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울산대학교 3학년 항공우주공학실험 풍동실험결과보고서

1. 실 험 목 적본 실험의 목적은 풍동 내에 원통을 설치하여 원통 주위에서의 유체의 유동을 관찰하고 모델에 가해지는 공력을 측정하여 봄으로써 풍동을 이용한 모형 실험방법을 익히는 데 있다.2. 이 론그림 1. 양력과(L) 항력(D)공기 흐름 중에 날개를 놓았을 경우, 공기의 입자는 날개가 있기 때문에 속도 및 흐름의 방향에 변화를 받게 된다. 이와 같은 현상은 공기의 입자가 물체의 존재 때문에 힘을 받고 있다는 것을 뜻한다. 날개는 이 힘의 반작용으로 공기에 의해서 힘을 받으며, 이 힘은 유동 방향과 수직으로 작용하는 양력(lift)과 유동 방향과 평행하게 작용하는 항력(drag)으로 나누어지게 된다.(그림 4)양력은 물체의 상하면에서의 유동의 비대칭에 의하여 생기는 압력차에 의해서 발생하며 항력은 보통 물체 주위의 경계층에서 일어나는 유체의 점성마찰에 의한 마찰항력(frictional drag)과 물체 주위에서의 압력항력(pressure drag 또는 form drag)으로 나누어서 생각한다. 유동과 평행으로 놓인 평판에 가해지는 항력은 주로 전자에 의한 것이고, 유동에 수직으로 놓인 평판이나 원통 또는 구와 같이 유선형이 아닌 물체에 가해지는 항력은 주로 후자에 의한 것이다.차원 해석에 의하여 물체에 작용하는 양력과 항력은 다음 식으로 정의된다.양력(lift) :L= {C }_{L } { 1} over { 2} rho { V}^{2 } S(9-6)항력(drag) :D= { C}_{D } { 1} over {2 } rho { V}^{ 2} S(9-7)여기서rho,V, S 는 각각 유체의 밀도, 주류의 유속, 그리고 주류에 수직한 면에 투영된 물체의 단면적을 표시한다 그리고 비례상수 CL과 CD를 각각 양력 계수 (lift coefficient) 및 항력계수 (drag coefficient)라 부르고, 날개골의 형태 및 유체중의 자세, 즉 받음각(angle of attack)에 관계되는 무차원수이다.그림 2는 무한원통 주위에서의 압력분포를 주류(free st선이 대부분 이동하기 때문이다. 모델의 축방향 평면의 평균속도는 비례하여 증가한다.수학적인 접근을 이해하기 위하여 2차원 터널에서의 원통에 대한 solid blockage를 생각해 보자. 더블렛의 강도mu = 2 pi V r^2에 의해 표현되는 원통은 같은 강도를 가지는 수직방향의 더블렛의 무한 조합으로 이루어 진다. 첫 더블렛에 의한 축방향 속도는triangle V = mu / 2 pi h^2그래서triangle V / V{}' = r^2 / h^2이 된다. 여기서,V {}'는 보정되지 않은 속도이다.더블렛에 의해 만들어진 속도는 더블렛으로 부터의 거리의 제곱에 반비례하므로 무한 등비수열을 합하면epsilon_sb = left( triangleV over {V{}'} right)_total = 2 sum from 1 to inf 1over n^2 r^2 over h^2epsilon_sb = ( pi^2 / 3)(r^2 / h^2 )두께 t 인 airfoil에 대한 blockage는 실린더 지름이t( lambda_2 )^1/2일 때와 같이 표현되고 이런 방식의 접근으로 어떠한 2차원 형상에 대해서도 solid blocking을 간단한 doublet summation으로 찾아낼 수 있다. Glauert는 solid blocking velocity increment를 다음과 같이 나타내었다.epsilon_sb = pi^2 over 3 lambda_2 over 4 t^2 over h^2 =0.822 lambda_2 t^2 over h^2lambda_2는 다음 그래프와 같으며 open jet에 대해서는 -0.411을 적용한다.< Wake Blocking(Two Dimension) >석션 타입의 경계층 제어가 없는 실제 형상은 그 형상 뒤쪽에 Wake가 생기고 이러한 Wake는 자유류보다 작은 평균유속을 갖게 한다. 