선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 삼각형, 그리고 곡면형상의 길이 방향의(longitudinal) 골(rib)들을 가지는 리블렛 평판에 대하여 항력과 열전달 특성을 연구하였다. 그녀는 리블렛이 벽면 근처에서 발생하는 버스트의 횡 방향 유동을 제한 시켜 국부적 난류에너지 생성을 변화시킴으로써 항력을 개선시키고자 하였다. 이 연구에서 항력의 증감은 골의 깊이 간격, 그리고 형상에 따라 좌우함을 밝혔다.
- 본 연구에서는 V형과 U형 리블렛 원주의 유동 구조와 항력 변화를 실험적으로 해석하였다. 자유 흐름 속도는 최소 2m/s에서 최대 36m/s까지 변화시켰는데, 원주직경에 기초한 Re 수는 Re= 8,000-140,000이었다.
- 본 연구에서는 리블렛형상이 물체의 항력감소에 미치는 효과를 조사하기 위하여 지름이 60mm인 원주에 3mm 간격의 '/형과 U형 리블렛 홈을 표면에 가공하여 리블렛 형상 변화에 따른 공기저항 변화를 해석하고, 원주 주위 유동 및 난류 특성 변화를 실험적으로 연구하고자 한다.
제안 방법
- 원주에 걸리는 항력만을 측정하기 위해 실린더와 3분력 계를 연결하는지 지 대를 풍동 밖에 설치하여 유동의 영향을 받지 않게 하였다. 3 분력 계에서 나오는 전압 신호는 DC strain amplifier(DSA-lOO)로 증폭한 후, PC로 연결되어진 자료획득 장치(DT Vee 2838)로 A/D 변환 시켜 시 간평 균화된 값을 구하였다. 항력계수 C는 물체에 걸리는 저항력 Q와 공기 밀도 p , 자유 흐름 속도 Uo, 그리고 물체의 단면적 <4로 무차원화시켜 구하였다( Cd= 2Q/QU林 항력계수 계산 시 본 연구에서는 단면적 A를 Table 1에서 제시된 유효 단 면적(effective prejection area)을 사용하였다.
- 한 지점에서 초당 1,000개의 비율로 샘플링하여 10, 240개의 데이터를 취득하였고, 노이즈 제거를 위해 8(X)Hz의 저 역 필터를 거치게 했다. 또한 실험 중 풍동 시험 부내 부의의 공기온도를 ± 0.5℃로 일정하게 유지시켜 온도에 따른 보정을 따로 하지 않아도 되게 하였다."
- 본 실험에서 연선법의 경우, 연 선을 원주 전방에 설치하여 앞쪽에서 생성된 연기를 이용하여 원주 후방의 와형 성 영역 크기 변화를 주로 관찰하였다. 조명장치 로는 Nd:YAG 레 이 저를 사용하였고 Nikon 카메라를 레이 저와 동기 시켜 깨끗한 유동영 상을 얻도록 하였다.
- NASA Langley의 Walsh", 는 이러한 수동제어와 관련해서 사각형. 삼각형, 그리고 곡면형상의 길이 방향의(longitudinal) 골(rib)들을 가지는 리블렛 평판에 대하여 항력과 열전달 특성을 연구하였다. 그녀는 리블렛이 벽면 근처에서 발생하는 버스트의 횡 방향 유동을 제한 시켜 국부적 난류에너지 생성을 변화시킴으로써 항력을 개선시키고자 하였다.
- 후류 속도즉정에는 X형 열선 프로브(hot-wire probe), 그리고 와유출 주파수 측정에는 I형 열선 프로브를 사용하였다. 열선 프로브로부터 나오는 전압 신호는 12bit A/D 변환기(IFA200)를 거쳐 DMA 방식으로 컴퓨터에 입력된 후, 통계 처리하여 원하는 속도정보를 얻었다.
- 원주 주위의 표면압력변화를 측정하기 위하여 원주 표면에 내경이 약 0.8mm인 스테인리스 튜브로 만든 압력 공(pressure taps) 36개를 10° 간격으로 설치하였다. 압력 공에서 나오는 표면압력은 다점 압력 측정 장치(scannival.
- 원주 후류의 유동 특성해석에는 TSI 사의 IFA100 정온형 열선 유속계를 사용하여 측정하였다. 후류 속도즉정에는 X형 열선 프로브(hot-wire probe), 그리고 와유출 주파수 측정에는 I형 열선 프로브를 사용하였다.
- 원주에 걸리는 항력은 3분력 계(3-component dynamometer, Nishio LMC 3502)를 이용하여 즉정 하였다. 원주에 걸리는 항력만을 측정하기 위해 실린더와 3분력 계를 연결하는지 지 대를 풍동 밖에 설치하여 유동의 영향을 받지 않게 하였다. 3 분력 계에서 나오는 전압 신호는 DC strain amplifier(DSA-lOO)로 증폭한 후, PC로 연결되어진 자료획득 장치(DT Vee 2838)로 A/D 변환 시켜 시 간평 균화된 값을 구하였다.
