[항공우주공학] 항공역학[공기역학] 텀

소개글

[항공우주공학] 항공역학[공기역학] 텀에 대한 보고서 자료입니다.

목차

● 참조를 위해 검색을 했을 때 참고자료를 비교적 쉽게 구할 수 있었던
NACA0012, NACA0020, NACA23012, NACA23020에 대하여 분석을 했다.

1. Airfoil의 두께와 Camber에 의한 Airfoil의 공력 성능 분석
　1-1. Airfoil의 두께에 따른 공력 성능 분석
　1-2. camber의 유무에 따른 익형의 공력 성능 분석
　1-3. Viscous flow 내의 공력성능

2. 날개의 형상(Plane foam)과 가로세로비(Aspect ratio) 변화가 날개의 양력 분포와 유도 항력에 작용하는 영향 분석
　2-1. 날개 형상에 따른 공력특성
　2-2. Aspect ratio에 따른 공력특성

본문내용

D를 이용해야 하지만 꽤 오랜 기간 해당 사이트가 제대로 운영되지 않았고, 지금까지 서버 점검 중이기 때문에 AID(Airfoil Investigation Database)란 인터넷 홈페이지에 게재된 대한 자료를 사용했다. 아래는 viscous flow에서 NACA0012와 NACA23012의 AoA에 대한 Cl값을 나타내는 그래프다.
위 결과를 보면 Reynolds number가 증가함에 따라 stall angle도 점차 증가하는 것을 확인할 수 있다. NACA0012와 NACA23012를 비교하면 camber가 있는 23012가 AoA가 증가할 때 더 빠르게 stall이 발생한다. 하지만 stall이 발생할 때의 Cl값의 변동은 0012에 비하여 적다. 또한 23012는 Re가 변할 때의 Cl값의 변화가 0012에 비하여 더 크다.
○ Airfoil의 두께와 camber에 의한 airfoil의 공력 성능 분석에 대한 결론
두께가 두꺼워지고 camber가 존재할 때, 그리고 AoA이 높을수록 높은 lift를 얻을 수 있다. 하지만 실제 유동에서는 점성에 의한 separation이 발생하므로 적절한 사용 목적에 따라 적절한 두께와 camber, angle of attack의 선택이 필요하다.
2. 날개의 형상(Plane foam)과 가로세로비(Aspect ratio) 변화가
날개의 양력 분포와 유도 항력에 작용하는 영향 분석
2-1. 날개 형상에 따른 공력특성
위 그림은 날개의 형상에 따른 Cl의 분포를 나타낸다. Cl의 평균값이 rectangular일 때 가장 낮다는 것을 알 수 있다. 평균적으로 lift의 발생이 가장 낮다 뜻이다. taper일 때와 ellipse를 비교하면 taper일 때의 Cl값이 상당 부분에서 더 높은걸 볼 수 있지만, ellipse의 경우가 훨씬 더 고른 분포를 가지고 있다.
위 그림은 날개의 형상에 따른 induced velocity의 분포를 나타낸다. 여기서도 Cl의 분포와 유사한 모양의 분포를 나타낸다. 하지만 그래프의 세로축이 음의 값을 나타내기 때문에 induced velocity의 평균값은 rectangular일 경우 가장 크고, 타원형일 때 수치가 작으면서도 안정적으로 분포되어 있는 것을 볼 수 있다.
위 그림은 날개의 형상에 따른 Cd값의 분포를 나타내는 그래프다. 앞서 나온 그래프들을 상하로 반전시킨 듯한 모양을 가지고 있어서 ellipse와 taper 형상에서 평균적으로 낮은 값을 가진다. 그리고 앞서와 마찬가지로 ellipse일 때 가장 고른 분포를 나타낸다.
2-2. Aspect ratio에 따른 공력특성
위 그림은 AR에 따른 Cl의 분포를 나타낸다. 아래에서부터 위로 4에서 14까지 2씩 증가한 AR의 그래프다. 이를 통해 AR이 증가할수록 lift가 증가한다는 것을 알 수 있다.
위 그림은 AR에 따른 Cd의 분포를 나타낸다. Cl과는 반대로 위에서부터 아래로 4부터 14까지의 AR의 그래프다. AR이 증가할수록 drag는 감소한다는 것을 알 수 있다.
○ 날개의 형상(Plane foam)과 가로세로비(Aspect ratio) 변화가 날개의 양력 분포와 유도 항력에 작용하는 영향 분석에 대한 결론
이론적으로 타원형 날개가 Cl은 가장 크고, induced velocity와 Cd가 낮으며 전체적으로 안정적인 분포를 나타내므로 가장 이상적인 설계에 가깝다고 할 수 있다. 하지만 실제 항공기를 제작할 경우 완벽한 타원형의 날개를 제작하기는 어려우며 비용도 많이 든다. 그러므로 비슷한 평균값을 가지는 taper 형태의 날개를 제작하는 것이 현실적인 대안이 된다. 실제로 현재 제작되는 많은 항공기들의 날개가 이러한 형태를 가지고 있다.
그리고 aspect ratio가 커질수록 lift는 증가하고 drag가 감소하여 날개의 효율이 올라가는 것을 볼 수 있다. 하지만 AR이 증가할수록 본체와 날개를 이어주는 부분에 가해지는 moment와 stress가 증가될 것이다. 이를 보완하기 위해서 항공기의 재료를 보강해야하고 이는 기체의 중량이 증가를 야기할 수 있다. 또한 AR이 증가하면 효율성과는 반대로 조종성은 떨어지게 될 것이다.
그러므로 AR을 무조건 늘리는 것이 아니라 목적에 따라 적당한 AR로 설계하여야 한다. 높은 속도를 내고, 큰 힘을 받으며 고도의 조종성을 요구하는 전투기는 낮은 AR로 제작되어야 하며, 상대적으로 낮은 속도를 내고, 조종성보다는 효율성을 요구하는 여객기의 경우는 높은 AR로 설계되어야 한다.

키워드

항공우주공학 ,   항공역학,   공기역학,   텀,   날개의 형상,   날개 형상,   공력특성,   날개