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항공기재료

-목차-서론1............복합재료?본론2...........섬유의 종류복합재료의 장점복합재료의 매트릭스결론3............복합재료의 전망과 과제서론1.복합재료?현재 항공우주산업구조에서 중요한 부분을 담당하는 복합재료란 2개 이상의 서로 다른 재료를 결합하여 각각의 재료보다 더 우수한 기계적 성질을 가지도록 만든 재료를 의미한다. 복합재료는 고체 상태의 강화재료와 액체, 분말 또는 박판 상태의 모재를 결합하여 제작한다. 복합재료로 제작된 항공기 구조물은 1960년도 이래 알루미늄 구조물을 걸쳐 무게경감을 위해 발전해왔다. 최신 대형 항공기의 동체와 날개주고는 고강도 저중량 그리고 내식성의 이점으로 복합재료로 제작된다.현재 항공기의 구조물에서 복합재료의 적용은 다음과 같다.1.페어링 2.비행 조종면 3. 착륙 장치 도어 4. 날개 및 안정판에 부착된 전방 구조물과 후방 구조물의 패널 5. 객실 내의 내장재 6. 객실 또는 화물칸 아래 부분의 가로 구조물 보와 패널 7. 대형 항공기에서 수직안정판과 수평안정판의 1차 구조물 부분 8. 대형 항공기에서 날개 및 동체 구조물 중에서 1차 구조물 부분 9. 터빈 엔진의 팬 블레이드 10. 프로펠러본론2.섬유의 종류(1)유리 섬유유리섬유는 페어링, 레이돔, 그리고 날개 끝 부분과 같은 항공기 2차 구조물에 사용한다. 또한 유리섬유는 헬리콥터의 회전날개 깃 에도 사용한다. 이와 같이 여러 가지 형태의 유리섬유가 항공 산업 분야에 널리 사용되고 있다. e-glass는 전기 흐름에 대해 고저항을 갖는다. 이는 붕규산 유리로 제작한다. 유리 섬유는 다른 복합 소재보다 가격이 저렴하고 화학적 또는 이질 금속 간의 부식에 대한 내구성이 우수하며 전기적 전도성이 없는 장점을 지니고 있다. 유리섬유는 흰색을 띠며, 건조된 상태의 천 형태 또는 접착제 내장 형태로 생산된다.(2)케블러듀퐁이 1973년에 개발한 섬유로 방향족 폴리아미드에 속해 있다. 이것은 인장강도가 엄청나게 강하여, 직경 1mm의 실로 220kg의 무게에도 견딜 수 있다. 또 하나의 특성은 가볍다는 것이다. 케블러로 로프를 만들면 강철의 5분의 1의 무게면 된다. 케블러 섬유를 에폭시 수지 등의 플라스틱 속에 묻어 두면 케블러 강화 플라스틱이 되어 보트의 선체라든가 스키 판에 사용된다. 항공기는 가볍고 강한 것이 최대의 과제이다. 록히드 트라이스타에서는 유리섬유강화 플라스틱으로 된 모든 좌석을 케블러 강화 플라스틱으로 바꾸어 기체를 360kg 가볍게 하였다. 수하물을 포함하여 승객 4명분에 상당하는 무게이므로, 1플라이트마다 운임을 4인분 더 버는 셈이 된다. 케블러는 신축성도 있으므로 고무에 섞어 넣어서 래디얼 타이어로 쓰면 강하고, 내구성이 좋아진다. 내열성도 있어 용광로의 작업복에도 쓰이고 있다.(3)탄소섬유복합재료 중 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼운 꿈의 재료로서 오늘날 특히 주목되고 있는 것이 일본에서 개발된 탄소섬유이다. 탄소섬유는 유기섬유를 질소기류속에서 700 ~ 1800℃로 가열해서 만든다. 섬유는 탄화해서 결정화되며, 가볍고 튼튼해진다. 탄소섬유가 현재 새삼 주목을 끌고 있는 것은 미국항공우주국이 추진하고 있는 우주기지계획에 대량 사용될 가능성이 있기 때문이다. 우주기기의 분야에서는 이미 태양전지 패널과 안테나, 레이더 등에 탄소섬유가 사용되고 있다. 로켓과 스페이스 셔틀의 적재능력에는 한계가 있으므로 인공위성 본체와 탑재 기기는 1g이라도 가벼운 것이 바람직하다. 하지만 탄소섬유는 원료에 따라 품질, 성능에 차이가 있다. 크게 나누어 PAN(폴리아크릴로니트릴)계와 피치(석유, 석탄에서 방향족계 탄화수소)계의 두 가지가 있다. 또한 인장강도, 탄성률 등의 기계적 특성치에 의해서 분류된다. 저탄성률과 고탄성률, 저강도와 고강도 넷으로 나눈다. 보통 고탄성, 고강도의 것을 고성능(HP＝하이 퍼포먼스)탄소섬유라 부르고 저탄성, 저강도의 것을 일반성능(GP＝제너럴 퍼포먼스) 탄소섬유라 부른다. 탄소섬유 복합재료의 활용분야는 광범하지만 장차 큰 수요가 예상되는 주요 분야는 항공우주기기와 자동차이다. 모두 오늘날의 2차구조재료로서의 활용에서 몸의 골격이 되는 1차구조재료로서의 활용이 기대되고 있다. 그를 위해서는 제조 기술상 두 가지의 넘어야 할 장애물이 있다. 