본문내용
1. 서론
1.1. 익형의 받음각에 따른 항력 및 양력 변화
익형(Airfoil)은 큰 양력을 발생시키기 위한 단면 모형이다. 익형의 기하학적 구성요소로는 앞전(Leading edge), 뒷전(Trailing edge), 현 선(Chore line), 캠버 선(Camber line) 등이 있으며, 받음각(Angle of Attack, AOA)은 현 선과 바람의 각도를 의미한다.
양력은 유체 속을 수평으로 운동하는 물체가 유체로부터 받는 진행방향에 대해 수직인 힘이다. 이는 베르누이 원리와 뉴턴의 법칙에 의해 발생하는데, 익형 윗면의 유동 속도가 아랫면보다 빨라져 압력 차이가 생기면서 윗방향으로 미는 힘인 양력이 발생한다.
항력은 물체가 유체 내에서 운동하거나 유체 내에 정지해 있을 때 유체에 의해 발생하는 저항력이다. 항력은 압력에 의한 압력항력과 점성에 의한 마찰항력으로 구성되며, 유동박리 현상이 발생하면 압력항력이 증가하게 된다.
받음각이 증가할수록 양력과 항력이 함께 증가하는데, 받음각이 과도하게 커지면 유동 박리로 인해 양력이 감소하는 실속(Stall) 현상이 발생한다. 이는 압력 구배와 경계층 박리에 의한 것으로, 익형의 형상과 레이놀즈 수에 따라 실속 특성이 달라진다.
따라서 익형의 받음각 변화에 따른 항력과 양력의 관계를 분석하면 익형 설계 및 활용에 중요한 시사점을 얻을 수 있다.
1.2. 실험 목적 및 개요
이 실험의 목적은 날개의 받음각에 따른 항력과 양력의 변화를 알아보고, 양력과 항력의 상관관계를 이해하는 것이다. 일정한 풍속에서 익형의 받음각을 변화시키며 항력과 양력을 측정하여 그 변화 양상을 관찰함으로써, 익형 설계와 항공기 운용에 필요한 기초적인 공력 데이터를 확보하고자 한다.
특히 실험을 통해 받음각 증가에 따른 양력 증가와 항력 증가의 관계를 확인하고, 이론적으로 예상되는 실속 현상이 실험에서 발생하지 않는 원인을 분석하고자 한다. 이를 통해 다양한 비행 조건에서의 익형 특성과 공기역학적 현상에 대한 이해를 높이고자 한다.
2. 실험 이론
2.1. 항력의 개념 및 발생 원인
유체 동역학에서 항력(drag)은 물체가 유체 내를 움직일 때 이 움직임에 저항하는 힘이다. 항력은 마찰력과 압력으로 구분된다. 마찰력은 물체의 표면에 평행한 방향으로 작용하며, 압력은 물체의 표면에 수직한 방향으로 작용한다. 유체 내에서 움직이는 고체 물체의 경우, 항력은 유체의 유동과 동일한 방향으로 작용하는 모든 유체역학적 힘의 합이다. 따라서 항력은 물체의 움직임을 방해하는 힘이다.
유체가 가진 점성에 의해 고체인 날개 주변을 지나는 동안 유체와 고체 사이의 마찰이 발생하고, 날개와의 접촉 부분에서 속도가 감소하게 된다. 이때 separation point를 지나게 되면 날개 표면을 따라 이동하지 못하게 되면서 유동박리가 발생한다. 이때 앞과 뒤 사이에서 압력차가 발생하여 흐름을 방해하는 방...
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