Aerodynamics_항공역학

안녕하세요.

오늘은 항공역학에 관해 포스팅할까 합니다. 사실 '역학'이란 게 너무 어렵게 느껴지지 않나요?

제목은 거창하지만,, 저는 아주아주 쉬운게 좋아서 비행원리를 설명하려고 합니다 :)

 

단순히 비행기가 좋고, 여행이 좋아서 비행기에대해 공부하게 되었는데요.

그러면 비행기는 어떻게 날 수 있을까요?

 

우선 비행기가 하늘을 날때에는 크게 4가지의 힘이 작용하게 됩니다.

 

1. 중력(Weight)

2. 추력(Thrust)

3. 양력(Lift)

4. 항력(Drag)

 

이렇게 4개가 항공기에 작용하게 되는데 여기서 추력이 항력보다 세야 앞으로 나아갈 것이고, 양력이 중력보다 커야 항공기가 추락하지 않고 하늘 높이 날 수 있겠죠.

 

1번 중력의 경우 항공기의 무게가 클수록 중력이 크게 작용하므로, 항공기는 알루미늄 합금 혹은 탄소 합성재료등을 통해 강하고 가벼운 물질로 항공기를 제작하고 있어요.

 

2번 추력은 항공기가 앞으로 나아가는 힘이니까 쉽게 생각하면 엔진의 성능을 생각하면 될것 같아요.

항공기 엔진에서 얼마나 큰 힘을 만들어내느냐가 항공기를 앞으로 밀게되고 이 추력은 3번 양력과도 연관이 있어요.

 

3번 양력

양력은 항공기를 위로 띄워 올리는 힘인데 이를 설명하기 위해서는 베르누이 법칙을 설명해야 할 것 같아요.

비행기가 하늘을 날수있는 이유는 "날개가 있어서"라면 이 날개로 어떻게 비행기를 하늘로 띄워 올릴 수 있을까요?

베르누이 법칙을 쉽게 설명한 그림인데, 에너지 보존이 일어나는 관 안에서 넓은 곳(A1)을 지나갈 때는 속도가 느려지고 좁은 곳(A2)을 지나갈 때는 속도가 빨라지며 일정한 힘을 유지하는 것을 보며,  유체가 빠르게 지나가면 압력이 낮아지고, 유체가 느리게 지나가면 압력이 높아진다는 의미입니다.

[P(압력)=m(질량) * V(속도)에서 질량이 일정하다면 속도가 압력의 변수가되지요.]

 

즉, 같은 힘일 때, 좁은 단면은 유체가 빠른 속도로 지나가며 그 에너지를 보존한다는 개념입니다.

 

그럼 이제 밑에 그림으로 항공기에 위 법칙을 적용해볼게요.

항공기 날개의 단면을 자르면 저렇게 유선형의 모양으로 생겼어요. 항공기가 앞으로 나아가면서 앞쪽에 있는 공기가 분리되어 항공기 날개를 위아래로 지나가게 되는데, 이때 항공기 날개 단면이 유선형으로 생겨 위쪽 면적으로 지나가는 공기의 흐름이 빠르고 날개 아랫부분으로 지나가는 공기의 흐름이 느려져 날개를 기준으로 위/아래 압력 차이가 나면서 날개 밑의 고기압이 항공기 날개를 들어 올릴 수 있는 겁니다.

 

마지막으로 4번 항력인데요. 쉽게 말해, 항공기를 뒤로 잡아당기는 힘이에요. 정의를 그대로 풀면 유체 내에서 물체가 운동하거나 유체에 의해 운동에 방해받는 힘을 항력이라고 합니다. 비행기나 자동차의 외형을 보면 종이박스처럼 각이 지고 딱딱하게 생긴 것이 아닌 물고기처럼 부드러운 선을 가진 특징을 볼 수 있습니다. 이유가 바로 항력을 줄이기 위한 방법인 거죠. 공기를 뚫고 앞으로 나아갈 때 최대한 방해를 덜 받게 하려는 원리가 있는 것입니다.