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

 

저작자 표시 비영리 변경 금지
신고
크리에이티브 커먼즈 라이선스
Creative Commons License

[항공] 비행기의 원리, 베르누이의 방정식

2012 포스팅 자료실 2012.03.25 00:09
**베르누이 정리 - 비행기의 원리**


꿈을 이루는 버튼



대기의 성분과 기본적인 성질

  표준대기표에서 보았던 바와 같이 지구를 둘러싸고 있는 대기의 상태는 온도, 압력, 밀도 및 음속 등으로 표시되고 있는데, 고공으로 올라갈수록 이들의 값이 점점 떨어지고 있습니다.
  한편 관측결과에 의하면 지상에서 약 30km 까지는 그 성분의 구성비가 대략 다음과 같이 거의 일정한 상태로 되어 있습니다.

[대기의 성분]
   산소 질소 아르곤  이산화탄소  수소  기타 
 부피(%)  21 78  0.9  0.03  0.01   0.06
 무게(%)  23  75  1.3  0.05  0.001   0.65

  앞에서 설명한 바와 같이 항공기는 대기의 성질을 잘 이용하면서 공중을 나는 날틀인데, 일반적으로 대기의 성질하면 그의 온도, 압력, 밀도, 점성 등이 어떻게 변화하여 물체에 어떠한 영향을 미치느냐 하는 것을 말하는 것입니다.
  물도 그렇지만 대기가 가만히 정지하고 있을 때는 별 문제가 없지만, 일단 움직이기 시작하면 그 흐름속도에 따라 물체에 미치는 영향력이 크게 나타나는 것입니다.
  홍수나 태풍의 경우를 생각하면 물이나 대기와 같은 유체가 고속으로 유동할 때는 대단한 압력에너지를 발휘하고 있다는 것을 우리는 경험을 통하여 잘 알고 있습니다. 무거운 항공기나 공중을 날 수 있는 것은 바로 이와 같은 대기가 가지고 있는 압력에너지를 잘 이용하고 있기 때문입니다. 

  스위스의 과학자 베르누이(1700~1782)는 1738년 물이 흘러갈 때, 그 흐름속도에 따라 변화하는 압력에 대하여 연구한 '베르누이의 정리'로 유명하고, 이탈리아의 벤투리(1746~1822)는 베르누이의 정이를 이용하여 파이프 속을 흐르고 있는 물의 속도와 압력을 측정하는 '벤투리계'를 발명한 유명한 사람들입니다. 
  대기도 물과 같은 유체이기 때문에 언제나 연속적으로 흐르는 성질(연속의 법칙)을 가지고 있고 또 4방 모든 방향으로 작용하는 힘 '정압'과 흐르는 방향으로 작용하는 힘 '동압'이 언제나 같이 작용하고 있는데, 이 두가지 압력을 합한 값은 그 흐름속도가 변화하더라도 언제나 같다라는 베르누이의 정리가 적용되고 있습니다. 다만, 이때 대기의 흐름상태는 언제나 정상적이고 점성과 흐르는 통로에 의한 마찰손실은 무시한다는 가정이 전재된다는 것입니다.

(유체는 넓은 데에서는 느리게, 좁은데에서는 빠르게 연속적으로 흐르는 성질을 갖고 있다. 유속이 빨라질수록 정압은 떨어지고, 동압은 높아진다) 

  따라서 대기의 흐름속도가 빨라질수록 그 곳의 정압(물체가 받는 압력) 은 떨어지고, 동압(흐르는 대기의 운동에너지)은 올라가게 마련입니다. 원래 물체가 받는 압력이란 그 물체 표면에 작용하는 대기의 분자력의 크기(총합)인데, 대기의 흐름속도가 빨라질수록 분자간의 간격이 커지기 때문에 물체에 미치는 분자력의 총합, 즉 압력은 떨어지는 것입니다.