연속방정식에 따르면 폐쇄된 터널 내부의 wake 외부 속도는 자유류보다 높아야 한다. test section을 통해 일정한 유량이 통과하기 때문이다. 베르on)그러므로c_d를 구해보면c_d = c_d{}'(1-3epsilon_sb - 2epsilon_wb )= c_d{}' left[ 1- 3 cdot 0.822 left( D over h right)^2 -2 CDOT 1over4 cdot c_d{}' cdot D over h right]가 된다.위의 유도과정에 의하여 보정된 주류 속도는 다음 식에서 구할 수 있다.{V} over {V^prime}``=``1`+`{1} over {4}`{C_d}^' `{d} over {h}`+`0.082 LEFT ( {d} over {h} RIGHT )^2(9-8)V^': 보정되지 않은 주류 속도V: 보정된 주류 속도{C_d}^': 속도V^'에서의 원통의 항력계수d: 모형(원통)의 직경h: 풍동 단면의 높이3. 실험장치 및 방법(1) 실험장치실험 장치인 울산대학교 다목적 풍수조(UOU MPWT,1999)는 최고유속이 35m/s인 2m×1.8m의 흡입식 풍동으로 주요 제원은 다음과 같다.(2) 실험방법원통(250mm OD)을 풍동 내에 설치한 후 10?간격으로 원통 주위에서의 압력분포를 측정하고 풍동 상류에서 Pitot Tube을 이용하여 풍속을 측정한다. 위의 실험을 풍속을 변화시켜 가며 4 회 반복 측정한다.4. 실험결과의 정리1) 원통주위의 압력분포를 그리시오.각도에 따른 압력 변화( x 축 : 각도, y 축 : P )각도에 따른 압력 계수 변화( x 축 : 각도, y 축 : Cp)정체점 에서의 압력계수C _{p} = {P-P _{INF }} over {{1} over {2} rho v ^{2}} =1 을 이용하여P _{INF }값을 구하고 이를 통해 얻은P _{INF }를다음 식C _{p} = {TRIANGLE P} over {{1} over {2} rho v ^{2}} 을 이용하여 압력계수를 구하였다.2) 원통 주위에서의 압력분포를 무차원화하고 이를 적분하여 항력계수를 구하여 그림6에 주어진 결과와 비교하라.색깔속도(m/s)Re#C _{D}적색8128205.12821.32상(phase)을 이루고 있는 경우가 보통이다. 이와 같이 기체, 액체 및 고체가 혼합되어 함께 흐르는 현상을 다상유동(multiphase flow)이라고 한다. 2상 유동은 각종 보일러, 응축기, 건조기, 열 파이프 등 단위 기기로부터 공기조화 장치, 냉동 장치, 담수화 장치, 석유화학 플랜트, 제철 플랜트, 그리고 원자력 발전소의 각종 열교환 장치 등에 이르기까지 여러 곳에서 찾아 볼 수 있다. 이러한 기체-액체 2상 유동 열전달 연구는 흐름(flow)이라는 측면에서의 2상 유동 연구와 열전달(heat transfer)이라는 측면에서의 비등과 응축 관련 연구 등 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 흐름이라는 측면에서의 2상 유동 연구는 송유관을 통한 유류의 수송이나 슬러리의 수송 등 관내 유동에 따른 압력 강하의 예측이 주 관심사이며, 이는 통상적인 유체역학적 문제와 같이 어떠한 굵기 및 길이의 2상유체 수송관에 어떠한 용량(크기)의 펌프와 송풍기를 사용해야 하는가 하는 문제로 요약된다. 또한, 기체 내의 액체 분무/입자나 액체 내의 기포의 유동의 경우에는 분무나 기포의 분포 및 확산 등의 예측도 중요한 관심사이다. 한편, 열전달 측면에서의 비등 및 응축 연구는 한 상의 생성, 즉, 기포나 액적의 생성, 그리고 이의 성장과정과 관련된 내용이 다루어지고 있고, 아울러 증발 및 응축시 상 경계면에서의 분자운동과 이에 따른 열역학적인 비평형 현상이 중요한 연구 관심사이다.(2) 유선(streamline)속도는 벡터이며, 크기와 방향을 갖는다. 유선(streamline)은 유체내의 모든 점에서 순간 속도장과 접하는 연속선(유선을 횡단하는 흐름은 없다)으로 정의된다. 만일 속도장을 안다면 유선의 모양을 알 수 있다. fig2.2 와 같이 어느 지점의 속도가 V라고 할 때, 유선상의 한 점에서 미소 선 요소(길이 △S)의 기울기는 △x/△y 이다. 