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상승비행과 활강비행 지난 장에서는 항공기의 엔진 유형별로 등속 수평비행 상태에 대해 알아보았습니다. 이번장에서는 항공기의 상승비행과 활강 비행에 대해서 알아보겠습니다. 1. 상승비행 활주로를 떠난 항공기는 등속 수평비행에 도달하기 전 일정 고도까지 상승비행을 하게 됩니다. 상승비행의 성능을 평가하기 위해서는 항공기가 얼마나 빨리 원하는 고도에 도달할 수 있는지, 항공기가 비행할 수 있는 최대 고도는 어떻게 되는지에 대해 질문해볼 수 있습니다. 이러한 질문에 답하기 위해 등속 수평비행에서의 경우와 같이 상승비행의 운동 방정식을 유도할 수 있습니다. 위의 그림은 상승비행에서 항공기에 작용하는 힘과 항공기의 자세를 보여줍니다. 항공기는 고도가 높아지는 방향으로 비행해야 하므로 수평면과 비행경로 각 r를 이루며 상승합니다. 이를 ..
항공기 엔진 유형별 등속수평비행 조건 이번장에서는 등속 수평비행과 다양한 등속 수평비행 상태에서의 작용하는 힘들 사이의 관계에 대해 알아보겠습니다. 1. 등속 수평비행 등속 수평비행은 항공기의 가장 간단한 비행 형태로서 이 상태에서는 항공기의 운동 경로가 수평 방향과 나란하므로 지난 장에 서 알아본 운동 방정식에서 세타 값이 0이 되어 운동 방정식이 아래와 같이 단순하게 표현됩니다. 항공기가 등속 수평비행 상태가 되려면, 항력과 추력이 같아야 하고, 중력과 양력도 같아야 합니다. 속도가 달라짐에 따라 발생하는 항력이 달라지므로, 필요한 추력의 크기도 달라지며 이는 엔진의 성능과도 밀접한 연관이 있습니다. 특히 항력을 이겨내기 위한 추력은 엔진의 구동 방식에 따라 해석 관점이 달라져야 합니다. 제트 엔진의 경우 비행 속도에 따른 추력이, 왕복..
비행성능과 운동방정식 1. 비행성능의 개요 1903년 라이트 형제의 역사적인 비행 이후 항공공학은 두 번의 세계대전을 거치면서 더욱 눈부신 발전을 이뤄왔습니다. 더 빠르고 더 높으며 더 먼 거리를 비행할 수 있는 항공기를 개발하며 인류는 여태까지 가지 못했던 더 높은 기술의 영역에 도달할 수 있었습니다. 향후 항공기술 개발의 맥락 역시 어떻게 해야 항공기가 더 빨라질 수 있을까? 항공기가 얼마나 더 높은 곳까지 올라갈 수 있을까? 항공기가 얼마나 더 오랫동안 비행할 수 있을까?라는 질문에 끊임없이 대답하는 방식이 될 것입니다. 이번장에서부터 알아볼 항공기의 비행성능에 대한 여러 가지 개념들은 이 질문들의 답들이기도 합니다. 이번장에서부터 알아볼 비행성능은 우리가 지금까지 알아온 항공기에 작용하는 여러 힘들의 상호관계를 파악하..
초음속 엔진과 전기 추진 엔진 지난 장까지 우리는 항공기용 왕복 엔진과 가스터빈 엔진에 대해 알아보았습니다. 왕복 엔진과 가스터빈 엔진은 그 구조나 성능 등에 대해서 많은 차이를 보이나 둘 다 일반적으로 승객을 태우는 비행기의 엔진으로써 활용되는 형태의 엔진입니다. 이번 장에서는 위 두가지 엔진 외의 용도로 활용되는 여러 가지 엔진에 대해 알아보도록 하겠습니다. 1. 초음속 엔진의 종류 초음속 엔진은 램제트 엔진과 스크램제트 엔진으로 나누어 설명할 수 있습니다. 먼저 램제트 엔진은 초음속으로 흡입되는 공기가 쐐기 모양의 흡입구 물체를 지나갈 때 충격파가 발생하고 이 충격에 의해 초음속의 흡입공기를 아음속까지 감속시켜 압력을 높이는 원리를 이용합니다. 이런 현상을 램 또는 램 효과라고 합니다. 흡입구에서 압축된 공기는 디퓨저를 통해 연..
