항공기는 상호 수직을 이루는 세개의 축을 중심으로 운동하며, 이 축을 중심으로 균형을 이루게 된다. 항공기의 안정성이란 비행 중 외부의 영향에 의해서 항공기가 균형을 상실했을 때 원 상태로 회복하려는 성질을 말한다.
정적 안정성은 물체가 평형 상태를 잃은 후에 갖는 성질을 말하며, 양성 정적 안정성(positive static stability) 음성 정적 안정성(negative static stability) 그리고 중성 정적 안정성(neutral static stability)이 있다.
(1) 양성 정적 안정성
양성 정적 안정성이란 어떤 물체가 평형 상태를 잃은 후 곧바로 원 상태를 회복할 수 있는 상태를 말한다.
(그림7-1) 양성정적 안정성 (2) 음성 정적 안정성
음성 정적 안정성이란 물체가 일단 평형을 잃은 후에는 원상태로 되돌아갈 수 없는 상태를 말하며 (그림7-1) 우측의 그림은 음성적 정적 안정성을 보여 주고 있다.
(그림7-2) 음성정적 안정성 (3) 중성 정적 안정성
중성 정적 안정성이란 물체가 평면 상에 놓여 있을 때 물체가 외부의 힘에 의해 움직인 물체는 그 상태로 놓여 있 는 현상을 말한다.
(그림7-3) 중성정적 안정성
동적 안정성이란 제한된 시간에 따른 물체의 진동을 의미한다. 물체의 동적 안정을 고려할 때는 물체가 갖고 있는 정적 안정성을 함께 생각 하여야 한다. (1) 양성 정적 양성 동적 안정성(posiTive static positve dynamic stability)
항공기의 진동이 시간이 지남에 따라 원상태로 되돌아가려는 성질로, 진폭은 평형상태를 지난 후 다시 평형 상태를 향하여 반복되는 운동으로 평형상태에서 진동이 정지될 때까지 진동감축이 계속된다.(그림7-4)
(그림7-4) 양성정적 양성동적 안정성
(2) 양성 정적 음성 동적 안정성(positive static negative dynamic stability)
시간이 증가함에 따라 진폭이 더욱 증가되어 진동이 더욱 커지는 현상을 말한다. (그림7-5)
(그림7-5) 양성정적 음성동적 안정성
(3) 양성정적 중성 동적 안정성(positIve static neutral dynamic stability)
진동의 진폭이 평형상태로 원위치 하기 위해 계속 이동하지만 진폭의 변화없이 계속되어 평형상태로 되돌아갈 수 없는 상태를 말한다.(그림7-6)
(그림7-6) 양성정적 중성동적 안정성
항공기의 종축 안정은 횡축(lateral axis)을 중심으로 항공기의 기수 상하운동에 대한 안정성을 말한다. 종적 안정성은 항공기의 후방부의 수평 안정판에 의해서 안정을 이루며 (그림8-1)에서 보는 것과 같이 순항속도에서 수평직진 비행시에는 프로펠러에서 발생한 추력과 항력이 일치된다.
