[기계공학실험]양항력 측정 2부

실험 방법

1. 실험 과정

1) 풍동기 작동전에 날개각을 0도로 조정하고 각 수두의 눈금을 기록한다.

2) 풍동기를 작동시켜 일정 유속을 유지한다.

3) 마노메터의 눈금을 읽어 정압측 수두와 동압측 수두의 눈금을 기록한다.

4) 각 날개의 위치별 수두를 Data Sheet에 기록한다.

5) 날개각을 3도씩 증가시켜 3), 4)번을 반복한다. (9도까지)

6) 유속을 좀 더 늘려 5)번 까지의 실험을 반복한다. (3가지 속도 적용)

7) 측정이 끝나면 풍동의 작동을 멈춘다.

 

주의 사항

눈금을 읽을 시 약간의 요동이 발생하므로 수두 요동의 최대값과 최소값의 중간값을 기록.

실험 결과

1. 실험 data

1) 받음각 : 0˚

	h0[m]	h1[m]	△h[m]	P[N/㎡]	dA[㎡]	dF[N]	Φ	dFcosΦ	dFsinΦ
1	0	0.05	0.05	489.519	0.0015	0.734279	65.85	0.300413	0.670013
2	0	0.048	0.048	469.9382	0.0015	0.704907	66.19	0.284575	0.644912
3	0	0.057	0.057	558.0517	0.0024	1.339324	79.24	0.250046	1.315776
4	0	0.05	0.05	489.519	0.0024	1.174846	79.47	0.214703	1.15506
5	0	0.055	0.055	538.4709	0.0024	1.29233	83.83	0.138898	1.284844
6	0	0.052	0.052	509.0998	0.0024	1.221839	84.373	0.119804	1.215952
7	0	0.055	0.055	538.4709	0.0024	1.29233	87.06	0.066284	1.290629
8	0	0.052	0.052	509.0998	0.0024	1.221839	87.513	0.053019	1.220689
9	0	0.053	0.053	518.8901	0.0048	2.490673	89.22	0.033906	2.490442
10	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	88.91	0.044698	2.349266
11	0	0.052	0.052	509.0998	0.0048	2.443679	91.13	-0.04819	2.443204
12	0	0.048	0.048	469.9382	0.0048	2.255704	91.72	-0.06771	2.254687
13	0	0.052	0.052	509.0998	0.0048	2.443679	92.69	-0.11469	2.440986
14	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	92.99	-0.12256	2.346492
15	0	0.052	0.052	509.0998	0.0048	2.443679	93.61	-0.15387	2.43883
16	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	93.616	-0.14819	2.345013
17	0	0.052	0.052	509.0998	0.0048	2.443679	94.39	-0.18705	2.436509
18	0	0.048	0.048	469.9382	0.0048	2.255704	94.65	-0.18287	2.248279
19	0	0.052	0.052	509.0998	0.0048	2.443679	95.05	-0.2151	2.434193
20	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	94.39	-0.17986	2.342798
21	0	0.052	0.052	509.0998	0.0066	3.360058	96.06	-0.35472	3.341282
22	0	0.05	0.05	489.519	0.0045	2.202836	96.25	-0.23982	2.189743
p1	0	0.048	0.048	469.9382
p2	0	0.044	0.044	430.7767