● 좀더 간단하게 이해하고 싶다면 ●
저의 항공팀블로그의 글입니다
▷▶http://aviation-team.tistory.com/86◀◁

  항공기가 엔진의 힘에 의하여 대기 속을 빠른 속도로 전진할 때 그 항공기 날개에 뜨는 힘, 즉 '양력(Lift)'이 생기는 것은 바로 이와 같은 원리에 따라 날개의 윗면과 밑면에 작용하는 대기 압력의 차이 때문입니다.
  그래서 날개 윗면을 스쳐 흐르는 대기의 속도를 되도록 빠르게 하고, 날개 밑면의 속도를 느리게 하기 위하여 날개골(익형)의 모양이 둥글게 위로 휘어져 있는 것입니다. 


  여기서 중요한 것은 비행속도가 변화하더라도 언제나 대기의 흐름이 날개의 위, 아래 표면을 고루 잘 스치고 지나가야 한다는 것입니다. 따라서 비행속도에 따라 그에 적합한 모양의 날개가 있게 마련입니다.
  그러나 항공기는 언제나 일정한 속도와 같은 자세로 비행하는 것도 아니고 또 주위의 대기상태(기상상태)가 항상 변화하고 있기 때문에 대기의 흐름이 언제나 항공기 날개의 위, 아래 표면을 고루 잘 스쳐 지나가도록 하는 것은 아주 어려운 일입니다. 따라서 항공기 설계에서 날개의 모양이 제일 중요한 과제로 되어 있는 것입니다.
  그래서 항공기의 발달 과정에서 여러 가지 모양의 날개골이 연구 개발되고 있는데, 아주 잘 설계된 것은 앞으로 전진할 때 생기는 저항력에 비하여 30배 만큼이나 더 큰 양력을 얻을 수 있는 것도 있습니다. 온 무게가 400톤 가까이 되는 보잉 747 점보여객기가 힘차게 이륙 상승하여 고속(마하 0.85)으로 비행하고 있는 것을 보더라도 날개에 작용하는 대기의 압력이 그 얼마나 큰 것인가를 실감할 수 있을 것입니다.


연속으로 흐르는 성질, 연속의 방정식



  그림에서 보는 바와 같이 수도꼭지에다 홀쭉한 호스를 끼고 물을 통과시키면, 물줄기가 가늘고 유속은 빨라지지만 나오는 물의 양은 같다는 것을 쉽게 알 수 있을 것입니다. 수도꼭지 부분의 단면적을 S1, 유속을 V1 이라 하고, 호스 끝부분의 단면적을 S2, 유속을 V2 라 하면, 단위 시간당 수도꼭지 부분을 흐를 때의 물의 양 Q1은 S1 * V1이 되고 호스 끝부분을 흐를 때의 물의 양 Q2는 S2 * V2가 됩니다(물의 밀도는 변화하지 않고 일정하다고 가정).

 

(물의 연속적인 흐름. 통로의 단면적에 따라 유속이 달라지지만 흐르는 물의 양은 언제나 일정하다. 대기도 같은 성질을 가지고 있다.)

  이 때 물은 연속적으로 흐르고 있기 때문에 '질량보존(불변)의 법칙'에 의하여 Q1 = Q2 가 됩니다. 따라서 다음과 같은 방정식이 성립되는데 이것을 '연속의 방정식'이라고 합니다. 


   그러니까 단면적이 다른 파이프 속을 물이 연속적으로 흐를 때, 단면적이 작아지면 그에 따라 유속이 빨라지고, 반대로 단면적이 커지면 그 만큼 유속이 느려진다는 것을 알 수 있습니다.
  이상과 같은 관계는 밀도가 일정한 물의 경우지만, 대기의 경우도 흐름의 상태가 정상적인 경우에는 이 연속의 방정식이 그대로 적용되고 있습니다. 그러나 대기의 속도가 음속 가까이 또는 음속이상으로 빨라지는 경우에는 밀도의 변화까지를 생각해야 합니다.

