[AngelFounder의 항공과 공학] (6) 비행기는 어떻게 뜰 수 있나? - 2편

Posted by 비회원
2013. 1. 19. 16:15 ::항공 지식::/└ 항공과 공학




(읽으시기 전 주의사항)
http://aviation-team.tistory.com/164 ([AngelFounder의 항공과 공학] (4) 비행기는 어떻게 뜰 수 있나? - 1편) 을 참고하세요.

수식에 자신이 없으신 분께서는 수식보다는 설명위주로 보시기 바랍니다.
제가 포스팅하는 목적은 수식을 사용하는것 보다 아 이런식으로 하는구나 라는것을 보여드리기 위함입니다.
수식을 완벽히 이해하시려면 너무 어려우실겁니다.
그림과 설명 위주로 아 그렇구나~ 하고 넘어가주세요

1편에 이어 2편 시작하겠습니다.
자 1편에서는 비행기를 움직이는 힘 4가지와 받음각, 양력의 발생에 대해 간략하게 알아보았습니다.

이번에는 앞서 설명하지 않은 양력계수와 항공기 날개의 넓이와 양력의 상관관계에 대해 알아보죠.
우선 양력계수는 쉽게 날개가 양력을 얼마나 발생시키는지를 나타내는 정도입니다. 
따라서 다음 사진에서
 

세로축이 양력 계수인데, 즉 양력 계수가 커진다는 것은 
그만큼 날개에서 양력이 더 많이 발생되고 있음을 알려주는 것이죠.

그리고 양력은 날개의 넓이가 넓어지고 속도가 빨라지면 증가합니다.
속도가 빨라지면 양력이 증가하는 것에 대해서는 
아직 제가 베르누이의 정리에 대해 설명드리지 않아서 정확한 설명을 드리기는 어렵습니다.
다음에 베르누이의 정리에 대해 포스팅할 때 설명드리겠습니다.

현재는 아 속도가 빨라지면 양력이 증가하는구나 라고 이해하시고 
아래 그래프를 보겠습니다.

이 그래프를 간략히 설명드리면
빨간색 선이 양력과 중력이 같아지는 받음각, 즉 저 받음각으로 이동하면
하강하지도 상승하지도 않는 지점(순항할 수 있는)이라는 뜻입니다.

그리고 주황색 선은 같은 받음각일 때 속도에 따라 양력이 어떻게 되는지를 나타낸 그래프이구요

속도가 빨라지면 같은 받음각임에도 양력이 더욱 증가함을 알 수 있죠?

이 그래프를 다시 보면 속도가 빨라질수록, 즉 비행기가 순항할수록
받음각이 작아도 양력이 어느정도 유지됨을 알 수 있습니다. 
따라서 플랩을 펴지 않아도 실속하지 않게 되죠.

하지만 속도가 낮으면 받음각이 커져야 같은 양력이 나오죠?
따라서 반드시 플랩을 펴야 실속이 생기지 않죠

그러면 날개의 면적하고는 무슨관계??
상식적으로 생각해보면 날개 면적이 작을 경우 공기의 흐름이 큰 경우보다 작게 되고
따라서 날개의 위와 아래의 압력차이가 적게 되어 결국 원하는 양력을 얻지 못하죠.

그러면 그냥 날개를 엄청 크게 만들면 되겠네?
그럴 경우 무게가 많아져 기름을 많이 소비하고 비효율적이 될 수 있어서
적절한 크기로 만드는것이 가장 좋습니다.

이러한 양력도 계산할 수 있는 수식이 있습니다. 바로 아래 식이죠.

여기서 F는 양력, C는 양력계수, S는 날개의 면적, V는 속도, ρ(로)는 공기의 밀도입니다.

즉 이 식에서 알 수 있듯 양력은 양력계수가 커질수록 증가하고, 밀도가 커지면 증가하고,
날개의 면적이 커지면 증가하고, 속도가 커지면 속도의 제곱으로 증가하게 됩니다.

그리고, 위의 식 중 일부인 아래식

이것을 동압(Dynamic Pressure) 이라고 합니다.(피토관에 대한 포스팅에서 자세히 다루도록 하겠습니다)

그러면 다시 되돌아와서 어떻게 양력값을 계산하지?

이 식에서 C(양력계수)는 물체의 단면 형상 및 받음각에 의해 정해지는 값입니다. 
따라서 이미 구해져 있는 경우가 많죠.

그리고 ρ(밀도)는 표로 다 나와있으니 참고하여 대입하면 되구요(일반적으로 공기의 밀도는 1.23kg/m^3)

S(면적)은 날개 면적 계산하면 되겠죠?

그리고 V(속도)는 Pitot tube로 구할 수 있습니다.(Pitot tube에 대한 내용(동압, 정압, 피토관 등)은 다음 주제에서 자세히 다루겠습니다)

그러면 양력 F를 구할 수 있을겁니다.

여러분들께서 양력을 구해보고 싶다면 한번 계산해보세요.
그래프 중 양력계수가 나와있는 그래프를 참고하시고 날개 면적 검색하셔서 대입해보시기 바랍니다.

자 결국 비행기를 띄우는 힘 양력
양력도 마찬가지로 이러한 식을 통해 계산되어 진다는 사실! 아셨죠?

오늘은 비행기가 어떻게 뜨게 되는지, 양력은 무엇인지 알아보았습니다.

궁금한 점은 언제든 덧글로 남겨주세요 답변드리겠습니다.

감사합니다.

2013.01.19 4:15 PM
AngelFounder 배상

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