KR101491950B1 - Apparatus for measuring lift and drag on a sphere - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 골프공 등의 구체에 대한 양력 및 항력을 실험하기 위한 실험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실제의 구체와 같은 모양으로 만든 구체 모형을 이용하여 실제의 구체가 회전하면서 비행할 때의 거동을 모사 실험함으로써, 구체의 양력 및 항력을 측정할 수 있는 구체의 양력 및 항력 실험장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an experimental apparatus for testing lifting and dragging force of a sphere such as a golf ball, and more particularly, The present invention relates to an apparatus for lifting and dragging a sphere capable of measuring lifting and drag force of a sphere by simulating the behavior of the sphere.
일반적으로, 골프공은 우드볼(wood ball), 페더볼(feather ball) 또는 구타페르카 볼(gutta-percha ball)과 같이 천연재료를 가공하여 제작되는 골프역사 초창기 모델에서 최근에 합성 고무에 가교제를 첨가하여 제작되는 1PC 형태의 골프공이 등장하면서 그 성능이 비약적으로 향상되었다. 이후 미국의 듀퐁사에서 에틸렌과 아크릴산의 공중합체에 금속이온을 도입한 아이오노머 수지를 개발하여 이를 골프공의 커버로 구성하는 현재 사용되고 있는 2PC, 3PC, 4PC 또는 5PC 골프공과 같은 다층 구조의 골프공도 등장하게 되었다. 또한 초창기 골프공은 그 표면이 매끈하였으나 표면에 딤플이 있는 경우 우수한 비거리가 구현되는 현상이 발견된 이후에는, 현재 대부분의 골프공은 그 표면에 딤플이 형성된 것이 사용되고 있다.In general, a golf ball is a golf ball which is produced by processing natural materials such as wood ball, feather ball, or gutta-percha ball, The golf ball of 1PC type was produced and the performance of the golf ball was remarkably improved. Then, DuPont of USA developed ionomer resin which introduced metal ion into a copolymer of ethylene and acrylic acid, and developed a multi-layered golf ball such as 2PC, 3PC, 4PC or 5PC golf ball, . In addition, since the early golf ball has a smooth surface, when dimples on the surface are found to realize excellent distance, most of the golf balls have dimples formed on the surface thereof.
골프공은 골프채의 타격에 의한 강력한 반발 탄성으로 비행을 시작함과 동시에 골프채의 로프트 각도에 따라 역회전이 형성된다. 예를 들어, 10도의 로프트 각도를 갖는 드라이버를 이용하여 골프공에 타격을 가할 경우 1분당 약 2200~4000 회전으로 초기 상태의 역회전이 형성된다. 이 경우, 딤플들은 고속으로 흐르는 공기 속에서 골프공 표면의 공기층과 접하는 경계층의 난류 천이를 촉진시킬 뿐 아니라, 역회전하는 골프공의 아래쪽에 공기의 압력을 증가시켜 골프공 위쪽 공기의 빠른 흐름을 유도하고, 이로 인해 골프공 위쪽의 압력이 감소함으로써 결과적으로 베르누이의 원리에 따라 중력의 수 배에 달하는 양력이 발생하여 비거리를 증가시키는 역할을 하게 된다.The golf ball starts to fly with a strong rebound elasticity due to the impact of the golf club, and at the same time, the reverse rotation is formed according to the loft angle of the golf club. For example, when a golf ball is struck using a driver having a loft angle of 10 degrees, an initial reverse rotation is formed at about 2200 to 4000 rotations per minute. In this case, the dimples not only promote the turbulent transition of the boundary layer in contact with the air layer on the surface of the golf ball in the air flowing at high speed, but also increase the pressure of the air below the golf ball rotating in the reverse direction, Which causes the pressure at the top of the golf ball to decrease, resulting in lifting several times the gravity in accordance with Bernoulli's principle, thereby increasing the distance.