또, 이 점에서 속도의 방향은 u/v 이다. 속도의 방향과 선분의 방향이 일치할 때, 그 점에서의 흐름은 그 선과 평행하다.고, 각각이 다른 길로 갔다면(비정상유동) 선들이 엇갈릴 수 있다. 정상유동에서는 유선, 유적선 및 유맥선이 일치한다.fig 2.3 Streak line(5) 레이놀즈수물체를 지나는 유체의 흐름 또는 유로 속에서의 유체흐름의 관성력(관성저항)과 점성력의 크기의 비를 알아보는 데 있어서 지표가 되는 무차원수. O. 레이놀즈에 의하여 도입되었으며, 보통 Re또는 R로 나타낸다. 흐름 속에 있는 물체의 대표적 길이를 D(원통 속의 흐름의 경우에는 원통의 지름, 흐름 속에 球가 있는 경우에는 그 구의 반지름), 유속을 V, 유체밀도를 ρ, 점성률을 μ라 하면,Re= {rho VD} over {mu }로 정의된다(여기서는 운동점성계수).흐름 상태는 레이놀즈수에 의해 크게 달라지므로, 레이놀즈수는 흐름의 특징을 정해지게 하는 데 가장 중요한 조건이 된다. Re가 작은 동안은 정류상태이었던 흐름도, Re가 임계값(임계 레이놀즈수라 한다)을 넘게 되면 불규칙적으로 변동하는 난류로 변하게 된다.(6) 경계층유체는 흐르고 있을 때 어떤 물체의 표면에 가까이 접근할수록 유속은 느려진다. 이런 이유로 물이나 공기와 같은 점도가 낮은 유체가 다른 물체의 주위를 흐를 때 레이놀즈수가 비교적 높은 경우에는 흐름이 두 가지 층으로 구분된다. 첫 번째 층은 물체 표면에 극히 가까운 엷은 층으로 점성의 영향이 눈에 띄게 나타나는 층 이다. 유체의 속도를 u 라고 하면 유체가 물체 표면에서 멀리 떨어질수록 속도 기울기{du} over {dy}는 매우 크고, 유체의 점성의 크기가 작아도 전단응력tau 의 값이 커지게 된다. 둘째 층은 엷은 층의 둘레 전체의 영역을 말하는데, 법선 방향의 속도기울기가 작고 점성에 의한 영향은 거의 받지 않는다. 물체 표면에 따라 흐르는 엷은 첫째의 층을 경계층 이라 하고, 경계층 내의 흐름도 그 흐름이 층류인 경우와 난류인 경우로 나타낼 수 있다.2. 실험결과 정리(1) Model 주의의 유동 Smoke Stream-line을 사진 촬영하고 간략하게 설명하시오.이소한다.

공학/기술| 2014.09.17| 19페이지| 4,500원| 조회(771)

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울산대학교 3학년 항공우주공학 실험 제어실험결과보고서

1. 실험1 자이로스코프 실험1.1 실험목적 자이로스코프의 기본 원리와 현상에 대하여 이해하고 응용 예를 배우도록 하며, 실험을 통하여 기본 특성을 익히도록 한다.1.2 이론1.2.1 각속도 측정의 원리 구(球)를 생각해보면 구의 회전축은 일정하게 유지하려는 특성을 갖고 있다. 또 구의 회전축을 기준으로 하면, 기준 축에 대한 기울기를 간단히 알 수가 있다. Gyro는 운동을 유지하고자 하는 성격을 이용하여 물체의 회전각도를 감지하는 센서이다. 가속도계를 이용하여 수직방향에 대해 어느 정도 기울어진 것을 알 수 있는데 물체에 설치된 가속도계의 가속도 크기 와, 수직에 대한 각도 는 다음의 관계식이 된다.<중 략>2. 합성 저항1) 앞의 옴의 법칙 실험에 2) 까지 똑같이 수행한다.2) 그림 4.5와 같이 회로를 연결한다.3) 표 4.1과 같이 전압을 변화시켜가면서 전류와 전압을 측정한다.4) 그림 4.6과 같이 회로를 다시 구성한다.5) 표 4.2와 같이 전압을 변화시켜가면서 전류와 전압을 측정한다.3. Wheatstone Bridge1) 앞의 옴의 법칙 실험에 2) 까지 똑같이 수행한다.2) Circuit #5 에서 의 저항값을 측정한다.3) 그림 4.8과 같이 회로를 구성한다.4) 공급 전압을 6V로 맞춘다.5) 회로의 5.11점과 5.12 점 사이의 전류를 측정하여 측정된 전류값이 OA가 아니면 Circuit #5 의 중간에 있는 Potentiometer를 조절하여 전류값이 OA가 되도록 맞춘다.6) 회로의 5.10점과 5.13점 사이 5.3과 5.6점 사이의 저항을 측정한다.7) 그림 4.9와 같이 회로를 구성하고 위의 과정을 반복한다.