흐름속도에 따라 변화하는 압력, 베르누이의 방정식

  대기나 물과 같은 유체의 흐름에서 그 유체가 가지고 있는 에너지는 위치 에너지(Pe)와 운동에너지(Ke), 그리고 압력에너지(P) 등 세가지로 구분하여 생각하면 됩니다. 그러면 에너지 보존의 법칙에 의하여 S1의 단면에서 S2의 단면으로 흐를 때 이 세 가지 에너지를 합한 값은 같아야 하는 것입니다. 즉,


  유체의 통로가 수평한 경우에는 위치 에너지 Pe를 무시해도 되므로 위의 식은 다음과 같이 간단하게 표시될 수 있습니다.

  또, 단위체적 v에 대한 운동 에너지량 식을 이용하면 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

  

이 식을 '베르누이의 방정식' 이라고 하는데 밀도 p의 변화가 없다고 가정하는 비압축성 유체에서 적용되고 있습니다.

  위의 방정식에서 Ke는 유체가 흐르는 방향으로 작용하는 '동압' 이라 하고, P는 사방 모든 방향으로 작용하는 '정압', 이를 합한 전체 에너지를 '전압' 이라고 합니다. 그래서 베르누이의 방정식은 '유체의 흐름에서 동압 + 정압은 언제나 일정하며 전압과 같다'는 결과가 되는 것입니다. 따라서 유체의 흐름속도가 느려지면 그만큼 정압이 커진다는 것을 알 수 있습니다. 

  위와 같은 베르누이의 방정식이 성립되는 데는 다음과 같은 세 가지 조건을 가정으로 하고 있습니다. 
(1) 비압축성 유체로서 점성을 무시한다.
(2) 중력의 영향을 무시한다.
(3) 흐르는 도중에 외부에서 다른 에너지를 받지 않는다.  

대기의 압축성과 점성, 마하수(M)와 레이놀즈수(R)

대기의 압축성과 마하수(M)

  현재 항공기는 지구 주위의 대기 속을 시속 300km 이하의 낮은 속도에서부터 음속의 3배 정도나 되는 아주 빠른 속도 범위에서 비행을 하고 있습니다. 이러한 항공기들의 비행성능은 항공기의 속도, 즉 기체의 표면을 스쳐 흐르는 대기의 흐름이 그 속도에 따라서 변화하는 압력, 온도, 밀도, 점성 등과 같은 물리적 상태 변화량에 따라서 달라지게 마련입니다. 
  기본적으로 대기(기체)나 물(액체)과 같은 유체는 어느 정도 이상의 압력을 받으면 그 부피가 줄어들면서 밀도가 높아지는 성질을 가지고 있는데, 이와 같은 성질을 '유체의 압축성'이라고 합니다.
  대기와 같은 기체는 액체에 비하여 이 압축성이 아주 큽니다. 그러나 흐름속도가 느릴 때는 이 압축성이 무시될 정도로 아주 적게 나타나기 때문에 언제나 밀도가 일정한 '비압축성 흐름'으로 취급되고 있습니다.
  압축성 흐름에 대해서는 1895년 오스트리아의 물리학자이며 철학자인 마하(1838~1916년)가 대기흐름에서의 압축성을 나타내는 방법을 연구해 냈는데 이것이 바로 '마하수'(Mach Number) M이라는 것입니다.

  이 마하수 M은 다음과 같이 비행속도 (V)를 그 고도에 해당되는 음속(a)으로 나눈 값으로 정의되고 있습니다.


일반적으로 항공기가 아음속, 천음속 또는 초음속으로 비행한다는 것은 이 마하수 M으로 구분한 것인데, M의 값에 따라 대기의 압축성의 영향이 다르게 나타나는 것입니다.


