풍동실험
1. 실험개요
공기가 흐르는 현상이나 공기의 흐름이 물체에 미치는 힘 또는 흐름 속에 있는 물체의 운동 등을 조사하기 위해 인공적으로 공기가 흐르도록 만든 장치이다.
항공기용의 경우, 실물과 비슷한 모형이나 실물을 이용하여 비행기가 받는 공기력모멘트 등을 실험적으로 측정한다. 보통의 풍동에서는 기류를 순환시켜서 연속적인 흐름을 만드는데, 기류를 어떻게 순환시키는가에 따라 폐회로식(閉回路式)과 개방로식(開放路式)으로 분류하고, 또 측정부의 측정방법에 따라 폐쇄식과 개방식으로 나눈다. 풍동시험은 실물을 사용하여 직접 측정하는 것에 비하여 소형의 모형을 사용할 경우에는 모형을 계통적으로 변화시켜 측정결과를 해석할 수 있으므로 비용이 적게 들고, 쉽고 안전하게 실험할 수 있는 장점이 있다.
그러나 모형과 실물 사이의 크기의 차, 속도의 차 등 여러 측정량의 차이가 측정결과에 큰 영향을 미치므로 실험결과가 때때로 실물에 의한 시험결과와 다른 경우가 있으므로 측정결과를 해석할 때 신중히 고려할 필요가 있다. 이 때문에 풍동 내의 압력을 높이기도 하고, 밀도가 큰 기체를 사용하거나 실물을 넣을 만큼 큰 풍동을 건설하기도 한다. 풍동은 기류의 순환방법에 따라 괴팅겐형에펠형NPL형 등으로 나누며, 용도 또는 성격으로부터 실물풍동고압풍동고속풍동수직풍동자유비행풍동연기풍동 등으로 분류한다.
2. 실험원리
유체의 운동을 나타내는 운동방정식은 매우 복잡하기 때문에, 한정된 경우 외에는 해석적인 해를 구하기 힘들다. 자동차나 항공기가 공기 중을 운동할 때 그 주위의 유동정보를 해석적으로 상세히 구할 수가 없다. 이때 실험적인 방법으로 물체 주위의 유동정보를 구하고자 할 때 풍동실험을 수행한다. 공기 속에 놓인 물체에 작용하는 힘과 여러 가지 현상을 정확히 측정하기 위한 장치가 풍동이다.
풍동실험의 일반적인 주목적은 물체에 작용하는 양력 그리고 항력(운동에 대한 저항)같은 공기역학의…(생략)
3. 실험장비구성
4. 풍동실험의 장점과 단점
1) 장점
① 소형의 모형을 사용할 경우에는 모형을 계통적으로 변화시켜 측정결과를 해석
② 비용이 절감
③ 쉽고 안전한 실험
2) 단점
① 모형과 실물 사이의 크기의 차, 속도의 차 등 여러 측정량의 차이가 측정결과 에 큰 영향을 미치므로 실험결과가 때때로 실물에 의한 시험결과와 다른 경우가 있으므로 측정결과를 해석할 때 신중히 고려할 필요가 있다.
5. 헬리콥터 로우터의 후류의 풍동실험
1) 실험개요
2) 실험조건
3) 실험방법
4) 실험결과
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조사를 위해 비누방울(He-Bubble)가시화를 실시 요우헤드 및 피토관을 이용하여 속도벡터를 측정.
2) 실험조건
로우터의 회전수는 1632 RPM으로 고정하고 실험영역은 코닝각등의 상사성을 감안하여 공중정지 및 전진비(로우터 깃끝속도에 대한 풍동 자유흐름속도의 비)의 저속전진 영역으로 한정되며, 풍동속도에 의해서만 변화된다. 풍동의 자유흐름에 편향을 조사하기 위해 요우헤드를 이용.
3) 실험방법
측정위치는 로우터와 기체사이의 간격을 고려하여 T.P.P로부터 0.062m 인 지점으로 정하고 가시화 실험은 레이저 빔을 진동거울에 전송시켜 평면광을 만들고 비누방울의 자취를 촬영함으로써 이루어짐
4) 실험결과
요우헤드 및 피토관을 이용한 후류속도 측정실험에서 저속 전환비행시 전진비에서 깃끝 Upwash가 측정되었으며 헬리콥터 후방에서의 각도 23.5도, 0.1, 0.15로 증가함에 따라 각도는 현격히 줄어들며 0.15이상의 영역에서는 전진비 증가에 따른 각도차가 지극히 미세하다. 또한 피토관을 사용하여 측정한 Downwash 속도분포를 그림 4에 나타내었다.
가시화 실험을 통해서는 공중정지시 및 저속전진 비행시의 후류를 조사 그림 5는 공중정지시 콘렉티브 각 변화에 따른 후류의 형태를 보인다.
그림 4. Longitudinal downwash velocity distribution obtained from pitot tube measurements
그림 5. Flow visualization in hovering flight