하나는 하이 퍼포먼스, 그 중에서도 인장강도를 어떻게 높이느냐의 문제이고, 두 번째는 1kg당의 가격을 어떻게 내릴 수 있느냐의 문제이다. 오늘날 복합소재는 온갖 기기의 경량화에서 마지막 카드가 되고 있다.(4)보론보론섬유는 매우 딱딱하고 고 인장력 및 압축 강도를 갖고 있어, 비교적 큰 직경을 갖고 있어도 잘 구부러지지 않는다. 그러므로 보론섬유는 수지 침투 가공재 테이츠 제품으로 이용될 수 있다. 에폭시 매트릭스가 종종 보론섬유와 함계 사용되기도 한다. 보론섬류는 보론의 열팽창이 알루미늄과 유사하고 이질금속 간의 부식 발생 가능성이 낮아 항공기 표피 구조물 수리 시 사용되기도 한다.복합재료의 매트릭스-복합재료의 매트릭스는 고분자계는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 사용하며 금속계는 알루미늄, 타이타늄 합금, 마그네슘 합금, 스테인리스강 등을 사용하고 세라믹계는 산화알루미늄, 탄소, 실리콘카바이드(SiC) 등을 사용한다. 고분자계의 열경화성 수지로는 에폭시 수지, 비닐에스터 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 등이 사용되고 있으며, 열가소성 수지로는 나일론, 열가소성 폴리에스터(PET, PBT), 폴리아세탈, PAI(Polyamide imide), PEEK(Polyether ether ketone), PSUL(Polysulfone), PPS(Polyphenylene suflide), PEI(Polyether imide)등이 사용되고 있다. 고분자계 매트릭스는 비강도면에서 다른 매트릭스보다 우수하나 열적 성질이 낮고, 금속계 매트릭스는 열적 성질은 우수하나 밀도가 높아 비강도가 낮으며, 세라믹계 매트릭스는 제조공정이 복잡하고 제조비용이 많이 들지만 열적 성질과 기계적인 성질이 우수하다. 따라서 금속계 매트릭스는 경량 복합소재 응용에는 고분자계 매트릭스와 내열 복합소재 응용에는 세라믹계 매트릭스와 경쟁하여야 하는 소재이다.(그림) 대표적인 에폭시 수지에폭시 수지는 우주항공분야에서 많이 사용되는 대표적인 열경화성 수지로 1분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 올리고머상의 화합물을 말한다. 이러한 에폭시 화합물을 에폭시기 개환 중합용 촉매 또는 경화제를 배합하여 열경화성 수지로 사용하는데, 에폭시 수지, 촉매, 경화제의 조합에 의해 경화온도나 경화물의 물성을 쉽고 다양하게 조정할 수 있다. 대표적인 에폭시 수지로는 표 3에 나타낸 바와 같은 비스페놀형(a), 노볼락형(b), 방향족 아민형(c), 지환형(d)등이 있다. 비스페놀형 에폭시 수지는 고성능 복합재료의 매트릭스 수지로서 가장 넓게 사용되고 있으며, 방향족 아민형 에폭시 수지는 다관능성이므로 가교밀도가 높은 수지를 얻을 수 있어 내열성을 필요로 하는 항공우주용 복합재료 프리프레그 제조에 많이 사용된다. 에폭시 수지의 경화제는 표 4에 나타낸 바와 같은 지방족계와 방향족계의 아민계와 표 5에 나타낸 바와 같은 산무수물계의 것이 있다. 방향족 아민계 경화제는 아민의 비공유 전자쌍이 방향환과 함께 작용하기 때문에 비교적 고온 및 장시간의 경화를 필요로 하지만 저장 안정성이 높고 경화물의 열적 성질이 우수하여 항공용 프리프레그를 제조하기 위한 경화제로서 사용된다. 산 무수물계 경화제는 촉매가 존재하지 않을 경우 아민계 경화제보다도 비교적 반응이 늦고 경화에 고온 및 장시간을 요하지만 발열반응을 최소화하면서 경화하는 것이 가능하고 경화물의 기계적 성질이 우수하기 때문에 필라멘트 와인딩(filament winding)용 수지의 경화제로서 잘 사용된다. 에폭시 수지의 촉매로는 표 6에 나타낸 바와 같은 Lewis 산형과 Lewis 염기형의 화합물이 대표적이며 Lewis 염기형의 3급 아민이나 이미다졸(imidazole) 화합물이 산무수물의 경화 촉진용 촉매로 사용된다. 프리프레그에 에폭시 수지를 이용할 때에는 경화 촉진용 촉매를 적용 시 프리프레그의 저장안정성이 떨어지게 되므로 주의하여야 한다.항공용 복합소재에는 미국의 Hexcel사나 Cytech사의 특허에 의하면 3관능 내지는 4관능의 방향족 아민형의 에폭시 수지를 혼합하고 방향족 아민계의 경화제를 사용하여 유리전이온도가 높아 열적인 성질이 우수한 에폭시 수지를 사용한다. 이러한 다관능성의 에폭시 수지는 흡습성이 높아 변성이 많이 되므로 저장에 유의하여야 하고 경화 촉진용 촉매를 적용 시에는 저온 내지 실온에서 경화반응이 일어날 수 있어 프리프레그의 저장성이 저하되게 된다.