일반적으로 골프공 표면에 마련되는 큰 딤플(예를 들어, 0.15인치 이상)은 고속 영역에서는 항력계수를 증가시키지만 저속 영역에서는 감소시킨다. 이와 반대로, 작은 딤플(예를 들어, 0.15인치 미만)은 고속 영역에서는 항력계수를 감소시키지만 저속 영역에서는 증가시킨다. 그러나 작은 딤플은 상술한 작용으로 인해 골프공의 비행 안정성에 기여하기도 한다. 여기에서, 항력이란 압력 항력과 마찰 항력을 더한 것을 의미하는데, 구체적으로 압력 항력은 물체의 형상과 크기, 그 물체에 대한 공기 흐름의 방향 및 속도에 따라 영향을 받고, 마찰 항력은 물체의 표면을 흐르는 공기의 점성으로 인한 전단력의 크기 및 물체의 표면 조도, 즉, 거칠기 정도에 따라 영향을 받는다. 또한 항력계수는 레이놀즈 수에 따라 변하는데, 골프공의 경우에는 타격 직후부터 비행 탄도 정점까지, 이른바 고속 영역에서는 레이놀즈 수도 높고, 그에 따라 항력계수도 낮아져 비거리나 비행 안정성에 문제가 없으나, 추진력이 떨어지는 정점 이후부터 낙하지점까지, 즉, 저속 영역에서는 여러 가지 문제점이 나타나기도 한다.Generally, large dimples (for example, 0.15 inches or more) provided on the surface of a golf ball increase the drag coefficient in the high-speed region but decrease in the low-speed region. Conversely, small dimples (e.g., less than 0.15 inches) reduce the drag coefficient in the high speed range but increase it in the low speed range. However, a small dimple contributes to the flight stability of the golf ball due to the above-mentioned action. Here, drag refers to the addition of pressure drag and friction drag. Specifically, the pressure drag is influenced by the shape and size of the object, the direction and velocity of the air flow to the object, and the friction drag is the surface of the object The size of the shear force due to the viscosity of the flowing air, and the surface roughness of the object, i.e., the degree of roughness. In addition, the drag coefficient changes depending on the Reynolds number. In the case of a golf ball, the Reynolds number is high in the so-called high-speed region from immediately after the impact to the peak of the ballistic trajectory, There are various problems from the peak point to the drop point, that is, in the low speed region.
이와 같이, 골프공에 형성되는 딤플의 크기, 깊이, 모양 및 골프공 표면의 분할 구획 등에 따라 직진성, 일관성, 비거리 등 골프공의 성능이 차이가 난다. 이러한 이유로 골프공 재질 측면에서의 성능 개선 노력과 함께 골프공 표면의 딤플 설계를 새롭게 하여 골프공의 성능을 향상시키려는 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 또한 최근에는 딤플을 갖는 골프공이 퍼팅 시 방향성이 떨어지는 단점을 가지므로 골프공 표면에 다른 형태의 홈을 마련하여 골프공의 성능을 개선하려는 연구도 이루어지고 있다.As described above, the performance of golf balls such as straightness, consistency, and distance varies depending on the size, depth and shape of the dimples formed on the golf ball, and the divided partitions of the golf ball surface. For this reason, efforts have been actively made to improve the performance of the golf ball by improving the performance of the golf ball in terms of the performance of the golf ball and the dimple design of the golf ball surface. Also, recently, a golf ball having dimples has a disadvantage in that the directionality at the time of putting is inferior. Therefore, studies have been made to improve the performance of the golf ball by providing other types of grooves on the surface of the golf ball.
이러한 골프공 설계에 있어서, 설계된 골프공의 성능을 확인하기 위해서는 회전하면서 비행하는 골프공의 양력 및 항력을 측정할 필요가 있다. 골프공의 양력 및 항력을 측정하면 비거리 등 골프공의 성능을 예측 평가할 수 있다.In this golf ball design, it is necessary to measure the lift and drag of the golf ball flying while checking the performance of the designed golf ball. By measuring the lift and drag force of the golf ball, the performance of the golf ball such as the distance can be predicted and evaluated.
본 발명은 상술한 것과 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명은 골프공 등 실제의 평가 대상 구체와 같은 모양으로 만든 구체 모형을 이용하여 실제의 구체가 회전하면서 비행할 때의 거동을 모사 실험함으로써, 구체의 양력 및 항력을 정확하게 측정할 수 있는 구체의 양력 및 항력 실험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a method of simulating the behavior of a real sphere while flying, using a sphere model, And to provide a lifting force and a drag force testing device of a sphere capable of accurately measuring lift and drag force of the sphere.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치는, 측정 대상 구체와 동일한 외관을 갖도록 제작되고, 내부에 설치 공간이 마련되며 하부에 관통구멍이 형성된 구체 모형; 상기 구체 모형의 설치 공간에 설치되어 상기 구체 모형의 내부에 고정되는 회전축과 상기 회전축을 회전시키는 몸체를 구비하는 모터; 상기 구체 모형을 지지하도록 상기 구체 모형의 외부에서 상기 관통구멍을 경유하여 상기 모터의 몸체와 결합되는 지지대; 상기 구체 모형의 반대쪽에서 상기 지지대에 연결되어 상기 구체 모형에 작용하는 양력 및 항력을 상기 지지대를 통해 전달받아 측정하는 로드 셀; 및 상기 구체 모형 쪽으로 공기를 송풍시키는 송풍기;를 포함하는 점에 특징이 있다.In order to accomplish the above object, there is provided an apparatus for lifting and dragging a sphere according to the present invention, comprising: a sphere model manufactured to have the same outer appearance as a measurement target sphere, A motor installed in the installation space of the concrete model and having a rotating shaft fixed inside the concrete model and a body rotating the rotating shaft; A support which is coupled to the body of the motor via the through hole from the outside of the sphere model to support the sphere model; A load cell connected to the support on the opposite side of the concrete model and measuring lift and drag acting on the concrete model through the support; And an air blower for blowing air toward the concrete model.
