풍동 실험보고서

목차

1. 실험 개요
2. 실험 목적
3. 실험 장치
4. 실험 이론
5. 실험결과
6. 오차분석
7. 고찰

본문내용

앞부분에서 전압은 대기 압력과 동압의 합이다. 베르누이 방정식에 의하면 이합은 공기가 날개 표면을 지날 때 동일함을 유지하여야 한다. 표면을 지나서 움직이는 공기는 에어포일의 상부 및 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 하부표면에서의 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(: local static pressure)과 대기압(: atmospheric pressure)의 차이로 표시될 수 있다.
[ : 정압변화, : 날개표면에 작용하는 국부정압, : 대기압]
아래 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.
<에어포일 주위의 압력분포>
6. 오차분석
오차분석에 앞에 본 실험에 사용했던 에어포일(NACA4415)의 물성치를 먼저 알아보도록 하겠다.
http://instructional1.calstatela.edu/cwu/ME454/Spring03/HW1Solu.xls
NACA4415 Data
Wing Characteristics
a(deg)
Cd
CL
CDi
CD
L/D
-4
0.007
0
0
0.007
0
-2
0.0066
0.15
0.00131
0.00791
18.9747
0
0.0065
0.3
0.00522
0.01172
25.5949
2
0.0068
0.45
0.01175
0.01855
24.2621
4
0.0072
0.6
0.02088
0.02808
21.3642
6
0.0082
0.75
0.03263
0.04083
18.368
8
0.011
0.9
0.04699
0.05799
15.52
10
0.014
1.05
0.06396
0.07796
13.4687
12
0.0168
1.2
0.08354
0.10034
11.9596
<받음각-양력계수 그래프>
<받음각-항력계수 그래프>
<양항비-받음각 그래프>
물론 이 값들도 실험값이지만 우리가 실시했던 실험과는 실시한 환경과 레이놀즈 수도 다를 것이며 훨씬 더 상세한 실험을 하였기에 실속 구간이 조금은 다르게 나온 것을 확인 할 수 있었다. 하지만 전체적인 그래프 추이는 유사한 것을 확인 할 수 있었다. 에어포일의 자료를 토대로 양항비-받음각 그래프는 직접 그려보았다.
● 오차분석
이번 실험에서 이론값으로 사용한 값 역시 실험에 의해서 얻어진 값이므로 이론값으로 사용한 값과는 직접적인 비교는 불가능 하다고 생각된다. 본 실험에서 풍동의 초기 동작 시 풍동내의 풍속 및 밀도를 각 부분에 따라 측정하고 이런 측정결과를 이용하여 결과데이터를 얻었어야 하였으나, 밀도는 표준 대기 밀도를 그대로 사용하여 오차 값이 포함되었다고 생각한다.
그리고 풍동내의 속도분포가 받음각에 변함에 따라서 일정해야 하는 거였는데 속도가 일정하게 나오질 못해서 오는 오차도 있었다고 생각한다. 또한 풍동내의 에어포일의 받음각을 좀 더 미세하게 조절했으면 더 정확한 그래프를 얻을 수 있었다고 생각하는데 사람의 눈과 손으로 1도라는 미세한 각을 조절하기 힘들었기 때문에 그렇지 못해서 좀 더 정확한 값을 얻을 수 없었던 것 같다. 그리고 3도 간격으로 에어포일의 받음각을 조절하면서 실험하였는데 이 받음각을 조절함에 있어서도 완벽하게 정확하다고 볼 수는 없기 때문에 이 역시도 오차의 한 원인이 충분히 될 수 있다고 생각한다. 이것과 더해져서 받음각을 정하고 그 각도로 에어포일을 고정시키면 풍동 실험을 하는 도중에 그에 따른 변화가 없어야 그 받음각에 따른 정확한 양력이나 항력 데이터들을 얻을 수 있었을 텐데 풍동 실험도중 에어포일을 지지하는 부분이 심하게 흔들리는 것을 눈으로 확인 할 수 있었다. 이러한 부분 또한 오차의 한 원인이라고 생각한다. 그리고 우리 실험조만의 문제인지는 몰라도 실험을 진행할 때 양력계수의 컴퓨터 계측 부분이 특정 값 이상으로 올라가질 않는 오류가 나타났다. 이 때문에 양력에 관해서 실속이 일어나는 지점을 찾기가 어렵지 않았나 생각한다.
7. 고찰
이번 실험을 통해서 이론적으로 학습했던 에어포일과 받음각에 따른 양력과 항력에 대한 관계를 직접 눈으로 확인 할 수 있었던 좋은 기회가 아니었나 생각한다. 본 실험을 통해서 에어포일이 받음각이 증가함에 따라 양력이 증가하는 것을 알았고 실속에 대해서도 좀 더 확실히 알 수가 있었다. 그리고 수업시간에 배운 바로는 양력계수와 항력계수는 받음각 뿐만 아니라 레이놀즈 수에도 영향을 받는 다고 배웠는데 레이놀즈 수에 따른 양력계수와 항력계수의 측정에 관한 실험도 병행되었으면 더 좋았겠다고 개인적으로 생각해 보았다. 항공학을 전공으로 하고있는 학생 으로써 이번 에어포일의 관한 실험은 그 동안 이론적인 학습보다 훨씬 학습의 효율도 좋았고 흥미를 가지고 임할 수 있었던 거 같다. 앞으로 졸업을 하고 회사에 입사해서 이런 풍동에 관한 일을 할지도 모르니 이번 실험은 앞으로 다가올 내 미래에 관해 한번더 진지하게 생각하게 되는 기회가 아니었나 생각한다. 마지막으로 이론적인 내용과 실제로 실험을 통한 데이터들의 차이가 왜 나는지 그리고 그 차이가 나는 원인과 개선 방법을 생각하는 것이 얼마나 중요한 것 인가 하는 것과 엔지니어로 살아가면서 이런 문제는 항상 나를 따라다닐 것 이기 때문에 이러한 문제를 해결 하는 능력을 함양해야겠다고 끝으로 생각해 보았다.
<참고문헌 미주 표시>

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풍동,   실험보고서,   실험,   공기역학