공학/기술| 2018.11.22| 6페이지| 1,000원| 조회(233)

섬유, 항공기재료, 유리섬유

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전기전자 레포트

주제: 전동기 및 발전기의 원리와 종류에 대하여 조사하시오서론1...........1-1. 전동기란?1-2. 발전기란?본론2...........2-1. 전동기의 원리2-2. 전동기의 종류 및 원리2-3. 발전기의 원리결론3...........내용 요약서론1-1. 전동기란?전기적 에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 대표적인 전동기이다. 좀더 단적으로 표현하면 전기의 힘으로 움직이는 모든 것은 모터라고 말할 수 있다. 즉 아무리 훌륭한 메커니즘이라 해도 거기에 모터가 없으면 그 능력을 발휘할 수 없다. 그러므로 모터는 기계의 왕이라고 해도 좋을 것 이다.전동기는 소형에서 초대형에 이르기까지, 가정용 선풍기, 드라이기, 믹서기, 냉장고, 에어컨 등에서 모든 공장 기계에 이르기까지 전기에 의한 동력을 얻는 모든 장치와 기계에 쓰인다. 그리고 전동기는 그림 5-1과 같이 공급전원의 종류에는 일반적으로 크게 직류전동기와 교류 전동기로 분류하며, 직류 전동기에는 직권형, 분권형, 복권형 있고 교류전동기에는 유도전동기와 동기전동기가 대표적이다. 이 외에도 내부 구조나 동작원리에 따라 분류되는 브러시리스 모터, 스테핑 모터 등 여러 종류의 모터들이 있다.1-2. 발전기란?발전기는 전자유도 효과에 따라 기게적 에너지를 전기적 에너지로 바꾼다. 발전기의 종류는 크게 직류발전기와 교류 발전기로 분류한다. 직류발전기는 직류전압을, 교류발전기는 교류 전압을 출력하지만 원리는 같다. 직류 발전기의 출력전압이 직류라 하더라도 전기자 회전할 때 유도되는 전압은 근본적으로 교류 전압이고 직류 발전기는 단지 정류과정을 통하여 전기자 코일에 유도된 교류전압을 직류전압으로 정류시킨 것이다.본론2-1. 전동기의 원리그림과 같이 전동기 구조는 코일과 자석으로 되어 있다. 코일에 전류가 흐르므로 인하여 전류에 희한 장기장이 생겨서 이것이 원래의 자기장과의 상호작용으로 힘이 생기는데, 이 힘으로 축을 회전시킨다. 이는 일정한 크기의 자계 속에 하나의 도선을 놓아두고, 이 도선에 전류를 흘리면 도선에 힘이 작용하게 된다. 이때 전류와 힘, 그리고 자계의 방향 사이의 관계를 나타낸 것이 플레밍의 왼손법칙이다. 엄지는 운동방향, 검지는 자기력선의 방향, 그리고 중지는 전류의 방향을 그림과 같이 나타낸다.자기장 내에 있는 도체에 전류가 흐르면 전자력이 작용하여 도체가 움직인다. 이때 자속밀도를B, 전류를 A, 도체의 길이는L B와L가 이루는 갓을 쎄타라고 하면, 전동기의 전자력F는 (F= Bil sin쎄타[N]) 으로 나타낼수 있다. 플레밍의 왼손법칙의 위에 있는 사진에서 자계 내에 있는 도체가 선단부에 있는 정류자와 접속되어 전기자를 구성하고 있다. 정류자에는 또한 브러시가 접촉되어 있다. 이 전동기에 전원을 접속하면 전류는 브러시와 정류자를 통해 도체에 흐르게 된다. 이때 도체에는 플레밍의 왼손 법칙에 따라 회전력이 발생한다. 그러면 전기자는 회전중심을 축으로 해서 시계방향으로 회전한다.2-2. 전동기의 종류 및 원리1. 직권 전동기그림과 같이 전기자 코일과 계자 코일이 서로 직렬로 연결된 것이다. 직권 전동기의 특징은 시동할 때에 전기자 코일과 계자 코일 모두에 전류가 많이 흘러 시동 회전력이 크다는 것이 장점이다.이 그림과 같이 회전 속도는 부하의 크기에 따라 다르므로 부하가 작으면 매우 빠르게 부하가 크면 천천히 회전한다. 즉 회전속도의 변화가 크다는 것이 단점으로 특히 부하전류가 매우 작은 무부하 상태에서는 속도가 매우 빨라 위험하므로 무부하 운전은 피해야 한다.직권전동기는 시동시 회전력이 크므로 부하가 크고 시동 토크가 크게 필요한 항공기나 자동차 기관의 시동용 전동기로 사용된다. 또한 가정용 청소기, 드라이버, 전동공구용 모터로도 사용되고 있다.2.분권전동기분권전동기는 그림과 같이 전기자 코일과 계자 코일이 병렬로 연결되어 있다.분권전동기의 특징은 그림과 같이 회전속도에 따라 계자 전류가 변화하지 않아 부하에 따른 속도의 변화가 일정하다. 이는 전기자가 회전하면서 역기전력을 발생시키므로 해서 계자의 입력전류를 제한하여 일정하게 만든다. 따라서 분권전동기는 주로 정속도 작동용 기기인 공작기계, 콘베이어, 송풍기, 펌프 등에 사용된다. 분권정동기의 회전속도는 전기자 코일에만 관계하여 전기자 전류가 클수록 회전력이 크게 되기는 하지만 같은 크기의 직권전동기보다는 회전력이 낮다.3. 복권전동기복권 전동기는 그림 a와 같이 전기자 코일과 계자 코일이 직렬과 병렬로 연결된 것이며 직권계자와 분권계자의 자극방향이 서로 같으면 기동복권전동기이고 자극방향이 서로 반대이면 차동복권 전동기이다. 가동복권전동기는 직권전동기와 분권전동기의 장점을 다 가지고 있다. 즉 기동할 때에 직권전동기와 같이 회전력이 크고 기동 후에는 분ㄹ권 전동가와 같이 정속도 특성을 나타낸다. 그러나 구조가 복잡한 단점을 가지고 있다. 복권 전동기는 분쇄기, 절단기, 크레인, 엘리베이터 권상기, 자동차나 헬리콥터 윈드실드 와이퍼 등에 사용되고 있다.