공학/기술| 2014.09.17| 20페이지| 5,000원| 조회(448)

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울산대학교 3학년 항공우주공학실험 과대팽창 초음속노즐 유동가시화 실험결과보고서 평가A+최고예요

과대팽창 초음속노즐유동 가시화 실험 보고서·과 목:·학 과:·학 번:·성 명:·제 출 일:목차(INDEX)1. 실험 전 알 고 있어야 할 이론 (예비 레포트).....1.1) 노즐유동.....1.2) 과대팽창 조건.....1.3) 경사충격파.....1.4) 과대팽창노즐 유동의 가시화2. 실험목적3. 유동가시화 실험이란 무엇인가?.....3.1) 쉘리렌 기법이란?4. 예비 레포트의 문제 풀이5. 실험장비6. 실험.....6.1 실험장치 계략도.....6.2 실험과정7. 실험결과 정리 및 토의1.실험 전 알 고 있어야 할 이론 (예비 레포트)1.1노즐유동축소-확대형 노즐을 생각해보자.그림 1.11. 먼저, 배압이 압축탱크의 압력과 같으면 유동은 없을 것이다.2. 2번처럼 배압을 약간 낮추면 유동이 발생할 것이다. 이때 가속되는 유동이 노즐목을 통과하면서 음속까지 도달하지 못하여 전유동장에 걸쳐 아음속유동이 형성될 것이다. 배압을 낮추면 낮출수록 유량은 계속해서 증가할 것이다.3. 배압을 어느 임계압력(p_b = p_c1`)이상으로 낮추면 유동은 노즐목에서 음속에 도달할 정도까지 가속이 된다. 이때, 이 임계압력보다 약간만 낮아도 유동은 팽창부위에서 더 이상 가속되지 못하고 아음속인 유동이 형성될 것이다. 그러나 이 임계압력보다 낮으면 유동은 팽창부위에서 초음속으로 가속될 것이다. 이때는 노즐의 출구 쪽의 영향이 노즐의 입구 쪽으로 전달이 되지 않으므로 압력을 더 낮추어도 유량은 더 이상 증가하지 않을 것이다. 즉 유량이 최대가 되는 것이다. 이를 질식이라고 한다.4. 초음속으로 가속된 유동이 노즐출구에 도달했을 때, 출구에서의 압력과 노즐외기의 압력과 같으면 완전팽창이라고 부르는 것으로 유동은 아무런 변화 없이 외기로 빠져나갈 것이다. (p_b = p_c3`)이것이 7번 위치이다.5. 외기의 압력(배압)이 노즐출구에서의 압력보다 높으면 노즐출구에서의 압력이 배압과 같아지려고 할 것이다. 이러한 경우를 과대팽창이라고 한다. 배압이 노즐 출구에서의 압력보다 약간 높으2} `=` {2 sqrt {c _{p}}} over {R} ` LEFT ( {2} over {gamma +1} RIGHT ) ^{{1} over {gamma -1}} LEFT ( {gamma -1} over {gamma +1} RIGHT ) ^{1/2} A _t ` {p _{o}} over {sqrt {T _{o}}} `이때, 탱크내의 압력이 높으면 최대유량이 비례해서 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 탱크의 압력과 온도가 결정되면 유량조건을 고려하여 노즐목의 면적을 예측할 수 있다.1.2 과대팽창 조건1.2.1 완전팽창 조건과대팽창은 노즐출구에서 압력(p_2)이 외기 압력(p_a)보다 낮으면, 압력회복을 위해 충격파가 발생하는 노즐유동 조건이다. 노즐출구의 마하수가 M_e`일 때 노즐 출구의 압력은 다음과 같다.p_o over p_e `=` left(1+ gamma-1 over 2 M_e^2 right)^{ gamma over gamma-1}완전팽창 마하수를 구해보자. 위식을 정리하면1+ gamma-1 over 2 M_e^2 ``=` left(p_o over p_e right)^{gamma-1 over gamma}M_e^2 ``=` 2 over gamma-1 left[ left(p_o over p_e right)^{gamma-1 over gamma} -1 right]1.2.2 완전팽창 시 정체압력1) M_e``=` 2p_o over p_e ``=` left( 1+ gamma-1 over 2 M_e^2 right)^{gamma over gamma-1} ``=` left( 1+ 0.8 right)^3.5 `approx` 7.82; p_e `=` 7 over 7.82 `=` 0.89;2) M_e``=` 2.2p_o over p_e ``=` left( 1+ gamma-1 over 2 M^2 right)^{gamma over gamma-1} ``=` left( 1+ 1.25 right)^3.5 `approx` 10.7; p_e `=` 7 over 10.7 `=` 0 over u_1 `=`{2+(gamma-1)M_1^2 sin^2 beta} over {(gamma+1)M_1^2 sin^2 beta}이 식을 정리하면tantheta `=` 2 left[ {M_1^2 sin^2 beta -1} over {M_1^2 (gamma+cos2beta) + 2} right] cot beta`우리가 알고 싶은 것은 beta `이다. 