- 원주에 걸리는 항력은 3분력 계(3-component dynamometer, Nishio LMC 3502)를 이용하여 즉정 하였다. 원주에 걸리는 항력만을 측정하기 위해 실린더와 3분력 계를 연결하는지 지 대를 풍동 밖에 설치하여 유동의 영향을 받지 않게 하였다.
- 2L(m)인 회류수조 를 사용하였는데, 원주에 기인한 차폐율(blockage effect)은 약 20%이었다. 유동 가시 화용 입자로는 평균직경이 300㎛ 인 폴리염화비닐 (poly vinyl chloride)을 사용하였으며, 원주 후방의 유적 선을 가시화하기 위해서 할로겐램프로부터 나온 빛을 시트(sheet) 형태로 조명하였다. 자유 흐름 속도는 연 선법의 경우 2m/s (Re=8, 300)로, 입자 법은 0.
- 따라서, 원주 근접 후류에 존재하는 큰 규모의 응집 구조를 밝히는 것은 후류 특성의 분석에 있어 매우 중요하다. 이러한 난류 응집구조의 와유출 주 파수 분석을 수행하기 위하여 X/D=2, Y/D=0.5인 지점에 I형 열선 프로브를 설치하여 측정한 속도 신호를 스펙트럼 분석하였다.
- 3 분력 계에서 나오는 전압 신호는 DC strain amplifier(DSA-lOO)로 증폭한 후, PC로 연결되어진 자료획득 장치(DT Vee 2838)로 A/D 변환 시켜 시 간평 균화된 값을 구하였다. 항력계수 C는 물체에 걸리는 저항력 Q와 공기 밀도 p , 자유 흐름 속도 Uo, 그리고 물체의 단면적 <4로 무차원화시켜 구하였다( Cd= 2Q/QU林 항력계수 계산 시 본 연구에서는 단면적 A를 Table 1에서 제시된 유효 단 면적(effective prejection area)을 사용하였다.
- 후류의 평균속도 및 난류 강도는 원주의 하류 X/D=4와 6 단면에서 Y/D=-3~3까지 0.1D 간격으로 측정하였다. 열선 프로브는 오차가 0.
대상 데이터
- 본 연구는 측정 시험 부 단면이 o.6m X 0.72m이 고 난류 강도가 0.08% 이하인 POSTECH의 저 난류 아음속 풍동에서 수행되었다. 풍동 시험 부 내부에 설치한 원주의 길이는 2차원 유동을 만들어 주기 위해서 풍동 시험 부 너비 600mm (L/D=10) 를 최대한 사용하였으며, 벽면 경계층 효과를 없애기 위해서 날카로운 모서리를 가진 끝판(end plate)을 원주 양 끝에 설치하였다“6)원주의 직경은 D=60mm이며 자유 흐름 속도는 최소 2m/s에서 최대 36m/s까지 변화시켰고, 이 속도에 기준한 Re 수는 약 8, 000 ~ 140, 000이다.
- 본 연구에서는 여러 가지 리블렛 형상 중에서 V형과 U형 홈(groove)을 채택하였다. 실험에 사용된 3가지 원주 모델은 지름 D= 60mm인 테프론 파이프를 NC 선반으로 가공하여 매끄러운 표면과 홈 사이의 간격이 3mm인 V형 및 U형 리블렛 홈을 가지도록 제작되었다.
- 본 연구에서는 여러 가지 리블렛 형상 중에서 V형과 U형 홈(groove)을 채택하였다. 실험에 사용된 3가지 원주 모델은 지름 D= 60mm인 테프론 파이프를 NC 선반으로 가공하여 매끄러운 표면과 홈 사이의 간격이 3mm인 V형 및 U형 리블렛 홈을 가지도록 제작되었다. 리블렛 원주가 풍동에 설치된 개략도 및 좌표계를 Fig.
- 본 실험에서 연선법의 경우, 연 선을 원주 전방에 설치하여 앞쪽에서 생성된 연기를 이용하여 원주 후방의 와형 성 영역 크기 변화를 주로 관찰하였다. 조명장치 로는 Nd:YAG 레 이 저를 사용하였고 Nikon 카메라를 레이 저와 동기 시켜 깨끗한 유동영 상을 얻도록 하였다. 입자주입법 의 경우, 시 험부 크기가 0.
- 1mm 이하의 정밀도를 가지는 3차원 이송 장치에 장착하여 원하는 위치로 이송시켰다. 한 지점에서 초당 1,000개의 비율로 샘플링하여 10, 240개의 데이터를 취득하였고, 노이즈 제거를 위해 8(X)Hz의 저 역 필터를 거치게 했다. 또한 실험 중 풍동 시험 부내 부의의 공기온도를 ± 0.