[마하수(M)에 의한 속도의 구분]
 마하수(M)  속도의 구분 해당되는 항공기의 종류 
 0.5 이하
 0.6 ~ 0.8
 0.9 ~ 1.2
 1.3 ~ 5.0
 5.0 이상
 저속 
 아음속
 천음속
 초음속
 극초음속
 경항공기, 헬리콥터
 보잉 747, A380 등 대형 여객기
 3~4세대 전투기들의 순항속도
 F-22, SR-71, 콩코드 여객기 등
 현재 개발중인 무인항공기 등


(마하수(M)에 따라 달라지는 대기의 압축성, M=1에서 충격파가 생기고 M>1에서는 충격파의 모양이 큰 모양으로 된다(마하 콘의 발생).)



대기의 점성과 레이놀즈 수(R)

  대기의 흐름속도가 점점 빨라져 비압축성 흐름에서 압축성 흐름상태로 변하게 되면, 대기는 압축성과 더불어 '점성' 이란 성질이 생기게 됩니다. 점성이란 끈끈한 성질, 즉 물체에 달라붙는 성질로서 대기가 항공기 날개 표면을 고속으로 스쳐 흘러갈 때, 마찰저항을 받아 압축(밀도 증대)되면 대기입자의 흐름속도가 떨어지고 입자간의 인력이 증대되면서 날개표면에 달라붙은 점성이 생기게 되는 것입니다. 그래서 날개표면에서는 대기의 흐름속도가 거의 0이 됩니다.

  그러나 날개표면에서 차츰 멀어지면 압축성이 약해지면서 점성의 영향이 줄어들기 때문에 흐름속도가 점점 빨라지고, 어느 정도 이상 멀어지게 되면 원래의 일정한 흐름속도가 되는 것입니다.
  이와 같이 점성의 영향으로 날개 표면의 흐름속도가 거의 0 상태에서 다시 정상적인 흐름속도로 변화하는 영역을 '경계층'이라고 합니다. 대기는 눈으로 볼 수 없기 때문에 실험해 보기가 어렵지만, 물이 경사진 평판 위를 빠른 속도로 흐를 때 잘 관찰해 보면 평판 표면에 아주 얇은 경계층이 생기는 것을 쉽게 확인할 수가 있습니다. 이와 같은 경계층의 두께나 경계층 내에서의 흐름상태는 그 흐름의 속도와 점성에 따라 여러 가지 양상으로 변하는 것입니다.


(물의 흐름이 느리면 오른쪽과 같이 물이 부드럽게 흐르지만, 물의 속도가 빨라지면 경계층에서 점성이 생겨 흐름이 왜곡되는 것을 볼 수 있다.)

  일반적으로 대기의 입자가 흐름의 방향을 항상 일정하게 유지하면서 고르게 흐르는 것을 '층류(laminar-flow)'라 하고, 서로 뒤섞이면서 불규칙하게 흐르는 상태를 '난류(Turbulent flow)'라고 하는데, 날개 표면을 스쳐 흐르는 대기의 흐름은 처음에는 층류상태이다가 뒤로 가면 난류상태로 바뀝니다. 이와 같이 층류 상태에서 난류상태로 바뀌는 부분을 '전이면'이라고 합니다. 
 
  또 난류상태가 심해지면 대기의 흐름 자체가 날개 표면에서 아주 떨어져 나가는 현상이 생기는데 이와 같은 현상을 '분리현상'이라고 합니다.

이상과 같이 대기의 흐름속도가 아주 빠른 경우에는, 즉 압축성 유체에서는 점성의 영향으로 경계층이 생기고 분리현상 등 아주 복잡한 흐름상태가 되는 것입니다. 그래서 압축성에 의한 영향을 마하수 M으로 표시한 것과 같이, 점성에 의한 영향을 나타내는 데는 다음과 같은 "레이놀즈 수(Raynold Number) R 이라는 것을 이용하고 있습니다.

  이 레이놀즈수 R은 1879년 영국의 레이놀즈(1842~1912년)란 사람이 연구해낸 것인데, 밀도 p, 점성계수 μ인 점성유체가 길이 L인 물체표면을 따라 속도 V로 흐를 때, 관성력은 Pv2에 비례하고 점성력은 μV/L 에 비례한다는 내용입니다. 

