추력. 비행기에 작용하는 힘

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추력. 비행기에 작용하는 힘

단양의 화통 2012. 8. 13. 14:15

추력(Thrust)

추진력은 항공기의 엔진에서 발생되는 힘으로 프로펠러(propeller)와 같은 풍판을 이용하여 공기를 뒤로 밀어내면서 항공기를 앞으로 전진시키는 힘을 말한다. 대부분은 프로펠러의 에어포일이 가진 영각으로 인하여 발생하는 압력차, 즉 양력이다.
　

(1) 토크현상(Torque Effect)

토크 현상이란 엔진에서 발생한 회전력이 프로펠러에 전달되어 회전하게 되면 프로펠러에 연결되어 있는 물체는 회전하는 반대 방향으로 회전하려는 힘이 발생하게 된다. 이를 토크현상이라 하며 뉴톤의 운동법칙에 의해서 잘 설명된다. 뉴톤의 운동 제3법칙인 작용 반작용의 법칙은 운동하는 모든 물체는 그 방향의 반대방향으로 같은 크기의 반작용을 한다는 것으로, 통상 고정익 항공기는 좌편요 하려는 경향이 있다. 조종사는 이 같은 좌편요 현상이 왜 발생하는지와 이 좌편요 현상이 어떻게 수정되고 있는지를 이해하여야 한다.

① 토크반작용(Torque Reaction)

토크현상은 앞에서 설명한 것과 같이 물체에 작용하는 반작용을 말하며 회전하는 물체도 같은 현상이 발생한다. 고정익 항공기의 프로펠러가 시계방향으로 회전할 때 동체는 이에 반작용을 이르켜 종축을 중심으로 시계 반대방향으로 횡요(roll) 혹은 경사(bank)지는 경향이 있다. (그림3-13)는 프로페러의 회전 방향에 따른 항공기 동체의 반작용을 보여주고 있다. 토크 반작용 현상은 단발 프로펠러 항공기가 저속 및 고영각에서 엔진의고출력에서 심하게 나타난다.

반작용: 엔진의 회전력에 의하여 동체는 반대방향으로 작용: 엔진의 회전력 의하여 회전하려는 성질, 프로펠러의 회전방향 동체의 회전력에 의해 동체의 회전력에 의해 수직 축으로부터 꼬리의 진행방향 우측 기수의 진행방향 좌측

(그림3-13)토크 반작용

② 회전 운동의 세차(Gyroscopic Precession)

(그림3-14) 회전운동의 세차

회전운동의 세차란 회전하고 있는 물체에 회전부의 힘을 가했을 때 그 힘이 나타나는 곳은 90°를 지나서 분명해 지는 현상을 말한다. (그림3-14)는 항공기 미부에 힘이 가해졌을 때 프로펠러 상부에 힘이 전달되어 그 힘이 회전 방향으로 90°를 지난 지점에서 힘이 분명하게 나타나 좌편요한다. 특히 미륜식 항공기가 이륙을 위해 증속 후 기수를 중립 위치로 Down할 때 이 현상이 심하게 나타난다.

③ 나선후류(Spiraling Slipstream)

항공기의 프로펠러 회전에 의해서 항공기 후방에 후류가 발생한다. 이 같은 후류는 시계 방향으로 동체를 휘감는 나선형 후류가 된다. 발생되는 후류는 (그림3-15)에서 와 같이 동체를 휘 감으면서 동체를 지나 후방부의 수직 안정판(Vertical Pin)에 부딪히면서 항공기의 꼬리는 수직축을 중심으로 우로 편요하게 되고 기수는 좌로 편요하게 된다. 초경량 항공기 중 엔진이 뒤에있는 기종은 회전하는 프로펠러가 동체축을 중심으로 회전하는 것이 아니라(회전하는 후류가 동체를 감싸고 도는 것이 아니라) 동체축 위에서 회전하므로서 후류는 수직 안정판의 우측을 치게되어 꼬리가 좌로 편요하게 되고 기수는 반대로 우편요 하게 되는 것이다.

유입되기전의 기류는 프로펠러는 조종석에서 보면 회전력이 없음. 시계방향으로 회전한다. 유입된 이후의 기류는 프로펠러의 회전력에 의하여 동체를 감싸며 회전한다. 동체를 감싸고 도는 후류는 후미의 수직 안정판에 힘을 가하여 꼬리 날개가 우측으로 운동한다.

(그림3-15) 나선후류

④ 비대칭 추력(Asymmetrical Thrust)

항공기의 프로펠러 효율에 의해서 얻을 수 있는 요소로 항공기가 저속으로 운용시는 보다 큰 영각이 요구된다. 프로펠러가 회전시 축을 중심으로 하여 하향 하는 블레이드와 상향하는 블레이드가 발생하게 된다. 하향하는 블레이드는 상향하는 블레이드 보다 . 따라서 상향하는 블레이드는 영각이 작기 때문에 양력도 작고 반대로 하향하는 블레이드의 영각은 크기 때문 에 좌로 편요하게 된다. (그림3-16)은 상향 및 하향 블레이드의 운동 방향에 따른 영각의 변화를 보여주 고 있다. 이 같은 현상은 저속에서 좌편요 현상이 현저히 나타나는데 이것은 저속시 영각이 크기 때문이고 이는 상향 및 하행 블레이드의 영각차가 고속시 보다 더 크게 발생하기 때문이다.