공학/기술| 2018.11.22| 7페이지| 1,000원| 조회(325)

전동기, 전기전자, 전자레포트

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우주학개론 레포트

-목차-서론1...........1-1. 항공우주 역사본론2...........2-1. 기구와 비행선2-2. 비행기의 발명결과3...........3-1. 본론 간단 요약-서론-1-1. 항공우주 역사16세기 과학혁명시대에 라고 불리는 시대에 과학적 사고에서 선구자 역할을 한 사람중에 레오나르도 다빈치가 1505년에 발표한 논문은 그 후 활공기나 동력비행기 발명자에게 큰 자신감을 주었다. 그리고 다 빈치는 비행기계에 관한 많은 스케치를 남겼고 날개치는 비행기의 모형을 만들기도 했다. 영국의 조지 케일리는 날개에 관해 과학적인 접근 방법을 적용하여 분석함으로써 날개 치지 않는 비행기계의 가능성을 시사했고 그는 1809년과 10년에 발표한 ‘공중비행에 대하여’ 라는 논문에서 양력, 항력, 추력, 중량을 기초로 처음으로 비행이론을 주장하였다. 조지 케일리는 날개의 단면이 위가 볼록한 유선형이라야 양력에 대한 항력의 비율이 커진다고 주장하면서 항력보다 큰 힘으로 끌면 지속적으로 비행할 수 있다는 생각을 하고 날개치지 않는 고정익으로도 비핼할 수 있다는 가능성을 제시하였고 19세기에 활공기에 관한 실험이 활기를 띠게 되었다.그리고 이 다 빈치의 제안을 냉철하게 비판한 이탈리아의 생리학자이며 수학자이며 천문학자인 조바니 알폰소 보렐리는, 그가 전공하는 생리학과 수학을 써서 새의 날개치는 운동을 역학적으로 해석하고 이 결과 “인력만으로의 비행은 불가능 하다” 라고 단정을 지었다. 이 때 인력 이외에 다른 동력은 당시의 기술로는 전혀 대안이 없었다.독일의 오토 릴리엔탈은 35년간 활공비행에 인생을 바쳐 동력비행으로 발전하는 과정에서 큰 역할을 했다. 오토 릴리엔탈은 1891년에 제작한 초기 활공기는 날개면적 10미터 제곱에 무게 18kg중이며 수직 안정판을 꼬리에 달았다. 활공기의 날개 중앙에 구멍을 뚫고 머리와 어깨, 팔 무릎으로 매달려 언덕 위에서 뛰어내려 활공하였다. 몸이 매달린 위치를 이동하면서 무게 중심을 바꿈으로써 가로방향 자세를 조종하였다. 공기력이 몸을 움직일 수 있는 순발력보다 훤씬 크고 빠르기 때문에 수평자세를 유지하기가 매우 어려웠고 결국 이 때문에 릴리 엔탈은 1896년에 활공하였은 추락하여 사망한다.-본론-2-1. 기구와 비행선기술 수준이 양력을 이용하여 비행하는 방법을 실현하지 못하는 정도에 머물고 있을 때 하늘을 나는 도구로서 부력을 이용하는 기구가 발명되었다. 처음으로 기구를 띄운 사람은 프랑스 제지업자 몽골피에 형제인데 그들은 불을 때면 연기가 상승하는데 착안하여 종이와 천을 붙여서 직경 10m의 열기구를 만들었다.1783년 불을 떼서 가열된 공기를 넣어서 약 1,800m 높이 까지 상승시킨적이있다. 기구에는 불통을 매달고 가다 때때로 짚단을 태워서 열 공기를 보충하였다. 열공기 대신에 수소나 헬륨과 같이 공기보다 가벼운 기체를 넣어서 부력이 생기므로 가벼운 기체로 열 공기를 대체한 기구가 비행선 개발로 이어졌다.기구는 공중에는 뜰 수 있은 바람에 따라 흐르므로 이것에 동력을 써서 프로펠ㄹ를 돌려 추진시키게 한 것이 비행선이며, 1852년 프랑스릐 앙리 지파드가 증기기관과 프로펠러 유선형 기구에 장착하고 비행에 성공하였다. 그 때 비행속도는 10km/hr, 비행거리는 27km였다. 가솔린 엔진동력을 장착하여 비행선을 발전적으로 개발한 사람은 상뚜스 슈몽이다. 그는 총 14개의 비행선을 제작하였으며, 1901년에는 파리 에펠탑을 성공적으로 선회하였다. 제 1차 세계대전 후에도 대양 횡단의 교통기관으로 사용되었으나, 수소를 넣은 공기 자루가 샐 때 정전기에 인한 방전이 수소와 공기의 혼합 기체에 인화되면서 폭발화재로 이어지는 사고들이 발생했다. 그 중 1973년 대서양을 횡단한 이후 뉴저지주의 레이크허스트 공항에 착륙하면서 폭발한 힌덴부르크호의 참혹한 사고는 비행선 시대를 접어야 하는 결정적인 계기가 되었다. 선체 길이 244m, 직경 41m 의 대형 구조물이었다.현재도 광고나 장시간 공중관측 등의 용도에 기구나 비행선이 사용되는데 수소 대신에 불활성 기체인 헬륨을 사용하며, 그 크기도 무인 기구에서부터 열 명 이내가 타는 정도로 소형이다. 