[항공] 기체의 모양 - 비행성능의 향상

2012 포스팅 자료실 2012.04.13 19:35

**기체의 모양을 보다 날씬하게, 비행성능의 향상**

 

 

 날씬한 모양의 후퇴날개기와 삼각날개기

 

 항공기가 공중을 날 때 받는 공기의 저항력은 비행속도 제곱에 비례하여 증가하게 마련입니다. 그래서 비행속도를 2배로 높이기 위해서는 엔진의 추력을 4배로 높여 주어야 되는데, 기체의 모양을 날씬하게 만들어 공기의 저항을 줄여주면 엔진의 추력을 그렇게 많이 높여주지 않아도 됩니다.

그래서 공기의 저항을 줄여주기 위하여 날개가 뒤로 젖혀진 날씬한 모양의 후퇴날개가 생겨나게 되었는데, 적은 추력으로 안전하게 아음속이나 초음속 비행을 할 수 있게 되었습니다. 그러나 날개의 후퇴각을 너무 많이 해주면 날개 뿌리부분은 괜찮지만 날개 끝부분으로 갈수록 옆방향의 강도가 약해져서 쉽게 비틀리는 현상이 생기게 됩니다.

그래서 후퇴각을 어느 정도 이상 크게 해줄 필요가 있을 때는 후퇴날개의 뒷전과 동체 사이의 공간을 메워 없애고 그 넓은 공간을 연료탱크로 이용하는 방법이 개발되었는데, 이렇게 만든 것이 바로 삼각날개(델타날개) 항공기 입니다.

 

 

  이와 같은 삼각날개는 물론 초고속 군용기에만 해당되는 것이지만 덕분에 그림에서 보는 바와 같이 아주 날씬한 예술적인 모양의 항공기가 많이 등장하게 되었습니다. 그래서 이와 같은 날씬한 항공기의 모양을 보고 흔히들 '과학기술이 만들어낸 최고의 예술작품이다'라고 하고 있습니다.

 

 

 동체도 날씬하게, -+=0 인 면적의 법칙과 블랜디드 윙 바디

 

  항공기가 공중을 날 때 날개와 동체가 서로 연결되어 있는 날개의 뿌리 부분에서 공기의 저항력이 가장 크게 나타나는데, 이 부분의 공기저항을 줄여주는 방법으로 - + = 0 인 면적의 법칙(Area Rule)이라는 것이 있습니다.

이 면적의 법칙은 1953년 미국 항공우주연구소의 기사인 리차드씨가 연구해낸 것인데, 날개와 동체를 한 물체로 생각하고 날개가 부착되는 부분의 동체의 모양을 콜라병과 같이 홀쭉하게 만들어 동체의 저항력을 줄이고(-), 날개의 저항력(+)을 합쳐 전체적인 저항력이 - + = 0 이 되게 하는 새로운 구조형식입니다.

 

  그 때 당시 미국의 퀀베어사에서 공군의 주문을 받고 자신있게 만들어 낸 YF-102란 삼각날개의 초음속 전투기가 있었는데 시험비행을 아무리 해 보아도 음속을 돌파하지 못하고 마하 0.98 정도 밖에 되지 않아, 공군에다 납품을 하지 못하고 고민하고 있었습니다.

그래서 이 면적의 법칙을 적용시켜 동체의 모양을 홀쭉하게 개조했더니 무난히 음속을 돌파할 수 있었다고 합니다. 그렇게 해서 면적의 법칙이 일약 유명해지고 그 후부터 초음속기에 많이 유행되어, 동체의 모양이 콜라병과 같이 아주 날씬한 모양으로 바뀌게 되었습니다.

 

 

그러나 이 면적의 법칙은 어디까지나 마하 1정도에서 그 효과가 좋게 나타난 것이었으며, 마하 1이상의 초음속기에서는 마하수에 따라 동체의 단면 모양이 알맞게 달라져야 했습니다. 그래서 현재는 컴퓨터를 이용하여 원하는 비행속도에 가장 적합한 단면적을 계산하여 보다 효율적으로 설계하고 있습니다.

 

 

 최근에는 날개와 동체의 연결부분이 더욱 날씬한 모양을 한 항공기가 많이 나오고 있습니다. 이것은 날개와 동체가 결합되는 부분의 공기저항 즉 압력 분포를 되도록 원활하게, 또 최소화시키기 위하여 동체와 날개의 연결부분을 아주 통체로 밋밋하게 만들었기 때문입니다. 이와 같이 날개와 동체의 연결부분을 통체로 밋밋하게 만든 기체는 브랜디드 윙 바디(Blended Wing Body)라고 하는데, 컴퓨터 기술이 크게 발달된 덕분에 이루어진 성과입니다.

 

브랜디드 윙 바디 형식의 제 1호기는 미국의 록히드사가 1974년에 개발하여 1986년부터 군에 납풍하기 시작한 B-1이란 전략폭격기 랜스 였습니다. 그 후 군용 고속기들은 모두 이와 같은 형식으로 설계 제작되고 있습니다. 이렇게 해서 항공기의 모양이 점점 더 날씬해져 예술 작품화되고 있는 것입니다.

 

B-1B 랜서 보러가기 *** http://blue5182.tistory.com/113

 

임달연 선생님의 '재미있는 항공 우주 이야기'

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