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
- 4><103에서 붙임각 0°를 갖는앞 . 뒤날개의 위상차와 무차원 진동수 변화에 따른 양력 데이터를 획득하기 위한 실험적 연구이다. 본연구에서 획득된 공력 데이터는 단 순한플런징 운동만을 수행하는 2쌍의 날개를 갖는 모델에 관한 것이며, 이러한 데이터는 잠자리의 비행원리를 규명하기 위한 기초적인 자료로 활용될수 있을 것이다.
- 미흡한 편이다. 따라서 본 연구에서는 가시화 및 전산연구를 뒷받침할 수 있는 공력측정에 관한 실험적 연구를 수행하여 두쌍 날개의 플런징 운동에 대한 공력 데이터를 획득하고자 한다. 또한 실제 잠자리의 경우 앞날개는 0°의 붙임 각을 갖고 있는 반면에 뒷날개는 약 5° ~ 10° 의 붙임 각을 가지고 있다.
- 뒤 날개의 붙임각이 0°인 날개의 운동 특성 때문이다. 본 연구는 자유흐름 속도가 있고, 플런징 운동을 수행하는 날개에 대한 양력성분을 측정한 연구이다. 따라서 upstroke 운동과, downstroke 운동이 서로 상하대칭적으로 운동하기 때문에 양력 성분과 양력 반대 방향의 성분이 서로 비슷하게 발생한다.
제안 방법
- 또한 <fig. 8>의 4가지 경우에 대하여 실제 양력이 발생하는 downstroke 운동과정에서 발생된양(+)의 양력계수만의 면적을 계산하여 한주기동안의 양력계수의 값을 조사하였다. <fig.
- 또한 <fig. 9>에서 실제 양력이 발생하는 downstroke 운동 과정에서 발생된 양(+)의 방향 양력계수 부분의 면적을 계산하여 한주기 동안의 양력계수의 크기를 비교하였다. 역시 음(-)의 방향 양력계수는 계산에서 제외하였다.
- <fig. 9>의 3가지 경우에 대하여 한 주기 동안의 양력계수의 크기를 조사하였다. 그 결과 <fig.
- 또한 날갯 짓 운동의 주기를 알아내기 위한 트리거 신호(trigger signal)는 모델을 구동시키는 기어에 레이저 신호를 보내 반대편에서 수신되는 순간에 5V의 전압이 흐르도록 하여 얻을 수 있었다. 그리고 잠자리 유형 모델의 날갯짓을 구동시키는 모터는 DC 전원 공급장치를 사용하였으며, 모델의 무차원 진동수를 변화시키기 위한 모터의 회전수는 DC 전원을 6.3-20.5V 범위로 변경시켰다.
- 또한 본 연구에 사용된 날개는 실제 잠자리의 날개를 모방하기 위하여, 날개의 재질은 알루미늄 증착 필름을사용하였다. 날개의 골격을 유지하기 위해 2mm 의 탄소봉을 사용하여 앞 전의 스파(spar) 역할을수행하도록 하였으며, 앞전에서 뒷전 방향으로 1mm의 탄소봉을 사용하여 뼈대를 유지하였다. Singh et al.
- 35cm이다. 날개의 진폭은 +38° ~-38°로 상하대칭을 이루고 있으며, 날개를구동시키는 기어와, 날개와 기어를 연결시켜주는커넥팅로드를 사용하여 앞뒤날개의 위상차를 변화시켜 줄 수 있도록 제작되었다. 또한 본 연구에 사용된 날개는 실제 잠자리의 날개를 모방하기 위하여, 날개의 재질은 알루미늄 증착 필름을사용하였다.
- 4xl03에서 붙임각 0°의 두 쌍 날개를 갖는 잠자리 앞. 뒤날개의 위상변화 (0°, 90°, 180°, 270°)와 무차원 진동수 변화 (K=0.075, 0.15, 0.225)에 따른 비정상 양력 성분을 로드셀을 이용하여 측정하였다.
- 15일 때 앞. 뒤날개의 위상차가 0°, 90°, 180° 그리고270°의 경우에 대하여 조사를 하고, 위상차가 90°인 경우 무차원 진동수를 0.15, 0.30, 0.45 로바꾸어 가면서 총 7가지 경우에 관한 연구를 수행하였다.
