고정익 항공기의 구조 및 원리
지난 글에 이어 고정익 항공기의 구조 및 비행 이론에 대한 글.
직전 글(참고 사항):
지난 글 중 주요 참고 사항:
1. 고정익 항공기의 구조
1) 고정익 항공기의 구조
고정익 항공기는 주날개, 동체, 수직 수평 꼬리날개, 착륙장치, 엔진 및 프로펠러 등으로 구성된다.
- 날개: 항공기가 부양할 수 있도록 하는 중요 구성 요소이다. 이 날개가 날기 위해서는 활주로가 필요하다.
- 동체: 날개와 꼬리 날개 사이의 주된 구조적 연결 장치이다.
- 꼬리 날개: 상하 운동(승강타), 좌우 운동(방향타)의 주요 역할을 한다.
2) 항공기(비행장치)의 운동과 축(Axes)
항공기(비행장치) 운동 축(Axis)은 3개의 선으로 무게중심을 기준으로 서로 교차되어 있다. 3개의 축은 항공기(비행장치)가 운동을 하는 기준이 되며, 이들 3축은 서로 90도의 각으로 교차하며, 무게중심을 통과한다. 고도를 변경하고 방향을 변화시킬 때마다 한 개 또는 그 이상의 축들이 회전하게 된다.
※ 항공기(비행 장치)의 가로축, 세로축, 수직축
- (자료 출처: 국토교통부 발간 초경량 비행장치 조종자 표준 교재. 2019년 2월 발행)
2-1) 가로축
- 날개 끝을 연결하는 축
- 가로축을 기준으로 하는 운동은 피칭(Pitching)이라 한다.
- 피칭은 승강 키를 이용하여 조종할 수 있다.
2-2) 세로축
- 항공기(비행장치) 앞과 뒤를 연결하는 축
- 세로축을 기준으로 하는 항공기의 움직 임을 롤링(Rolling)이라 한다.
2-3) 수직축
- 위 2축들과 수직으로 이루어 축.
- 수직축을 기준으로 하는 운동을 요오잉(Yawing)이라 한다.
- 방향타(러더)를 통해 조종한다.
2. 주익(주 날개) 위치에 따른 분류
주 날개의 위치와 형상에 따라 다음과 같이 분류한다. 날개의 위치에 따라 항공기의 임무, 특성이 다르다.
- 고 익기(높은 날개)
- 중 익기
- 저 익기
1) 고 익기
동체의 윗부분에 주날개를 장치한 비행기를 고익기로 분류한다. 무게중심이 날개의 공력 중심보다 낮기 때문에 세로의 안정성은 저익기에 비해 좋으며 복원성과 자율성이 좋아 경량 항공기에서 초급용으로 사용된다.
2) 중 익기
주 날개가 고익기보다 조금 아래에 위치한 기체를 말한다. 고 익(높은 날개)의 안정성과 저 익기의 기동성을 겸하고 있다. 높은 기동을 요구하는 기체로 많이 사용된다.
3) 저 익기
주날개가 무게중심보다 아래에 달려 있는 항공기를 말한다. 안전성은 떨어지나, 기동성이 우수하여 전문가나 곡예비행용으로 활용되었다. 과거에는 전투기에 기동성이 좋은 저익기가 많이 활용되었으나 날개 밑에 무기를 장착할 공간이 없어 사라지는 추세이다.
3. 꼬리 날개 위치에 따른 분류
고정익 항공기는 꼬리 모양에 따라 다음 3가지로 분류할 수 있다.
- 일반형
- V테일(V꼬리) 형
- T 테일(T꼬리) 형
1) 일반형(일반 꼬리형)
대부분의 모형항공기에 적용되는 표준 방식이다. 수평 안전판과 수직 안전판이 몸체에 붙어 있다. 제작이 쉽고 비용이 적다. 안전성이 높고 민항기에 많이 활용된다.
2) V테일(V꼬리) 형
직진 안전성은 다소 떨어진다. 꼬리 날개의 파손율이 적어 동체 착륙을 하는 기체나 글라이더에 많이 사용된다.
3) T 테일(T꼬리) 형
일반형의 안정성을 갖추고 있고 꼬리가 위에 붙어 있어서 낙하하는 물체와의 충돌이 방지된다.
주로 글라이더에 사용된다.
4. 고정익 항공기의 비행 원리
1) 수평 비행 원리
속도를 높이면 양력이 증가한다. 방향타를 하강시켜 날개의 양력 계수를 낮춰 줘야 한다. 안 그러면 동체 앞부분이 들리는 현상이 일어난다.
반대로 속도를 줄일 때는 양력이 감소하여 하강하려 하기 때문에 승강타를 상승시켜 주 날개의 양력 계수를 높여 줘야 한다. 속도에 따라 승강타를 조절해야 한다. 그래야 직진 수평을 유지할 수 있다.
2) 상승 비행의 원리
상승시키기 위해서는 중력보다 더 큰 양력이 필요하다. 추가 동력 발생이 필요하다. 상승 각도가 크면 동력 발생이 원활하지 않아 속도 느려진다.
3) 하향 비행의 원리
하향하기 위해서는 받음각은 줄어들고 양력은 감소. 하강 비행은 중력의 속도를 받아 점차 속도가 증가하는데 속도를 일정하게 유지하기 위해서는 상승 비행과 반대로 동력을 감소시켜야 한다.
4) 선회 비행
공중에서 어떤 지점을 중심으로 원운동을 하는 것을 의미한다. 선회하고자 하는 방향으로 날개를 기울이며 롤 인이라 하고, 경사각을 다시 수평으로 돌아오게 하는 것을 롤 아웃이라고 한다.
선회비행을 하기 위해 비행체를 경사지게 하는 순간 수직상승 양력 감소하므로 항공기가 상승고도를 유지하기 위해서는 승강타를 올려야 한다.
수평과 수직으로 작용하는 양력의 합은 항공기의 경사 방향, 원심력의 반대방향으로 작용한다.
5. 실속
실속
과도한 받음각에 의하여 와류가 발생하면서 양력을 감소시키는 현상을 말한다. 비행 중 받음각이 과도하게 증가하는 때는 고속비행, 저속 비행, 경사각이 큰 선회비행을 수행할 때이며 유인항공기에서 실속은 의도치 않은 비행 상태이므로 수행하지 않지만, 무인항공기에서는 의도적으로 발생시키는 경우도 있다.
6. 무인 비행 장치의 조종
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무인 비행장치의 조종
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