본 발명에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치는 골프공 등 실제의 평가 대상 구체와 같은 모양으로 만든 구체 모형을 지지대로 지지한 상태에서 모터로 회전시키면서 송풍기로 회전하는 구체 모형에 공기를 송풍시킴으로써, 실제의 구체가 회전하면서 비행할 때의 거동을 모사 실험할 수 있다. 그리고 송풍 공기 속에서 회전하는 구체 모형이 받는 양력 및 항력을 로드 셀로 검출함으로써, 실제 평가 대상 구체의 양력 및 항력을 정확하게 측정할 수 있다.The apparatus for lifting and dragging a spherical object according to the present invention is a device for lifting and dragging a spherical object by blowing air to a spherical model rotating with a blower while rotating a spherical model, You can simulate the behavior of the actual sphere as it rotates while flying. Then, the lift and drag force received by the rotating concrete model in the blowing air is detected by the load cell, so that the lift and drag force of the actual evaluation target sphere can be accurately measured.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치의 구체 모형을 단면 처리하여 나타낸 것이다.
도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치의 조인트 기구를 발췌하여 나타낸 것이다.1 schematically shows an apparatus for lifting and dragging a sphere according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a concrete model of a lifting and drag testing apparatus of a sphere according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line I-I in Fig.
4 is a schematic view of an apparatus for lifting and dragging a sphere according to another embodiment of the present invention.
5 is an excerpt of a joint mechanism of a lifting and drag testing apparatus of a sphere according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a lifting and drag testing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치는 골프공 등 회전하면서 비행하는 구체에 대한 양력 및 항력을 예측 평가하기 위한 것으로, 평가 대상이 되는 구체와 같은 모양으로 만든 구체 모형을 이용한다. 즉, 구체 모형을 이용하여 실제의 구체가 회전하면서 비행할 때의 거동을 모사 실험함으로써 구체의 양력 및 항력을 정확하게 측정할 수 있다. 본 발명에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치로 평가할 수 있는 구체로는 골프공 등의 스포츠용 공뿐만 아니라, 회전하면서 비행하는 다양한 구체가 될 수 있다.The apparatus for lifting force and drag force of a sphere according to the present invention is for estimating and evaluating lifting force and drag force on a sphere flying while rotating, such as a golf ball, and uses a sphere model made in the same shape as the sphere to be evaluated. In other words, it is possible to accurately measure the lift and drag force of a sphere by simulating the behavior when the actual sphere rotates while using the spherical model. The spheres that can be evaluated by the lifting force and drag force testing apparatus of the present invention can be various spheres that fly while rotating as well as sports balls such as golf balls.