2) 받음각 : 5˚

	h0[m]	h1[m]	△h[m]	P[N/㎡]	dA[㎡]	dF[N]	Φ	dFcosΦ	dFsinΦ
1	0	0.062	0.062	607.0036	0.0015	0.910505	70.85	0.298684	0.860121
2	0	0.042	0.042	411.196	0.0015	0.616794	71.19	0.198873	0.583853
3	0	0.065	0.065	636.3747	0.0024	1.527299	84.24	0.153282	1.519588
4	0	0.048	0.048	469.9382	0.0024	1.127852	84.47	0.108688	1.122603
5	0	0.06	0.06	587.4228	0.0024	1.409815	88.83	0.028787	1.409521
6	0	0.05	0.05	489.519	0.0024	1.174846	89.373	0.012856	1.174775
7	0	0.058	0.058	567.842	0.0024	1.362821	92.06	-0.04899	1.36194
8	0	0.05	0.05	489.519	0.0024	1.174846	92.513	-0.05151	1.173716
9	0	0.057	0.057	558.0517	0.0048	2.678648	94.22	-0.19711	2.671386
10	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	93.91	-0.16022	2.344222
11	0	0.054	0.054	528.6805	0.0048	2.537666	96.13	-0.27098	2.523157
12	0	0.048	0.048	469.9382	0.0048	2.255704	96.72	-0.26396	2.240207
13	0	0.052	0.052	509.0998	0.0048	2.443679	97.69	-0.327	2.421702
14	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	97.99	-0.32661	2.326881
15	0	0.052	0.052	509.0998	0.0048	2.443679	98.61	-0.36584	2.416139
16	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	98.616	-0.35201	2.323174
17	0	0.052	0.052	509.0998	0.0048	2.443679	99.39	-0.3987	2.410935
18	0	0.047	0.047	460.1479	0.0048	2.20871	99.65	-0.37024	2.177457
19	0	0.052	0.052	509.0998	0.0048	2.443679	100.05	-0.42644	2.406183
20	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	99.39	-0.38336	2.318207
21	0	0.052	0.052	509.0998	0.0066	3.360058	101.06	-0.64458	3.297651
22	0	0.05	0.05	489.519	0.0045	2.202836	101.25	-0.42975	2.160509
p1	0	0.049	0.049	479.7286
p2	0	0.044	0.044	430.7767

3) 받음각 : 10˚

	h0[m]	h1[m]	△h[m]	P[N/㎡]	dA[㎡]	dF[N]	Φ	dFcosΦ	dFsinΦ
1	0	0.07	0.07	685.3266	0.0015	1.02799	75.85	0.251304	0.9968
2	0	0.044	0.044	430.7767	0.0015	0.646165	76.19	0.154242	0.627486
3	0	0.068	0.068	665.7458	0.0024	1.59779	89.24	0.021193	1.597649
4	0	0.045	0.045	440.5671	0.0024	1.057361	89.47	0.009781	1.057316
5	0	0.065	0.065	636.3747	0.0024	1.527299	93.83	-0.10202	1.523888
6	0	0.048	0.048	469.9382	0.0024	1.127852	94.373	-0.086	1.124568
7	0	0.06	0.06	587.4228	0.0024	1.409815	97.06	-0.17328	1.399125
8	0	0.048	0.048	469.9382	0.0024	1.127852	97.513	-0.14747	1.118169
9	0	0.059	0.059	577.6324	0.0048	2.772636	99.22	-0.44425	2.736814
10	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	98.91	-0.36393	2.321337
11	0	0.056	0.056	548.2613	0.0048	2.631654	101.13	-0.508	2.582157
12	0	0.048	0.048	469.9382	0.0048	2.255704	101.72	-0.4582	2.208677
13	0	0.055	0.055	538.4709	0.0048	2.58466	102.69	-0.56779	2.521525
14	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	102.99	-0.52817	2.289561
15	0	0.054	0.054	528.6805	0.0048	2.537666	103.61	-0.59714	2.466409
16	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	103.616	-0.55315	2.283654
17	0	0.054	0.054	528.6805	0.0048	2.537666	104.39	-0.63066	2.458051
18	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	104.65	-0.59427	2.2733
19	0	0.054	0.054	528.6805	0.0048	2.537666	105.05	-0.65894	2.450624
20	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	104.39	-0.58395	2.275973
21	0	0.052	0.052	509.0998	0.0066	3.360058	106.06	-0.92954	3.228924
22	0	0.05	0.05	489.519	0.0045	2.202836	106.25	-0.61642	2.114832
p1	0	0.05	0.05	489.519
p2	0	0.044	0.044	430.7767