  이 레이놀즈수 R이 작은 흐름은 층류상태이고 R의 값이 점점 커지면 난류상태가 되는데, 일반적으로 대기나 물과 같은 점성유체가 흘러갈 때 경계층의 두께나 흐름의 변화상태 등 여러 가지 역학적인 상사성을 나타내는 바로미터로 많이 사용되고 있습니다.

항공기는 아주 넓은 영역의 비행속도와 고도범위에서 비행하고 있기 때문에 날개와 기타 기체부분에서의 대기의 흐름상태가 아주 복잡합니다. 따라서 압축성과 점성의 영향, 즉 마하수 M과 레이놀즈 수 R의 변화량이 아주 다양하기 마련입니다.

저작자 표시 변경 금지
신고
크리에이티브 커먼즈 라이선스
Creative Commons License

[헬기] 헬리콥터 원리 1

2012 포스팅 자료실 2012.01.04 06:58


오랜만에 헬리콥터에 빠져본다. 잠시 사적인 얘기를 해도될까?
.. 나는 비행기보다 헬리콥터를 더 좋아한다. 이유는 앞으로 내가 쓸 '호버링' 때문이다. 호버링은 헬리콥터가 공중에 가만히 떠있는 것을 말한다.
'트럭만한 쇳덩어리가 하늘에 가만히 떠있는다 ?'

세상에 이보다 경이로운 일이 더 있을까. 어떻게 저렇게 큰 쇳덩어리가 하늘에 가만히 떠있을 수 있는가 !
나는 세상에서 가장 혁신적인 발명품 3개를 꼽으라 하면,
전구, 컴퓨터, 헬리콥터
이 셋을 들것이다.
에디슨, 빌 게이츠, 시코르스키. 이 분들에게 감사하다고 전하고 싶다.

" 헬리콥터는 인간에게 하늘을 자유롭게 날아다닐 수 있도록 허락하였다. "

**헬리콥터가 뜨는 원리**

 헬리콥터가 뜨는데는 운동량 이론(momentum theory)와 깃요소 이론(blade element theory)이 필요하다.
운동량 이론이란, 헬리콥터의 로터가 회전함에 따라 로터를 지나는 공기의 흐름에 대한 반작용으로 헬리콥터가 위로 올라가게 되는 것을 말한다. 이것이 헬리콥터의 이륙 원리이다. 하지만, 이것만으로는 헬리콥터가 전진하는 등의 기동성을 설명할 수 없다. 그렇기 때문에 '깃'이 필요하며, 깃요소 이론이 적용된다.


1. 운동량 이론(momentum theory)

운동량 이론이란, 위로 올라가려는 추력에 대한 반작용으로 공기가 아래로 내려가는 힘(로터후류)이 생기는 것을 말한다.

F = ma

 헬리콥터에 작용하는 힘(F)은 로터가 회전하는데 생기는 양력의 힘, 즉 추력이다. 이 때 가속도(a)는 속도가 0 이던 공기가 로터를 지나 후류속도로 바뀌었을 때의 속도변화량이며, 질량은 로터면을 통해 연속적으로 흘러내리는 공기의 흐름이다.

로터의 추력 = 로터 회전면의 면적 × 유도속도의 제곱 (로터를 지날 때의 속도)
공기의 질량 = 공기밀도 × 회전면의 면적 × 유도속도

 간단하게 말해서, 추력이 같지만 크기가 작은 로터는 큰 로터에 비하여 유도속도가 더 빨라야 하며, 그러기 위해서는 출력이 높아야한다.
과거 출력이 낮은 왕복엔진을 사용했던 경우, 회전면하중(총중량을 회전면의 면적으로 나눈 값)을 작게 취해야 했다. 다시 말해, 로터가 길어야 했으며, 그렇기 때문에 동체도 길었고, 무게도 커져 성능이나 가격 등 모든 면에서 좋지 못한 결과를 낳았다.
세계대전 전후 헬리콥터에도 터빈엔진이 사용되기 시작하였으며, 로터의 크기를 줄이고 유도속도를 높일 수 있게 되었다. 

