항공공학

출처: 호세 로베르토 모레토와 샤오펑 리우, 항공 우주 공학부, 샌디에고 주립 대학, 샌디에고, 캘리포니아 저속 풍동은 항공기 공기역학적 특성을 연구하고 항공기 성능과 안정성을 평가하는 데 중요한 도구입니다. 탈착식 꼬리와 6성분 외부 공기역학력 밸런스를 가진 DC-6B 항공기의 스케일 모델을 사용하여, 우리는 테일없이 모델 비행기의 리프트 계수(CL),드래그 계수(CD), 피칭 모멘트 계수(CM) 및 야모모계계수(CN)를 측정하여, 꼬리없이, 구연한 안정성, 긴 방향에 대한 꼬리의 효과를 평가할 수 있다. 이 데모에서는 공기역학적 특성과 비행 성능 및 안정성을 공기역학적 힘 균형 측정 방법을 사용하여 분석됩니다. 이 방법은 항공 우주 산업 및 항공기 및 로켓 개발을위한 연구 실에서 널리 사용됩니다. 여기서, 모델 DC-6B 비행기는 상이한 유량 조건 및 구성에서 분석되고, 갑작스러운 변화가 있을 때 그 동작을 분석한다.

출처: 슈레야스 나르시푸르, 기계 및 항공 우주 공학, 노스 캐롤라이나 주립 대학, 롤리, NC 프로펠러는 그림 1에 표시된 것처럼, 방사형 역을 따라 위치에 대해 코드의 각도가 변경되는 트위스트 익포일입니다. 프로펠러는 항공기 및 선박 추진 시스템에 널리 사용되어 고성능 차량을 설계하기 위해 프로펠러의 상세한 특성을 필요로합니다. 그림 1. 방사형 역에서 화음, 두께 및 피치. 프로펠러의 특징 중 하나는 피치/트위스트입니다. 프로펠러의 피치는 일반적으로 길이 단위로 주어지며 프로펠러가 하나의 단일 회전에서 공기를 통해 이동하는 이론적 거리입니다. 그러나 항공기와 프로펠러의 항력으로 인해 프로펠러는 이론적인 거리를 이동하지 않습니다. 실제 이동 거리는 프로펠러의 효과적인 피치라고 하며, 이론적 또는 기하학적 피치와 유효 피치의 차이는 도 2에 도시된 바와 같이 프로펠러 슬립이라고 합니다. 그림 2. 피치와 슬립의 표현. 이 데모에서는 7개의 프로펠러가 아음속 풍동에서 프로펠러...

출처: 데이비드 구오, 공학, 기술 및 항공 대학 (CETA), 서던 뉴 햄프셔 대학 (SNHU), 맨체스터, 뉴햄프셔 익형은 중요한 날개 성능 특성을 나타내는 2차원 날개 섹션입니다. 압력 분포 및 리프트 계수는 익선 포일의 동작을 특징짓는 중요한 매개 변수입니다. 압력 분포는 익선에 의해 생성된 리프트와 직접 관련이 있습니다. 이 데모에서 사용되는 Clark Y-14 익포일은 두께가 14%이며 코드 길이의 30%에서 후면까지 낮은 표면에 평평합니다. 여기서 는 풍구를 사용하여 익형 주변의 압력 분포를 측정하는 방법을 시연할 것입니다. 19개의 압력 포트가 있는 Clark Y-14 익포일 모델은 압력 데이터를 수집하는 데 사용되며, 이는 리프트 계수를 추정하는 데 사용됩니다.

출처: 데이비드 구오, 공학, 기술 및 항공 대학 (CETA), 서던 뉴 햄프셔 대학 (SNHU), 맨체스터, 뉴햄프셔 날개는 비행기의 주요 리프트 생성 장치입니다. 이륙 또는 착륙 시 플랩(후행 엣지)과 칸막이(앞면)와 같은 하이 리프트 장치를 배치하여 날개 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 이 실험에서는 풍동이 특정 비행 속도를 생성하는 데 활용되며 플랩과 칸막이가 있는 Clark Y-14 날개는 리프트, 드래그 및 피칭 모멘트 계수와 같은 데이터를 수집하고 계산하는 데 사용됩니다. 클라크 Y-14 익포일은 도 1에 표시되며 두께가 14%이며 코드의 30%에서 후면까지 하부 표면에 평평합니다. 여기서 풍동 테스트는 Clark Y-14 날개의 공기역학적 성능이 플랩 및 칸막이와 같은 고리프트 장치의 영향을 받는 방법을 시연하는 데 사용됩니다. 그림 1. 클라크 Y-14 익포일 프로필.