 

4) 받음각 : 15˚

	h0[m]	h1[m]	△h[m]	P[N/㎡]	dA[㎡]	dF[N]	Φ	dFcosΦ	dFsinΦ
1	0	0.064	0.064	626.5843	0.0015	0.939876	80.85	0.149459	0.927917
2	0	0.044	0.044	430.7767	0.0015	0.646165	81.19	0.098966	0.638541
3	0	0.064	0.064	626.5843	0.0024	1.503802	94.24	-0.11118	1.499687
4	0	0.044	0.044	430.7767	0.0024	1.033864	94.47	-0.08058	1.030719
5	0	0.06	0.06	587.4228	0.0024	1.409815	98.83	-0.21641	1.393106
6	0	0.046	0.046	450.3575	0.0024	1.080858	99.373	-0.17603	1.066427
7	0	0.06	0.06	587.4228	0.0024	1.409815	102.06	-0.29456	1.378699
8	0	0.048	0.048	469.9382	0.0024	1.127852	102.513	-0.24436	1.101062
9	0	0.06	0.06	587.4228	0.0048	2.819629	104.22	-0.69263	2.733235
10	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	103.91	-0.56486	2.280785
11	0	0.058	0.058	567.842	0.0048	2.725642	106.13	-0.75723	2.618344
12	0	0.048	0.048	469.9382	0.0048	2.255704	106.72	-0.64895	2.160337
13	0	0.056	0.056	548.2613	0.0048	2.631654	107.69	-0.79967	2.507215
14	0	0.048	0.048	469.9382	0.0048	2.255704	107.99	-0.69668	2.145423
15	0	0.056	0.056	548.2613	0.0048	2.631654	108.61	-0.83983	2.494052
16	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	108.616	-0.75008	2.226754
17	0	0.056	0.056	548.2613	0.0048	2.631654	109.39	-0.8737	2.482388
18	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	109.65	-0.79014	2.212855
19	0	0.056	0.056	548.2613	0.0048	2.631654	110.05	-0.90224	2.47216
20	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	109.39	-0.78009	2.216418
21	0	0.056	0.056	548.2613	0.0066	3.618524	111.06	-1.3003	3.376824
22	0	0.05	0.05	489.519	0.0045	2.202836	111.25	-0.79839	2.05306
p1	0	0.05	0.05	489.519
p2	0	0.044	0.044	430.7767

5) 받음각 : 20˚

	h0[m]	h1[m]	△h[m]	P[N/㎡]	dA[㎡]	dF[N]	Φ	dFcosΦ	dFsinΦ
1	0	0.06	0.06	587.4228	0.0015	0.881134	85.85	0.063766	0.878824
2	0	0.046	0.046	450.3575	0.0015	0.675536	86.19	0.044888	0.674043
3	0	0.06	0.06	587.4228	0.0024	1.409815	99.24	-0.22637	1.391522
4	0	0.044	0.044	430.7767	0.0024	1.033864	99.47	-0.1701	1.019775
5	0	0.06	0.06	587.4228	0.0024	1.409815	103.83	-0.337	1.368943
6	0	0.046	0.046	450.3575	0.0024	1.080858	104.373	-0.26831	1.047027
7	0	0.06	0.06	587.4228	0.0024	1.409815	107.06	-0.4136	1.34778
8	0	0.058	0.058	567.842	0.0024	1.362821	107.513	-0.4101	1.299652
9	0	0.06	0.06	587.4228	0.0048	2.819629	109.22	-0.92821	2.662468
10	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	108.91	-0.76149	2.222876
11	0	0.058	0.058	567.842	0.0048	2.725642	111.13	-0.98255	2.542383
12	0	0.048	0.048	469.9382	0.0048	2.255704	111.72	-0.83477	2.095556
13	0	0.056	0.056	548.2613	0.0048	2.631654	112.69	-1.01515	2.427978
14	0	0.048	0.048	469.9382	0.0048	2.255704	112.99	-0.88101	2.07654
15	0	0.056	0.056	548.2613	0.0048	2.631654	113.61	-1.054	2.411366
16	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	113.616	-0.9413	2.152907
17	0	0.056	0.056	548.2613	0.0048	2.631654	114.39	-1.08673	2.396794
18	0	0.05	0.05	489.519	0.0048	2.349691	114.65	-0.98	2.13557
19	0	0.056	0.056	548.2613	0.0048	2.631654	115.05	-1.11427	2.384117
20	0	0.052	0.052	509.0998	0.0048	2.443679	114.39	-1.00911	2.225595
21	0	0.056	0.056	548.2613	0.0066	3.618524	116.06	-1.58966	3.250645
22	0	0.052	0.052	509.0998	0.0045	2.290949	116.25	-1.01326	2.05469
p1	0	0.048	0.048	469.9382
p2	0	0.044	0.044	430.7767