하지만, 이 식은 beta `를 직접적으로 구할 수 있는 식이 아니다. 따라서 이 관계식을 표를 구성해서 사용한다. 우리는 표를 읽을 수만 있으면 된다.그림 2.3은 꺾임각과 파각과의 관계를 나타내고 있다.Fig. 2.3 beta-theta-M 관계이를 보면, 주어진 마하수에 대하여 직선 경사충격파가 존재하는 최대의 꺽임각이 존재한다는 것을 알 수 있다. 그러면 꺽임각과 마하수의 변화에 의하여 파각이 어떻게 변하는지를 살펴보자. 하나의 꺽임각에 대하여 두 개의 해가 존재한다는 것을 알 수 있다. 두 가지 파각이 동시에 존재하는 경우는 없으므로 현상적으로는 두 개의 파각 중에서 하나만이 존재하는데 이를 결정하는 조건은 충격파 이후의 조건에 따라 결정된다. 만약 충격파 하류의 압력이 충격파 직후의 압력에 비해 지나치게 높으면 유동은 감속하여 아음속이 될 것이므로 결국은 충격파 직후의 유동조차도 아음속으로 될 것이다. 이때가 강한 충격파 조건이 된다. 그러나 대부분의 경우에는 이러한 현상이 존재하지 않으므로 약한 충격파가 현상적으로 나타난다.Fig. 2.4 경사충격파의 부착 및 분리(1) 꺽임각이 일정한 경우 마하수를 변화시켰을 때 약한 충격파의 파각마하수를 줄여 가면 파각이 커짐을 알 수 있다. 파각은 유입되는 유동의 운동량과 쐐기의 교란정도가 평형을 이루는 데서 결정된다. 따라서 마하수가 줄어들면 쐐기에 의한 교란이 상대적으로 커져서 파각이 커진다. 이때 마하수가 어떤 값 이하로 떨어지면 더 이상 경사충격파의 해가 존재하지 않음을 알 수 있다. 즉, 충격파가 쐐기로부터 떨어져서 곡선 충격파가 형성된다는 것을 알 sqrt {{2} over {1.4-1} [( {7} over {1} ) ^{{1.4-1} over {1.4}} -1]}#`M _{a} =#1.92832.p_o``=` 8`` b ar` 일 때 완전팽창 마하수는M _{a} = sqrt {{2} over {1.4-1} [( {8} over {1} ) ^{{1.4-1} over {1.4}} -1]}#Ma=`2.0143[문제 2] 대기압이 p_a``=` 1`` b ar`라고 하자. 저기조의 압력이 p_o``=` 7`` b ar`일 때 노즐출구에서 충격파에 의한 유동의 박리가 일어나기 시작하는 노즐의 마하수를 구하라.유동의 박리는 노즐 출구에서의 압력이 외기압력의 1/3 이하가 될 때 발생한다.즉, 대기압 p_a``=` 1`` b ar` 이므로 노즐 출구에서의 압력은 대략 1/3bar 이하가 되어야 한다.M _{a} = sqrt {{2} over {1.4-1} [( {7} over {1/3} ) ^{{1.4-1} over {1.4}} -1]}#M _{a} `=`2.6330[문제 3] 대기압이 p_a``=` 1`` b ar`라고 하자. 저기조의 압력이 p_o``=` 7`` b ar`일 때 노즐출구에서 M_e =2`, M_e =2.5`, M_e =3`인 경우에 충격파의 파각을 예측하라.{p _{a}} over {p _{e}} `=`1`+` {2 gamma } over {gamma +1} LEFT ( M _{e} ^{2} sin ^{2} beta -1 RIGHT ) ,```` {p _{o}} over {p _{e}} `=` LEFT ( 1+ {gamma -1} over {2} M _{e} ^{2} RIGHT ) ^{{gamma } over {gamma -1}}{p _{a}} over {p _{o}} `=` {1`+` {2 gamma } over {gamma +1} LEFT ( M _{e} ^{2} sin ^{2} beta -1 RIGHT ) `} over {LEFT ( 1+ {gamma -1} over {2} M _{e}목거울이다.