출처: 호세 로베르토 모레토와 샤오펑 리우, 항공 우주 공학부, 샌디에고 주립 대학, 샌디에고, 캘리포니아 풍동 테스트는 사용 중에 공기 흐름을 받는 차량 및 구조물의 설계에 유용합니다. 풍동 데이터는 연구 중인 물체의 모델에 제어된 공기 흐름을 적용하여 생성됩니다. 테스트 모델은 일반적으로 유사한 형상을 가지고 있지만 전체 크기의 개체에 비해 작은 축척입니다. 저속 풍동 테스트 중에 정확하고 유용한 데이터가 수집되도록 테스트 모델과 전체 크기의 물체에 대한 실제 유동 필드 간에 레이놀즈 수의 동적 유사성이 있어야 합니다. 이 데모에서는 흐름 특성이 잘 정의된 매끄러운 구를 통해 풍동 흐름을 분석합니다. 구는 잘 정의된 유동 특성을 가지고 있기 때문에, 효과적인 레이놀즈 수와 테스트 레이놀즈 수의 상관관계가 있는 풍동의 난기류 계수는 풍동의 자유 스트림 난류 강도를 결정할 수 있다.

출처: 데이비드 구오, 공학, 기술 및 항공 대학 (CETA), 서던 뉴 햄프셔 대학 (SNHU), 맨체스터, 뉴햄프셔 교차 원통형 흐름에 대한 압력 분포 및 드래그 추정은 수세기 동안 조사되었습니다. 이상적으로 는 잠재적 흐름 이론에 의하면 실린더 주변의 압력 분포는 수직대칭입니다. 실린더의 압력 분포상류와 하류도 대칭으로 제로네트 드래그 력을 생성합니다. 그러나 실험 결과는 매우 다른 흐름 패턴, 압력 분포 및 드래그 계수를 산출합니다. 이는 이상적인 무의미한 잠재적 이론이 관제 흐름을 가정하기 때문에 흐름 패턴을 결정할 때 점도가 고려되거나 고려되지 않기 때문입니다. 이것은 현실과 크게 다릅니다. 이 데모에서는 풍동이 지정된 공기 속도를 생성하는 데 활용되며, 압력 포트가 24개인 실린더를 사용하여 압력 분포 데이터를 수집합니다. 이 데모는 원형 실린더 주위를 흐르는 실제 유체의 압력이 이상적인 유체의 잠재적 흐름에 따라 예측된 결과와 어떻게 다른지 보여줍니다. 드래그 계수도...

출처: 슈레야스 나르시푸르, 기계 및 항공 우주 공학, 노스 캐롤라이나 주립 대학, 롤리, NC 노즐은 다양한 단면덕분에 흐름을 가속화하거나 감속하는 데 일반적으로 사용되는 장치입니다. 노즐은 항공 우주 추진 시스템에 널리 사용됩니다. 로켓에서 챔버에서 배출되는 추진제는 노즐을 통해 가속되어 시스템을 추진하는 반응력을 생성합니다. 제트 엔진에서 노즐은 고압 소스에서 기력을 생성하기 위해 배기의 운동 에너지로 에너지를 변환하는 데 사용됩니다. 노즐을 따라 이스엔트로픽 모델은 노즐의 흐름이 매우 빠르기 때문에 1차 분석에 충분하며(따라서 첫 근사치에 대한 방향분별)은 마찰이 거의 없기 때문에(충격파가 형성되고 노즐이 상대적으로 짧은 경우를 제외하고는 유동이 유리한 압력 그라데이션을 가진 거의 1차원이기 때문). 이 실험에서는 노즐 테스트 장비에 두 가지 유형의 노즐이 장착되어 압축 공기 소스를 사용하여 압력 흐름이 생성됩니다. 노즐은 다양한 유동 조건에서 노즐의 내부 흐름을...

출처: 호세 로베르토 모레토, 제이미 도라도, 샤오펑 리우, 항공 우주 공학부, 샌디에고 주립 대학, 샌디에고, 캘리포니아 군용 제트 전투기와 발사체는 소리의 속도를 초과하는 놀라운 속도로 비행 할 수 있으며, 이는 초음속으로 여행하는 것을 의미합니다. 소리의 속도는 음파가 343m/s인 매체를 통해 전파되는 속도입니다. 마하 번호는 소리의 속도에 따라 물체의 비행 속도를 측정하는 데 사용됩니다. 소리의 속도로 이동하는 물체는 마하 수가 1.0인 반면 소리의 속도보다 빠르게 이동하는 오브젝트는 마하 수가 1.0보다 큽습니다. 공기의 압축성 효과는 이러한 속도로 주행할 때 고려해야 합니다. 마하 수가 0.3보다 클 때 흐름은 압축 가능한 것으로 간주됩니다. 본 데모에서, 마하 2.0 초음속 흐름은 슐리렌 시스템을 사용하여 압축 성 유동에서 충격파 및 압축파의 형성을 시각화하여 분석될 것이다.