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치의 구체 모형을 단면 처리하여 나타낸 것이다.FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for lifting and dragging a sphere according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a concrete model of a lifting and dragging apparatus of a sphere according to an embodiment of the present invention. will be.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치(10)는, 측정 대상 구체와 동일한 외관을 갖도록 제작된 구체 모형(12)과, 구체 모형(12)을 회전시키기 위해 구체 모형(12)의 내부에 설치되는 모터(20)와, 구체 모형(12)을 관통하여 구체 모형(12) 내부의 모터(20)를 고정함과 동시에 구체 모형(12)을 지지하는 지지대(23)와, 지지대(23)에 가해지는 외력을 검출할 수 있도록 지지대(23)가 결합되는 로드 셀(31)과, 구체 모형(12) 쪽으로 공기를 송풍시키는 송풍기(35)를 포함한다. 이러한 본 발명에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치(10)는 측정 대상 구체와 동일한 외관을 갖도록 제작된 구체 모형(12)를 이용하여 실제의 구체가 회전하면서 비행할 때의 거동을 모사 실험함으로써 구체의 양력 및 항력을 예측 평가할 수 있다. 잘 알려진 것과 같은 차원해석(dimensional analysis)과 상사(similarity)에 의한 방법을 이용함으로써, 구체 모형(12)과 실제 평가 대상 구체의 레이놀즈 수가 동일한 경우에 각각의 항력계수도 동일하므로, 실험값으로부터 실제 구체의 양력 및 항력을 도출할 수 있는 것이다.As shown in FIG. 1, an
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 구체 모형(12)은 측정 대상 구체와 동일한 외관을 갖도록 제작된다. 구체 모형(12)은 실제 측정 대상 구체보다 일정 비율 크게 제작되거나, 일정 비율 작게 제작되거나, 또는 동일한 크기로 제작될 수 있다. 실제 측정 대상 구체의 표면에 홈이나 돌기 등이 형성되어 있는 경우, 구체 모형(12)의 표면에도 홈이나 돌기가 동일한 형태로 마련된다.As shown in Figs. 1 and 2, the
구체 모형(12)은 일측이 개방된 제 1 구면체(13)와, 제 1 구면체(13)의 개방부(14)를 덮도록 제 1 구면체(13)에 결합되는 제 2 구면체(17)를 포함한다. 제 1 구면체(13)의 내부에는 모터(20) 등이 수용될 수 있는 설치 공간(15)이 마련되고, 제 1 구면체(13)의 일측에는 관통구멍(16)이 구비된다.The
관통구멍(16)은 지지대(23)의 일부를 설치 공간(15)으로 진입시키기 위한 것이다. 지지대(23)의 일부분이 관통구멍(16)으로 삽입될 때, 지지대(23)와 제 1 구면체(13) 사이로 가능한 공기 유동이 발생하지 않도록 지지대(23)와 제 1 구면체(13) 사이의 틈새는 작은 것이 좋다. 경우에 따라, 관통구멍(16)에 삽입되는 지지대(23)와 제 1 구면체(13) 사이에는 실링부재가 개재되거나, 실링물질이 도포될 수 있다. 또는 구체 모형(12)의 회전 시 제 1 구면체(13)와 지지대(23) 사이의 마찰력을 줄이기 위해 지지대(23)와 제 1 구면체(13) 사이에는 베어링이나, 미끄럼 부재, 또는 윤활제 등이 개재될 수도 있다.The through
제 2 구면체(17)는 접착제에 의한 접착이나, 융착 등 다양한 방법을 통해 제 1 구면체(13)에 결합되어 제 1 구면체(13)의 개방부(14)를 덮을 수 있다. 제 2 구면체(17)에는 모터(20)의 회전축(21)이 끼움 결합되는 고정구멍(18)이 마련된다. 모터(20)의 회전축(21)은 고정구멍(18)에 삽입됨으로써 구체 모형(12)과 단단히 결합된다.The second
이렇게 구체 모형(12)을 상호 결합되는 두 개의 부분으로 만들면 모터(20)를 구체 모형(12) 내부에 설치하기가 용이하다. 물론, 구체 모형(12)의 구체적인 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 도면에는 설치 공간(15)이 제 1 구면체(13)의 내부에만 형성된 것으로 나타냈으나, 설치 공간(15)은 제 2 구면체(17)에만 형성되거나, 제 1 구면체(13)와 제 2 구면체(17) 양쪽 모두에 마련될 수도 있다. 그리고 지지대(23)가 끼움 결합되는 관통구멍(16)이 형성된 제 1 구면체(13)에 모터(20)의 회전축(21)이 결합되고, 제 2 구면체(17)는 모터(20) 설치 등의 작업을 위해 제 1 구면체(13)에 마련되는 개방부(14)를 덮는 역할만 수행할 수도 있다.In this way, it is easy to install the