총 2개의 개수를 사용하여 평행광을 만들어내는 거울이다.촬영 장비본 실험에서는 오목거울을 거쳐 상이 맺힐 때 촬영한 기기로 휴대폰과 디지털 카메라를 사용하였다.6. 실험과정6.1 실험장치 계략도본 실험에서 장비가 장치되는 형상을 대략적으로 나타낸 계략도 이다.램프에서 생성된 빛이 첫 번째 오목거울을 통해 초음속노즐로 향하게 되고 그 빛을 두 번째 오목거울이 나이프 엣지를 통과해 상이 맺히게 되는 것이다.나이프 엣지를 설치하게 될떄에는 종이를 사용하여 빛이 최대한 모이는 지점을 찾아낸 뒤 그 지점에 설치하게 된다. 그리고 Image Plane에서 상이 맺히게 되면 그것을 촬영 장비를 사용하여 촬영을 한다.6.2 실험 과정(1). 측정 장비를 개략도와 같이 장치를 배치시키고, 축대칭 노즐을 시험부에 위치시킨다.(2). 광원을 켜고, 서서히 광원의 밝기를 높인다.(3). 첫 번째 오목거울에서 반사된 빛이 두 번째 오목거울과 같은 크기로 모아지도록 거리를 조절한다. 이때, 첫 번째 오목거울에서 반사된 빛이 두 번째 오목거울의 크기와 동일해야 평행광이 만들어진 것으로 판단한다.(4). 두 번째 오목거울에서 반사된 빛의 초점 부분에 Knife Edge를 정확히 위치시킨다.(5). 라이터나 알코올램프 등을 노즐출구 면에 켜 놓은 상태로 두고, 상이 맺히는 면에서 밀도구배가 정확히 나타나는지 확인.(6). 귀마개를 착용한 상태로 노즐 밸브를 연다.(7). 초음속 유동을 사진기로 촬영한다. 이때 촬영시점에서의 저장고 탱크내의 압력을 기록한다.7. 실험결과 정리 및 토의1). 노즐의 재원마하수노즐 목[`mm`]노즐 출구[`mm`]2.0592.25162.7711.5위 노즐의 재원은 실험자 들이 자를 가지고 눈으로 잰 값이므로 심한 오차가 발생할 수 가 있다.일단 단순히 확인하기에도 마하수 2.7의 노즐출구는 11.5mm인데 반해 마하수 2.2의 노즐출구는 16mm로 측정이 되었다.마하수 2.0 노즐은 기계를 통해 제작되어진 노즐이고 마하수 2.7 노즐은 노즐자체가 아크말이다.

공학/기술| 2014.09.17| 25페이지| 5,000원| 조회(935)

울산, 유동가시화, 울산대학교, 실험결과보고서, 항공과, 추진실험, 초음속노즐

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울산대학교 3학년 항공우주공학실험 진동실험결과보고서

실험기본장비 및 외팔보의 진동실험 보고서·과 목:·학 과:·학 번:·성 명:·제 출 일:목차(INDEX)실험1 기본측정장비1.1 실험목적1.2 실험장비1.3 실험장비 소개1.4 실험내용.....1.4.1 각 장비별 동작원리와 상호관계성.....1.4.2 함수발생기에서의 발생시키는 주파수와 각 장비에서측정되는 주파수의 차이가 발생하는 원인.....1.4.3 가속도계의 고정방법 및 장단점2. 실험2 외팔보의 진동실험2.1 실험목적2.2 실험장비2.3 실험이론.....2.3.1 Deriving Diff. Eqn. Between Moment, M and Displacement, w.....2.3.2 Deriving Characteristic Eqn......2.3.3 Finding beta for specified cantilever beam in each mode.2.4 실험.....2.4.1 실험 과정.....2.4.2 실험 결과2.5 실험결과 검토 및 토의1. 실험1 기본측정장비1.1 목 적각종 측정의 결과는 흔히 전기적 신호의 형태를 띠게 된다. 그러므로 앞으로의 각 실험에서 사용하게 될 기본적인 전기 전자 측정실험 장치들의 사용법을 익히도록 한다.1.2 실험장치(1) 함수 발생기 (function generator)(2) 주파수 측정기 (frequency counter)(3) 오실로 스코프 (oscilloscope)(4) 가진기 (shaker)(5) 가속도계 (accelerometer)1.3 실험장치 소개(1) 함수 발생기(function generator)가. 개요함수 발생기(function generator)는 낮은 레벨의 다양한 교류(정현파, 삼각파, 구형파)를 만들어 제공해주는 장비로 보통 규칙적인 파형의 주파수 측정기능도 갖고 있다. 제공되는 파형의 주파수는 아주 낮은 범위에서 높은 범위까지 가변될 수 있어서 회로시스템의 주파수 특성을 분석하는데 좋은 신호 제공기가 된다. 