풍동실험 레포트

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풍동실험 레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 이론 및 원리
3. 실험 장치
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 고찰

본문내용

것이 중요하다. 따라서 어류의 형태를 본떠서 유선형으로 만들기도 한다. 또 어류의 비늘과 유사한 특성이 있는 표면을 만들어 항력계수를 작게 만들기도 한다.
◆ 항력을 최소화 하는 방법
1) 유도항력의 최소화
유도 항력이란 풍판에 양력이 발생할 때 풍판에 의해 발생하는 항공 역학적인 항력이다. 받음각을 증가시켜 양력을 증가시킬 때 생기는 항력으로 받음각이 클수록 유도항력은 커진다. 속도를 증가시킬 경우 어느 정도의 양력은 증가한다. 상대풍에 대한 받음각은 상대적으로 감소하므로 유도항력은 감소한다.
이러한 유도항력을 줄이는 방법으로는 다음과 같은 것들이 있다.
① 유도항력을 줄이는 날개형태를 사용한다. 날개의 끝은 둥근형태로 다듬어진 윙팁을 사용 하며, 날개를 끝으로 가며 좁아지게 하는 테이퍼형의 날개가 만들어지고 날개 끝을 유선 형으로 이상적인 형태의 타원형의 날개가 고안 되었으며 날개의 중앙에서 끝으로 갈수록 양력이 낮은 에어포일을 사용하기도 하며 윙렛이라는 날개끝의 또 다른 작은 날개를 사 용하기도 한다.
② 날개를 아주 길게 한다. 날개끝의 폭이 아주 작아지면 당연히 유도항력이 줄어들기 때문 이다. 하지만 역시 길이가 긴 날개는 제작의 어려움이 따른다. 시중에 유통되는 글라이 더 역시 가로세로의 비가 10을 넘지 못한다. 이렇게 가로 세로 비가 작은 이유가 날개 를 길게 하면 할수록 날개의 구조를 강하게 하여야 하고 당연히 무거워질 수밖에 없다. 여기서 적당한 타협이 필오하며 제작이 쉬운 형태로 하는 것이 처음 제작하는 비행기에 서는 좋다.
2) 유해항력의 최소화
비행기의 항력을 줄이기 위해서는 비행기의 표면을 매끄럽게 해야하며 동체를 유선형으로 제작하여야 한다. 이는 마찰항력과 압력항력을 줄이기 위해서이며 이 둘은 속력에 비례하여 증가하기 때문에 느린 속도의 비행기에서의 전체 항력 중 30%정도를 차지하며 불필요한 항력이기 때문에 최소화하여야 한다.
그 밖에, 보조 날개를 채용하여 경계층을 조정하면 박리점을 하류로 전이 시켜 양력계수를 극대화할 수 있다.
3. 실험 장치
그림 1 그림 2
그림 3 그림 4
그림 5 그림 6 그림 7 그림 8
그림 1,2,5의 사진은 풍동장치의 모습이다. 그림 3은 익형(에어포일)의 모습인데 익형에는 구멍이 나 있어 그 구멍에 피토관을 꽂고 실험을 진행한다. 그림 4는 마노미터의 모습으로 장치를 작동시켰을 때 측정되는 압력을 확인할 수 있다. 그림 6은 장치를 작동시키는 장치이다. 그림7은 피토관의 모습으로 그림8에 있는 장치에 고정시켜 풍동장치의 안으로 넣고 실험을 한다.
4. 실험 방법
① 마노미터의 영점을 조절한다.
② 풍동 내의 높이를 30cm로 하여 3cm 간격으로 눈금을 표시한다.
③ 니크롬선에 파라핀 용액을 묻힌다.
④ 익형의 받음각을 0°에 맞춘다.
⑤ 전원을 ON으로 한다.
⑥ 어느 정도 시간이 흘러 풍량이 정상상태가 되었다면 눈금을 표시한 지점 30개의 속도를 측정한다.
⑦ 니크롬선에 전기를 흘려 보내어 풍동내 유동을 가시화한다.
⑧ 익형의 받음각을 10°, 20°, 30°로 변화시켜 ⑥, ⑦의 과정을 반복 실행 한다.
※ 실험시 유의사항
① 실험전 송풍기를 돌려 일정한 풍량이 흐르는 지 확인해야 한다.(정상상태 확인)
② 후류 및 박리의 현상을 자세히 확인한다.
5. 실험 결과
각도
위치
0°
10°
20°
30°
속도
[m/s]
압력[mmH2O]
속도
[m/s]
압력[mmH2O]
속도
[m/s]
압력[mmH2O]
속도
[m/s]
압력[mmH2O]
1
7.143
2.6
7.121
2.59
7.231
2.71
7.381
2.78
2
7.168
2.62
7.171
2.62
7.454
2.83
7.642
2.98
3
7.182
2.63
7.123
2.59
7.352
2.76
7.516
2.88
4
7.491
2.86
7.258
2.69
7.492
2.86
7.414
2.8
5
7.392
2.79
7.412
2.8
7.668
2.99
8.069
3.32
6
6.531
2.16
5.511
1.55
4.687
1.12
5.642
1.6
7
6.992
2.49
6.966
2.48
8.312
3.52
7.006
2.51
8
7.328
2.74
7.213
2.65
7.262
2.69
7.413
2.8
9
7.081
2.56
7.072
2.55
7.174
2.62
7.452
2.83
0˚
10˚
20˚
30˚
6. 고찰
측정된 값을 보면 각도가 커질수록 압력이 커지는 것을 확인할 수 있다. 그리고 결과값을 보면 베르누이 방정식에 의해 압력이 커질수록 속도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
풍동실험에서 받음각에 따라 3번의 실험을 하였는데 받음각이 커질수록 후류의 압력차의 분포가 고르지 못했다. 측정값을 살펴보면, 풍동 윗부분에서는 속도가 일정하게 흘러가다가 에어포일 지역에서 속도가 감소하는 것을 볼 수 있다. 그 후 풍동 아래 부분에서는 다시 속도가 올라가 일정한 흐름을 보이고 있다. 그 이유는 에어포일 날개부분의 박리점 이후에서 후류가 발생했기 때문이다. 후류에 의해 에어포일 근처에서 압력이 떨어지고 베르누이 방정식을 기초로 속도 역시 떨어지게 된다. 그 현상은 에어포일의 받음각이 점점 커질수록 심해지는 것을 볼 수 있다.
실험에서는 몇 가지 오차가 발생할 수 있는데 실험에서 받음각을 줄 때 정확한 값이 아니라 눈대중으로 주었기 때문에 차이가 발생할 수 있다. 그리고 유속이 일정한 에어포일을 지나면서 에어포일의 지지대와의 마찰저항으로 인해 속도가 다소 느려지고 속도의 변동이 심해질 수 있다. 또한 사진을 보면 물체 뒤에 박리가 생기는 것을 볼 수 있는데 박리유동영역의 범위는 물체의 분포를 유선형으로 하여 감소 또는 제거할 수 있다. 또한 바람으로 인해 피토튜브가 압력을 받아 바람의 세기를 정확히 읽기가 어려웠고 실험을 통해 측정된 압력의 값이 정확치 않아 유속을 구하는데 오차가 발생하였다고 생각한다.
직접 실험을 하지 못한 것은 아쉬웠지만 측정값으로 레포트를 쓰면서 에어포일 주위의 유동의 고찰을 통하여 박리 및 후류의 개념을 알 수 있었고 자동차, 비행기 등 실생활에 풍동의 원리가 중요하게 작용한다는 것을 알게 되었다.

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