초기의 열기구는 현대에 와서 뜨거운 공기를 만드는 버너가 소형으로 개발 되어ㅓ 스포츠용으로 널리 사용되고 있다.2-2. 비행기의 발명비행기가 발명되기 전, 많은 종류의 기계가 학문적인 뒷받침 없이 몇몇 재간있는 사람들의 발상에 의해 발명되었으며, 많은 사람들의 손에 의해 약간씩 개선되는 과정을 따랐다. 그러나 비행기는 학문적인 뒷받침, 실제적인 실험 및 발명가의 재간있는 솜씨를 동시에 필요로 했다. 1880년대 말에 동력비행의 가능성을 믿는 사람들은 충분한 양력과 추력을 낼 수 있는 엔진이 있으면 바로 동력비행이 가능할 것으로 생각하였다. 릴리 엔탈의 죽음은 안전성과 조종성도 같이 해결해야 될 중요한 문제라는 사실을 입증했지만 그렇게 인식하는 사람은 거의 없었다. 미국 오하이오 주 데이톤의 자전거 판매와 수리를 하던 라이트 형제는 비행기를 체계적으로 연구하고 개발하여 1903년 12월 17일에 최초의 동력비행을 성공하였다. 형인 윌버 라이트는 케일리의 이론에서 출발하여 릴리엔탈의 활공기 자료를 면밀하게 분석하고, 날개 형태에 따른 양력과 항력의 비율을 계산하고 독자적인 활공기를 설계하였다. 활공기의 제작은 동생인 오빌 라이트가 맡았고 1900년 9월에 노스 케롤라이너주의 키티호크 해변에서 실험하였으며, 실험 목적으론 두가지 였다.바람의 속도와 활공기의 수평 자세 각을 측정하여 양력과 항력의 관계를 확인하는 것이 우선적인 목적이였고, 두 번째의 목적은 가능하면 활공기를 타는 경험을 얻는 것이었다. 그러나 첫 번째 목적부터 릴리엔탈이 제안했던 양력과 항력의 결과가 실제 실험과 같지 않다는 것을 발견하였다.활공기의 자중과 탑승자의 무게를 고려한 필요 날개 면적을 가벼운 구조물로 만들기 위해 날개를 두 겹으로 만든 복엽 활공기를 채택하였다. 사람이 타지 않고 밧줄로 묶어둔 채로 맞바람을 받게 하여 활공기의 자세로 양력을 계산했는데, 처음 실험에서 다른 사람들의 계산보다 양력이 부족하다는 것을 확인하였다. 이런 실험결과를 입증하고 원하는 날개 형태를 결정하기 위하여 라이트 형제는 날개 실험용 풍등을 제작하였다. 실험하면서 여러 가지 형상에 대한 양력과 항력의 관계를 얻고 이 자료를 실제 활공기 설계에 적용하였다. 당시에 학문적 연구를 수행하던 풍동보다 더 보잘 것 없는 실험장치였지만 비행기 개발에 큰 역할을 담당했다. 첫 번째 실험에서 밧줄로 묶은 활공기에 잠시 타본 경험에 의하여 비행리로써 날아다니려면 탑승자가 비행기를 마음대로 움직일 수 있는 확실한 조종성이 보장되어야 한다고 생각했고 당시 안정성에 대한 개념이 적립되기 전이어서 조종성에 너무 치중해 조종에 대해 굉장히 예민한 비행기가 되었고 조종하기가 까다롭다는 평을 들었다. 비행기를 조종하는 방법에서 특히 힌트를 받은 것은 새가 날개를 좌우로 비틀어 선회하는 방법이었다. 라이트 형제는1900년부터 3년을 걸쳐 그들이 설계한 활공기를 실험했고 풍동실험으로 양력을 예측할 수 있었고 카나드 형태의 엘리베이터 날개를 비트는 방법으로 비행기의 자세를 조종하는 방법을 개발하였다. 개발한 항공기로 1000회 이상 비행하였으며 양력과 조종성의 문제를 해결한 다음에 동력을 장착하는 방법을 사용했기 때문에 안전하고 짧은 시간동안 동력 비행기 개발에 성공할 수 있었다. 1903년 여름에 동력비행기 제작에 착수하여, 4기통 12마력짜리 엔진을 개조하여 새로 설계 제작한 활공기에 장착하여 플라이어호를 완성 시켰고 인류 최초의 동력 비행으로 인간의 꿈이 실현되는 소중하고 역사적인 사건이었다. 또한 데이톤 에서 계속 비밀개발을 행하여 두 명이 타고 완전하게 조종하면서 날아다닐 수 있는 비행기를 개발하여, 1908년에 미군과 유럽에 판매를 시작함으로써 처음으로 비행기를 상품화 시켰다. 이후 엔진도 단발기에서 두개 이상 달린 쌍발 또는 이상이 됬고 기체 등은 차츰 금속 재질로 바뀌었고 초기는 1~2명 타던 단거리 연락업무 등으로 사용하다가 1~2차 세계대전을 거치면서 전투기 들이 새롭게 개발되었고 군용기의 속도는 대체로 100~200km/hr였다. 2차 대전 말기에 왕복 엔진 대신 프로 펠러가 없는 제트 항공기 시대가 열렸다. 비행기의 종류도 이때부터 전투기, 여객기 등 다양하게 개발 되었고, 속도가 음속을 돌파하는 고속 비행기와 헬기 등이 개발 되었고 현재는 제트 항공기가 주류를 이루게 되었다.

