8.3: 에어포일 동작: Clark Y-14 날개의 압력 분포

1. Clark Y-14 모델(코드 길이, c = 3.5인치)을 설치하려면 테스트 섹션의 상단 커버를 제거합니다. 테스트 섹션은 1ft x 1ft여야 하며 풍동은 최대 140mph의 최고 속도를 유지할 수 있어야 합니다.
2. 포트 #1 상류를 향할 수 있도록 테스트 섹션 내부의 턴테이블에 알루미늄 클라크 Y-14 모델을 탑재합니다. 상단 커버를 교체합니다. 이 모델은 풍동 테스트 섹션의 바닥과 천장을 모두 터치하므로 에어포일 주위의 3D 흐름이 개발되지 않습니다.
3. 1 - 19라고 표시된 19개의 압력 튜브를 각각 기마계 패널의 해당 포트에 연결합니다. Clark Y-14 모델의 포트는 포트 1: x/c = 0(앞면 가장자리), 포트 2 및 11: x/c = 5%, 포트 3 및 12: x/c = 10%, 포트 4 및 13: x/c = 20%, 포트 5 및 14: x/c = 다음과 같이 있습니다. 30% 포트 6 과 15 : x / c = 40%, 포트 7 및 16 : x / c = 50 %, 포트 8 및 17 : x / c = 60 %, 포트 9 및 18 : x / c = 70 %, 및 포트 10 및 19 : x / c = 80 % (그림 2). 기마계 패널에는 24개의 기둥이 컬러 오일로 채워져 있고 물 인치 졸업으로 표시되어야 합니다.
4. 공격 각도가 0°되도록 턴테이블을 회전합니다.
5. 90mph에서 풍구를 실행하고 기마계를 판독하여 19개의 압력 측정을 모두 기록합니다.
6. 4및 8°의 공격 각도에 대해 4단계와 5단계를 반복합니다.

익형은 항공기에서 양력을 생성하는 2차원 날개 섹션입니다. 익형은 여러 형상으로 제공되지만 모두 동일한 기능으로 설명됩니다. 앞 가장자리는 최대 곡률을 가진 익형의 앞쪽 지점입니다. 마찬가지로 트레일링 에지는 익형 뒤쪽의 최대 곡률 지점입니다.

현 선은 선행 가장자리와 후행 가장자리를 연결하는 직선입니다. 현 길이 c는 이 현 선의 길이이며 다른 방향의 치수를 현 길이의 백분율로 설명하는 데 사용됩니다.

여기에서는 두께가 14% 코드 길이이고 30% 코드에서 트레일링 에지까지 하단 표면이 평평한 Clark Y-14 익형에 초점을 맞출 것입니다. 다양한 받음각에서 익형은 접근하는 공기 압력에 대해 상부 표면에서 더 낮은 압력을 생성하고 하단 표면에서 더 높은 압력을 생성합니다.

베르누이의 원리에 따르면 이 압력 차이는 익형의 상부 영역과 하부 영역 사이의 속도 차이의 결과이며, 이는 공기 분자가 곡면과 상호 작용하여 발생합니다. 상부 표면의 낮은 압력 영역은 하부 표면의 높은 압력 영역보다 더 높은 속도를 갖습니다.

익형의 표면에 평행한 전단력을 무시하면 전체 압력이 양력을 생성합니다. 이 관계를 사용하여 익형의 임의의 점에 대한 압력 계수 Cp를 정의할 수 있습니다. 압력 계수는 무차원 숫자이며, 이는 유동장 전체의 상대적 압력을 설명합니다. P는 절대 압력, P 무한대는 자유 스트림 압력, rho 무한대와 V 무한대는 각각 자유 스트림 밀도와 속도입니다.

앞 가장자리 위치를 제외하고 Cp에 의해 결정되는 압력 힘 방향은 낮은 받음각에서 양력과 같은 방향으로 대략 위쪽을 가리킵니다. 따라서 이 관계를 사용하여 생성된 양력을 물체 주위의 유체 흐름과 관련시키는 비차원 양력 계수 CL을 계산할 수 있습니다. 여기서 c는 현 길이이고 x는 앞 가장자리가 0인 수평 좌표 위치입니다.

이 실험에서는 표면에 19개의 압력 탭이 있는 익형 표면의 압력 분포를 분석합니다. 각 압력 판독 값은 액체 압력계를 사용하여 측정됩니다. 다양한 받음각에서 풍동에서 에어포일을 공기 흐름에 적용하여 압력 분포와 양력을 측정합니다.