모터(20)는 구체 모형(12)의 설치 공간(15)에 설치되어 구체 모형(12)을 회전시킨다. 모터(20)는 회전축(21)과 회전축(21)을 회전시키는 몸체(22)를 포함한다. 앞서 설명한 것과 같이, 모터(20)의 회전축(21)은 제 2 구면체(17)의 고정구멍(18)에 끼움 결합됨으로써 구체 모형(12)과 결합된다. 모터(20)는 지지대(23)에 의해 지지되어 구체 모형(12)의 내면과 접하지 않고 설치 공간(15) 중간에 배치된다. 따라서 모터(20)는 설치 공간(15) 중의 일정 위치에 고정된 상태에서 구체 모형(12)을 회전시킬 수 있다.The
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 지지대(23)는 그 일단이 구체 모형(12)의 관통구멍(16)에 삽입되어 모터(20)와 결합되고 그 타단이 지면 등에 고정 설치되는 로드 셀(31)에 결합됨으로써, 모터(20)를 구체 모형(12)의 설치 공간(15)에 고정함과 동시에 구체 모형(12)을 지지한다. 지지대(23)는 로드 셀(31)에 결합되는 제 1 지지봉(24)과, 제 1 지지봉(24)에서 연장되어 모터(20)에 결합되는 제 2 지지봉(25)을 포함한다.1 and 2, the
도 3에 도시된 것과 같이, 제 2 지지봉(25)의 단면 형상은 유선형으로 이루어진다. 이렇게 제 2 지지봉(25)의 단면 형상을 공기의 저항을 줄일 수 있는 유선형으로 하면, 송풍기(35)를 이용하여 구체 모형(12) 쪽으로 공기를 송풍시킬 때, 지지대(23)가 흔들려 구체 모형(12)이 진동하는 문제나, 지지대(23)에 의한 구체 모형(12)의 유동간섭 문제를 줄일 수 있어, 구체 모형(12)이 받는 양력 및 항력을 더욱 정확하게 측정할 수 있다. 도면에 자세히 나타내지는 않았으나, 제 1 지지봉(24)의 단면 형상도 공기 저항을 줄일 수 있는 유선형으로 이루어질 수 있다.As shown in Fig. 3, the cross-sectional shape of the
물론, 지지대(23)의 단면 형상은 유선형 이외의 다양한 다른 형상으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 구체 모형(12)의 관통구멍(16)으로 삽입되는 지지대(23)와 구체 모형(12)의 사이에 실링부재나, 실링물질, 미끄럼 부재, 윤활제 등이 개재되는 경우 지지대(23)의 단면 형상은 원형인 것이 좋다.Of course, the cross-sectional shape of the
제 1 지지봉(24)과 제 2 지지봉(25)의 내부에는 통로(26)가 마련된다. 통로(26)에는 구체 모형(12) 내부의 모터(20)와 구체 모형(12) 외부의 컨트롤러(28)를 전기적으로 연결하는 연결선(29)이 수용된다. 연결선(29)이 지지대(23) 외부에 배치되는 경우, 연결선(29)을 모터(20)가 설치된 구체 모형(12)의 설치 공간(15)으로 진입시키기가 어렵고, 지지대(23) 외부에 배치되는 연결선(29)은 송풍기(35)에서 송풍되는 공기에 의해 흔들려 구체 모형(12)에 진동을 유발할 수 있다. 이에 반해, 연결선(29)을 지지대(23) 내부로 통과시켜 모터(20)에 연결하면 그러한 문제가 발생하지 않는다.A
컨트롤러(28)는 모터(20)의 동작을 제어하기 위한 것으로, 사용자는 컨트롤러(28)를 통해 모터(20)의 온/오프 제어, 회전수 제어 등 모터(20)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 또한 모터(20)의 구동에 필요한 전원은 컨트롤러(28) 및 연결선(29)을 통해 모터(20)에 제공될 수 있다. 물론, 모터(20)에 전원을 공급하기 위한 전원선이 연결선(29)과 별도로 구비되어 지지대(23)의 통로(26)를 통해 모터(20)에 연결될 수도 있다. 다른 예로, 배터리가 구체 모형(12)의 설치 공간(15)에 설치되어 모터(20)에 전원을 공급하는 구조도 가능하다. 이 경우, 리모트 컨트롤러를 통한 무선 제어가 가능한 모터(20)를 사용하면, 모터(20)와의 전기적 연결을 위한 연결선(29)을 생략할 수 있어, 모터(20)의 설치가 더욱 용이해지고, 통로(26)가 없는 단순한 구조의 지지대(23) 사용이 가능하다.The
도면에는 지지대(23)가 두께가 다른 두 개의 지지봉(24)(25)으로 이루어진 것으로 나타냈으나, 지지대(23)의 구체적인 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 지지대(23)는 일정한 두께를 갖는 하나의 지지봉으로 이루어질 수도 있고, 세 개 이상의 지지봉으로 이루어질 수도 있다.Although the
도 1에 도시된 것과 같이, 지지대(23)의 제 1 지지봉(24) 한쪽 끝단은 로드 셀(31)에 결합된다. 구체 모형(12)이 받는 양력 및 항력 등의 힘은 지지대(23)를 통해 로드 셀(31)에 제공된다. 따라서 로드 셀(31)은 지지대(23)를 통해 제공되는 힘을 측정함으로써 구체 모형(12)이 받는 힘을 검출할 수 있다. 이러한 구체 모형(12)이 받는 양력 및 항력을 검출하기 위한 로드 셀(31)로는 압축력 또는 인장력으로 제공되는 외력을 검출할 수 있는 공지된 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다. 로드 셀(31)은 지지대(23)를 단단히 고정할 수 있도록 지면 등에 고정 설치된다.As shown in Fig. 1, one end of the