출처: 호세 로베르토 모레토, 구스타프 제이콥스, 샤오펑 리우, 항공우주 공학부, 샌디에이고 주립대학, 샌디에이고, 캘리포니아 그림 1D에 표시된 델타 윙은 초음속 및 초음속 비행 체제에서 뛰어난 성능으로 인해 고속 비행기에서 인기있는 디자인입니다. 날개의이 유형은 작은 종횡비와 높은 스윕 각도를 가지고, 이는 높은 아음속, 트랜스 오닉 및 초음속 비행 정권에서 드래그를 감소시킨다. 종횡비는 날개 범위로 정의되며 평균 화음으로 나눈다. 델타 윙의 중요한 장점은 높은 스톨 각도입니다. 델타 윙의 노점은 높은 종횡비 날개의 노점에 비해 지연됩니다. 이는 델타 윙의 리프트가 날개 위에 있는 최첨단 소용돌이에 의해 강화되고 있기 때문입니다. 이 소용돌이 흐름 현상을 관찰하고 델타 날개의 소용돌이 고장을 연구하는 효과적인 방법은 물 터널의 흐름을 시각화하는 것입니다. 최첨단염료 포트로부터 모델을 둘러싼 흐름에 염료를 주입함으로써, 소용돌이 발달 및 고장을 관찰하고 그 위치를 측정할 수...

공기역학 연구에서 유동 시각화는 신체 주변 또는 신체에서 중요한 도구입니다. 그것은 질적으로 그리고 정량적으로 유동 구조를 연구하는 방법을 제공하고, 또한 연구원이 유체 흐름 행동을 이론화하고 확인하는 데 도움이됩니다. 흐름 시각화는 표면 외 시각화 및 표면 흐름 시각화의 두 범주로 나눌 수 있습니다. 표면 외 유동 시각화 기술은 관심 있는 몸 주위의 흐름 특성을 결정하는 것을 포함합니다. 여기에는 입자 이미지 속도측정(PIV), 슐리렌 이미징 및 연기 흐름 시각화를 포함하지만 제한되지 는 않습니다. 이러한 기술은 신체 주위의 흐름에 대한 정량적 데이터뿐만 아니라 정량적 데이터를 제공할 수 있습니다. 그러나 이러한 기술은 일반적으로 비용이 많이 들고 설정하기가 어렵습니다. 반면, 표면 유량 시각화 기술은 표면의 흐름을 연구하기 위해 염료로 관심 있는 본체를 코팅하는 것을 포함한다. 실제로 더 침습적인 이러한 기술은 염료 흐름 시각화를 포함하고, 최근에는 신체 표면의 흐름에 대한...

출처: 데이비드 구오, 공학, 기술 및 항공 대학 (CETA), 서던 뉴 햄프셔 대학 (SNHU), 맨체스터, 뉴햄프셔 피토 정적 튜브는 공기 흐름에서 알 수 없는 속도를 측정하는 데 널리 사용되며, 예를 들어 비행기 공기 속도를 측정하는 데 사용됩니다. 베르누이의 원칙에 따르면, 공기 속도는 압력의 변화와 직접적으로 관련이 있습니다. 따라서 피토 정적 튜브는 침체 압력과 정적 압력을 감지합니다. 기압계 또는 압력 트랜스듀서에 연결되어 압력 판독값을 얻을 수 있으며, 이를 통해 공기 속도 예측을 가능하게 합니다. 이 실험에서는 풍동이 피토 정적 튜브 예측과 비교하여 특정 비행 속도를 생성하는 데 사용됩니다. 유동 방향에 대한 정렬 불량으로 인한 피토 정적 튜브의 감도도 조사됩니다. 이 실험에서는 피토 정적 튜브를 사용하여 공기 흐름 속도를 측정하는 방법을 보여 줍니다. 목표는 얻은 압력 측정에 따라 공기 흐름 속도를 예측하는 것입니다.