왕복 엔진 왕복 엔진은 연료의 연소에 의해 얻는 열에너지를 회전일로 변화시키는 내연기관 중 가장 보편적으로 사용되는 기관으로, 연소가스를 팽창시켜 피스톤을 왕복 운동시킨 다음 크랭크 기구에 의해 회전일로 바꿔줍니다. 왕복 엔진은 1876년 독일의 오토에 의해 처음으로 개발되었는데 오토는 흡입, 압축, 팽창 및 배기의 네 개 행정으로 작동하는 4 행정 엔진 개발에 성공했습니다. 이 엔진은 동력축이 2 회전할 때마다 1회의 폭발이 이루어집니다. 1회전에 1회 폭발하는 2 행정 엔진은 클러크에 의해 개발되었습니다. 현재 사용되고 있는 항공기용 왕복엔진은 가솔린을 주 연료로 하는 4 행정 엔진이며 여기서 왕복엔진이라고 부르는 것은 이 엔진을 의미합니다. 항공기용 왕복엔진은 라이트 형제의 동력비행을 위해 사용된 이후 가스터..
가스터빈엔진 구성품의 작동 원리 지난 장부터 우리는 항공용 추진기관들에 대해 알아보기 시작했습니다. 그리고 그 첫 번째로 가스터빈 엔진의 작동원리와 구조, 종류에 대해 알아보았습니다. 이번장에서는 가스터빈 엔진에 사용되는 기본적인 구성품의 종류와 그 작동원리에 대해 알아보겠습니다. 1. 압축기 압축기는 크게 원심식과 축류식으로 구분됩니다. 원심식은 공기 흡입구보다 출구부의 직경을 크게 하여 원심력의 효과를 이용하여 공기를 압축할 수 있는 장치로서, 1단의 압축비가 약 4 정도로 단당 압축비가 축류 압축기에 비해 매우 높고, 구조가 튼튼하여 특히 FOD에 강하다는 장점이 있습니다. 따라서 먼지가 많이 흡입되는 헬리콥터 등의 가스터빈 엔진, 보조 동력장치 등에 매우 유용하게 사용됩니다. 다만 축류식에 비해 엔진의 직경이 상대적으로 커지고 ..
가스터빈엔진의 구조와 종류 1903년 라이트 형제가 추진기관을 장착한 최초의 동력비행에 성공한 후, 초기에는 19세기에 개발된 왕복 기관을, 제2차 세계대전 전까지는 성형 왕복 기관이 많이 사용되었습니다. 2차 세계대전 이후의 항공기 추진기관은 가스터빈 엔진으로 거의 대체되어 오늘날에는 대향형 왕복 기관을 사용하는 소형항공기를 제외한 대부분의 항공기가 가스터빈 엔진을 주로 사용하고 있습니다. 또한 초음속의 고속 비행을 위한 램제트엔진도 개발되었습니다. 21세기에 들어서는 고효율의 가스터빈 엔진과 극초음속의 고속 비행을 위한 스크램제트엔진이 연구되고 있으며, 지구 환경을 저해하는 공해를 저감 하기 위한 친환경 추진기관으로 전기추진기관이 개발되고 있습니다. 이번 장부터는 가스터빈엔진과 왕복엔진, 초음속 엔진, 전기추진엔진에 대한 구조..
제트엔진과 초음속엔진 추진역학 지난 장에는 프로펠러 추진 역학에 대해 알아보았습니다. 이번장에서는 이어서 제트엔진 추진 역학에 대해 알아보겠습니다. 1. 제트엔진 추진원리와 추력 계산식 공기흡입식 엔진은 항공기의 추진기관으로 사용되고 있으며, 공기 흡입식 엔진의 추진 역학을 설명하기 위해 제트엔진을 예를 들어 설명합니다. 제트엔진은 흡입구를 통해 흡입된 공기를 연소기에서 연료와 혼합 및 연소를 하고, 노즐을 통해 연소가스를 항공기의 비행속도보다 빠르게 가속시켜 추력을 발생시킵니다. 제트 추진 원리의 핵심은 비행속도로 흡입되는 흡입공기의 속도보다 연소가스의 배출 속도를 빠르게 하여, 비행속도와 배출 속도의 속도 차이에 의해 발생하는 반작용에 의해 추력이 생성되는 것입니다. 따라서 제트엔진 내부에서는 공기에 압력과 열에너지를 가하고 이것..

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