공기역학실험보고서 풍동실험

목차

1.실험개요

2.실험목적

3.실험장치

4.실험이론 및 실험방법

5.실험결과

6.오차분석

7.고찰

본문내용

장착한다.
② 실험 할 특정 속도를 정한다.
③ 풍동을 가동시킨다.
④ 공기흐름 속도를 측정 특정속도까지 높여서 항력 및 양력을 관찰하여 기록한다.
⑤ 모형의 받음각을 0도에서 24도 정도까지 일정 받음각(3도 정도) 씩 높여 가면서 ③항을 반복한다.
⑥ 관찰한 데이터를 정리한다.
5. 실험 결과
1) 실험에서 얻은 양력과 항력의 데이터를 정리하여 그래프를 각각 도시하고 실속점을 알아낸 다음, Airfoil 주위의 여러 가지 유동특성을 고려하여 그래프를 이론적으로 설명하라. 그리고 실속점의 위치에 대한 설명과 실속에 대해 논하라.
결과 값
받음각()
평균속도
(m/s)
양력
(N)
평균양력
(g)
항력
(N)
평균항력
(g)
양력계수
(CL)
항력계수
(CD)
0
14.4
0.0490
5.0
0.0833
8.5
0.0454
0.0772
3
14.7
0.1568
16.0
0.0833
8.5
0.1394
0.0740
6
15.3
0.2254
23.0
0.0588
6.0
0.1849
0.0482
9
15.0
0.4557
46.5
0.1470
15.0
0.3890
0.1255
12
15.1
0.5439
55.5
0.1274
13.0
0.4582
0.1073
15
14.5
0.6272
64.0
0.1372
14.0
0.5730
0.1253
18
14.7
0.7203
73.5
0.1764
18.0
0.6403
0.1568
21
14.8
0.7301
74.5
0.1715
17.5
0.6402
0.1504
24
15.5
0.7252
74.0
0.3430
35.0
0.5798
0.2742
항력계수 양력계수 계산
⇒
⇒
: 중력 가속도
: 날개 면적
: 공기 중의 밀도
평균항력(D) = Drag × 중력가속도 g [N]
평균양력(L) = Lift × 중력가속도 g [N]
- 받음각 0 일때
양력계수 () = = 0.0454
항력계수 () = = 0.0772
- 받음각 3 일때
양력계수 () = = 0.1394
항력계수 () = = 0.0740
- 받음각 6 일때
양력계수 () = = 0.1849
항력계수 () = = 0.0482
- 받음각 9 일때
양력계수 () = = 0.3890
항력계수 () = = 0.1255
- 받음각 12 일때
양력계수 () = = 0.4582
항력계수 () = = 0.1073
- 받음각 15 일때
양력계수 () = = 0.5730
항력계수 () = = 0.1253
- 받음각 18 일때
양력계수 () = = 0.6403
항력계수 () = = 0.1568
- 받음각 21 일때
양력계수 () = = 0.6402
항력계수 () = = 0.1504
- 받음각 24일때
양력계수 () = = 0.5798
항력계수 () = = 0.2742
받음각에 대한 양력계수의 그래프
받음각에 대한 항력계수의 그래프
실속점 찾기
실속이란 비행기의 날개표면을 흐르는 기류의 흐름이 날개 윗부분으로부터 박리되어, 그 결과 양력이 감소되고 항력이 증가되어 비행을 유지 못하게 되는 현상을 말한다. 위의 양력과 항력의 두 그래프를 보았을 때 양력의 경우, 20°까지는 양력계수가 계속 증가하다가 20°~25°사이에 급격히 떨어지는 것을 볼 수 있다. 그러므로 그 지점에서 실속이 일어났다고 추정할 수 있다. 항력의 경우 6°~20°까지는 서서히 증가하다가 21°~25°사이에서 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다. 그러므로 그 지점에서 실속이 일어났다고 추정할 수 있다. 두 그래프를 동시에 비교하였을 때 실속은 21°~25°사이에서 일어났다고 추정할 수 있다. 즉 실속점은 21°~25°사이에 존재한다고 할 수 있다. 대략 중간치정도라 생각하면 약 23°가 실속점이라고 말할 수 있다.
6. 오차분석
이번 실험은 유속을 이용한 풍동실험이었습니다. 실험을 하며 느낀 점이었지만. 지금까지 했던 다른 실험들에 비해서 오차의 원인이 상당히 많다는 걸 알 수 있었습니다. 우선 우리가 이 실험을 통해 얻고자 하는 를 구하는 식은 2차원일 때 쓰이는 식입니다. 하지만 실제 우리가 실험에 썼던 모델은 3차원이었기 때문에 거기서 약간의 오차가 발생하였을 것이고, 이론적으로 풍동실험을 할 때에는 풍동면적을 1/10정도를 써야하나 본 실험에서는 1/2정도밖에 쓰질 않아 그라운드 이펙트나 벽면효과 같은 간섭효과가 일어났을 것입니다. 그리고 Airfoil이 고정되어 있지 않아 바람을 통과시키면 계속 흔들리는 모습을 볼 수 있었습니다. 그리고 풍동에 바람이 들어갈 때 에어가이드가 원형이 아닌 사각형이어서 바람이 안정되게 들어가지 않고 불안정하게 들어가므로, Airfoil에 불규칙적으로 바람이 통과하기 때문에 오차가 발생했다고 봅니다. 그리고 받음각을 설정할 때 기계에 의한 자동이 아닌 우리가 직접 손으로 각을 맞추고 눈으로 어림했기 때문에 정확한 실속 값을 얻을 수 없었습니다. 또한 우리는 받음각을 3° 간격으로 측정을 했기 때문에 이론과 같은 매끄러운 그래프를 그릴수가 없었습니다. 그리고 다른 조의 실험결과를 보니 우리는 실험을 할 때 받음각 하나당 한 번의 결과 값만을 취득해 실험을 하였습니다. 하지만 다른 조들은 받음각 하나당 10번의 실험을 하여 평균값을 이용해 결과 값을 산출하였습니다. 그래서 그 부분에서도 오차가 발생하였다고 생각됩니다.
7. 고찰
이번 실험은 풍동을 통해서 Airfoil 주위의 유동과 각각의 위치에서의 양력과 항력을 알아보는 실험이었습니다. 실험결과 측정된 값을 가지고 받음각에 따른 양력계수와 항력계수의 변화를 그래프로 나타내어 보았습니다.
처음에는 공기역학실험이란 소리를 듣고 약간의 거부반응이 있었습니다. 2학년 때 유체역학을 공부하였지만 그 때도 느꼈었지만 ‘참 어렵다’라는 생각을 많이 했었습니다. 하지만 저의 우려와는 달리 실험은 상당히 재밌었고, 빠른 시간에 간단하게 끝낼 수 있었습니다.
이 실험을 통해 풍동 실험의 개념적 이해와 날개 또는 항공기의 공력특성 파악의 실험적 방법을 알 수 있었으며 이 풍동실험을 통해 얻어진 데이터를 토대로 주어진 날개에 대한 공력특성을 파악하고 양력곡선, 향력곡선의 일반적인 형상을 직접 확인해 볼 수 있어서 참 뜻 깊은 시간이었습니다.

키워드

풍동실험,   공기역학,   유체역학,   풍동,   실험보고서,   보고서,   공기역학실험,   공기역학실험보고서