비행기의 원리
비행기의 원리는 양력, 항력, 추력 및 무게를 포함하며 제어된 비행을 위해 균형을 이루어야 합니다.
베르누이(Bernoulli)의 원리와 받음각은 양력 생성에 기여하는 반면 날개 모양, 조종면 및 안정성 시스템은 기동성과 제어를 가능하게 합니다. 이러한 원칙을 이해하고 적용하는 것은 항공 과학 및 공학의 기본입니다.
1. 양력(L)
양력은 항공기의 날개 또는 에어포일에 의해 생성되는 상향력입니다. 날개 위와 아래의 기압 차이로 인해 생성되어 항공기가 중력을 극복할 수 있습니다.
2. 항력(D)
항력은 공기를 통해 항공기의 움직임에 반대하는 저항입니다. 항공기와 공기 분자의 상호 작용으로 인해 발생하며 유선형 디자인과 매끄러운 표면을 통해 줄일 수 있습니다.
3. 추력(T)
추력은 공기를 통해 항공기를 추진하는 전진력입니다. 엔진, 프로펠러 또는 제트 터빈에 의해 생성되며 통제된 비행을 달성하고 유지하려면 총항력보다 커야 합니다.
4. 중력(W)
중량은 중력으로 인해 항공기에 가해지는 힘입니다. 그것은 수직으로 아래쪽으로 작용하며 수평 비행을 유지하기 위해 양력에 의해 균형을 이루어야 합니다.
5. 베르누이의 원리
이 원리는 유체(예: 공기)의 속도가 증가하면 압력이 감소한다는 것을 나타냅니다. 에어포일의 윗면과 아랫면 사이에 압력차를 만들어 양력을 발생시키는 중요한 역할을 합니다.
6. 받음각
에어포일의 시위선과 다가오는 기류 사이의 각도를 받음각이라고 합니다. 이는 항공기에 작용하는 양력 및 항력에 영향을 미치며 최적의 성능을 위해 신중하게 관리해야 합니다.
7. 날개 모양
날개의 모양과 디자인은 항공기의 공기역학적 성능에 큰 영향을 미칩니다. 직선, 후퇴 또는 델타와 같은 다양한 날개 모양은 양력, 항력 및 안정성 특성에 영향을 미칩니다.
8. 조종면
에일러론, 승강타 및 방향타를 포함한 조종면은 조종사가 날개와 꼬리 위의 공기 흐름을 변경하여 항공기의 자세와 움직임을 제어할 수 있도록 합니다.
9. 안정성 및 제어
안정성은 원하는 비행경로를 유지하는 항공기의 능력을 의미하고 제어는 항공기를 조종하는 조종사의 능력을 의미합니다. 세로(피치), 가로(롤) 및 방향(요) 안정성은 모두 안전한 비행에 필수적입니다.
10. 무게 중심
무게 중심은 기체의 무게가 고르게 분산되는 지점입니다. 이는 항공기의 안정성과 기동성에 영향을 미치며 제어를 유지하려면 지정된 한계 내에 있어야 합니다.
11. 공기 역학 측면에서 비행의 원리를 좀 더 자세히 살펴보면 다음과 같습니다
공기역학적 측면에서 비행의 원리는 베르누이의 원리와 받음각을 통한 양력 발생, 유선형 설계를 통한 항력 저항, 전진 운동을 위한 추력 생성, 무게와 양력의 균형을 포함한다. 날개 모양, 조종면, 안정성 시스템 및 무게 중심은 항공기의 비행 동작에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 안전하고 효율적이며 즐거운 비행을 위해서는 이러한 원칙을 이해하고 적용하는 것이 필수적입니다.
공중에서 항공기의 동작을 지배하는 기본 개념을 포함합니다. 이러한 원리는 양력의 생성, 항력의 반대, 추력의 생성 및
무게의 영향을 포함한 중력의 측면을 포함합니다. 이러한 원리를 이해하는 것은 엔지니어, 조종사 및 항공 애호가가 비행의 경이로움을 설계, 작동 및 감상하는 데 매우 중요합니다.
양력은 항공기가 중력을 이겨내고 공중에 떠 있을 수 있게 해주는 상향력입니다. 그것은 주로 항공기의 날개나 익형에 의해 생성됩니다. 리프트 생성의 기본 원리 중 하나는 공기와 같은 유체의 속도가 증가하면 압력이 감소한다는 베르누이의 원리입니다. 날개를 에어포일로 만들어서 윗면이 휘어지고 아랫면이 더 평평해지면서 날개 윗면 위로 이동하는 공기는 더 긴 경로를 이동해야 하므로 아랫면에 비해 기류가 더 빠르고 압력이 더 낮아집니다. 이 압력 차이는 양력을 만들어 항공기를 위로 들어 올립니다.
양력 생성의 또 다른 중요한 요소는 날개의 시위선과 다가오는 기류 사이의 각도인 받음각입니다. 받음각을 조정하여 조종사는 양력을 높이거나 낮출 수 있습니다. 받음각이 너무 높으면 공기 흐름이 난류가 되어 양력 손실이 발생하고 실속이 발생할 수 있습니다. 반면에 받음각이 작으면 이륙 또는 기동을 위한 양력이 충분하지 않을 수 있습니다. 효율적이고 안전한 비행을 위해서는 최적의 받음각을 찾는 것이 중요합니다.
