[기계공학실험]양항력 측정 1부

실험 이론 및 원리

1. 마노메터

액체 기둥의 높이차를 이용하여 압력, 압력차를 구하는 기구.

압력차 : P2 - P1 = ρgH

 

2. 베르누이 법칙

단일 유선을 따르며 정상, 비압축성, 비점성이며 축일이나 전단일이 없는 유동일 경우, 압력과 위치에너지와 운동에너지와의 관계는 항상 일정하다는 법칙.

P/ρ + V2/2 + gH = Constant

 

3. 피토관

 

4. 양력 발생 원리

항공기 날개의 단면을 보면 윗부분이 더 볼록한 형상으로써 아래면 보다 길게 되어있기 때문에 공기가 날개를 지날 때 윗날개 부분의 공기속도가 빨라지도록 설계되어 있다. 이 때문에 베르누이의 정리에 따라 압력이 저하되고 따라서 양력이 발생하게 되고, 항공기가 뜨게 되는 원리이다.

 

5. 항력, 양력

1) 항력(Drag force) : 유체와 같은 방향의 힘 성분

2) 양력(Lift force) : 유체와 수직 방향의 힘 성분

 

6. 양력계수, 항력계수

실험에 영향을 주는 파라미터를 간결화한 관습적인 무차원 파라미터.

1) 양력계수 : 외부유동에 적용되는 양력에 대한 무차원 수

2) 항력계수 : 외부유동에 적용되는 항력에 대한 무차원 수

투영면적에 대한 이해

 

7. Stall(실속) 현상

1) 받음각을 일정각도 이상으로 증가시키면 불충분한 비행 속도로 인해 공기 흐름의 분리가 생겨 항공기가 하강하려는 현상.

2) 받음각을 증가시키면 양력계수(양력)가 증가하나 일정 각도 이상으로 증가하면 역으로 양력계수(양력)가 감소하기 시작하는 현상.

비행 중 기체에 작용하는 힘은 엔진으로 추진되는 힘인 추력(thrust), 동체와 날개 단면적과 표면 마찰력 등에 의해 비행을 방해하려는 항력(drag), 날개에서 발생하는 양력(lift), 기체의 중량에 의한 중력(weight)으로 구성된다. 등속으로 수평비행을 할 때 이 네 힘은 평형을 이룬다. 그런데 항공기가 갑자기 양력을 상실해 고도가 급격히 저하는 경우가 있다. 이것을 실속이라 한다.

실속 속도는 비행기를 날 수 있는 최소한의 속도이다. 비행기 속도가 실속 속도 이하가 되면 더 이상 조종이 불가능하다. 비행 가능한 양력이 발생되지 않기 때문이다. 항공기 날개는 공기 흐름과의 적절한 각을 형성하였을 때 양력을 발생시킬 수 있다. 하지만 만약 항공기 날개와 공기 흐름의 각이 너무 커지면 날개를 따라 흐르던 공기 흐름이 불규칙하게 흐트러지면서 갑자기 양력이 사라지는 실속 현상이 나타난다. 따라서 항공기는 고도를 상실해 추락하게 된다.

항공기의 실속은 주로 높은 기동성이 요구되는 전투기에서 많이 발생된다. 적 전투기를 보다 적절하게 공격하기 위해서는 저속의 높은 받음각의 자세가 우세한 공격위치가 되는 때가 있기 때문에 전투기는 의도적으로 실속 부근까지 속도를 낮추기도 한다. 받음각은 비행기가 날아가는 방향과 날개가 놓인 방향 사이의 각을 말하는데, 고속에서는 작은 받음각으로 날 수 있지만 이륙이나 착륙 시에는 속도가 낮아지므로 더 큰 받음각이 필요해진다.

실험 기구 및 장치

1. 실험 재료

 

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