- 또한, Kim and Cliang[4]은 잠자리 유형 날개에 대하여 앞. 뒤날개의 위상차가 90°인 경우에 무차원진동수를 증가시키면서 가시화 연구를 수행하였다. 그 결과 무차원 진동수가 증가할수록 앞전와류의 재부착 효과가 증가한다는 것을 가시화사진으로 증명하였다.
- 본 연구는 두 쌍날개를 가진 잠자리 모델의 공력 특성에 관한 연구로 자유흐름속도 L43m/sec에서 수행하였으며, 이를 근거로 한 레이놀즈수 Re= 3.4x103이다. 실험은 무차원 진동수 K=0.
- 또한 실제 잠자리의 경우 앞날개는 0°의 붙임 각을 갖고 있는 반면에 뒷날개는 약 5° ~ 10° 의 붙임 각을 가지고 있다. 본 연구에서는 앞, 뒤 날개 모두 0°의 붙임각을 갖는 잠자리 유형 플래핑날개에 관한 연구를 수행하여 이미 수행되었던 0°의 붙임각을 갖는 한 쌍 플래핑 날개의 공력연구와 비교. 분석하였다.
- Fejtek and Nehera[6]는 플래핑 날개에 관한 공력 즉 정연구에서 노이즈(noise) 제거를 위해 10Hz 저역 필터를 사용하였다.본 연구에서도 FFT(Fast Fourier Transform)변환을 통하여 10Hz 이후의 데이터는 노이즈라는 것을 확인하였고, 10Hz 저역 필터를 사용하여 노이즈를 제거하였다. 또한 날갯 짓 운동의 주기를 알아내기 위한 트리거 신호(trigger signal)는 모델을 구동시키는 기어에 레이저 신호를 보내 반대편에서 수신되는 순간에 5V의 전압이 흐르도록 하여 얻을 수 있었다.
- 인해 발생한다. 이와 같이 양력이 발생하는 downstroke 운동 과정에서 발생된 양(+)의 방향 양력계수 부분의 면적을 계산하여 한주기 동안의 양력계수의 값을 조사한 결과 앞. 뒤 날개의 위상차가 90°인 경우에 한주 기 동안 가장 큰 양력계수가 발생하였다.
대상 데이터
- <fig. 5>는 모델에서 발생되는 힘을 데이터로 획득하기까지의 과정을 보여주는 그림으로 모델에서 측정된 힘은 10Hz 저역필터(low pass filter) 가 장착된 증폭기(amplifier) 를 통하여 National Instrument 사의 데이터 획득시스템을 사용하였다. Fejtek and Nehera[6]는 플래핑 날개에 관한 공력 즉 정연구에서 노이즈(noise) 제거를 위해 10Hz 저역 필터를 사용하였다.
- 6>은 풍동에서 얻은 데이터와 진공챔버에서 얻은 데이터의 앙상블 평균 (ensemble average)을 보여주는 그래프이며, 그래프에서 데이터의 개수가 50회 이상부터 수렴하는 것을 볼수 있다. 따라서 본 연구에서 사용된 데이터는 55회 앙상블 평균값을 사용하였다.
- 날개의 진폭은 +38° ~-38°로 상하대칭을 이루고 있으며, 날개를구동시키는 기어와, 날개와 기어를 연결시켜주는커넥팅로드를 사용하여 앞뒤날개의 위상차를 변화시켜 줄 수 있도록 제작되었다. 또한 본 연구에 사용된 날개는 실제 잠자리의 날개를 모방하기 위하여, 날개의 재질은 알루미늄 증착 필름을사용하였다. 날개의 골격을 유지하기 위해 2mm 의 탄소봉을 사용하여 앞 전의 스파(spar) 역할을수행하도록 하였으며, 앞전에서 뒷전 방향으로 1mm의 탄소봉을 사용하여 뼈대를 유지하였다.
- 두 번째는 날개의 탄성효과이다. 본 연구에서 사용된 날개 표면의 재질은 알루미늄 증착 필름을 사용하였고, 뼈대는 탄소봉을 사용하였다. 따라서 날개의 진동수에 따라 날개는 유연성 (flexibility)이 존재한다.