디지털 회로에서 입력 파형으로 요구되는 TTL 및 CMOS 논리 신호도 제공되결되어 있으면 ASRL1을, 두 번째 직렬 통신포트에 연결되어 있으면 ASRL2를 선택한다. (직렬 통신포트가 1개인 일반 노트북 PC에서는 ASRL1을 선택한다.)g. 장비가 선택된 후 메인 메뉴인 화면포착에서 화면 가져오기, 파형데이터포착에서 데이터 가져오기를 선택하여 오실로스코프로부터 전체화면과 파형데이터를 PC로 전송 받을 수 있다. 단 오실로스코프와 PC간의 전송시간으로 인한 데이터의 오차가 발생하므로 반드시 오실로스코프의 오른쪽 상단의 RUN/STOP버튼을 눌러 화면 및 데이터 측정을 정지시킨 후 화면 가져오기와 데이터 가져오기를 이용하여 정지된 화면 및 데이터를 전송받아야한다.(4) 가진기(shaker)가. 개요인위적으로 진동을 발생시키기 위한 장치나 기계구조를 의미한다. 전기적인 신호를 입력으로 하여 이 파형을 기계적인 변위나 힘으로 변화시켜주는 구조로 되어 있다. 보통 압전 현상이나 전자기력을 이용하고 큰 힘이 필요한 경우에는 유압을 이용하기도 하며 회전체의 경우에는 전자기력을 이용한 비접촉식 가진기를 사용한다.나. 사용법a. 가진기(shaker)의 head부에 시편을 고정시킨다.b. 가진 신호를 발생시켜주는 장치(함수 발생기)의 출력단자와 가진 증폭기(amp)의 입력단자를 연결한다.c. 가진 증폭기의 출력단자와 가진기의 입력단자를 연결한다.d. 함수 발생기와 가진 증폭기의 출력을 영으로 조절한 뒤 power를 ON 시킨다.e. 가진 증폭기의 출력을 전체눈금의 약 1/5 정도로 맞추고 함수 발생기의 출력을 조절한다.f. 입력신호의 주파수를 변화시켜 가며 시편의 운동 형태를 관찰한다.(5) 가속도계(accelerometer)가. 개요운동체의 가속도를 측정하는 장치.진자(振子)를 운동체에 장치해 두면 운동체의 가속도 영향으로 진자가 움직인다. 진자의 주기가 짧으면, 그 흔들림은 운동체의 가속도에 비례한다.나. 사용법a. 가속도계의 출력단자를 가속도계 증폭기(amp)에 연결하고 가속도계 증폭기의 출력단자를 오실로스코프나 데이터 획득 장치에 연결한다..이러한 차이는 실제로는 미미한 차이이나 실험 결과 값 을 도출하는 과정에서 심각한 오차를 발생 시킬 수 있는 원인이 된다. 즉 케이블간의 노이즈 가 결국에는 실험오차원인이 된다는 것이다.또한 가진기와 가속도계의 연결과정에서도 일체형이 아닌 각기 다른 장비를 어떤 수단을 통하여 부착시키는 것이므로 이러한 것들이 조금씩 조금씩 쌓여 오차를 만들게 되는 것이다.F/G freq (Hz)osillocsope (Hz)13029.7625554.3538079.794120119.65200200위 실험결과값에서 도 볼 수 있듯이 원하는 Hz를 입력하여도 오실로스코프에는 그보다 약간 낮은 Hz값이 표시가 된다.F/G (Hz)scope13029.6925554.5938079.374120119.65200200또한 주파수 측정기에서도 원하는 Hz를 발생시켜도 측정되는 결과값에서 수치가 달라지는 모습을 확인 할 수 있다.1.4.3 가속도계의 고정방법 및 장단점가속도계를 가진기에 고정시키는 방법은 2가지가 있다.첫 번째 방법으로는 양면테이프를 사용하여 부착하는 방식이 있다. 양면테이프를 사용하게되면 접착력은 좋으나 가진기에서 발생하는 신호를 가속도계가 받아드려 신호를 전달하게 되는데 이 과정에서 정밀성이 떨어지게 된다. 즉 장점은 접착력이 좋고 손쉽고 편하게 붙일 수 있지만 실험 결과 값에서 많은 오차를 발생시켜 오차범위가 넓어진다는 것이다.두 번째 방법으로는 접착용 왁스를 사용하여 부착하는 방식이다. 잡착용 왁스는 양면테이프 보다 접착력은 떨어진다. 하지만 가속도계와 가진기 사이에 유격이 줄어들어 양면테이프에 비해 보다 더욱 정밀한 데이터 값을 얻을 수 있다. 즉 장점은 정밀한 데이터값을 얻을 수 있으나 단점으로는 접착력이 상대적으로 떨어진다는 것이다. 하지만 이러한 외부 적인 물질을 사용하여 가진기와 가속도계를 부착하게 되는 경우에는 실험 시 높은 진동수가 발생 할 때 가진기에서 가속도계가 팅겨져 날아갈 수 있다. 