(3) Lift and Basic Aerodynamics

Lift and Basic Aerodynamics

 

항공기의 주요 구성 요소와 하위 구성 요소의 작동을 이해하기 위해서는 기본적인 공기역학을 이해하는 것이 중요하다. 이 장은 공기역학을 간략하게 소개한다. 보다 자세한 설명은 Chapter 5, Aerodynamics of Flight를 참조한다.

 

비가속 직진수평비행과 관련하여 항공기에 네 가지 힘이 작용한다. 이러한 힘들은 추력, 양력, 무게, 그리고 항력이다. [그림 3-1]

추력은 엔진/프로펠러에 의해 생성되는 전진 힘이다. 이는 항력의 힘을 대항하거나 극복한다. 일반적으로 이는 세로축에 평행하게 작용한다.

 

항력은 뒤로 향하는 retarding force이다. 이는 날개, 동체, 그리고 그 외 돌출된 물체에 의한 공기 흐름 방해 때문에 발생한다. 항력은 추력에 대항하며 상대풍에 평행하게, 그리고 뒤를 향해 작용한다.

 

무게는 항공기 그 자체, 승무원, 연료, 그리고 화물/수하물의 총 하중이다. 중력으로 인해 무게는 항공기를 아래로 잡아당긴다. 이는 양력에 대항하며 항공기 CG를 중심으로 아래를 향해 수직으로 작용한다.

 

양력은 무게의 아래로 향하는 힘에 대항한다. 이는 날개에 작용하는 공기의 동적 작용에 의해 생성되며 양력 중심(CL - center of lift)을 중심으로 비행경로에 수직으로 작용한다.

 

항공기는 3차원으로 움직인다. 그리고 이는 하나 이상의 축을 중심으로 이동하여 제어된다. 세로(혹은 roll)축은 항공기의 기수로부터 꼬리까지 연장되며 이는 CG를 통과한다. 가로(혹은 pitch)축은 wing tips를 통과하는 선이며 이 또한 CG를 통과한다. 수직(혹은 yaw)축은 CG를 교차하여 항공기를 수직으로 통과한다. 조종간 움직임은 항공기가 이러한 축들 중 하나 이상을 중심으로 이동하게 만들어 항공기를 조종할 수 있게 해준다. [그림 3-2]

항공기 설계에 있어 가장 중요한 요소들 중 하나는 CG이다. 이는 항공기의 질량, 혹은 무게의 중심이라고 말할 수 있는 특정 지점이다. 즉, 항공기가 매달릴 경우 상대적으로 수평을 유지할 수 있는 지점이다. 항공기 CG의 위치는 비행 중인 항공기의 안정성을 결정한다. CG가 뒤로(꼬리를 향해) 움직이면 항공기는 점점 동적으로 불안정해진다. CG 앞에 연료 탱크가 위치하는 항공기의 경우 연료 탱크가 비어있는 상태에서 CG를 설정하는 것이 중요하다. 그렇지 않을 경우 연료가 소모됨에 따라 항공기가 불안정해진다. [그림 3-3] CG는 초기 설계 및 제조 도중 계산된다. 이는 장비 설치, 항공기 적재, 그리고 그 외 요인들에 의해 더욱 영향을 받는다.