출처: 샤오펑 리우, 호세 로베르토 모레토, 제이미 도라도 항공우주공학과, 샌디에이고 주립대학교, 샌디에이고, 캘리포니아 경계층은 유동장에 침지된 고체 바디의 표면에 바로 인접한 얇은 유동 영역입니다. 이 지역에서점성 전단 응력과 같은 점성 효과는 유체와 고체 표면 사이의 마찰의 영향으로 인해 유동이 지연됩니다. 경계 층 의 외부, 흐름은 비스타, 즉, 마찰, 열 전도 또는 질량 확산으로 인한 소멸 효과가 없다. 경계 층 개념은 1904 년 Ludwig Prandtl에 의해 도입되었으며, 이는 견고한 몸위에 흐르는 처리를위한 Navier-Stokes (NS) 방정식에 상당한 단순화를 가능하게합니다. 경계 층 내부의 NS 방정식은 경계 레이어 방정식으로 감소되고 경계 층 외부에서는 NS 방정식의 단순화된 버전인 오일러 방정식에 의해 흐름을 설명할 수 있다. 그림 1. 플랫 플레이트를 통해 경계 층 이 개발됩니다. 경계 층 개발을위한 가장 간단한 경우는 발생률이 0 각도로 플랫...

출처: 슈레야스 나르시푸르, 기계 및 항공 우주 공학, 노스 캐롤라이나 주립 대학, 롤리, NC 유체 압력은 시스템의 공기 역학을 결정하는 데 필요한 중요한 유동 특성입니다. 가장 오래되고 여전히 기존의 압력 측정 시스템 중 하나는 작동의 정확성과 단순성으로 인해 기마계입니다. 기마계는 일반적으로 그림 1에도시된 바와 같이 부분적으로 액체로 채워진 U자 형 유리 튜브입니다. U-튜브 기마계는 움직이는 부품이 없기 때문에 교정이 필요하지 않으며 측정은 중력의 기능과액체밀도입니다. 따라서, 기마계는 간단하고 정확한 측정 시스템입니다. 그림 1. U-튜브 기마계의 회로도. 유체 유압을 측정하는 데 일반적으로 사용되는 장치인 피토 정적 프로브의 정체 및 정적 압력 포트를 압력 측정 장치의 포트에 연결하여 항공기에서 실시간 압력 측정을 얻을 수 있습니다. 이를 통해 조종사는 기존 비행 조건을 확보하고 비행 조건이 변경될 경우 경고할 수 있습니다. 기마계는 매우 정확한 압력 판독값을...

출처: 엘라 M. 앳킨스, 항공 우주 공학학과, 미시간 대학, 앤 아버, MI 개요 오토파일럿을 사용하면 항공기의 방향, 각도 속도 및 공기 속도를 측정하는 온보드 센서에서 수집된 데이터를 사용하여 항공기를 안정화할 수 있습니다. 이러한 수량은 자동 조종 장치에 의해 조정될 수 있으므로 항공기는 발사(이륙)부터 복구(착륙)를 통해 비행 계획을 자동으로 따릅니다. 대형 고정익 상용 수송기부터 4개의 추진기 유닛이 있는 쿼드콥터와 같은 소규모 다중 로터 헬리콥터에 이르기까지 모든 유형의 항공기를 제어하기 위해 유사한 센서 데이터가 수집됩니다. 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS)과 같은 센서에 의해 관성 위치와 속도를 포착하여 자동 조종 장치 실시간 비행 제어 시스템을 통해 멀티콥터 또는 고정 익 항공기가 지정된 궤적을 따라 태도와 공기 속도를 안정화할 수 있습니다. 센서 통합, 교정, 데이터 수집 및 신호 필터링은 비행 제어 실험을 위한 전제 조건입니다. 여기서는 비행 제어에 필요한...

출처: 프라신 샤르마와 엘라 엠 앳킨스, 항공 우주 공학과, 미시간 대학, 앤 아버, MI 멀티 콥터는 취미와 상업 응용 프로그램의 다양한 인기를 끌고있다. 그들은 일반적으로 쿼드 콥터 (4 개의 추진기), 헥사 콥터 (6 추진기), 옥토 콥터 (8 추진기) 구성으로 사용할 수 있습니다. 여기서는 멀티콥터 성능을 특성화하는 실험 과정을 설명합니다. 추진 유닛 중복성을 제공하는 모듈식 소형 헥사콥터 플랫폼이 테스트됩니다. 개별 정적 모터 추력은 동력계와 다양한 프로펠러 및 입력 명령을 사용하여 결정됩니다. 이 정적 추력은 모터 RPM의 함수로 표현되며, 여기서 RPM은 모터 출력 및 제어 입력에서 결정됩니다. 그런 다음 헥사콥터는 5' x 7'저속 재순환 풍동에 로드 셀 테스트 스탠드에 장착되고, 공기역학적 리프트 및 드래그 포스 구성 요소는 다양한 모터 신호, 프리 스트림 유량 속도 및 공격 각도에서 비행 중에 특징지어졌습니다. 헤사콥터는 Clothier1에보고된 바와 같이...