메러디스 효과

북미 P-51 머스탱은 배꼽 라디에이터 디자인에 메러디스 효과를 크게 활용한다.^[1]

메러디스 효과는 냉각 라디에이터에 의해 발생하는 공기역학적 드래그가 덕트의 뜨거운 공기의 확장에 의해 유용한 추력이 생성되도록 냉각 덕트의 세심한 설계에 의해 상쇄될 수 있는 현상이다.그 효과는 1930년대에 발견되었으며, 이후 10년 동안 피스톤 결합 항공기의 속도가 증가함에 따라 더욱 중요해졌다.

메러디스 효과는 도관을 통과하는 공기가 에틸렌 글리콜과 같은 뜨거운 작동 유체가 들어 있는 방열기나 라디에이터에 의해 가열될 때 발생한다.일반적으로 오일은 내연기관에서 폐열을 운반하는 냉각재다.^[2]

덕트는 공기와 관련하여 상당한 속도로 이동해야 효과가 발생한다.덕트로 유입되는 공기는 라디에이터 표면의 드래그 저항을 충족하고 램 공기 효과로 인해 압축된다.공기가 라디에이터를 통해 흐를 때 가열되어 온도가 약간 상승하고 부피가 증가한다.그런 다음 고온의 가압된 공기는 배기 덕트를 통해 빠져나가며, 배기 덕트는 수렴 형태(즉, 뒤쪽으로 좁아짐)로 형성된다.이것은 공기를 뒤로 가속시키고 설비에 대한 이 가속도의 반응은 작은 전진 추력을 제공한다.^[3]공기는 외부 공기 흐름과 결합하기 위해 나오기 전에 덕트를 통과할 때 팽창하고 온도를 낮춘다.따라서 개방된 브레이튼 사이클의 세 가지 프로세스인 압축, 일정한 압력에서의 열 추가 및 팽창이 달성된다.얻을 수 있는 추력은 덕트 내부와 외부 사이의 압력 비율과 냉각재 온도에 따라 달라진다.^[2]에틸렌 글리콜의 끓는점이 물에 비해 높으면 공기가 특정 추력을 증가시키는 높은 온도에 도달할 수 있다.

생성된 추력이 덕트와 라디에이터의 공기역학 드래그보다 작을 경우, 이 배치는 라디에이터 설치의 순 공기역학 드래그를 줄이는 역할을 한다.생성된 추력이 설치물의 공기역학적 드래그를 초과하는 경우 전체 조립체는 차량에 순방향 추력을 기여한다.

메러디스 효과는 작동 원리의 유사성 때문에 공기 열역학 덕트나 램젯에 대한 초기 미국 연구에 영감을 주었다.^[2]최근에는 터널에 엔진 냉각 라디에이터를 장착하여 레이싱 카에 이러한 현상이 활용되었다.^[4]

역사

F. W. 메러디스는 판버러 왕립 항공기 설립소(RAE)에서 근무하던 영국의 엔지니어였다.액체 냉각의 원리를 되돌아보며, 그는 라디에이터의 냉각제에 의해 대기로 전달되기 위해 일반적으로 폐열로 간주되던 것을 잃어버릴 필요가 없다는 것을 깨달았다.열은 기류에 에너지를 더하며, 신중하게 설계하면 추력을 발생시키기 위해 사용될 수 있다.이 작품은 1936년에 출판되었다.^[3]

이 현상은 "메레디스 효과"로 알려지게 되었고, 당시 개발 중이던 초마린 스피트파이어와 후에 멀린으로 명명된 롤스로이스 PV-12 엔진이 에틸렌 글리콜에 의해 냉각된 호커 허리케인을 포함하여 시제품 전투기의 설계자들에 의해 빠르게 채택되었다.메러디스 효과 라디에이터의 초기 예는 1936년 3월 5일 시제품의 첫 비행을 위한 스피트파이어의 설계에 통합되었다.^[5]

많은 엔지니어가 효과의 작동 원리를 이해하지 못했다.일반적인 실수는 공기 냉각 방사형 엔진의 지느러미가 액체로 냉각된 엔진의 라디에이터보다 더 뜨겁게 달렸기 때문에 가장 유리할 것이라는 생각이었고, 그 실수는 1949년까지도 계속되었다.^[2]

참고 항목

• 브레이턴 사이클

참조