[기계항공공학실험] 2차원 익형(airfoil) 주위의 아음속 유동
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- 목차
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1. 팀보고서 1에서 구한 레이놀즈수를 왜 계산하는지, 실험조건에서 구한 레이놀즈수 영역의 특성에 대해 조사하시오.
1) 레이놀즈수의 정의
2) 레이놀즈수를 계산하는 이유
2. 압력값으로 구한 항력, 후류속도로 구한 항력을 비교하고 토의하시오.
1) 압력값으로 구한 Drag값에 대한 오차 분석
2) 후류속도로 구한 Drag값에 대한 오차 분석
3) 두 항력의 비교
3. 본 실험에서 수행한 받음각에 따른 데이터를 참고문헌(다른 실험결과)을 찾아 데이터를 비교하고 실험의 타당성을 검증하시오.
1) 참고문헌의 데이터와의 비교
4. 팀보고서4에서 구한 압력계수를 통해 우리가 알 수 있는 것은 무엇이며, 본 실험에서의 데이터를 분석하시오.
5. 전체적인 실험 및 결과에 대해 토의하시오.
6. 본 실험에서 수행한 데이터 보정방법에 대해 설명하고, 그 이외의 데이터 보정방법에 대해 예를 들어 설명하시오.
1)실험에서 수행한 보정
2) 그외의 데이터 보정방법
7. 실험을 보다 정확하게 수행하기 위해 본 실험에서의 개선점을 제안하시오.
1) freestream 개선점
2) 압력 측정의 개선점
3)속도 측정의 개선점
8. NACA 시리즈 에어포일에 대해 설명하고 이를 통해 NACA0012와 NACA2212 에어포일의 차이점은 무엇이며, 차이가 나는 변수에 대해 공기역학적 특성을 비교하여 서술하시오.
1) NACA 익형 시리즈
2) NACA0012와 NACA2212의 대조
3) camber 와 thickness가 에어포일의 성능에 미치는 영향
9. 에어포일을 명명하는 여러 가지 방법에 대해 조사하시오
1) NACA에 대하여
2) 익형의 표시
3) 명명법
10. 운동량정리를 이용하여 양력을 구하는 식을 유도하시오.
11. 참고문헌
- 본문내용
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2) 레이놀즈수를 계산하는 이유
(1)층류와 난류
레이놀즈수는 유체의 운동을 기술하는 데에 매우 중요한 parameter이다. 레이놀즈수가 작으면 점성력이 크므로 유체는 층류(laminar flow)가 되어 나란히 흐른다. 하지만 레이놀즈수가 크면 점성력에 비해 관성력이 크므로 유체는 난류(turbulent flow)가 되어서 불규칙한 흐름을 보인다. 일반적으로 유체의 밀도나 점성계수, 물체의 대표길이 등은 거의 일정하므로 정해진 유체와 물체에서 레이놀즈수는 속도의 영향을 가장 많이 받는다. 속도가 증가함에 따라 레이놀즈수도 증가하여 유체는 층류에서 난류로 천이하게 되며, 이때의 레이놀즈수를 임계레이놀즈수라고 한다. 원형파이프에 물이 흐르는 경우에 임계레이놀즈수는 2300 정도이다. 항공기의 날개 앞부분에서는 층류이지만 공기가 날개를 따라 흐르면서 천이가 발생해 난류가 되는데, 난류의 영향이 크면 항공기는 양력을 얻기 어려울 뿐만 아니라, 날개 뒤쪽으로 wake가 발생하며 마찰저항이 커서 실속(stall)이 일어날 수 있다. 따라서 최대한 천이가 늦게 일어나 난류의 영향을 최소화하는 것이 중요하다. 이는 받음각과 익형에 따라 달라지므로, 에어포일을 이용한 이번 실험에서는 층류와 난류를 구분하기 위해 레이놀즈수가 중요하다.
(2) 상사성
차원해석에서는 원형과 실험하는 모형 사이의 상사성이 중요하다. 상사에는 2가지가 있는데, 기하학적 상사, 운동학적 상사이다. 이 중에서 레이놀즈수와 관련된 것은 동적 상사이다. 동적 상사가 만족되려면 먼저 기하학적 상사가 만족되어야 하고, 속도의 분포도 상사이어야 한다. 이렇게 되기 위해서는 레이놀즈수가 같아야 한다. 레이놀즈수가 같으면 비압축성 점성유동에서 두 물체에 작용하는 무차원 힘은 같다고 할 수 있다. 따라서 우리가 풍동에서 에어포일을 이용해 실험할 때, 실제 항공기의 에어포일과 모형 에어포일의 레이놀즈수를 알아야만, 실험결과를 실제의 경우와 비교할 수 있다.
(3) 실험에서 구한 레이놀즈 영역의 특성
층류와 난류는 흐름의 점성력이 관성력에 비해 클수록, 즉 레이놀즈수가 작을수록 층류에 가깝고 반대의 경우일수록 난류에 가깝다. 층류가 난류로 변하게 되는 부분을 천이(transition)구역이라고 하는데 실험의 조건 등에 따라 조금씩 차이는 있지만 몇 가지 형태의 유동에 대하여 각 유동이 결정되는 천이구역이 알려져 있다.
- 참고문헌
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실험메뉴얼
Fluid Mechanics, Frank M. White, 5th ed., McGraw Hill, 2003
Fundamentals of Aerodynamics -Mcgraw hill, Fourth edition
http://cfd.kookmin.ac.kr/myongpdf/fluid-culture/%C8%E5%B8%A77%C0%E5.pdf
http://www.ppart.de/aerodynamics/profiles/NACA4.html
http://worldofkrauss.com/foils/885
http://people.clarkson.edu/~pmarzocc/AE429/The%20NACA%20airfoil%20series.pdf
http://www.seohaeair.co.kr/fly-sc-flying-yuk.htm#6
http://cafe.naver.com/naltlemaru.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticleid=970
http://en.wikipedia.org/wiki/NACA_airfoil
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