터 에어포일 NACA 23015 에 대한 특성 분석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 레포트 개요

2. 프로그램 검증
2.1 데이터 그래프 보정
2.2 데이터 수집 및 입력
2.2.1 CL vs AoA 그래프 검증
2.2.2 Cd vs AoA 그래프 검증
2.2.3 Cd vs Cl 그래프 검증
2.3 마하수 변화에 따른 그래프 형상 변화
2.3.1 마하수 변화에 따른 CL vs AoA 그래프
2.3.2 마하수 변화에 따른 Cd vs AoA 그래프
2.3.3 마하수 변화에 따른 Cd vs Cl 그래프
2.4 레이놀즈수 변화에 따른 그래프 형상 변화
2.4.1 레이놀즈수 변화에 따른 CL vs AoA 그래프
2.4.2 레이놀즈수 변화에 따른 Cd vs AoA 그래프
2.4.3 레이놀즈수 변화에 따른 Cd vs Cl 그래프

3. 프로그램 성능 검증 및 고찰

본문내용

기울기는 증가하고, 최대 양력계수와 실속받음각이 감소함을 알 수 있다. 이는 예측된 실행 결과가 일치하였으며 이를 결과를 다음의 표로 정리하였다. 마하수
실속특성
마하수 증가
증가
감소
감소
완만
마하수 감소
감소
증가
증가
급격
마하수
급격변화 전 영역
마하수 증가
증가
감소
마하수 감소
감소
증가
마하수에 따른 Cd vs AoA 그래프 마하수 변화에 따라 기준 레이놀즈수 RN=6e5 으로 Cd vs AoA 그래프를 출력한 결과는 다음과 같다. 위의 그림 8을 보면 마하수 증가에 따라 Cd0 값이 증가하는 것을 알 수 있고 Cd 값이 크게 증가하는 범위가 마하수가 증가함에 따라 좁아지는 것을 알 수 있다. 즉 실속받음각이 감소함에 따라 실속각 이후에 항력계수가 급격하게 증가하는 것으로 그 폭이 좁아지는 것이 맞음을 알수 있다.
마하수에 따른 Cd vs Cl 그래프 아래 그림9는 마하수 증가에 따른 Cd vs Cl 의 그래프로서 마하수가 증가함에 따라 양항비는 감소하는 것을 알 수 있고 이전에서 도출된 최대 양력계수의 감소와 Cd0의 증가가 종합적으로 잘 나타나있음을 알 수 있다.
레이놀즈수에 따른 그래프 형상 변화
레이놀즈수에 따른 Cl vs AoA 그래프 실제 항공기의 레이놀즈 수에 따른 분류를 질량에 따라 구분하면 다음과 같이 나타낼 수 있다. 위의 그림10에서 보듯이 나비와 같은 아주 작은 크기에서 Boeing 747에 이르는 크기에 대한 레이놀즈수는 1e3~1e8 정도로 이를 프로그램에 입력 레이놀즈수로 하여 이를 변화시켜가면서 프로그램의 성능을 검증하고자 하였다. 따라서 입력값은 NACA 23015의 풍동시험 기준값인 레이놀즈수 6e5을 기준으로 하여 6e3~6e8까지 입력하였다. 이에 대한 Cl vs AoA 그래프는 다음과 같다. 위의 그림11에서 알 수 있듯이 레이놀즈수가 증가하면 최대 양력계수가 증가하고 실속받음각이 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 레이놀즈수가 증가하면서 에어포일에서의 박리가 지연되면서 최대 양력계수와 실속받음각이 증가하는 것으로 원통형 실린더의 유체흐름에 대한 특성을 비교해 볼 때 정확하게 일치하는 것이다. 이를 요약하면 다음과 같다.레이놀즈수
증가
변화없음
증가
증가
감소
변화없음
감소
감소
레이놀즈수에 따른 Cd vs AoA 그래프 레이놀즈수에 따른 Cdmin의 값은 오른쪽의 그래프에서 알 수 있듯이 레이놀즈수가 증가할수록 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 레이놀즈수가 증가함에 따라 마찰항력을 증가하나 압력항력이 감소하여 전체적인 항력이 감소함에 기인한 것이다.위에서 예측된 결과를 토대로 하여 프로그램을 실행한 결과는 다음과 같다.그림 13에서 보는 바와 같이 예측된 결과처럼 최소항력계수는 레이놀즈수 감소에 따라 감소하는 것을 알 수 있고 실속받음각이 증가하는 것에 따라 항력계수가 급격히 증가하는 영역이 증가하는 것을 알 수 있다. 이를 요약하면 다음과 같다. 레이놀즈수
급격변화 전 영역
증가
감소
증가
감소
증가
감소
레이놀즈수에 따른 Cd vs Cl 그래프위에서의 결과를 종합적으로 보여주는 그래프로서 레이놀즈수가 증가함에 따라 최대 양력계수의 증가와 실속받음각의 증가로 항력의 급격한 증가가 시작되는 곳이 지연되고 이와 함께 최소 항력계수는 감소하는 것을 알 수 있었다. 따라서 이의 그래프는 다음과 같고 그림14를 통해 프로그램의 결과 값이 예측 값과 일치함을 확인함으로써 그 성능을 검증할 수 있었다.
마하수
레이놀즈
증가
감소
증가
감소
증가
감소
변화없음
변화없음
증가
감소
증가
감소
감소
증가
증가
감소
실속특성
완만
급격
변화없음
변화없음
증가
감소
감소
증가
급격변화 전 영역
감소
증가
증가
감소
프로그램 수정부분
aero_coef.m 파일 내 항력계수 계산식 중 Kd식의 0.01 0.02
프로그램 성능 검증 및 고찰이번 레포트는 에어포일 특성을 일반화 하는 프로그램의 성능을 검증하는 것으로 이에 사용된 에어포일은 NACA 23015 로써 이를 이용하여 풍동시험을 통한 실제 자료와 프로그램의 이론적인 계산 값을 비교하는 것이었다. 이전에서의 결과들을 종합한 결과 주어진 프로그램은 항력을 계산하는 수식에 오류가 있어 이를 수정하였고, 수정된 후의 프로그램은 양력계수와 항력계수의 계산 값이 실제와 거의 일치하는 것을 알 수 있었다. 또 마하수 증가에 따른 특성변화와 레이놀즈수 증가에 따른 변화가 최대양력계수를 제외하고 반대로 일어나는 것을 알 수 있었는데 이의 결과는 다음의 표에 종합적으로 요약하였다.

키워드

헬리콥터,   로터,   NACA,   에어포일,   블레이드,   NACA 23015