플래핑 유연 날개의 평면 형상이 공력 성능에 미치는 효과

국문 초록 (Abstract)

플래핑 유연 날개의 평면 형상이 공력성능에 미치는 효과를 조사하기 위하여 동일한 가로세로비, 면적, 스팬 방향 유연도를 갖는 박각시나방과 직사각형 날개의 공력 측정과 가시화 연구를 수행했다. 박각시나방모방 날개와 직사각형 날개의 날갯짓 주파수는 각각 0.125, 0.1Hz를 택했으며, 레이놀즈수 Re~5,000 정도의 수조 실험 환경에서 업스트로크, 다운스트로크가 대칭인 단순화한 2차원 날갯짓 운동을 적용해 실험을 수행했다. 본 연구 결과, 두 플래핑 유연 날개에서 공력 계수 그래프는 매우 유사한 곡선 형태를 나타내었다. 두 날개의 평균 양력계수와 항력계수 값은 직사각형 날개에서 조금 더 높았으며, 각 날개의 평균 양항비 차이는 4.1% 정도였다. DPIV로 가시화한 결과, 두 날개에서 발생하는 와류의 세부적인 특징은 다소 차이가 있었지만, 전체적인 와류 구조 및 형태는 거의 유사했다. 이 결과는 플래핑 날개에서 날개 면적 및 가로세로비 등 주요 변수가 같고, 특히 날갯짓 운동이 동일할 경우, 날개 평면 형상에 따른 효과가 크지 않다는 것을 의미한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To investigate the effect of the wing shape on the aerodynamic performance of the flexible flapping wing, the aerodynamic force measurement and visualization were performed on the hawkmoth-like wing and rectangular wing with the same aspect ratio, area and spanwise flexibility. The wingbeat frequencies of the hawkmoth-like and the rectangular wings are 0.125 and 0.1 Hz, respectively, and in the water tank experimental environment of Reynolds number Re~5,000, the experiments were conducted by applying a simplified two-dimensional flapping motion with symmetrical up and downstrokes. As a result, the aerodynamic coefficient graphs of the two flapping flexible wings showed very similar curve shapes. The average lift and drag coefficient values of the two wings were slightly higher for the rectangular wing, and the difference of average lift-to-drag ratio was about 4.1%. As a result of visualization with DPIV, the detailed characteristics of the vortices generated from the two wings were somewhat different, but the overall vortex structures were almost similar. The results of this study imply that the effect of the wing plane shape is not significant if the main characteristics such as the wing area and the aspect ratio are the same, especially if the flapping motion is identical.