 

2. Input Velocity, Re 계산

	Δp = ρwgΔh

3. α에 따른 양력계수와 항력계수 변화

1) α가 0˚ 일 때

 

2) α가 5˚ 일 때

 

3) α가 10˚ 일 때

 

4) α가 15˚ 일 때

 

5) α가 20˚ 일 때

 

토의 사항

1. 오차의 원인

먼저 실험 주의사항에도 나와 있듯이 눈금을 읽을 때 풍속(RPM)에 약간의 요동이 발생하여 중간값을 사용하는데서 부터 오차가 발생한다. 사람이 눈으로 기록하기 때문에 그 중간값이 일정치 않아 오차가 발생하였다. 그리고 눈금을 읽을 때 눈과 마노미터의 높이가 같아야 하지만 그렇지 못했다. 두 번째로 수두의 눈금이 표면장력 때문에 오목하게 올라와 있어 높은 부분의 값을 사용할지 낮은 부분의 값을 사용할지 정해야 했다. 여기서도 역시 오차가 발생하였을 것이다. 

또한 실험장비의 노후화로 인해 날개 22번의 값이 부정확하여 20번으로 대체한 부분에서도 작지만 오차를 발생시켰다. 이러한 부분들은 모든 실험이 기계적으로 측정된 정확한 값들이 아니라 사람이 수기로 기록을 하였기 때문에 발생한 문제들이므로 디지털 장비를 사용하면 더욱 정확하게 측정되어 오차를 줄일 수 있을 것이다.

 

2. 결론

실험을 하고 보고서를 쓰면서 날개 각도에 따른 양항력의 변화를 알 수 있었다. 일반적으로 받음각 α가 커짐에 따라 양력이 증가함을 알 수 있었지만 일정 각도 이상 커지면 스톨현상이 발생하게 되어 각도를 너무 주면 안된다는 사실도 알게 되었다. 이번 실험을 통해 비행기가 나는 원리인 양항력의 관계를 실험을 통해 눈으로 직접 관찰하고 정확히 알 수 있었으며 여러 가지 오차로 인해 실험의 부정확함도 알 수 있었다.

양력이 발생하는 원리인 베르누이 정리에 따라 날개의 윗면의 면적을 더 크게 하여 위아래의 압력 차이를 발생시켜 양력을 높이고 익형의 모양과 받음각으로 비행기를 날 수 있게 한다는 원리가 재미있었다. 실험을 하면서 비행기의 날개를 설계할 때 어떻게 하면 양력을 키우고 더 잘 날 수 있게 설계할 수 있을지 생각해 보게 되었고, 유체역학의 이론으로만 배운 레이놀즈수와 베르누이 정리 등을 직접 사용해 볼 수 있어 좋은 실험이었다.

[Engineering/공학실험] - [기계공학실험]양항력 측정 1부