미부 수평 안정판을 흐르는 공기의 흐름은 상.하균형을 이루게 되어 항공기는 동고도 수평 직진 비행을 하게 된다. 항공기의 무게 중심점을 중심으로 전방부의 무게는 후방부의 수평 안정판에서 발생하는 음성 양력(negatce lift)에 의해 상호 상쇄되기 때문에 전.후방부가 균형을 이루게 된다. 항공기의 추진력이 감소 되었을 때에는 (그림8-1)에서와 같이 수평 안정판 하부에 음성 양력(negative lift)이 증가하여 항공기 미부는 하향운동을 하면서 항공기는 상승하게 되나 수평 안정판 하부를 흐르는 공기의 기류는 새로운 양력을 발생하여 원상태로 되돌아 가려는 힘이 발생하여 종적 안정을 이룬다. 항공기의 추진력이 증가하였을 때 항공기의 속도는 증가하게 되고 기수 숙여짐이 발생 한다. 수평 안정판 하부를 흐르는 공기의 기류는(그림8-1)에서와 같이 음성 양력이 감소되기 때문에 미부는 상향 운동을 하고 항공기 기수는 숙여진다. 이때 수평 안정판 상부에서 발생하는 양력에 의해 꼬리 날개를 아래로 밀어 내려 항공기 종적 안정을 이루려는 힘이 발생한다. 종적 안정은 무게 중심의 위치에 따라 영향을 받으며 무게 중심(C.G)의 위치가 앞에 있을 때 종적 안정이 증가되고, 저속 비행시는 보다 큰 영각이 요구되며 (stall)속도가 증가한다. 무게중심이 뒤에 있을 때는 종적 안정이 감소되고, 고속 비행시는 보다 작은 영각으로 비행이 가능하며 실속속도가 감소한다. 때문에 항공기가 실속 및 회전(stall and spin)시 회복이 어렵다. 이와 같은 현상은 자동차의 뒷부분에 많은 짐을 싫었을 때 자동차 핸들이 가벼워지는 현상과 동일하다.
(그림8-1) 세로안정성
항공기의 방향 안정성은 수직축(vertical)을 중심으로 한 항공기의 좌우 안정을 말한다. 시위를 떠난 화살이 과녁의 정중앙에 꽂힐 수 있도록 화살 끝단에 날개를 부착해 놓은 것은 비행중인 화살이 일정한 방향을 유지할 수 있게 한 것과 같은 원리로 항공기의 수직 안정판(vertical fin)은 항공기의 방향 안정성을 유지하기 위하여 고안 되었다. (그림8-2)에서와 같이 항공기가 비행중 수직축을 중심으로 우편요가 발생했을 때 항공기 미부는 좌로 움직이면서 좌우 균형이 상실된다. 이때 수직축을 중심으로 한 공기의 흐름이 변형되어 항공기 동체의 좌측면과 수직 안정판의 좌측면에 공기의 압이 작용하여 항공기는 수직축을 중심으로 원상태로 되돌아 가려는 힘이 발생하게 된다.
(그림 8-2)
항공기의 수평안정은 종축 (longitudinal axis)을 중심으로 한 좌우 안정을 말한다. 항공기 날개는 양력의 발생뿐만 아니라 요란 기류와 같은 외부 힘에 의 해 발생한 항공기 수평 불안정 상태를 항공기 자체의 특성에 의 해 스스로 안정을 회복할 수 있 도록 고안되어 있다.(그림8-3)에 서 보는 것과 같이 항공기 날개의 익단(wingtip) 부분이 익근 (wingroot) 부분보다 약간 높게 설계되어있다. 익근과 익단이 이 루는 각을 상반각(dihedral) 이라 한다. 항공기가 비행중 어느 한쪽 날개가 외부의 영향으로 낮아졌을 때 좌측의 그림과 같이 항공역학적인 공기의 흐름에 변화가 발생한다. 다시 말하면 낮아진 쪽의 영각이 커짐에 따라 양력이 증가하고 낮아진 쪽의 날개는 다시 위로 올라가려는 힘이 발생하게 되어 수평을 이루려 한다. 반대로 높아진 쪽의 날개는 낮아진 쪽의 날개에 비해 상대풍의 각이 작아짐에 따라 영각이 감소하게 되어 높아진 쪽의 날개는 아래로 향하여 좌우측 날개가 상호 균형을 이루려 한다.
(그림 8-3)
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[출처] 비행기 안정성 (이웨스트에어 비행교육원) |작성자 인생역전 |
2012년 09월 27일
네이버의
E-West Air Cafe에서 복사하여
대한민국의 Yacht항인 경기 화성의 전곡항!...........
그 전곡항 앞에 M-Boat에서
단양의 화통 / 6K2FYL. 신영섭 올림.