로드 셀(31)에는 측정 결과를 표시하기 위한 디스플레이(33)가 연결된다. 사용자는 송풍기(35)에서 송풍되는 공기의 유속 등을 고려하여 디스플레이(33)에 표시되는 측정 결과값으로부터 구체 모형(12)이 받는 양력 및 항력을 산출할 수 있다. 물론, 디스플레이(33)는 생략될 수 있고, 로드 셀(31)의 측정 결과값을 분석하여 구체 모형(12)이 받는 양력 및 항력을 산출할 수 있는 컴퓨터가 로드 셀(31)에 연결될 수도 있다.The
송풍기(35)는 구체 모형(12) 쪽으로 공기를 송풍시킨다. 송풍기(35)에서 송풍되는 공기는 윈드 터널(36)의 유로(37)를 따라 구체 모형(12) 쪽으로 유동한다. 윈드 터널(36)을 이용하면 송풍기(35)에 설정된 균일한 유속으로 공기를 구체 모형(12)에 가할 수 있어 실험 정확도를 높일 수 있다. 윈드 터널(36) 안에 구체 모형(12) 이외의 구조물이 배치되면 송풍기(35)에서 송풍되는 공기의 유동이 영향을 받을 수 있으므로, 윈드 터널(36) 안에는 구체 모형(12)과 구체 모형(12)을 윈드 터널(36)의 유로(37) 중간에 위치하도록 지지하는 지지대(23)만 배치되는 것이 좋다. 이를 위해 윈드 터널(36)의 일측에는 지지대(23) 삽입을 위한 삽입구멍(38)이 마련되고, 삽입구멍(38)에 지지대(23)가 삽입되어 그 일부가 윈드 터널(36) 안에 수용되며, 로드 셀(31) 등의 다른 구성 요소는 윈드 터널(36) 외부에 배치된다. 송풍기(35)에서 송풍되어 구체 모형(12)에 도달하는 유동 공기의 보다 정확한 유속을 알 수 있도록 윈드 터널(36) 안에는 구체 모형(12)에 인접하여 풍량계가 설치될 수도 있다.The
이러한 본 발명에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치(10)는 실제의 평가 대상 구체와 같은 모양으로 만든 구체 모형(12)을 모터(20)로 회전시키면서 송풍기(35)로 회전하는 구체 모형(12)에 공기를 송풍시킴으로써, 실제의 구체가 회전하면서 비행할 때의 거동을 모사 실험할 수 있다. 그리고 송풍 공기 속에서 회전하는 구체 모형(12)이 받는 양력 및 항력을 로드 셀(31)이 구체 모형(12)을 지지하는 지지대(23)를 통해 제공받아 측정함으로써, 실제 평가 대상 구체의 양력 및 항력을 정확하게 예측 평가할 수 있다.The
예를 들어, 실제 평가 대상 구체가 골프공인 경우, 해당 골프공에 대응하는 모양으로 구체 모형(12)을 만들어 실제 골프공의 비행 특성 등을 분석할 수 있다. 즉, 실제 골프공 모양으로 만든 구체 모형(12)을 다양한 회전수로 회전시킴과 동시에 송풍기(35)를 이용하여 다양한 유속의 공기를 구체 모형(12)으로 송풍하면서 로드 셀(31)로 구체 모형(12)이 받는 양력과 항력을 측정함으로써, 실제 평가 대상 골프공의 비거리 등의 특성을 예측 평가할 수 있다.For example, if the actual object to be evaluated is a golf ball, a
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치의 조인트 기구를 발췌하여 나타낸 것이다.FIG. 4 is a schematic view of an apparatus for lifting and dragging a sphere according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a view for explaining a joint mechanism of an apparatus for lifting and dragging a sphere according to another embodiment of the present invention .
도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치(40)는, 측정 대상 구체와 동일한 외관을 갖도록 제작된 구체 모형(12)과, 구체 모형(12)을 회전시키기 위해 구체 모형(12)의 내부에 설치되는 모터(20)와, 모터(20)의 동작 제어를 위한 컨트롤러(28)와, 구체 모형(12)을 관통하여 구체 모형(12) 내부의 모터(20)를 고정함과 동시에 구체 모형(12)을 지지하는 지지대(42)와, 지지대(42)에 가해지는 외력을 검출할 수 있도록 지지대(42)가 결합되는 로드 셀(31)과, 구체 모형(12) 쪽으로 공기를 송풍시키기 위한 송풍기(35)와 윈드 터널(36)을 포함한다. 이러한 본 발명의 다른 실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치(40)는 상술한 본 발명의 일실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치(10)와 비교하여 모터(20)를 고정함과 동시에 구체 모형(12)을 지지하는 지지대(42)와 차이가 있을 뿐, 나머지 구성의 구체적인 구조와 작용은 상술한 것과 같다.4, the apparatus for testing lifting and dragging strength of a sphere according to another embodiment of the present invention includes a
