[기계공학] 풍동실험

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2007.09.27 / 2019.12.24
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목차: 1.실험목적
2.실험이론
3.결과테이블 및 그래프
4.결론및고찰
5.참고문헌

본문내용: (1) 압력계수 (Pressure coefficient)
- 에어포일에서 측정되는 항력은 일반적으로 크게 두 가지로 나누어서 생각할 수 있다.
우선, 첫 번째는 날개에서 발생하는 공기력 중에서 공기의 자유흐름방향 성분의 힘이며, 이를 압력 항력이라 부른다. 이는 공기의 박리(Seperation) 현상과 관계가 있다. 압력구 배가 0으로 유지될 때 평판을 따르는 경계층은 평판의 길이에 관계없이 하류 방향으로 지속해서 성장한다. 원추형의 수축 단면에서와 같이 하류방향으로 갈수록 압력이 감소하 게 되면 경계층은 그 두께를 점차 감소시키는 형태로 변화한다. 반대로 역 압력구배 즉, 하류로 갈수록 압력이 증가하는 경우 경계층은 급격히 두꺼워진다. 역 압력 구배와 경계면의 전단력은 경계층 내의 운동량을 감소시키므로 이 두 가지 힘이 상당한 거리에 걸쳐 경계층에 작용하게 되면, 경계층은 결국 정지하게 된다. 이러한 현상을 유동의 박 리 현상이 라고 한다. 경계 유선은 박리 점에서 경계면으로부터 이탈되어야 하고, 이 점 이후의 하류에서는 역 압력구배 때문에 벽면 근처에 역류가 발생한다. 경계면으로부터 이탈된 유선의 하류 영역을 후류(wake)라고 부르며, 박리의 영향은 유체 입자가 그 운동 에너지를 전환시켜 주위 유체에 할 수 있는 유동의 정미량을 감소시킨다. 이로 인해 경 계층 내에서의 압력이 완전하게 회복되지 않아 결국 유동 손실(항력)이 증가하는 결과가 되며 수식은 다음과 같다.
Pressure coefficient :

(2) 양력계수 (Lift coefficient)
- 일반적으로 비행기 날개와 같은 형상의 물체를 유체 흐름방향으로 비스듬히 놓으면 그
물체에는 흐름방향에 수직으로 물체를 들어 올리는 힘인 양력이 작용한다. 양력은 기압
이 높은 곳에서 낮은 곳으로 생기는데, 이러한 양력은 물체에 닿는 유체를 밀어 내려는
힘에 대한 반작용으로 나타나며 이것을 라고 할 때 그 크기는 물체의 흐름방향에 대
한 입사각 θ, 물체의 면적 S, 흐름의 속도 V, 유체 밀도 ρ에 의해 정해지는 상수이다.
즉, 양력계수 이렇게 표현된다.

(3) 항력계수 (Drag coefficient)
- 물체가 유체 내에서 운동하면 저항력을 받는데, 반대로 흐르는 유체내의 물체가 정지해 있어도 저항력을 받는다. 나무판을 흐르는 유체 속에 유체의 흐름 방향에 대해서대해서 경사지게 놓았을 때 나무판에는 두 힘이 작용하게 된다. 하나는 유체의 흐름방향에 흘려 보내려는 힘과 또 하나는 흐름방향에 수직으로 작용하는 힘이다. 항력은 흐름방향으로 작용하는 힘이다. 항력의 크기는 흐름의 속도를 v, 유체의 밀도를 ρ,나무판의 단면적을 S라 하면 이 된다. 여기서 c는 나무판의 단면의 형태와 나무판이 흐름방향 에 대한 기울기에 의해서 결정되는 상수로 보통 이것을 항력계수(drag coefficient)라 한다. 물 체가 유체 속을 초음속으로 운동하거나 수면상을 수파(물결파)보다 빠른 속도로 나아갈 때에는 충격파가 생겨 에너지를 잃게 되므로, 위에 말한 저항과는 다른 저항을 받게 되는 데, 이것을 조파저항이라 한다. 그리고 물체의 형태에 따른 항력계수의 차이는 위 그림을 통해 확인할 수 있다.

(4) Stall (실속)
- 입사각이 증가할수록 양력이 증가하지만, 양력이 계속 진행될 수 없고, 실질적으로 입 사각의 제한점이 존재한다. 이 제한점을 실속점(stall point)이라고 한다. 입사각이 증가 하면 정체점(stagnation)이 에어포일 전방부분의 아래로 이동해서, 상부 표면의 효과가 길어진다. 꼭대기(top)위의 공기 흐름은 경로가 길어지고 어떤 마찰력이 발생하는데 경로 가 길어지면 마찰력은 더욱 더 커진다. 이 마찰력과 표면에 작용하는 기압의 변화로 공기 의 흐름이 불규칙하고 분리현상(seperation)이 발생하여 양력 발생이 중지된다. 이 현상을 실속이라고 한다.

참고문헌: - 유체역학 5 Editon, Frank M. White, Mc.Graw.Hill
- 항공역학, 송윤섭, 크라운출판사

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