- 본 연구에서는 Re=3.4xl03에서 붙임각 0°의 두 쌍 날개를 갖는 잠자리 앞. 뒤날개의 위상변화 (0°, 90°, 180°, 270°)와 무차원 진동수 변화 (K=0.
- 이것은 비록 앞날개가 upstroke 운동과정에 있어도 뒷날개는 downstroke 운동과정중이기때문이다. 본연구에서 사용된 모델은 실제 잠자리 날개를 약 3.5배 확대시킨 모델로 뒷날개가앞날개보다 크게 제작되어졌다. 따라서 뒷날개에서 발생된 양력 성분이 앞날개에서 발생된 양력반대 방향의 성분보다 크기 때문에 양력계수가 계속 증가하고 있는 원인이 된다.
성능/효과
- 뒤날개의 위상차가 90°인 경우에 무차원진동수를 증가시키면서 가시화 연구를 수행하였다. 그 결과 무차원 진동수가 증가할수록 앞전와류의 재부착 효과가 증가한다는 것을 가시화사진으로 증명하였다. 가장 최근의 잠자리의 공력특성에 관한 연구결과는 Okamoto 등[5]에 의해 발표되었다.
- Fejtek and Nehera[6]는 플런징 운동을 수행하는 에어포일날개에 관한 양력 데이터를 획득하였다. 그들의 결과를 분석하여 보면, 날개의 downstroke 운동 중간 지점에서 최대 양력이 발생하고 이후 양력계수가 감소하다 upstroke 중간지점에서 양력계수가. 가장 낮게 나타나고 있다.
- 이외에도 앞. 뒤날개의 위상차가 90°로 일정하고 무차원 진동수를 변화시킨 경우에는, 최대 양력계수뿐만 아니라 단위 시간당 양(+)의 양력계수도 무차원 진동수 K=0.075z 0.15, 0.225로 증가할수록 증가하는 경향을 알 수 있었다.
- Singh 등 [8]은 기계적으로 작동하는 플래핑 날개의 순수 공력을 측정하기 위해서는 관성력을 제거하여야 한다고 밝혔으며, 그들은 90% 진공상태에서 관성력을 제거하였다. 본 연구에서 사용된 진공챔버는 한국항공대학교 응용공기역 학연 구실에서 설계하여 외주제작한 장비로 99.99%의 진공상태를 유지할 수 있다.
- 0099이다. 이와 같이 계산된 결과를 분석하면위상차가 90°인 경우에 양력계수가 가장 큰 것을알 수 있고, 위상차가 0°인 경우에 양(+)의 양력계수의 크기가 가장 작은 것을 알 수 있다. 그러나 <fig.
- 8>의 (a) 와 (b) 의 그래프를 살펴보면, (b) 의 경우는 뒷날개가 downstroke 운동을 중에 발생하는 양(+) 방향의양력계수가 시간에 따라서 어느 정도 일정한 반면에, (a)의 그래프는 양력계수가 일정하지 않고, 날개가 downstroke 운동을 할 때 양력계수가 급격하게 증가하는 경향을 볼 수가 있다, Alexandere]는 실제 잠자리의 경우 일반적으로 90°의 위상차로 비행을 하면서 순간적인 방향전환이나 급 전진비행 중에는 위상차가 없는 비행을 한다고 밝힌 바 있다. 이와 같이 본 연구의결과에서 두 가지 경우에 대하여 분석을 하면 지속적인 양력을 필요로 하는 경우 즉 일반적인비행을 하는 경우에는 90°의 위상차로 비행을 하고, 순간적인 힘을 필요로 할 때에는 위상차가 0°인 비행을 수행한다고 예측할 수 있다.
후속연구
- 뒤날개의 위상차와 무차원 진동수 변화에 따른 양력 데이터를 획득하기 위한 실험적 연구이다. 본연구에서 획득된 공력 데이터는 단 순한플런징 운동만을 수행하는 2쌍의 날개를 갖는 모델에 관한 것이며, 이러한 데이터는 잠자리의 비행원리를 규명하기 위한 기초적인 자료로 활용될수 있을 것이다.
- 향후 앞날개는 0°, 뒷날개는 약 5°~10°의 붙임각을 갖는 실제 잠자리처럼 뒷날개가 붙임각이있는 경우에 대한 연구를 수행할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.