공학실험 - 항력계수 측정

Ⅰ. 실험 목적
유체의 운동을 나타내는 운동방정식은 매우 복잡하기 때문에, 한정된 경우 외에는 해석 적인 해를 구하기 힘들다. 예를 들어 자동차나 항공기가 공기 중을 운동할 때 그 주위의 유동정보를 해석적으로 상세히 구할 수가 없다. 이 때 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 측정하고, 후류에서 속도 분포에 의한 측정을 하여 비교한다.

Ⅱ. 이론 및 해석

1. 공기 항력측정에 관한 이론

(1) 유도항력 (Induced Drag)
- 유도항력은 날개가 양력을 발생할 때 공기가 편향되어 발생하는 다운워시(down wash) 영향에 의하여 발생하는 항력이다. 즉, 유도항력은 날개의 양력발생에 따라 생기는 항력이며, 다운워시의 영향으로 발생하는 항력을 말한다.

- 그림에서 보는 바와 같이 날개를 지나는 공기가 아래로 편향되어 날개에 발생하는 합력(R: resultant force)은 상대풍의 속도성분(V)에 대하여 유도된 각도를 가지고, 이 각도()는 날개 뒤쪽 공기 편향각()의 1/2에 해당된다.  각도()는 공기의 내리흐름으로 유도된 유도 받음각(induced angle of attack)이다.  이때 합력의 수직성분은 날개가 발생하는 양력이고, 합력의 다른 한 성분인 바람속도에 나란한 수평성분은 유도 받음각에 의한 항력이다.  이 항력을 양력으로 인한 항력(drag due to lift) 또는 유도항력(Di : induced drag)라고 한다.
양력으로 인한 항력, 유도항력(induced drag)은 제거될 수는 없으나 최소화될 수는 있다.  유도항력을 최소화하는 방법에는 두 가지가 있는데, 하나는 공기의 편향각을 줄이는(유도받음각 를 줄이는) 것이며, 다른 하나는 날개에 따라 각 위치에서의 힘(합력)을 줄이는 것이다.

(2) 압력 항력(Pressure Drag)
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