공학/기술| 2018.11.22| 5페이지| 1,000원| 조회(168)

비행기, 우주학개론, 기구와비행선

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유체역학

서론1......1-1. 연구 동기1-2. 주제에 대한 설명본론2......2-1. 양력이란?2-2. 양력이 생기는 이유?2-3. 양력의 오류?2-4. 베르누이의 원리결론3......3-1. 양력의 오류에 대한 해결 방법서론1-1. 연구동기유체역학이란 과목의 교수님께서 과제물의 주제로 양력의 발생원리에 대하여 조사하라고 하셔서 관심있게 알아보고 연구하게 되었다.1-2. 주제에 대한 설명이 주제는 양럭의 발생원리에 대해 조사하게 되었고 양력이란 간단히 말하자면 유체 속의 물체가 수직 방향으로 받는 힘이다. 이 힘은 높은 압력에서 낮은 압력쪽으로 생기며, 물체에 닿은 유체를 밀어내리려는 힘에 대한 반작용이다. 비행기의 날개가 이 힘을 이용하여 비행기를 하늘에 띄운다.http://postfiles14.naver.net/20140309_29/stratus68_*************tgoD8_PNG/%BB%F5_%B1%D7%B8%B2_%286%29.png?type=w1본론2-1. 양력이란?서론에서 주제에 대한 설명에서 말한 것과 같이 유체 속의 물체가 수직 방향으로 받는 힘이다. 이 힘은 높은 압력에서 낮은 압력쪽으로 생기며, 물체에 닿은 유체를 밀어내리려는 힘에 대한 반작용이다. 비행기의 날개가 이 힘을 이용하여 비행기를 하늘에 띄운다.2-2. 양력이 생기는 이유?뉴턴의 운동법칙으로 설명된다. 그러면 양력은 어떻게 발생하는가? 양력 발생에 있어서 중요한 것은 에어포일의 형태만이 아니다. 양력 발생에 있어서 중요한 또 다른 변수는 에어포일의 받음각이다. 실제로 하늘을 나는 비행기의 날개를 보면 날개의 앞면이 비행기의 진행방향에 대해서 약간 들려 있는 것을 볼 수 있는데, 이 각이 받음각이다. 받음각이 양(+)일 때 에어포일 주변을 지나는 공기의 흐름은 그림과 같다. 그림에서 공기는 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르고 있다. 공기의 흐름을 잘 살펴보면 에어포일의 표면과 부딪혀 공기의 흐름 방향이 조금씩 아래쪽으로 바뀌고 있다. 즉 유체의 속도(방향과 크기)가 변하고 있다. (사진 주소:http://thumbnail.egloos.net/460x0/http://pds13.egloos.com/pds/200907/18/96/f0051796_4a617cb4dcf37.jpg) 유체의 속도가 변한다는 것은 유체가 가속된다는 사실을 의미하고, 이는 뉴턴 운동 제2법칙(가속도의 법칙)에 따라 에어포일로부터 힘을 받는 것을 의미한다. 그리고 뉴턴 운동 제3법칙(작용반작용의 법칙)을 적용하면 에어포일로부터 힘을 받는 유체는 에어포일에 반작용을 미치게 된다. 그러면 에어포일의 윗면과 아랫면을 따라 흐르는 유체의 흐름에 의해 에어포일에 작용하는 힘이 각각 어떤 방향으로 미치는지 살펴보자. 먼저 에어포일의 아래 면을 따라 흐르는 유체는 왼쪽에서 오른쪽으로 흘러가면서 방향이 아래쪽으로 바뀌고 있다. 이것은 유체가 아래쪽 방향으로 가속되고 있음을 의미한다. 따라서 에어포일은 위쪽으로 반작용을 받는다. 한편 에어포일의 윗면을 따라 흐르는 유체에 대해서 생각해보자. 이 경우에도 유체는 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르면서 아래쪽으로 방향이 바뀌고 있다. 따라서 이 경우에도 유체는 위쪽에서 아래쪽 방향으로 가속되며, 반작용에 의해서 에어포일은 위쪽으로 힘을 받는다. 이상에서 에어포일의 윗면과 아랫면을 따라 흐르는 유체의 흐름은 모두 에어포일을 위쪽으로 들어 올리는 힘을 작용한다는 것을 알 수 있다. 이 힘이 바로 양력의 근원이다. 다시 말해 양력은 에어포일에 의해 흐름이 바뀐 공기의 반작용으로 발생하는 힘이다.2-3. 양력의 오류?양력을 설명하는데 있어서 빚어진 오류는 에어포일을 지나는 유체의 흐름을 잘못 이해한 데서 비롯되었다. 다시말해 에어포일의 윗면을 지나는 유체의 흐름이 아랫면 보다 빠르다는 것을 설명하기 위해 경로차나 동시 통과를 가정한 때문에 발생한 것이다. 에어포일 윗면과 아랫면에서 유속의 차이는 분명히 발생하므로 베르누이 원리에 따라 압력차가 생겨서양력이 존재한다는 설명 자체는 과학적으로 틀린 것은 아니다. 물론 베르누이 원리는 이상적인 유체의 정상적인 흐름을 가정하여 유도한 것이므로 일반적인 유체의 흐름에 적용할 수 없다는 지적은 옳지만 베르누이 원리를 적용해서 양력을 이해할 수 없다는 것은 아니다. 하지만 유속의 차이가 생기는 이유를 설명하기 위해서 "긴 경로"이론이나 "동시 통과"이론을 적용하는 것은 분명한 오류이고, 또한 유속의 차이가 생기는 이유를 분명하게 설명하지 않는 것도 양력이 발생하는 원리를 이해하기 어렵게 만들고 있는 셈이다.2-4. 베르누이의 원리다니엘 베르누이는 1738년에 그의 저서 '유체역학(Hydrodynamica)'에서 유선(Streamline)을 따라 흐르는 유체에 대하여 성립하는 방정식을 발표하였다. 그것은 유선상의 한 점에 대해 압력과 유속 그리고 위치 사이에 다음 관계식이 성립한다는 것인데, 여기서, p와 v는 그 점에서 압력과 유속, h는 기준면에 대한 높이를, ρ와 g는 유체의 밀도와 중력가속도를 나타낸다.베르누이 방정식은 비압축성 유체, 다시 말해 압력이 달라져도 밀도가 변하지 않는 유체의 흐름에 대해서 성립한다. 액체는 대부분 압력이 증가해도 밀도가 거의 변하지 않으므로 비압축성 유체에 가깝다. 그러나 기체의 경우에는 유동 속도가 작아서 밀도 변화가 무시할 수 있을 정도로 작은 경우에 성립한다.베르누이 방정식은 단위 질량의 유체의 전체 에너지가 유선을 따라 보존된다는 것으로 정상상태에 있는 이상적인 유체의 운동에 대한 에너지보존 법칙이다. 베르누이 방정식은 두 지점의 높이가 같거나 위치에너지 차이가 무시할 수 있을 정도로 작을 때 다음과 같이 쓸 수 있다.

