[헬리콥터] 헬리콥터 원리/이용

2012 포스팅 자료실 2011.12.21 17:16
**[헬리콥터] 헬리콥터 원리/이용**

헬리콥터의 원리 / 이용

목차
1. 에어포일, 이륙원리
2. 메인로터, 테일로터
3. 조종원리
4. 터보샤프트엔진
5. 헬리콥터의 이용
6. 헬리콥터 사진


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1. 에어포일
 헬리콥터나 비행기가 하늘을 날 수 있는 이유는 빠른 속도로 날개를 움직여 양력을 발생시키기 때문이다. 이는 크게 헬리콥터가 속하는 회전익 날개와 비행기인 고정익 날개로 나뉜다.
 비행기의 날개는 유선형 곡선으로 만들어지며 이를 에어포일이라 한다. 에어포일이 공기를 빠르게 지나가게 되면 위아래 압력차가 나게 되는데, 윗면은 공기가 빠르게 흘러 압력이 낮아지고 아랫면은 공기가 느리게 흘러 압력이 높아진다. 즉, 공기는 고기압에서 저기압으로 흐르는 성질이 있기 때문에 아랫면의 공기가 위로 올라가려고 힘을 작용하게 된다. 이 힘을 양력이라 한다. 


 이때, 헬리콥터는 이 날개를 회전시키면서 에어포일의 각도를 조절해 고도를 조절한다.
컬렉티브 조종간을 위로 올리면 스워시판이 들어올려 지면서 그와 연결된 로터의 깃각이 커지게 되어 결과 적으로 헬리콥터가 올라가게 된다.  밑의 애니메이션을 보면 붉은색과 파란색 판이 보이는데, 이것이 스워시판이며, 이 두판은 베어링으로 연결되어 있다.



2. 메인로터, 테일로터
 메인로터가 왼쪽으로 회전하게 되면 그 반작용으로 기체는 오른쪽으로 움직이게 된다. 이를 토크라하며, 꼬리날개를 이용해 이 반작용을 억제시키는 것을 토크상쇄라 한다. 꼬리날개를 이용해 최초로 헬리콥터를 만든 사람은 러시아의 시코르스키로서 미국 시코르스키사의 창립자이기도 하다. 보통의 꼬리날개가 들어간 헬리콥터를 쓰는 유럽과 미국에 반해 러시아는 특유의 동축반전기술을 사용한 헬기를 많이 제작한다. 동축반전헬기는 꼬리날개를 사용하지 않고 서로 다른 두 메인로터를 반대로 회전시켜 토크를 상쇄시키는 헬리콥터이다.

 


3. 조종원리
 헬리콥터의 조종기로는 크게 사이클릭 조종간, 컬렉티브 조종간, 방향패달이 있다. 과거에는 조종간과 장치들이 직접연결되었지만, 현재는 플라이바이와이어(Fly-By-Wire)를 사용해 전기적인 신호를 이용해 와이어를 컨트롤하는 방식으로 변화하고 있다.
앞서 봤듯이 기체의 고도를 조절하는데 이용하는 것이 컬렉티브 조종간으로서, 조종사의 왼편에 자리하며, 기체의 기울기를 조절하는 것이 사이클릭 조종간으로서, 조종사의 다리 사이에 존재한다. 기체의 방향을 조절하는 것은 꼬리날개의 깃각을 조절하는 방향패달이 있다. 
 



헬리콥터가 비행하는 원리는 세차운동에 따른다. 세차운동이란 고속으로 회전하고 있는 회전체에 그 회전축과 일치하지 아니하는 토크를 작용하여 회전축의 방향을 변화시키도록 힘을 가하면 회전축은 그 로터 자체의 회전으로부터 생긴 운동량 벡터와 외부에서 가한 토크의 벡터와의 합성벡터의 방향으로 가장 가까운 길을 찾아서 그 회전축의 방향을 변화시키려고 하는 운동이다.  즉, 회전하는 팽이를 앞으로 살짝 건드리면 앞으로 나아가듯이 헬리콥터의 로터를 앞으로 기울이게 되면 기체는 앞으로 전진하게 되는 것이다.

4.터보샤프트엔진
 초소형 헬리콥터를 제외한 모든 헬리콥터들은 제트엔진을 사용한다. 피스톤엔진으로는 거대한 헬리콥터를 들어올리기에 역부족이기 때문이다. 헬리콥터에 들어가는 제트엔진은 터보샤프트엔진이라 한다. 원리는 터보제트엔진과 같지만, 제트가스를 분사시키지 않고 로터축을 회전시키는데 이용한다는 차이가 있다. 
 제트엔진은 저압 압축기, 고압 압축기, 제1연소실, 제2연소실, 터빈실, 노즐로 나뉜다.
압축실에는 로터와 스테이터가 있으며, 로터에 의해 빨려들어온 공기는 스테이터에 의해 뒤쪽으로 이동되면서, 고온,고압으로 압축된다.
제1연소실에서는 이 압축공기의 일부가 연소되고, 제2연소실에서는 공기를 냉각시켜 연소가스에 넣는다. 최종연소가 이루어 지면 후부로 나가면서 구동축과 터빈축을 회전시키게 된다.



군용 헬기의 경우 적외선미사일로 부터 기체를 보호하기 위하여 배기가스를 최대한 분산시킬 수 있게 설계된다.

5. 헬리콥터의 이용
 헬리콥터는 가장쓸모있는 기계 중 하나이다. 우리나라의 경우 항공기 비율이 헬리콥터가 비행기보다 높으며, 사용되는 곳도 헬리콥터가 가장 많다.  헬리콥터가 많이 쓰이는 이유는 바로 호버링 때문이다. 호버링이란 헬리콥터가 공중에 가만히 떠있는 것을 말한다. 헬리콥터 만이 가지고 있는 호버링 기능은 헬리콥터를 더욱 쓸모있게 한다. 보통 인명구조에 가장 많이 사용되며, 수송부분에도 많이 쓰인다. 

6. 헬리콥터 사진




 

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