압력 중심(유체 역학)
Center of pressure (fluid mechanics)압력의 중심은 압력장의 총합이 물체에 작용하여 힘을 작용시키는 지점입니다.압력의 중심에 작용하는 총 힘 벡터는 통합된 벡터 압력장의 값입니다.결과적으로 발생하는 힘과 압력 위치의 중심은 원래 압력장과 동일한 힘과 모멘트를 신체에 생성한다.압력장은 정적 유체 역학과 동적 유체 역학 모두에서 발생합니다.압력의 중심, 압력의 중심이 참조되는 기준점 및 관련된 힘 벡터의 지정에 의해 기준점에서 원하는 새로운 점으로의 변환에 의해 생성된 모멘트를 계산할 수 있다.압력의 중심이 신체에 위치하는 것이 일반적이지만 유체 흐름에서는 압력장이 [1]신체 외부에 위치할 정도로 신체에 모멘트를 가할 수 있다.
정수 예(댐)
댐에 가해지는 물의 힘은 정수력이기 때문에 깊이에 따라 선형적으로 변한다.댐에 대한 총 힘은 압력에 깊이의 함수로 댐 폭을 곱한 적분이다.의 중심은 물줄 위에서 삼각형 모양의 의 중심에 위치합니다특정 지점 주변의 댐의 정수력 및 기울기 모멘트는 관심 지점에 상대적인 압력 위치의 총 힘과 중심에서 계산할 수 있다.
범선의 과거 용도
압력의 중심은 돛의 공기역학적 힘이 집중되는 위치를 나타내기 위해 돛단배 설계에 사용됩니다.
돛의 공기역학적 압력 중심과 선체의 유체역학적 압력 중심(가로 방향 저항의 중심이라고 함)의 관계에 따라 바람에 의한 보트의 동작이 결정됩니다.이 동작은 "헬름"으로 알려져 있으며 기상 조타 또는 리 조타입니다.일부 선원들에 의해 약간의 날씨 조타력은 조타력의 "느낌"과 강한 돌풍으로 배가 약간 바람 쪽으로 향하는 경향 양쪽 모두에서 어느 정도 스스로 돛을 달아주는 바람직한 상황으로 여겨진다.다른 선원들은 동의하지 않고 중립적인 키를 선호한다.
"헬름"의 근본적인 원인은 날씨든 바람이 불든 돛 계획의 압력 중심과 선체의 횡방향 저항 중심과의 관계입니다.기압의 중심이 측방향 저항의 중심인 웨더 키보다 후방에 있다면, 선박의 경향은 바람으로 바뀌기를 원하는 것입니다.
선체의 횡방향 저항 중심 전방으로 압력 중심이 이동하면서 상황이 반전되면 "리" 조타 장치가 발생하며, 이는 위험하지는 않더라도 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주됩니다.어느 한 쪽의 조타도 너무 많으면 조타수가 방향타를 잡도록 강요해 중립 또는 최소의 조타수를 가진 선박이 겪을 [2]수 있는 것보다 더 많은 항력을 유발하기 때문에 좋지 않다.
항공기 공기역학
안정적인 구성은 항행뿐만 아니라 항공기 설계에서도 바람직하다.따라서 항공기 설계는 기압 중심이라는 용어를 차용했다.돛처럼 단단하고 비대칭적인 날개는 양력을 발생시킬 뿐만 아니라 순간도 발생시킵니다.항공기의 압력 중심은 모든 공기역학 압력장이 [3][4]모멘트가 없는 단일 힘 벡터로 표현될 수 있는 지점이다.공기역학적 힘에 의해 생성되는 피칭 모멘트가 공격 [5][6][7]각도와 일정한 에어포일의 지점인 공기역학적 중심도 이와 유사하다.