항력은 항공기가 공중을 이동할 때 직면하는 저항입니다. 그것은 움직임에 반대하며 공기 마찰 및 항공기 모양과 같은 다양한 요인에 의해 발생합니다. 매끄러운 표면과 돌출부를 최소화하는 등 항공기 설계를 간소화하면 항력을 줄이는 데 도움이 됩니다. 항력에는 기생 항력과 유도 항력의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 기생 항력은 양력 생성 이외의 요인에 의해 발생하며 형태 항력(항공기의 모양으로 인해 발생) 및 표피 마찰 항력(공기 분자가 항공기 표면에 마찰하여 발생)이 포함됩니다. 반면에 유도 항력은 양력의 생성과 관련이 있으며 불가피합니다. 날개 길이를 최소화하고 날개의 받음각을 줄임으로써 줄일 수 있습니다. 항력을 극복하고 속도를 유지하거나 변경하려면 항공기에 추력이 필요합니다.
추력(Thrust)은 공기를 통해 항공기를 추진하는 전진력입니다. 일반적으로 엔진, 프로펠러 또는 제트 터빈에 의해 생성됩니다. 필요한 추력의 양은 항공기의 무게, 항력, 원하는 속도나 가속도 등 다양한 요인에 따라 달라집니다. 통제된 비행을 달성하고 유지하기 위해 생성된 추력은 항공기에 작용하는 총항력보다 크거나 같아야 합니다.
무게는 중력으로 인해 항공기에 가해지는 힘입니다. 그것은 수직으로 아래쪽으로 작용하고 양력에 의해 반대됩니다. 항공기의 무게는 수평 비행을 유지하기 위해 리프트와 균형을 이루어야 합니다. 기동 또는 고도 변경과 같은 일부 경우에는 원하는 항공기 응답을 달성하기 위해 양력과 중량 사이의 균형을 조정해야 합니다.
항공기 날개는 양력을 생성하고 공기역학적 성능에 영향을 미치는 데 중요한 역할을 합니다. 날개 모양과 디자인은 항공기의 비행 동작에 큰 영향을 미칩니다. 직선, 후퇴 또는 델타 날개와 같은 다양한 날개 모양은 양력, 항력, 안정성 및 기동성에 다양한 영향을 미칩니다. 예를 들어 후퇴 날개는 항력을 줄여 고속 비행에 도움이 되는 반면 델타 날개는 저속에서 좋은 기동성을 제공합니다.
에일러론, 승강타 및 방향타를 포함한 제어 표면은 안정성을 유지하고 항공기의 움직임을 제어하는 데 중요합니다. 이러한 표면은 일반적으로 항공기의 날개와 꼬리 부분에 있습니다. 후단에 부착된 에일러론 날개의 뒤쪽 가장자리에 부착된 에일러론은 항공기의 롤 또는 뱅킹 동작을 제어합니다. 한쪽 에일러론을 올리고 다른 에일러론을 내리면 날개 전체의 양력 분포가 바뀌어 항공기가 원하는 방향으로 구르게 됩니다.
수평 안정판의 뒤쪽 가장자리에 위치한 엘리베이터는 항공기의 피치 또는 기수 상승 및 기수 하강 움직임을 제어합니다. 엘리베이터를 위 또는 아래로 편향시키면 테일플레인 위의 기류가 영향을 받아 기체의 피치가 변경됩니다.
수직 안정판의 뒤쪽 가장자리에 위치한 방향타는 항공기의 요(yaw) 또는 좌우 이동을 제어합니다. 방향타를 왼쪽 또는 오른쪽으로 편향시키면 수직 안정판에 부딪히는 기류가 변경되어 항공기 기수가 원하는 방향을 가리키게 됩니다.
안전하고 예측 가능한 비행을 위해서는 안정성과 제어가 필수적입니다. 종방향 안정성은 교란 후에도 일정한 피치 자세를 유지하는 항공기의 능력을 의미합니다. 날개와 꼬리에 상대적인 무게 중심의 적절한 배치를 통해 달성됩니다. 측면 안정성은 롤링 또는 뱅킹 동작에 저항하고 날개 높이를 유지하는 항공기의 기능과 관련됩니다. 방향 안정성은 항공기가 직선 비행경로를 유지하고 요잉 또는 회전 동작에 저항하도록 합니다.
무게 중심(CG)은 항공기의 무게가 고르게 분산되는 지점입니다. 안정성과 기동성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. CG는 항공기의 제어 가능성을 보장하고 비행 중 불안정성을 방지하기 위해 지정된 한계 내에 있어야 합니다.
공기 역학적 힘과 모멘트는 비행 중인 항공기에 작용합니다. 힘은 양력, 끌기, 추력 및 무게를 포함하여 항공기를 밀거나 당기는 것입니다. 반면 모멘트는 피치, 롤 및 요와 같이 항공기의 자세에 영향을 미치는 회전력 또는 토크입니다. 이러한 힘과 모멘트의 균형과 상호 작용은 안정적이고 통제된 비행에 필수적입니다.
공기역학 원리는 고정익 항공기뿐만 아니라 헬리콥터, 드론, 심지어 새와 같은 다른 비행 기계에도 적용됩니다. 공기 역학의 과학은 항공기 설계, 추진 시스템 및 비행 효율성에 대한 지속적인 연구와 발전을 통해 계속 발전하고 있습니다.