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 지지대(42)는, 로드 셀(31)에 결합되는 제 1 지지봉(43)과, 모터(20)에 결합되는 제 2 지지봉(44)과, 제 1 지지봉(43)과 제 2 지지봉(44) 사이에 배치되는 조인트 기구(47)를 포함한다. 제 2 지지봉(44)은 조인트 기구(47)를 통해 제 1 지지봉(43)에 결합되는 제 1 지지부(45)와, 구체 모형(12)을 관통하여 구체 모형(12) 내부의 모터(20)에 결합되는 제 2 지지부(46)를 포함한다.4 and 5, the
조인트 기구(47)는 제 2 지지봉(44)을 로드 셀(31)에 고정된 제 1 지지봉(43)에 각도 조절이 가능하게 결합하기 위한 것으로, 제 1 지지봉(43)의 끝단에 구비되는 볼(48)과, 볼(48)에 결합되도록 제 2 지지봉(44)의 끝단에 구비되는 소켓(49)을 포함한다. 소켓(49) 및 제 2 지지봉(44)의 내부에는 컨트롤러(28)에서 연장된 연결선(29)을 수용하기 위한 통로(26)가 구비된다. 연결선(29)은 소켓(49) 및 제 2 지지봉(44)의 내부에 마련된 통로(26)에 수용되어 구체 모형(12) 내부의 모터(20)에 연결된다.The
소켓(49)은 볼(48)의 외면에 대응하는 구면형의 내면을 구비하여 볼(48)을 부분적으로 감싸면서 볼(48)에 미끄럼 이동 가능하게 결합된다. 따라서 제 2 지지봉(44)은 볼(48)을 중심으로 다방향으로 틸팅될 수 있고, 이에 의해 제 1 지지봉(43)과 제 2 지지봉(44) 사이의 각도는 다양하게 변경될 수 있다.The
제 2 지지봉(44)을 각도 조절된 상태로 고정하기 위해 소켓(49)에는 고정부재(51)가 구비된다. 고정부재(51)는 수나산이 마련된 볼트 형태로 이루어지며, 소켓(49)의 일측에 마련된 결합구멍(50)에 결합된다. 결합구멍(50)의 둘레에는 암나산이 구비되어 고정부재(51)는 결합구멍(50)에 나사 결합된다. 사용자는 고정부재(51)를 풀어 소켓(49)을 미끄럼 이동시킴으로써 제 2 지지봉(44)의 각도를 조절한 후, 고정부재(51)를 조여 각도 조절된 제 2 지지봉(44)을 볼(48)에 고정할 수 있다.The
물론, 볼(48)에서 미끄럼 이동한 소켓(49)을 볼(48)에 고정하기 위한 고정부재(51)의 구체적인 구조는 도시된 것과 같은 볼트 구조 이외의 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 그리고 소켓(49)이 일정 크기 이상의 외력이 가해질 때만 볼(48)에서 미끄럼 이동할 수 있도록 볼(48)에 단단하게 결합되는 경우, 고정부재(51)는 생략될 수도 있다.Of course, the specific structure of the fixing
또한 조인트 기구(47)는 도시된 것과 같이 볼(48)과 소켓(49)을 포함하는 소위 볼 조인트 구조 이외에, 제 1 지지봉(43)과 제 2 지지봉(44)을 상호 각도 조절 가능하게 결합시키는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 예를 들어, 굽힘 변경 가능한 금속 바 형태의 조인트 기구가 제 1 지지봉(43)과 제 2 지지봉(44) 사이에 구비될 수도 있다.The
또한 구체 모형(12)과 로드 셀(31)를 연결하면서 구체 모형(12)을 지지하는 지지대(42)의 구체적인 구조나, 모터(20)와 연결선(29)의 연결 구조도 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.The specific structure of the
이러한 본 발명의 다른 실시예에 의한 구체의 양력 및 항력 실험장치(40)는 조인트 기구(47)를 이용하여 제 2 지지봉(44)을 다방향으로 틸팅시킴으로써, 구체 모형(12)의 회전 중심축이 공기 유동방향에 대해 이루는 각도를 다양하게 변경시킬 수 있다. 따라서 골프공 등의 구체가 지면에 대해 기울어진 회전 중심축을 중심으로 회전하면서 비행할 때의 거동을 모사 실험할 수 있고, 이때의 구체가 받는 양력 및 항력을 측정할 수 있다.The apparatus for testing lifting and dragging strength of a sphere according to another embodiment of the present invention tilts the
이상 본 발명에 대하여 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명한 실시예로 한정되는 것은 아니다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to the embodiments described above.