공학/기술| 2018.11.22| 5페이지| 1,000원| 조회(223)

유체역학, 유체, 양력

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항공기 기관

서론1......1-1. 가스터빈엔진이란?본론2......2-1. 가스터빈 엔진의 종류와 특징결론3......3-1. 본론 요약서론1-1. 가스터빈 엔진이란?가스터빈 기관은 압축기, 연소실, 터빈을 기본 구성품으로 작동하는 기관이고 뉴턴 운동 제 3법칙인 작용 반작용의 원리로 추력을 얻는다. 가스 터빈 엔진의 노즐에서 연소 가스를 분사하면 그에 대한 반작용으로 항공기에 앞으로 나가게 된다. 또 고온의 배기 가스에서 추력을 얻는 추력 발생 기관과 회전력을 얻는 화전 동력 기관으로 구분할 수 있다. 추력 발생 기관에는 터보제트 기관, 터보팬 기관이 있으며, 회전 동력 기관에는 터보프롭 기관과 터보샤프트 기관이 있다.본론2-1.가스터빈 엔진의 종류와 특징1. 터보제트 기관터보 제트 기관은 공기를 빠른 속도로 분사시키므로 소형, 경량으로도 큰 추력을 낼 수 있고, 후기 연소기를 장착할 때에는 초음속 비행이 가능하므로, 주로 고속 군용기에 사용되고 있다.이 기관은 비행 속도가 빠를수록 효율이 좋고, 아음속에서 초음속에 걸쳐 우수한 성능을 가진다. 그러나 저속에서는 효율이 감소하고, 연료 소비율이 증가하며, 배기 가스가 고속으로 분사되므로 소음이 심한 결점이 있다.터보 제트 기관은 그림과 같이 흡입구, 압축기, 연소실, 터빈, 배기 노즐로 이루어져 있다.기관의 작동은 흡입구에서 공기를 흡입하여 압축기로 보내고 압축기에서 공기를 압축하여 연소실로 보낸다.연소실에서는 압축된 공기와 연료가 혼합되어 연속적으로 연소가 일어난다. 연소실에서 연소된 고온, 고압의 연소 가스는 팽창하면서 가속되어 터빈ㄴ을 회전시킨다. 터빈을 돌리고 난 연소 가스는 배기 노즐에서 다시 팽창, 가속되어 빠른 속도로 분사되면서 추력을 발생시킨다. 가스 터빈 기관에서 터빈은 압축기와 직접 연결되어 있어 터빈이 회전하면 압축기도 같이 회전한다. 그러므로 터빈은 압축기와 각종 액세서리를 구동시키는 중요한 역할을 한다.2.터보팬 기관터보팬 기관은 터보제트 기관과 같은 구조로 되어 있으나, 프로펠러 기관의 우수한 성능을 살리기 위하여 팬이 장착되어 있다. 이 기관은 팬의 위치에 따라 전방 터보팬 기관과 후방 터보팬 기관으로 나뉜다. 전방 터보팬 기간은 그림과 같이 흡입구, 전방 팬, 압축기, 연소실, 터빈 및 배기 노즐로 이루어져있다.후방 터보팬은 팬이 터빈 뒤에 있는 점이 전방 터보팬 기관과 다르나, 공기 흐름에 문제가 있어 잘 사용되지 않는다.흡입구에서 흡입된 공기는 팬으로 보내지며 팬은 이 공기를 약간 압축시킨다. 팬의 중심부를 통과한 공기를 압축기로 보내어지며 팬을 통과한 공기를 기관 외부로 흘러 추력으로 이용된다. 팬을 지나 외부로 흐르는 공기를 바이패스 공기라 한다.터보팬 기관은 바이패스 공기 및 연소 가스를 배기 노즐로 분사함으로써 추력을 얻지만, 제트 기관에 비해 많은 양의 공기를 비교적 느린 속도로 분사시킨다. 