(7) Effect of Wing Planform

Effect of Wing Planform

 

날개 성능과 비행 특성을 배울 때 날개 planform의 영향을 이해하는 것이 중요하다. planform은 위에서 바라보는 날개의 모양으로 이는 3차원 공기 흐름을 다룬다. 가로세로비, 테이퍼비, 그리고 후퇴각은 planform 설계의 구성 요소들이다. 이는 날개의 전반적인 공기역학적 특성에 매우 중요하다. [그림 5-33]

 

가로세로비는 날개의 폭과 시위선의 비율이다. 테이퍼비는 planform이나 thickness 중 하나에 적용될 수 있다(혹은 둘 다 적용될 수도 있음). 간단히 말해 이는 시위선이나 날개 두께가 wing root에서 wingtip을 향해 감소하는 것이다. 후퇴각은 날개, 수평 꼬리, 혹은 그 외 에어포일 표면이 뒤로 꺾인 것을 의미한다.

 

날개의 planform이 변경될 수 있는 두 가지 방법이 있으며 이들은 날개의 공기역학적 특징에 영향을 미친다. 첫 번째는 가로세로비에 변화를 주는 것이다. 가로세로비는 일반적인 날개의 3차원 특성과 양항비를 결정하는 주요 요인이다. 가로세로비 증가는 항력을 감소시켜(특히 높은 받음각에서) 상승 자세에서의 날개 성능을 향상시킨다.

 

허나 가로세로비가 증가하면 날개폭의 길이가 증가하는데, 이에 따라 날개 구조의 무게가 증가한다. 즉, 동일한 하중을 지탱하기 위해 날개가 더 무거워야 한다. 때문에 무게 증가로 인하여 장점(항력 감소)의 일부가 손실된다. 따라서 이 두 가지 상충 조건으로부터 최상의 결과를 얻기 위한 절충안이 필요하다.

 

planform을 바꾸는 두 번째 방법은 tapering(root에서 tip까지의 시위선 길이를 줄이는 것)이다. 일반적으로 tapering은 항력 감소(특히 고속에서 효과적)와 양력 증가를 유발한다. 또한 날개의 무게가 절약되어 구조적인 이점도 발생한다.

 

대부분의 훈련 비행기와 범용 항공 비행기는 높은 양력 계수에서 운영되므로 높은 가로세로비를 필요로 한다. 매우 빠른 속도에서 운영되도록 개발된 비행기는 더 높은 aerodynamic cleanness를, 그리고 더 높은 강도를 요구하므로 낮은 가로세로비를 필요로 한다. 매우 낮은 가로세로비는 높은 wing loadings를, 그리고 높은 실속 속도를 초래한다. 낮은 가로세로비가 후퇴각과 결합될 경우 이는 높은 가로세로비 비행기와 매우 다른 비행 특성을 나타낸다. 이러한 비행기들은 매우 정교하고 전문적인 비행 기술을 요구한다(특히 저속에서). 반면 높은 가로세로비 비행기들은 부적절한 비행 기술에 대해 더 관대하다.

 

타원형 날개는 이상적인 아음속 planform이다. 왜냐하면 특정 가로세로비에 대해 최소의 유도 항력을 제공하기 때문이다. 허나 이 날개의 실속 특성은 직사각형 날개보다 떨어진다. 이는 비교적 제작하기도 어렵다. 테이퍼형 에어포일은 무게와 강도의 관점에서 바람직하다. 그러나 타원형 날개만큼 공기역학적으로 효율적이지는 않다. 타원형 날개의 공기역학적 효율을 유지하기 위해 직사각형 날개와 테이퍼형 날개를 조정하기도 한다. 이는 wing twist를 통해, 그리고 에어포일 변화를 통해 이루어진다. 타원형 날개는 incipient stall에 도달하기 전까지는 최상의 양력 계수를 제공한다. 그러나 complete stall에 대한 사전 경고를 거의 제공하지 않는다. 또한 aileron effectiveness 부족으로 인해 가로 방향 제어가 어려울 수 있다.

 

이에 비해 직사각형 날개는 wing root에서 먼저 실속에 빠지는 경향이 있다. 그리고 충분한 실속 경고와 충분한 aileron effectiveness를 제공한다. 또한 직사각형 날개는 일반적으로 꽤나 안정적이다. 따라서 이는 저가의 저속 비행기 설계에서 선호된다.