예를 들어, 앞서 설명한 실시예에서는 구체 모형(12)이 윈드 터널(36) 안의 유로(37) 속에 배치된 것으로 나타냈으나, 윈드 터널(36)은 생략될 수도 있다. 이 경우, 송풍기(35)에서 송풍되어 구체 모형(12)에 도달하는 유동 공기의 유속을 측정하기 위한 풍량계가 구체 모형(12)에 인접하여 설치될 수 있다.For example, in the above-described embodiment, the
10, 40 : 구체의 양력 및 항력 실험장치
12 : 구체 모형 13, 17 : 제 1, 2 구면체
15 : 설치 공간 20 : 모터
21 : 회전축 23, 42 : 지지대
24, 43 : 제 1 지지봉 25, 44 : 제 2 지지봉
26 : 통로 28 : 컨트롤러
29 : 연결선 31 : 로드 셀
33 : 디스플레이 35 : 송풍기
36 : 윈드 터널 37 : 유로
45, 46 : 제 1, 2 지지부 47 : 조인트 기구
48 : 볼 49 : 소켓
51 : 고정부재10, 40: Lifting and drag testing equipment of spheres
12:
15: installation space 20: motor
21: rotating
24, 43:
26: passage 28: controller
29: connection line 31: load cell
33: Display 35: Blower
36: Wind Tunnel 37: Euro
45, 46: first and second supporting portions 47: joint mechanism
48: Ball 49: Socket
51: Fixing member
Claims (8)
상기 구체 모형의 설치 공간에 설치되어 상기 구체 모형의 내부에 고정되는 회전축과 상기 회전축을 회전시키는 몸체를 구비하는 모터;
상기 구체 모형을 지지하도록 상기 구체 모형의 외부에서 상기 관통구멍을 경유하여 상기 모터의 몸체와 결합되는 지지대;
상기 구체 모형의 반대쪽에서 상기 지지대에 연결되어 상기 구체 모형에 작용하는 양력 및 항력을 상기 지지대를 통해 전달받아 측정하는 로드 셀; 및
상기 구체 모형 쪽으로 공기를 송풍시키는 송풍기;를 포함하고,
상기 지지대는,
상기 로드 셀에 결합되는 제 1 지지봉과,
상기 모터에 결합되는 제 2 지지봉과,
상기 제 1 지지봉과 상기 제 2 지지봉 사이에 구비되어 상기 제 2 지지봉을 상기 제 1 지지봉에 각도 조절이 가능하게 결합하는 조인트 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 구체의 양력 및 항력 실험장치.A spherical model, which is manufactured to have the same outer appearance as that of the object to be measured, in which an installation space is provided and a through hole is formed in the lower portion;
A motor installed in the installation space of the concrete model and having a rotating shaft fixed inside the concrete model and a body rotating the rotating shaft;
A support which is coupled to the body of the motor via the through hole from the outside of the sphere model to support the sphere model;
A load cell connected to the support on the opposite side of the concrete model and measuring lift and drag acting on the concrete model through the support; And
And an air blower for blowing air toward the concrete model,
[0028]
A first support rod coupled to the load cell,
A second support rod coupled to the motor,
And a joint mechanism provided between the first support bar and the second support bar for coupling the second support bar to the first support bar in an angle-adjustable manner.
상기 송풍기에서 송풍되는 공기가 유동할 수 있는 유로를 구비하고, 상기 유로에 상기 구체 모형이 배치되는 윈드 터널;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구체의 양력 및 항력 실험장치.The method according to claim 1,
Further comprising a wind tunnel having a flow path through which air blown from the blower can flow, and the concrete model is disposed in the flow path.
상기 모터의 동작을 제어하기 위해 상기 구체 모형 외부에 설치되고 상기 모터에 연결되는 컨트롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구체의 양력 및 항력 실험장치.The method according to claim 1,
And a controller installed outside the concrete structure to control operation of the motor and connected to the motor.
상기 지지대의 단면 형상은 유선형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구체의 양력 및 항력 실험장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the cross-sectional shape of the support is streamlined.
상기 구체 모형은,
상기 관통구멍이 마련되고 일측이 개방된 제 1 구면체와,
상기 제 1 구면체의 개방부를 덮도록 상기 제 1 구면체에 결합되는 제 2 구면체를 포함하는 것을 특징으로 하는 구체의 양력 및 항력 실험장치.The method according to claim 1,
In the concrete model,
A first spherical surface provided with the through hole and one side opened,
And a second spherical body coupled to the first spherical body to cover an opening of the first spherical body.
상기 모터의 회전축은 상기 제 2 구면체에 고정되는 것을 특징으로 하는 구체의 양력 및 항력 실험장치.6. The method of claim 5,
And the rotation axis of the motor is fixed to the second spherical body.
상기 조인트 기구는,
상기 제 1 지지봉과 상기 제 2 지지봉 중 어느 하나의 끝단에 구비되는 볼과,
상기 제 1 지지봉과 상기 제 2 지지봉 중 나머지 다른 하나에 구비되어 상기 볼을 부분적으로 감싸면서 상기 볼에 미끄럼 이동 가능하도록 결합되는 소켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 구체의 양력 및 항력 실험장치.The method according to claim 1,
Wherein the joint mechanism comprises:
A ball provided at an end of one of the first support rod and the second support rod,
And a socket provided on the other one of the first support rod and the second support rod and partially coupled to the ball so as to be slidably engaged with the ball while partially enclosing the ball.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190002859A (en) | 2017-06-30 | 2019-01-09 | 재단법인 인천경제산업정보테크노파크 | Durability testing apparatus for golf ball |
-
2014
- 2014-02-13 KR KR20140016520A patent/KR101491950B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
Title |
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2011 대한기계학회 유체공학부분 춘계학술대회 논문집 pp. 22-25. * |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190002859A (en) | 2017-06-30 | 2019-01-09 | 재단법인 인천경제산업정보테크노파크 | Durability testing apparatus for golf ball |
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