그러므로 배기 가스의 평균 분사 속도는 낮지만 아음속에서 효율이 좋고 연료 소비율이 작으며 소음 방지에 유리하여 대형 여객기뿐만아니라 군용기에도 널리 사용되고 있다.3.터보프롭 기관터보프롭 기관은 터보제트 기관에 프로펠러를 장착한 형태로 만들어 졌지만, 추력의 대부분은 프로펠러에서 얻는다. 이 기관은 추력의75% 정도를 프로펠러에서 얻고, 나머지는 배기 노즐에서 얻는다.터보프롭 기관은 그림과 같이 기관과 프로펠러 사이에 감속 기어를 장착하여 프로펠러를 회전시킨다. 프로펠러 구동ㅊ축과 압축기 및 터빈이 직접 연결된 것을 고정 터빈 방식이라고 하고 터빈이 압축기롸 분리 가능한 것을 장 동력터빈 방식이라 한다. 자유 동력 터빈 방식은 지상에서 프로펠러의 회전 속도를 매우 낮게 유지 할 수 있으며, 기관 시동이 용이하고, 프로펠러 등에서 발생하는 진동이 기관 내부로 전달되지 않는 장점이 있다.4.터보샤프트 기관터보 샤프트 기관은 터보프롭 기관과 원리는 같으나, 배기 가스에 의한 추력이 없고, 기관에서 발생된 모든 동력을 축을 통해 다른 작동 부분에 전달하는 기관이다. 이 기관은 가스 발생기 부분과 동력 부분으로 나누어지기 때문에 자유 터빈 기관이라고도 한다. 이 기관은 주로 헬리콥터에 이용 되며, 발전 시설과 같은 산업용이나 선박용으로도 이용된다.터보 샤프트 기관의 작동은 그림과 같이 가스 발생기 부분에서 고온, 고압의 가스를 만들고, 이 연소 가스에 의해 동력 터빈을 구동시키며, 감속 장치를 통해 회전 날개와 액세서리에 전달된다. 분사 노즐에서는 추력이 발생되지 않는다5.펄스제트 기관펄스제트 기관은 그림과 같이 흡입구, 밸브 망, 연소실 및 분사 노즐로 이루어진다. 이 기관은 램제트 기관과 마찬가지로 기관 내부에 기계적 구조를 거의 가지고 있지 않으나, 공기 흡입 플래퍼 밸브라고 하는 밸브망을 가지고 있는 점이 다르다.공기 흡입 플래퍼 밸브는 공기 흡입구와 연소실 경계부분에 장착된다. 이것은 연소실 부분의 압력이 흡입구 보다 높으면 닫히고, 낮으면 열리면서 흡입구에서 흡입된 공기를 연소실로 보내는 역할을 한다. 따라서 연소가 일어나는 동안에는 연소실의 압력이 높기 때문에 밸브가 닫혀 있고, 연소 가스가 배기 되면 연소실의 압력아 낮아져 밸브가 열리면서 새로운 공기가 연소실로 유입된다.이 기관의 작동 원리는 흡입구를 통해 속도가 감소되어 압력이 높아진 공기를 공기 흡입 플래퍼 밸브에 의해 연소실로 보낸다. 연소실에서는 압축된 공기와 분사된 연료가 혼합되어 연소된다. 연소된 혼합가스는 노즐로 분사되면서 추력을 발생시킨다. 이 기관은 밸브의 개폐 작용에 의해 간혈적으로 연소가 이루어지므로 밸브의 수명이 짧고 폭발성이 강해 소음이 크다. 또 공기를 연속적으로 흡입하지 못하기 때문에 다른 기관보다 전면 면적이 넓어야 한다. 이러한 문제점 때문에 제 2차 세계대전시 독일의 v-1 로켓기관에 사용된 후 항공용 기관으로는 실용화되지 못하소 있다.

공학/기술| 2018.11.22| 7페이지| 1,000원| 조회(139)

교과서, 기관, 항공기기관

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