본문내용
1. 풍동실험
1.1. 실험 목적
1.1.1. 공기의 유동과 airfoil 간의 상호작용 확인
에어포일은 비행기 날개와 같이 유체(공기) 속에서 움직이는 물체의 형태를 말한다. 공기가 에어포일 주변을 흐를 때 유체의 속도와 압력이 변화하게 되는데, 이를 확인하는 것이 이번 풍동실험의 핵심 목적이다.
에어포일 주변의 공기 유동은 에어포일의 형태에 따라 크게 달라진다. 즉, 에어포일의 윗면과 아랫면의 길이 차이, 두께, 곡률 등의 변화에 따라 압력 분포와 유동 특성이 변화한다. 이를 관찰하기 위해 에어포일 주변의 압력과 유속을 측정하여 분석한다.
측정된 압력과 유속 데이터를 통해 에어포일 주변의 유동장을 시각적으로 구현할 수 있다. 이를 통해 에어포일과 공기 사이의 상호작용을 확인할 수 있다. 특히 받음각 변화에 따른 에어포일 표면의 압력 분포와 유동 패턴 변화를 관찰하면 양력 발생 원리를 이해하는 데 도움이 될 것이다.
또한 에어포일 형태에 따른 지점별 이론 속도를 도출할 수 있다. 에어포일 윗면과 아랫면의 속도 차이를 통해 양력이 발생하는 원리를 이해할 수 있다. 이를 바탕으로 에어포일의 최적 설계를 위한 기초 자료를 제공할 수 있을 것이다.
요약하면, 이번 풍동실험을 통해 에어포일 주변 유동장을 확인하고 에어포일 형상 변화에 따른 압력과 속도 분포를 분석함으로써 양력 발생 메커니즘을 이해할 수 있다. 이는 에어포일 설계 및 최적화를 위한 기초 지식을 제공할 것이다.
1.1.2. airfoil 형태에 따른 지점별 이론 속도 도출
에어포일의 앞전과 뒷전을 연결한 선을 시위(chord)라고 하며, 앞전에서 뒷전까지의 거리를 시위길이(chord length)라고 한다. 시위길이는 에어포일의 두께나 캠버와 같은 부분의 길이 측정의 기준 거리로 사용된다. 윗면과 아랫면의 높이 차이 또는 윗면과 아랫면의 내접하는 원을 그렸을 때 이 원의 직경을 에어포일의 두께(thickness)라고 한다. 아랫면과 윗면의 중심점 또는 윗면과 아랫면에 내접하는 원을 그렸을 때 이 원의 중심점들을 연결한 선을 평균 캠버 선(mean camber line)이라고 한다. 시위선과 평균캠버선과의 높이차를 캠버라고 하며, 에어포일의 캠버는 에어포일의 휘어진 정도를 말한다. 에어포일의 앞전은 뒷전에서부터 거리가 가장 먼 점으로 보통 정의된다.
이와 같이 에어포일의 형태는 시위길이, 두께, 캠버 등의 구조적 특징으로 정의된다. 각 에어포일의 지점별 이론 속도는 이러한 에어포일 형태에 따라 달라지게 된다. 에어포일의 윗면과 아랫면의 유동 특성이 다르기 때문에 각 지점에서의 압력 분포가 달라지며, 이에 따라 지점별 속도도 변화하게 된다.
예를 들어, 캠버가 큰 에어포일의 경우 윗면의 유동 가속이 크게 일어나 윗면 압력이 크게 낮아지게 되고, 이에 따라 윗면에서의 속도가 급격히 증가하게 된다. 반면 아랫면에서는 상대적으로 속도 증가가 작게 나타나게 된다. 이와 같이 에어포일의 형상 특성에 따라 지점별 속도 분포가 달라지며, 이를 통해 에어포일의 양력 발생 메커니즘을 이해할 수 있다.
따라서 ...
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