이론/모형
- 원주 후류의 정성적인 유동 특성을 관찰하기 위하여 풍동을 이용한 연선법“"(smoke-wire method) 과 수조를 이용한 입자주입 법(particle tracking method)을 사용하여 원주 주위 유동을 가시화하였다. 직경 0.
성능/효과
- (1) V형과 U형 형상의 리블렛 원주에 작용하는 항력은 Re 수가 40,000 정도까지는 매끈한 원주와 비슷한 경향을 보이다가 그 이후에는 Re 수 증가에 따라 큰 차이를 보이기 시작한다. Re 수 약 140,000에서 V형 리블렛 원주의 경우 2.
- (2) 표면에 리블렛 형상을 가진 원주는 후류 중심영역에서 매끈한 원주에 비해 주 유동 방향 평균 속도의 감쇄가 작으며, 난류 강도도 감소하였다.
- (3) 원주의 와유출 주파수 St는 Re 수 증가에 따라 거의 선형적으로 증가하는데, 리블렛 원주의 경우가 보다 높은 주파수 영역에서 와유출이 일어 났다.
- (4) 유동 가시화 결과, 리블렛 표면 형상을 가진 원주가 매끈한 원주에 비해 원주 후방의 와형성 영역 내부에서보다 복잡한 3차원 유동 구조를 보여주고 있다.
- 그러나, 본 연구에서 다룬 리 블렛 원주의 경우, 마찰저항에 비해 압력저항 (fonn drag)이 상당히 크게 작용하게 된다. 따라서 본연구결과로부터 유추해 볼 때 리블렛 표면형 상이 유동 박리 특성과 stability 특성을 변화시키고, 이것이 후류의 유동 구조를 크게 변화 시켜 매끈한 원주에 비해 큰 저항 감소를 가져오는 것으로 생 각되어진다.
- 이 연구에서 항력의 증감은 골의 깊이 간격, 그리고 형상에 따라 좌우함을 밝혔다. 또한, 대칭적인 V 형태와 U 형태를 가지는 리블렛 형상에 대해서 항력을 측정한 결과, 깊이 h+<25, 간격 s+<200의 조건에서 최고 8%까지 저항 감소를 얻었다. 그리고, 실제 항공기에 적용한 운항조 건에서는 1~2% 저항 감소가 보고되었다.
- 본 연구에서는 임계 Re 수까지 측정은 할 수 없었으나, 얻어진 항력계수 결과로부터, 매끈한 원주와 V형 원주의 항력계수가 거의 비슷한 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있다. 본 실험을 통해 Re 수 약 140, 000에서 V형 리블렛 원주의 경우 2.5%, U형 리블렛의 경우 최고 18.6% 정도의 항력감소를 얻었다.
- 매끈한 원주와 V형 리블렛 원주 주위 유동을 연구하였던 Ko'", 는 매끈한 원주의 경우보다 V형 원주의 경우가 보다 낮은 Re 수에서 아임계에서 임 계 (critical)로, 그리고 임 계에서 초임 계 (supercritical) 유동으로의 천이가 보다 빨리 진행하지만, 등가 직경의 개념을 도입하면 V형 원주와 매끈한 원주가 거의 일치 하는 항력 값을 가진다고 밝혔다. 본 연구에서는 임계 Re 수까지 측정은 할 수 없었으나, 얻어진 항력계수 결과로부터, 매끈한 원주와 V형 원주의 항력계수가 거의 비슷한 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있다. 본 실험을 통해 Re 수 약 140, 000에서 V형 리블렛 원주의 경우 2.
- 압력변환 기로부터 나온 신호는 200Hz 저 역(low-pass) 필터를 거친 후 A/D 변환기를 통해서 디지털화하였다. 압력측정 시 각 채널마다 초당 500개의 비율로 총 16, 384개를 취득하여 평균하였고, 채널을 변경(scan)할 때마다 10초 정도의 압력회복 시간을 주었다. 압력계수 (pressure coefficient) Cp는 표면압력 p와 기준정압 Po와의 압력 차이를 자유흐 름속도 Uo로 무차원화시킨 다음과 같은 형태로 구하였다.
- 그림에서 매끈한 원주 후류의 입자의 궤적이 부드럽게 원주를 지나는 데 비해, V형과 U형 리블렛 원주 후류는 와형성 영역 내부에서 보다 복잡한 유적 선(pathline)을 가지며 주유 동방 향 와(longitudinal vortices)가 원주에 가깝게 위치하고 있다. 이러한 결과로 미루어 원주 표면의 리 블렛 형상에 따라 원주 후류의 유동 구조가 크게 달라지며 마찰항력도 제어됨을 확인할 수 있다. 일반적으로 리블렛을 평판에 적용하였을 경우에는 마찰항력 (skin friction)을 주로 감소시키는 것으로 알려져 있다.
후속연구
- 이상과 같이 리블렛을 이용한 저항 감소 연구는 향후 저항 감소의 물리적 메커니즘을 밝히고 리블 렛 형상을 최적화하는 방향으로 활발하게 연구되 어질 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.