양력을 파헤쳐보자 - Wing(1)

Wing

1. 목차
   1. Airfoil
      1. Airfoil의 구조
      2. Airfoil의 모양
   2. Airflow
      1. Laminar flow
      2. Turbulent flow
   3. Angle of Attack
2. Airfoil
   1. 항공기 Wing을 세로로 딱 잘라보면 윗면이 상대적으로 아랫면보다 더 둥근 형태(곡률 : Camber)를 띈 유선형으로 제작되어 있다. 이러한 모양을 Airfoil이라고 하는데 조금 더 양력을 많이 발생시키기 위해 공기역학적으로 설계되었다.
   2. Airfoil의 구조

      

      출처 : Jeppesen JAA ATPL - Principles of Flight

      1. Airfoil의 앞쪽을 Leading Edge라고 하며 뒤쪽을 Trailing Edge라고 한다. 둥근 모양의 Leading Edge에서 Trailing Edge로 갈수록 좁고 가늘어지는 형태를 띤다.
      2. Leading Edge와 Trailing Edge를 일직선으로 이은 선을 Chord line이라고 한다. Chord line은 Angle of Attack을 정의할 때 중요하기에 정의를 꼭 기억해놓길 바란다.
      3. 윗면과 아랫면의 정중앙을 쭈욱 연결한 선을 Mean Camber line이라고 한다.
   3. Airfoil의 모양
      1. 항공기마다 저마다 목적이 다르다. 저속에서 주로 운항하는 항공기, 또는 전투기와 같이 빠른 속도에서 운항하는 항공기 등 목적이 다 다르다. 하지만 이 모든 운항 조건을 다 만족하는 Airfoil을 찾기는 힘들다. 그래서 항공기의 목적에 따라 서로 다른 Airfoil의 모양을 가진 Wing을 장착한다.
      2. 대체적이 앞쪽의 곡류(Camber)이 크면 저속에서 많은 양력을 발생시키나 그만큼 항력이 많이 발생하여 고속에서 운항이 좋지 않다.
      3. 이러한 단점을 보완하기 위해 순항을 기준으로 최적화된 Camber로 Wing을 제작하고 저속 상황(Approach, Landing)에서는 고 양력 장치(앞전&뒷전 플랩)을 이용하여 Camber를 증가시킨다. 나중에 고 양력 장치도 다루어보자.

         

         출처 : 조종사 국토부 표준교재 - 비행이론

3. Airflow
1. 공 주위를 흐르는 공기는 처음 규칙적으로 잘 흐르다가 뒤쪽에서는 막 불규칙하게 흘러간다. 이 흐름을 Laminar Flow와 Turbulent Flow라고 하는데 두 가지 흐름을 조금 더 자세히 알아보자.

   

   출처 : Jeppesen JAA ATPL - Principles of Flight

2. Laminar Flow
   1. 정확한 정의는 어느 한 지점을 지나는 공기 분자의 속도와 압력이 같은 흐름을 말한다. 정확한 정의가 조금 어렵게 느껴진다면 간단하게 “규칙적으로” 흐르는 흐름이라고 기억하자.
   2. Laminar Flow은 이상적인 흐름으로 양력 생성에 큰 역할을 한다.
3. Turbulent Flow
   1. 정확한 정의는 어느 한 지점을 지나는 공기 분자가 서로 다른 속도와 압력을 가지고 흐르는 흐름이다. 이것도 간단하게 “불규칙적으로”흐르는 흐름으로 기억하자.
   2. Turbulent Flow가 많이 발생할수록 생성할 수 있는 양력에 손실이 발생하게 된다.
4. Angle of Attack(받음각)
   1. 이 전에 언급했던 Chord line의 정의를 기억하고 있는가? AOA는 정말 중요한 개념이며 그 AOA를 정의할 때 필요한 것이 Chord line이다. AOA은 상대풍(Relative flow)와 Chord line이 이루는 각이다.

      

      출처 : Jeppesen JAA ATPL - Principles of Flight

   2. 여기서 정확히 짚고 넘어가야 할 개념이 있다. 상대풍이다. 상대풍이란 항공기의 Flight path. 즉 항공기 진행 방향과 반대 방향으로 작용한다. 당연한 이야기 같지만 조금 헷갈리는 상황이 있어서 짚고 넘어가고자 한다.
   3. 예를 들어, 항공기가 Descent 중에서 갑자기 상승을 하기 위해 Pitch를 들었다고 하자. 그러면 기수는 즉각적으로 반응하여 위로 들릴 것이다. 하지만 항공기는 떨어지는 관성이 있어서 바로 상승을 하지 못하고 일정 시간이 흐른 후 상승을 시작할 것이다. 이때 같은 Pitch Angle이지만 상대풍이 달라지면서 AOA가 달라진다. 처음 가장 큰 AOA에서 상승을 시작하면서 점점 AOA가 작아지게 된다.

      

      출처 : Jeppesen JAA ATPL - Principles of Flight