공기역학적 중심은 모든 비행 기계의 종방향 정적 안정성을 분석하는 데 중요한 역할을 합니다.항공기의 피치 각도와 공격 각도가 교란될 때(예: 윈드 시어/수직 돌풍에 의해) 조종사나 자동 조종이 제어 표면 편향을 변경하지 않고 항공기가 원래의 다듬어진 피치 각도와 공격 각도로 되돌아가는 것이 바람직하다.항공기가 조종사나 자동 조종사의 입력 없이 다듬어진 자세로 돌아가려면, 항공기는 양의 세로 방향 정적 [8]안정성을 가져야 한다.
비산물 공기역학
비산물은 일반적으로 선호하는 평면이나 기동 방향을 가지고 있지 않기 때문에 대칭 날개 모양을 가지고 있다.대칭 날개의 압력 중심은 작은 각도의 경우 상대적으로 일정하기 때문에, 비산물 엔지니어는 안정성과 제어 분석을 위해 일반적으로 전체 차량의 압력 중심을 언급한다.비산물 분석에서 압력의 중심은 일반적으로 트림의 [9]공격 각도에서 벗어난 공격 각도의 변화로 인한 추가 압력장의 중심으로 정의된다.
무유도 로켓의 경우 트림 위치는 일반적으로 공격 각도가 0이고 압력의 중심은 매우 작은 공격 각도로 인해 발생하는 전체 차량의 흐름장의 압력 중심으로 정의된다(즉, 압력 중심은 공격 각도가 0이 될 때 한계이다).비산물에서 확실한 안정성을 위해 위에서 정의한 총 차량 압력 중심은 무게 중심보다 차량의 코에서 더 멀리 떨어져야 한다.공격 각도가 낮은 미사일의 경우, 압력의 중심에 대한 기여는 코, 날개, 지느러미에 의해 좌우됩니다.각 성분의 공격 각도에 압력 중심 위치를 곱한 정규화 힘 계수 도함수를 사용하여 총 압력 중심을 나타내는 중심을 계산할 수 있습니다.추가된 흐름장의 압력 중심은 무게 중심 뒤에 있으며, 추가된 힘이 추가된 공격 각도의 방향을 "점"합니다. 그러면 차량이 트림 위치로 다시 밀리는 모멘트가 생성됩니다.
다른 공격 각도로 차량을 트림하기 위해 핀을 이동할 수 있는 유도 비산물에서 압력 중심은 변형되지 않은 핀 위치에 대한 해당 공격 각도에서 흐름장의 압력 중심이다.이것은 공격 각도의 작은 변화(위에서 정의한 바와 같이)의 압력의 중심입니다.다시 한 번 긍정적인 정적 안정성을 위해 이 압력 중심 정의를 위해서는 압력 중심이 코에서 무게 중심보다 더 멀리 있어야 합니다.이렇게 하면 공격각의 증가로 인해 힘이 증가하면 복원 모멘트가 증가하여 비산물이 잘린 위치로 되돌아갈 수 있습니다.비산물 분석에서 양의 정적 여유는 전체 차량이 트림 위치에서 공격 각도에 대해 복원 모멘트를 만든다는 것을 의미한다.
공기역학적 장에 대한 압력 중심 이동
대칭 날개에서 압력의 중심은 일반적으로 날개 앞쪽 가장자리 뒤에 있는 현 길이의 25%에 가깝습니다.(이것은 「분기점」이라고 불립니다).대칭 날개인 경우, 공격각과 양력계수가 변화함에 따라 압력의 중심이 [10]움직이지 않는다.정지된 공격 각도보다 낮은 공격 각도에 대해서는 1/4 좌표 지점 부근에 머무릅니다.항공기의 제어 특성에서 압력 중심 역할은 비산물과는 다른 형태를 취한다.
