사이보그 V1
52,000 원
Flight Sim Yoke
219,000 원
T-Rudder Pedals Mk. IV
340,000 원


 
 
 
  7. 비행기에 작용하는 4가지힘(비행역학)


개요.

비행기가 비행할 때 항상 4가지 힘이 작용됩니다.
또한, 위의 4가지힘 외에 필수적으로 알아야 할 힘의 요소인 G-Force와 Torque도 설명합니다.

1. Thrust(추진력)

추진력은 비행기 엔진에서 발생되는 힘으로, 비행기를 앞으로 나가게 하고 또한 Lift(양력)을 발생시키는 힘 입니다.

2. Drag(저항력)

Drag는 Thrust에 반대되는 힘 입니다. 이 힘은 크게 두 요인에 의해 발생 됩니다.


1) 공기와 기체 표면사이의 마찰력에 의해 발생됩니다.

즉, 기체표면의 거친정도, 기체외부에 장착된 장착물들 등에 의해 발생됩니다. 따라서 유선형이고 공기와 마찰력이 적은 물질로 만들어진 기체 일수록 저항력은 작아집니다.

2)Lift(양력)의 부산물 로서 발생됩니다.

비행기 날개에서 Lift(양력)이 발생될 때, Lift는 두가지 성분으로 구성됩니다. 즉, 위로 당기는 힘과 뒤로 당기는힘 이 생기는데, 이때 뒤로 당기는 힘이 Drag 입니다.

예를 들면, 여러분이 달리는 자동차의 창 밖에 손을 편상태로 약간의 각을 주어 내어 놓으면 손바닥이 위로 올라가려는 힘과 뒤로 밀리는 힘을 느낄 수 있을 것입니다. 이때 뒤로 밀리는 힘이 Drag 입니다.


3. Lift(양력)

Lift은 비행기를 뜨게하는 힘 입니다. 이원리는 잘 알려진 Bernoulli effect(베르루이 효과)에 의해 설명 됩니다.

1) Bernoulli effect


공기는 날개의 앞부분에서 두 부분으로 나누어져 이동 합니다. 이후 두 부분의 공기는 같은 시간에 날개의 끝 부분에 도착합니다. 이 경우 날개 윗 부분을 이동하는 공기는 상대적으로 먼 거리를 이동해야 하므로 아래쪽 보다 빠르게 이동 합니다. 이러한 공기의 속도 차이는 압력의 차이를 만듭니다. 즉, 날개 위쪽이 아래쪽보다 압력이 낮아 집니다. 그 결과 비행기는 이륙을 하게 됩니다.
참고) 양력의 방향은 위쪽이나, Drag성분으로 인해 수직으로 위쪽이 아닌 약간 뒤로 밀린 위쪽으로 발생합니다.


2) AoA(Angle of Attack)(받음각)

받음각은 날개가 공기와 만나는 각도로서 Lift(양력)의 양을 결정합니다. Pitch의 증가는 AoA을 증가시킵니다.

3) Lift의 양

Lift의 양을 결정짓는 것은 속도와 받음각 입니다. 즉, 속도가 증가하면 Lift(양력)도 증가하며, 속도가 감소하면 Lift도 감소합니다. 또한 받음각의 증가는 Lift를 증가 시키며, 받음각의 감소는 Lift를 감소 시킵니다.

4) AoA의 증가

너무큰 AoA의증가는 날개 윗부분의 공기의 흐름을 방해하여 오히려 Lift가 없어지는 현상인 Stall(실속) 이 발생됩니다.

5)Lift와 비행기의 관계

오늘날 제트 비행기들은 매우큰 출력의 엔진들을 갖고 있습니다. 특히 제트 전투기인 경우는 기체의 무게에 비하여 상당히 큰 출력의 엔진을 장착 합니다. 우리가 알고 있는 F-16 전투기는 일반적으로 엄청난 속도로 비행 한다고 알고 있습니다. 만일 F-16 전투기가 최대 출력으로 계속 상승 한다면 어떻게 될까요? 지구를 탈출하여 달까지 날아 갈까요?

우선 F-16 은 지구를 탈출 하기 휠씬 전에 속도감소(비행기가 상승 하면 속도는 감소 됩니다)로 인한 Lift의 부족으로 인해 Stall 이 발생되어 결국 하강 합니다. 즉 , 비행기에서 Lift는 비행기가 날기위한 절대적인 요소 입니다.
제트엔진 정도의 출력으로는 비행기는 양력 없이 날수 없습니다.


4.Weight(중력)

Weight는 Lift와 반대되는 힘으로서 항상 아래쪽으로 작용합니다. 당연히 비행기가 이륙 또는 비행하기 위해서는 Weight보다 더 큰 Lift가 작용해야 합니다.


5. G-Force

G-Force는 조종사가 비행 중에 받는 상대적인 힘으로서 단위는 G로 표현합니다. 평상시 우리는 1G의 힘을 받습니다.(정확히 말하면 1G란 해수면에서 물체에 작용하는 중력) 또한 우리는 엘리베이터를 탈 때, G-Force를 느낄 수 있습니다.

1) +G

조종사를 잡아 당기는(무게가 더나가게 느끼는: 엘레베이터가 올라갈 때 느껴지는)힘이며, 이 힘은 급회전 급상승할 때 발생합니다.

2) -G

조종사를 밀쳐내는(무게가 가볍게 느껴지는:엘리베이터가 내려갈 때 느껴지는 )힘이며, 이 힘은 Dive(급강하)할 때 발생합니다.

3) G-Force 한계

전투기 조종사들은 짧은 시간동안의 9~10 +G, 2~3 -G 를 견딜 수 있다고 합니다. 이것 보다 더 큰 G-Force 가 가해지는 경우 +G는 Black out 현상, -G는 Red out 현상이 일어납니다.

Black out: 혈액이 하체로 쏠림으로써 나타나는 현상으로 시야가 점점 어두어져 안보이는 현상.
Red out: 혈액이 뇌쪽으로 쏠림으로써 나타나는 현상으로 시야가 점점 붉어져 안보이는 현상.


6.Torque

Torque는 Prop 비행기에서 프로펠러의 회전으로 인하여 나타나는 현상으로 비행기에 여러가지 영향을 미치나 그 중에서 프로펠러의 회전방향과 반대방향으로 기체가 Roll 하려는 현상이 있습니다. 이 현상은 특히 프로펠러가 빠르게 회전(엔진출력이 높은 상태)하고 속도는 저속일 때 (이, 착륙할 때, 가속할 때) 잘 발생됩니다. 이 경우, 조종사는 Rudder나 조종간을 이용해 적절한 보정을 해야 합니다.



 
   
The World For Flight
 
 
대한민국 공군 비행시뮬레이션대회(http://www.airforce.mil.kr/FSH)