-
[Propeller Design] -2- Basic Element TheoryDesign Tool 2020. 12. 25. 18:59반응형
1. Basic Theory of Propeller Design
(1) Intro
일반적으로 회전체는 사용 목적과 기능에 따라 불리는 이름이 다릅니다.
프로펠러는 어떤 대상을 가속하는데 쓰는 '추진기' 로써의 역할을 하는데, 팬(FAN)은 모터로 날개를 회전시켜서 바람을 일으키는 기능을 하며 전기제품에 사용됩니다.
프로펠러는 각 단면이 에어포일 형태를 이룹니다. (물론 목적에 따라 에어포일 형상을 띄지 않기도 합니다.)
(The section of this wing and airfoil are shown above.)
그리고 각각의 프로펠러를 지나는 유체와 일정 각도를 이루면, 양력과 추력이 발생됩니다. 프로펠러는 이를 통해 추력을 생성합니다.
(Then this wing, if it is subject to flow at an angle, then this will generate a lift.)
프로펠러가 회전할 때, 이 회전 방향과 반대로 물이 이동하기에 접선 방향 속도는 물의 이동속도와 맞닿은 블레이드 면의 접선방향 이동속도와 같습니다.
우리가 알고 싶은 것은 프로펠러가 만들어내는 추력(Thrust)과 토크(Torque) 입니다.
The two quantities of interest are the Thrust(T) and the torque(Q).
이를 위해, 반지름 상의 미소 요소 (dr)가 유체와 맞닿을 때 이루는 각(Angle of Attack)과 이때 생기는 양력(Lifting Force, dL) 그리고 항력(Dragging Force, dD)을 하기의 간단한 식으로 표현할 수 있게 됩니다.
We can write expressions for these a small radial element(dr) on one of the blades.
상기 식들은 유체의 상태가 정상상태(Steady State)의 경우, 어느정도 예측 가능하다는 한계가 있는데
이는, 유체가 익형(airfoil)을 지날 때 Vortex를 만들기 때문입니다.
It is possible to integrate the relationship as a function of r with appropriate lift and drag coefficients for the local airfoild shape, but determining the induced upwash is diffifult because of the complex helical nature of the trailing vortex system.
정상상태(Steady State)에서는 Integral Momentum Theorem과 Newton's 2nd Law에 의거해서 합력을 상기 식처럼 구할 수 있는데, 들어오는 유량과 나가는 유량이 동일하므로 T(Torque) 또한 일정한 값을 갖게 됩니다.
상기 식의 결과는 0을 갖습니다.
상기 이론을 토대로 익형을 가진 프로펠러를 설계할 수 었었지만, 아직 구조적 안정성 분석은 진행하지 않은 상황입니다.
만일, 유동해석으로 구조적 취약성을 파악한다면 보다 안정적이고 높은 효율을 가진 Propeller Blade를 제작할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
출처
1. web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node86.html
반응형'Design Tool' 카테고리의 다른 글
[Propeller Design] -1- Nomenclature (0) 2020.12.17