캠버 에어포일의 경우 압력의 중심이 고정된 [11]위치를 차지하지 않습니다.종래의 캠버 날개에서는, 최대 리프트 계수(공격 각도가 크다)에서는, 압력의 중심이 4분의 1점보다 약간 뒤에 있지만, 리프트 계수가 감소하면(공격 각도가 감소한다) 압력의 중심이 [12]후방으로 이동한다.리프트 계수가 0이면 에어포일은 리프트를 발생시키지 않지만 기존 캠버형 에어포일은 노즈다운 피칭 모멘트를 발생시키므로 압력 중심 위치는 에어포일 뒤로 무한 거리입니다.
반사 캠버 날개의 경우, 압력의 중심은 최대 상승 계수(공격 각도가 크다)에서 1/4 좌표 지점보다 약간 앞에 위치하지만, 상승 계수가 감소하면(공격 각도가 감소한다) 압력의 중심은 앞으로 이동한다.리프트 계수가 0인 경우 에어포일은 리프트를 발생시키지 않지만 반사 캠버형 에어포일은 노즈업 피칭 모멘트를 발생시키므로 압력 중심 위치는 에어포일보다 무한 거리입니다.반사 캠버 날개에서 압력의 중심이 움직이는 방향은 안정화 효과가 있습니다.
리프트 계수의 변화에 따라 압력 중심이 이동하는 방식은 항공기의 세로 방향 정적 안정성의 수학적 해석에 압력 중심을 사용하는 것을 어렵게 한다.따라서 수학적 해석을 수행할 때 공기역학적 중심을 사용하는 것이 훨씬 간단하다.공기역학적 중심은 일반적으로 4분의 1 지점 근처에 있는 날개 위에 고정된 위치를 차지합니다.
공기역학적 중심은 종방향 안정성을 위한 개념적 시작점입니다.수평 안정기는 추가적인 안정성에 기여하며, 이는 항공기가 중립 안정성에 도달하지 않고도 무게 중심이 공기역학 중심으로부터 약간 떨어진 곳에 있도록 합니다.항공기가 중립적인 안정성을 갖는 무게중심의 위치를 중립점이라고 합니다.
「 」를 참조해 주세요.
메모들
- ^ Flightwise Volume 2 항공기 안정성 및 제어, Christopher Carpenter 1997, ISBN1 85310 870 7, 페이지 75
- ^ 마차이, C.A. (1985년)요트 이론과 실습 개정판 개정판.풋남.ISBN 978-0-396-08428-0
- ^ Clancy, L.J., 공기역학, 섹션 5.3
- ^ Anderson, John D., 항공기 성능 및 설계, 섹션 2.3
- ^ Preston, Ray (2006). "Aerodynamic Center". Aerodynamics Text. Selkirk College. Archived from the original on 2006-02-21. Retrieved 2006-04-01.
- ^ Clancy, L.J., 공기역학, 섹션 5.10
- ^ Anderson, John D., 항공기 성능 및 설계, 섹션 2.5
- ^ Clancy, L.J., 공기역학, 섹션 16.1 및 16.2
- ^ 무어, F.G., 무기 공기역학에 대한 대략적인 방법, 천문학과 항공학의 AIAA 발전, 제18권
- ^ Anderson, John D. Jr(1984) 공기역학의 기초, 섹션 4.7, (p.211), McGraw-Hill.ISBN 0-07-001656-9
- ^ Clancy, L.J., 공기역학, 섹션 5.6
- ^ Clancy, L.J., 공기역학, 섹션 5.11
레퍼런스
- Hurt, Hugh H., Jr. (January 1965). Aerodynamics for Naval Aviators. Washington, D.C.: Naval Air Systems Command, United States Navy. pp. 16–21. NAVWEPS 00-80T-80.
{{cite book}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크) - Smith, Hubert (1992). The Illustrated Guide to Aerodynamics (2nd ed.). New York: TAB Books. pp. 24–27. ISBN 0-8306-3901-2.
- Anderson, John D.(1999), 항공기 성능 및 설계, McGraw-Hill.ISBN 0-07-116010-8
- L.J. 클랜시(1975), 에어로다이내믹스, Pitman Publishing Limited, 런던.ISBN 0-273-01120-0
