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1. 실험 목적

유체의 운동을 나타내는 운동방정식은 매우 복잡하기 때문에, 한정된 경우외에는 해석적인 해를 구하기 힘들다. 예들 들어 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. 본 실험에서는 원통주위의 압력과 속도분포를 구하고, 항력을 추에 의한 측정법을 적용하여, 원기둥의 각도 변환에 따른 항력을 측정한다.

 

2. 실험 관련 이론

가. 추에 의한 항력 측정법

 

< 그림1 원주 주위의 유동의 개략도 >

 

위 그림1에서 곡선의 표면 위의 한점 A에서 유체의 영향은 표면에 수직으로 작용하는 압력 P와 표면에 작용하는 전단력 τ의 두 성분으로 분해할 수 있다. 유선에 접근하는 전압 와 절대압력 와의 관계에서 이고, 상류 속도를 U, 유체의 밀도를 ρ라 하면 교란되지 않은 유선에서의 동압은 0.5ρU2이다.

 

전압은 게이지 압력에 의해서 유용한 수치이며, 전단력 τ는 무차원화되며, 다음과 같은 무차원의 항들이 정의된다.

압력계수:

표면마찰계수:

압력과 전단력과의 힘의 합성은 원기둥에 작용하는 힘이 된다. 이 항력은 그림1 에 나타난 단면적의 정해진 어떤 점 A에 작용하는 힘의 성분들로써 나누어 진다. 그러나 원기둥의 실험에서는 전단력이 압력보다도 매우 작으므로 무시되어진다. 속도 U의 방향으로 원기둥의 단위 길이당의 항력인 D의 성분, 속도 U의 수직방향으로 작용하는 원기둥의 단위길이당의 압력인 L의 성분, 본래의 점 C에 관하여 원기둥 단위길이 당 모멘트인 pitching moment성분으로 구분된다. 이러한 성분들은 항력, 양력 및 pitching moment 계수들의 정의에 의하여 다음과 같이 무차원화 된다.

항력계수:

양력계수:

Pitching moment계수 :

그림1에서 보통의 방법으로 d는 속도 U의 수직방향으로 원기둥을 가로질러서 측정한 폭을 사용한다. CD, CL 및 CM 계수들은 공기역학적 힘, 측정의 수정에 대하여 변함없이 사용하고 있는 중요한 계수들인 것이다.

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