20200620 항공역학

대기

질소 78%, 산소 21%, 기타

대류권

불안정 대기, 수분 포함, 기상현상

성층권

안정 대기, 오존층(20km), 오존층 열 보존

열권

유체

점성(viscosity)

마찰(friction)

정지마찰 - 정지에서 움직이는 물체에 작용하는 저항

운동마찰 - 움직이는 물체에 작용하는 저항

날개표면의 마찰 + 공기 분자층간의 마찰

표준대기

ICAO

ISA (국제 표준 대기)

PA = (29.92 - altimeter) * 1000 + Field Elevation

전이 고도

Transition Level

Transition Layer

Transition Altitude

밀도 고도

DA = (OAT-ISAT) * 120 + PA

(32 - 4) * 120 + 5000

양력 발생 원리

양력 발생 원리는 뉴턴의 운동 법칙과 베르누이 유체 역학에 기반한다.

항공기에 작용하는 4가지 힘

추력>항력 가속

추력=항력 등속

추력<항력 감속

추력

• 프로펠러

양력

• 1/2ρV²SCL
• Critical AOA

항력

• 유도항력
  • 양력발생시 상대풍 수직으로 생성
  • 상대풍의 각도가 증가하면 양력이 후방 대각선 방향으로 생성, 벡터 분리시 양력과 항력으로 분리
• 유해항력
  • 형상항력 - 동체 모양으로 인한 공기역학항력
  • 간섭항력 - 동체 접합부분의 공기 흐름의 충돌로 생성되는 항력
  • 표면 마찰항력 - 표면의 공기 분자와의 마찰로 인한 항력

중력

• 양력<무게 → 강하
• 양력>무게 → 상승

그 외

날개 끝 와류

날개끝 압력차 (높은 압력→ 낮은 압력) 공기의 흐름으로 인한 아래에서 위쪽으로 소용돌이

• 무겁고 저속
• AOA 클 때
• 이륙, 상승, 착륙할 때
• Clean configuration

Wingtip vortex 설치, Winglet 설치

최근 연구결과, 날개끝을 표족하고 길게 만드는게 와류 생성 감소

헬기 날개 직경 3배 이상의 거리 유지

와류 회피

• 항로 분리
• 1000ft 분리
• 앞서가는 항공기 이륙지점 이전에 이륙
• 앞서가는 항공기 착륙지점 이후에 착륙

ICAO DOC 4444, 8168

항공기 Wake Turbulence 등급

• Heavy - 136,000kg 이상
• Medium - 7000kg 이상
• Light - 7000kg 이하

지면효과

날개길이 = 높이 : 1.4% 감소

날개길이*1/4 = 높이 : 23.5%

날개길이*1/10 = 높이 : 47.6%

• 정압원 감소 → 지시속도 증가(이륙)
• 정압원 증가 → 지시속도 감소(착륙)

항공기 안정성

항공기 3축

가로, 세로, 수직

안정성

정적 안정성 - 원래의 평형상태로 돌아가려는 경향

동적 안정성 - 경향성이 시간에 따라 반응하는 정도

세로 안정성 - 가로축

• 날개의 공력중심과 무게중심 위치관계
  • CG too far forward
    • 세로안정성 증가
    • higher stall speed(critical AOA)
    • Slower cruise speed
    • Longer takeoff distance
  • CG too far aft
    • 세로안정성 감소
    • Slower stall speed
    • Higher cruise speed
  • Trimmable Horizontal Stabillizer
• 수평 꼬리날개의 위치와 면적
• 동체와 추력선의 위치

Dutch Roll

가로안정성 > 방향안정성

가로안정성으로 Rolling 평형 후 Yawing 평형이 한박자 늦게 따라가면서 반복

Spiral Instability

방향안정성 > 가로안정성

Yawing이 평형을 이루기 위해 Rolling 과 같은 방향으로 기수가 계속 따라가서 깊은 나선에 빠짐.