실제로 실험을 진행 하는 과정에서 접착용 왁스를 사용하여 진행하게 되었 _{z} =E _{1} epsilon _{z} `=`- {E _{1} y} over {rho } `=`-E _{1} ky##dM`=`- sigma _{z} ydA` RARROW `M=- int _{A} ^{} {eqalign{sigma _{z} ydA#}}##M=kE _{1} I```,````k=` {M} over {EI} `````이므로##{M} over {EI} `=` {d ^{2} w} over {dx ^{2}} `가`되므로##THEREFORE M`=`EI {d ^{2} w} over {dx ^{2}} `2.3.2 Deriving Characteristic Eqn위에서 알아본 바와 같이, 모멘트와 변위 사이에는 다음의 관계가 있다.M(x,t)`=`EI(x) {partial ^{2} w(x,t)} over {partial x ^{2}}변형이 매우 작다고 가정하면 전단변형은 w(x,t) 에 비해 매우 작으므로 dx 의 측면은 굽힘을 받지 않는다.y방향으로 힘의 합력은LEFT ( V(x,t)+ {partial V(x,t)} over {partial x} dx RIGHT ) -V(x,t)+f(x,t)dx````=``` rho A(x)dx {d ^{2} w(x,t)} over {dt ^{2}}##Q점을 지나는 z축에 대한 모멘트는,0= LEFT [ M(x,t)+ {dM(x,t)} over {dx} dx RIGHT ] -M(x,t)+ LEFT [ V(x,t)+ {dV(x,t)} over {dx} dx RIGHT ] dx+[f(x,t)dx] {dx} over {2}##=` LEFT [ {dM(x,t)} over {dx} +V(x,t) RIGHT ] dx`+`[ LEFT [ {dV(x,t)} over {dx} + {f(x,t)} over {2} RIGHT ] (dx) ^{2}##여기에서`(dx) ^{2} 은`매우`작기`떄문에`무시하면##THEREFORE V(x,t)`=`- {partial M(x,t)} over {partial x}따라서 이 식을 보의 굽힘진동 운동방t)} over {T(t)} =`w ^{2} ``,``T prime prime (t)+w ^{2} T(t)`=`0##w ^{2} >`0``이므로`T(t)`=`Asinwt`+`Bcoswt`로`나타낼`수`있다.`그리고,`상수`A와`B는`초기조건으로`결정된다.##정리하면 다음과 같다.X prime prime prime prime (x)`-` {w ^{2}} over {c ^{2}} X(x)`=`0``여기서` rho ^{4} `=` {w ^{2}} over {c ^{2}} `=` rho {Aw ^{2}} over {EI}##X(x)`=`e ^{mx} `의`해를`갖는다고`가정하면,##m ^{4} e ^{mx} `-` rho ^{4} e ^{mx} `=`0`,`m ^{4} - rho ^{4} `=`0##(m ^{2} - beta ^{2} )(m ^{2} + beta ^{2} )`=`0`,`````(m+ beta )(m- beta )(m ^{2} + beta ^{2} )`=`0##따라서`m=± beta ,`± beta i`가`되고`이로부터`아래와`같다.##X(x)`=`a _{1} sin beta x`+`a _{2} cos beta x+`a _{3} sinh beta x`+`a _{4} cosh beta x여기서 beta 와 a _{1}~a _{4} 중 세 개의 상수는 경계조건을 이용하여 결정한다.보의 고정단에서 (x=0에서 변위 X(0)=0 이 되고 그 변화율 또한 X prime (0)`=`0 이 된다.X(0)`=`0``` -> `a _{2} +a _{4} `=`0````이므로`a _{2} =-a _{4}##X prime (x)`=`a _{1} beta cos beta x-a _{2} beta sin beta x+a _{3} beta cosh beta x+a _{4} beta sinh beta x`이므로##X prime (0)`=`a _{1} beta +a _{2} beta `=`0,`````````````` beta (a _{1} +a _{3} )=0##a _{1} +a

공학/기술| 2014.09.17| 33페이지| 5,000원| 조회(490)

진동실험, 울산대학교, 3학년, 외팔보실험, 항공과, 항공우주공학과

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