비행기 양력발생에 대한 고찰

2012 포스팅 자료실 2012.08.15 00:02

비행기가 뜨는 원리에 대한 고찰

 

 

지금껏 여러종류의 항공학서적을 탐독해 보았지만 여전히 비행기 날개에서 양력이 발생하는 원리를 이해하기란 정말 어려웠다. 항공학을 전문적으로 공부하지 않은 몇몇 사람들이 에어포일에서 양력이 발생하는 원리를 과학적인 사실에 근거하지 않고 단지 추측만으로 이렇다 저렇다 하는 바람에 많은 사람들이 잘못이해하고 있을거라 생각한다.

 

 

장조원교수님의 '하늘에 도전하다'에서도 이에대한 문제를 꼬집고 있다.

 

『 …에어포일 윗면에서 속도가 증가하는 이유에 대해 문헌에서조차 잘못 설명하는 경우가 가끔 있다. 유체가 정지된 물체를 지나가면 웟면을 지나가는 흐름과 아랫면을 지나가는 흐름으로 나뉘며, 두 흐름은 뒷전에서 반드시 만난다고 생각한다. 따라서 에어포일의 윗면 길이가 아랫면보다 길기 때문에 윗면에서 더 빨리 움직여야 뒷전에서 만날 수 있다는 것이다. 즉 캠버가 있는 에어포일에서 긴 길이의 윗면을 따라 흐르는 공기가 짧은 길이의 아랫면을 따라 흐르는 공기보다 더 빠르게 이동해야 한다는 의미이다. 그러나 이러한 설명은 실제와 일치하지 않는다. 경험적인 방법이나 전산유체역학의 계산을 통해 관찰해 보면, 상기 그림에서처럼 아랫면의 유체가 뒷전에 도착하기 전에 윗면을 지나는 유체는 뒷전을 지나 멀리 이동해 있다. 시간이 t. 일 때는 유체 C,D가 에어포일 앞전에 같이 위치하다가, C는 윗면으로 D는 아랫면으로 나뉜다. 시간이 t.. 일 때 C는 뒷전을 지나지만 D는 아직도 뒷전에 도착하지 못하다. 소형 세스나 150의 날개를 예를 들면, 윗면의 길이와 날개 아랫면 날개길이가 2%밖에 차이가 나지 않는다. 즉 흐름이 뒷전에서 만난다면, 속도는 2% 정도 차이가 나야 한다는 뜻이다. 그러나 실제 날개 윗면과 아랫면 흐름속도는 30% 정도 차이가 난다. 즉 윗면의 흐름 속도가 훨씬 빨라서 뒷전에서 절대로 만날 수 없다.  』

 

 

 

이에 대한 내용은 '항공우주학개론'에서 찾을 수 있다.

 

항공우주학개론의 에어포일에 대한 설명부분을 찾아보면

'날개의 먼 상류에서 공기는 비행속도와 같은 크기의 속도로 에어포일에 접근하여 에어포일의 앞전에 부딪혀 날개의 아래위로 나뉘어 흐르게 된다. 날개의 표면도 하나의 유선으로 볼 수 있고 이 유선은 날개의 앞전에서 둘로 나뉘어 날개의 아래위 표면을 이루고 뒷전에서 다시 하나로 만나 하류로 이어지게 된다.'

 

 

 

아마 항공우주학개론에서 설명한 이 내용은 '분리유선'이 만난다는 내용이지 유선에 있는 공기흐름(덩어리로 가정했을 때 정체점에서 A,B로 나뉘어진)이 만난다는 내용은 아닌것 같다. 만약 그렇다면 장조원교수님의 설명과 엇갈리게 될테니까.

 

또한, 양력발생에서 빼놓을 수 없는 베르누이 정리도 실상 그 이론의 기본만 적용될뿐 실제로는 오일러나 나비어, 스톡스의 이론을 이해해야 한다.

 

 

 

비행기 날개에서 양력이 발생하는 원리는 다음 글에서 알아보도록 하겠다.

 

 

 

BlueEdge 항공블로그

 

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