무인항공기 운용 및 비행이론
드론 항공 운용 및 비행 이론에 대해 알아본다.
이전 주요 참고 글 목차:
1~9: 기재 생략.
11~13: 기재 생략.
이 글의 목차
- 1. 비행체에 작용하는 힘
- 2. 풍 판(바람 판)의 구조와 원리(풍 판과 기류)
- 3. 항공역학
1. 비행체에 작용하는 힘
드론이 비행하게 되는 비행원리에 대해 알아본다.
1) 비행체에 작용하는 힘의 종류
| 힘의 종류 | 내용 |
| 양력 | 상대풍에 수직으로 작용하는 공기의 역학적인 힘. 풍판의 움직임으로 발생. 비행체를 이륙하게 하수직 상승의 힘. |
| 중력 | 중량은 비행체에 작용하는 중력 수직 하강하는방향으로 작용하는 힘. |
| 추력 | 비행체를 전방으로 움직이게 하는 힘: 목적 방향으로 움직이도록 하는 힘, 항공기의 종류에 따라 추력을 발생시키는 방법이 다르다. |
| 항력 | 추력의 반대방향으로 작용하여 추력을 저해하는 힘. |
- 추력과 항력, 그리고 양력과 중력은 각각 대칭을 이루는 힘으로 각 대칭을 이루는 힘 중 어느 한쪽의 크기가 더 커지게 되면 항공기는 더 큰 힘이 작용되는 방향으로 이동하게 된다.
2) 고정익 항공기가 비행할 때 작용하는 네 가지 힘
- 추력(앞으로 밀어내는 힘)
- 항력(공기가 뒤로 끄는 힘)
- 양력(중략을 거슬러 떠오르게 하는 힘)
- 중력(지구가 아래로 당기는 힘) 작용
2. 풍 판(바람 판)의 구조와 원리
1) 풍판(Airfoil)의 정의 및 구조
풍판(Airfoil)의 정의 ; 고정익 비행기의 날개 혹은 헬리콥터와 같은 회전익의 회전날개(로터)와 프로펠러 깃을 의미하며 풍판(Airfoil)은 양력을 발생시키는 구조를 말한다.
1-1) 풍판(Airfoil)의 구조
익현 선: 전연과 후연을 연결하는 직선
전연 반경: 전연과 풍 판의 상부 캠버, 하부 캠버에 내접하는 원
평균 캠버선: 풍 판의 상하면에 내접하는 가상의 원 중심을 연결하는 선
캠버: 익현 선과 평균 캠버선 사이
1-2) 풍판(Airfoil)의 구조: 대칭형과 비대칭형
익현 선을 기준으로 대칭되는 여부에 따라서 대칭형과 비대칭형으로 그 형태를 구분한다.
1-3) 취부각(붙임각)과 영각(받음각)
회전익 비행체의 메인 로터가 시계방향으로 회전할 때 취부각을 (+)로 조정하면 양력이 발생하여 비행체는 상승한다.
회전익 비행체의 메인 로터가 시계방향으로 회전할 때 취부각을(-)로 조정하면 음력이 발생하여 비행체는 하강한다.
1-4) 풍판 익현 선의 길이의 영향.
익현 선 길이의 영향: 같은 종류의 날개라 할지라도 날개 익현 선의 길이에 따라 공력의 차이가 발생한다.
1-5) 레이놀즈 수 효과 또는 치수효과
익현 선이 짧은 경우 기류 박리 현상이 쉽게 발생하고, 익현 선이 긴 날개의 경우 박리 현상이 일어나기 어려운 특징이 있으며 비슷한 날개라고 해도 익현 선 길이에 따라 공력의 특성이 다르게 나타나며 이를 레이놀즈 수 효과 또는 치수효과라고 한다.
3. 항공역학
1) 운동법칙의 기본이론
운동과 에너지: 벡터와 스칼라, 뉴턴의 운동법칙, 가속도의 법칙은 항공역학 분야뿐만 아니라,
여러 분야에서 활용되고 있으며 항공기 운용 시 작용하는 물리역학적 힘을 이해하는데 도움이 될 수 있다.
1-1) 벡터와 스칼라.
벡터: 크기와 방향성을 동시에 갖는 물리량: 속도, 가속도, 중량, 양력, 항력 등이 있다.
스칼라: 방향성을 포함하지 않고 크기만을 나타내는 물리량: 질량, 부피, 길이, 면적 등의 크기 등이 있다.
1-2) 뉴턴의 운동법칙
작용과 반작용의 법칙: 작용과 반작용의 법칙은 작용하는 힘이 있으면 그와 반대 방향으로 작용하는 반작용이 발생하며 이때 작용하는 힘과 반작용하는 힘이 동일하다는 법칙을 말한다.
4. 회전익 항공기의 구조 및 원리
다음 글: 헬리콥터, 멀티콥터(드론)의 비행 및 비행 원리