이 실험에서는 테스트 섹션이 1피트 x 1피트이고 최대 작동 공기 속도가 140mph인 공기역학적 풍동을 사용합니다. 모델 에어포일은 압력 튜브용 14개의 내장 포트가 있는 알루미늄 Clark Y-19 에어포일입니다. 압력 포트의 위치가 여기에 표시됩니다. 포트 좌표는 포트의 위치를 코드 길이로 나누어 결정됩니다. 압력 포트는 유색 오일로 채워진 압력계 패널에 연결되지만 water-inch 눈금으로 표시됩니다.

시작하려면 테스트 섹션의 상단 덮개를 제거하고 에어포일을 턴테이블에 수직으로 설치하고 포트 번호 1이 업스트림을 향하도록 합니다. 테스트 섹션의 상단 덮개를 교체합니다. 익형 모델은 익형 주변에 3D 흐름이 발생하지 않도록 하기 위해 풍동 테스트 섹션의 바닥과 천장 모두에 닿습니다.

레이블이 지정된 19개의 압력 튜브를 압력계의 해당 포트에 연결합니다. 이제 받음각이 0이 되도록 턴테이블을 회전합니다. 그런 다음 풍동을 켜고 풍속을 90mph로 설정합니다. 19개의 압력계 높이 판독값을 모두 노트북에 기록하십시오.

이제 풍동을 끄고 받음각을 4?로 조정합니다. 그런 다음 풍속을 90mph로 설정하여 풍동을 다시 켜고 19개의 압력 포트 각각에 대한 압력계 판독값을 기록합니다. 마지막으로 90μ의 받음각에 대해 8mph에서 측정을 반복합니다. 이전과 마찬가지로 모든 압력계 판독값을 기록하십시오.

이제 데이터를 분석하는 방법을 살펴보겠습니다. 먼저, 이 관계를 사용하여 각 압력계 높이 판독값에 대한 게이지 압력을 결정하며, 여기서 delta h는 노트북에 기록된 높이 판독값, rho L은 오일의 밀도, g는 중력 가속도입니다. 다음으로, 익형의 각 포트에 대한 비차원 압력 계수 Cp를 계산합니다.

압력 계수는 자유 스트림 밀도, 자유 스트림 속도 및 게이지 압력을 사용하여 표시된 대로 계산됩니다. 포트 좌표에 대한 음의 압력 계수를 플로팅해 보겠습니다. 먼저, 받음각이 0인 경우 플롯이 시각적으로 더 직관적이도록 y축에 양수 Cp 대신 음의 Cp를 플롯합니다. 따라서 상단 트레이스는 익형의 상부 표면에 음압을 전달하고 하단 트레이스는 하단 표면에 양압을 전달합니다.

플롯에서 우리는 압력이 앞 가장자리 직후에 급격히 변하는 것을 볼 수 있습니다. 압력은 리딩 에지 이후 약 5-15% 현에서 최소값에 도달합니다. 결과적으로, 양력의 약 절반이 익형의 첫 번째 1/4 현 영역에서 생성됩니다. 세 가지 받음각을 모두 살펴보면 리딩 엣지 이후에 유사한 압력 변화가 관찰됩니다.

또한 세 가지 경우 모두 위쪽 표면이 아래쪽 표면보다 더 많은 양력에 기여합니다. 결과적으로 날개 상단의 깨끗하고 단단한 표면을 유지하는 것이 중요합니다. 이것이 대부분의 비행기가 날개 상단에 있는 물체를 치우는 이유입니다.

실속이 발생하기 전에 받음각을 높이면 익형의 바닥 표면과 상단 표면 사이의 압력 차이가 높아져 더 높은 양력이 생성됩니다. 여기에 표시된 관계를 사용하여 각 받음각에 대한 양력 계수를 계산할 수 있습니다. 양력 계수는 생성된 양력을 익형의 압력 분포와 관련시키며, 예상대로 받음각이 높을수록 더 높습니다.

요약하면, 우리는 익형을 따른 압력 차이가 어떻게 항공기에서 양력을 생성하는지 배웠습니다. 그런 다음 다양한 받음각에서 기류를 받는 Clark Y-14 익형의 표면을 따라 압력 분포를 측정하고 양력 계수를 계산했습니다.