그런데, 위의 이야기 만으로 본다면, 로터의 크기도 크고 엔진의 출력도 높으면 당연히 로터의 추력이 높아져 매우 큰 양력이 발생될 것이며, 이는 곳 어마어마하게 커다란 헬리콥터를 만들 수 있다는 말과 같다고 볼 수 있다. 

하지만, 이론과 현실은 약간의 거리감이 있어보인다. 헬리콥터 역사에 있어서 회전면하중은 점차 커졌지만 실제적으로 상한선이 보였다.    회전면하중이 50kg/m² 을 넘으면 로터를 지나는 유도속도가 너무나 커져서 미리 준비하지 않은 착륙장에서는 온갖 나무토막이나 돌맹이를 날려 보내 운용을 어렵게 만들기 때문이다. 
또한, 로터가 커질수록, 엔진과 축이 클러치에 의해 분리된 상태에서 자동회전 하는 것을 어렵게 만들기 때문에 위급상황에 대처하지 못하게 된다. 

(엔진이 고장날 경우 엔진으로 인한 동력의 손실을 막기위해 클러치를 이용해 터빈축과 구동축을 분리시켜, 로터를 자동회전 시키는 일명, 활공상태로 만든다. 활공상태의 헬리콥터는 그렇지 않을 경우 보다 안전하게 비상착륙할 수 있다.)


2. 깃요소 이론(blade element theory)

깃요소 이론


 헬리콥터의 깃은 비행기의 에어포일과 달리 윗면과 아랫면이 같다. 비행기의 경우 에어포일은 가만히 둔체 에일러론이나 플랩등을 이용해 양력을 조절하지만, 헬리콥터는 날개자체를 기울여서 양력을 조절한다. 
 
 양력은 로터가 회전하면서 생기는 속도(Linear Velocity, 회전에 의한 속도)  와 아래로 흐르는 공기의 속도(Induced Velocity, 유도속도) 의 합속도(Relative Wind)에 수직이다. 그렇기 때문에 양력은 조금 뒤쪽으로 기울어진채 발생한다. 그리고 중심 구동축과 기울어진 양력사이의 수평력(Induced Drag)이 유도항력이다. 

이 유도항력과 구동축에서부터 깃요소가 있는 위치까지의 거리를 곱하면 유도항력이 구동축의 토크에 미치는 영향을 알게 되며, 모든 깃요소에 의한 영향을 합하면 전체 토크가 얻어진다. 그리고, 토크에 로터 회전속도를 곱하여 단위환산을 위한 계수로 나누면 로터가 필요로 하는 유도마력이 된다. 이 유도마력은 운동량 이론을 통해 구한값과 동일하다. 



로터면에서의 유도속도는 최대한 일정해야 한다. 하지만, 실제 로터에서 블레이드의 안쪽은 바깥쪽보다 양력이 적게 발생한다. 그래서 필요한 것이 비틀림이다. 안쪽은 양력이 많이 발생하도록 각도를 크게하고, 바깥쪽은 각도를 작게한다. 이 각도의 차이가 30도 일경우 이론적으로 최적의 호버링성능을 발휘할 수 있지만, 각도차로 인해 크게 진동하는 깃하중이 발생한다. 그렇기 때문에 6~12도 정도를 취하여 전진비행에서 일어날 수 있는 단점을 피하면서 호버링에서 이상적인 비틀림의 이점을 살리고 있다.


지금 까지 블루엣지엿습니다. 잘못되거나 부족한 부분을 지적해주시면 감사하겠습니다. ^^
저작자 표시 변경 금지
신고
크리에이티브 커먼즈 라이선스
Creative Commons License


티스토리 툴바