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1. 풍동실험 개요
1.1. 실험 목적
풍동실험의 목적은 공기의 유동이 에어포일을 만나면 유동속도가 달라지는 것을 확인하고, 에어포일의 형태와 각 지점에서의 이론 속도를 구하는 것이다.
에어포일이란 윗면과 아랫면의 높이 차이 또는 윗면과 아랫면의 내접하는 원을 그렸을 때 이 원의 직경을 에어포일의 두께라고 하며, 아랫면과 윗면의 중심점 또는 윗면과 아랫면에 내접하는 원을 그렸을 때 이 원의 중심점들을 연결한 선을 평균 캠버 선이라고 한다. 시위선과 평균캠버선과의 높이차를 캠버라고 하며, 에어포일의 캠버는 에어포일의 휘어진 정도를 말하며 양력 발생과 매우 밀접한 관계가 있다. 양력이란 비행기를 뜨게 하는 힘으로, 익형은 양력의 발생을 극대화하기 위해 특별히 고안된 형태이다. 양력은 뉴턴의 운동 법칙과 베르누이 방정식을 이용하여 설명할 수 있다. 편향의 발생, 압력차, 받음각 등이 양력 발생의 원인이 된다. 항력은 물체가 유체 내에서 운동하거나 흐르는 유체 내에 물체가 정지해 있을 때 유체에 의해서 받는 저항력이다. []
1.2. 실험 배경 및 이론
에어포일이란 유체 흐름에 의해 양력이 발생하도록 설계된 물체의 단면이다. 에어포일의 윗면(upper surface)과 아랫면(lower surface)은 서로 다른 유동 경로를 가지며, 이로 인해 압력 차이가 발생하여 양력이 생성된다. 에어포일의 앞전(leading edge)과 뒷전(trailing edge), 시위(chord), 두께(thickness), 캠버(camber) 등의 기하학적 특성은 양력 발생에 큰 영향을 미친다.
양력은 유체와 물체 사이의 압력 차이에 의해 발생하는 힘으로, 물체에 수직으로 작용한다. 뉴턴의 운동 법칙과 베르누이 방정식을 이용하면 양력의 발생 원인을 설명할 수 있다. 편향의 발생, 압력차, 받음각 변화 등이 양력 발생의 원인이 된다.
항력은 유체 내에서 물체가 운동할 때 받는 저항력으로, 운동 방향의 반대 방향으로 작용한다. 항력은 물체의 형태나 표면 상태에 따라 결정되는 항력계수에 비례한다.
양력과 항력의 비를 나타내는 양항비는 물체의 성능을 나타내는 중요한 지표이다. 비행기나 자동차와 같은 운송수단의 성능 지표로 활용된다.
실속이란 받음각이 증가하다 임계 받음각을 지나면서 양력이 급격히 줄어드는 현상을 말한다. 이는 에어포일 뒷면에 와류가 형성되어 압력차가 감소하기 때문이다. 박리점은 유동이 에어포일 표면에서 분리되는 지점으로, 이후 유동은 역방향으로 흐르게 된다. 실속과 박리점은 에어포일의 공력 특성을 결정하는 중요한 요소이다.
2. 실험 장치 및 방법
2.1. 실험 장치 구성
풍동실험장치는 주입구 하퍼, 흐름 정류기, 노즐, 측정구획, 측정물체, 전자 힘 변환기, 힘 변환기 용 측정 증폭기, 공기확산기, 스위치박스, 기울어진 튜브 압력계, 측류팬으로 구성된다. 주입구 하퍼는 공기를 원활하게 유입시키고, 흐름 정류기는 공기 흐름을 안정화시킨다. 노즐을 통해 공기가 측정구획으로 유입되고, 측정물체가 측정구획에 위치한다. 전자 힘 변환기와 힘 변환기 용 측정 증폭기는 측정물체에 작용하는 힘을 전기신호로 변환하여 측정한다. 공기확산...
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