항공역학 - 에어포일(Airfoil) 각 부분의 명칭

출처 : http://www.think-tank.co.kr/162

에어포일(Airfoil)이란, 날개의 단면 형상을 뜻하며 항공기의 날개(Wing), 보조익(airerron), 승강타(elevator), 방향타(rudder)와 같은 어떤 단면(section)을 학술적으로 정의 하는데 사용한다. 에어포일은 공기보다 무거운 항공기를 비행시키기 위해서 공기역학적인 효과, 즉 양력은 크고 항력은 작은 에어포일이 요구된다. 본 주제에서는 에어포일의 각 부분의 명칭에 대하여 알아보도록 하겠다.

에어포일 (Airfoil) 이란?

양력을 크게 하기위해서 에어포일은 상면을 둥글게 해주고 뒤를 날카롭게 하여 유선형으로 한다. 에어포일은 NACA XXXX와 같이 호칭법에 따라 표시되는데, 미 항공자문 위원회(NACA: National Advisory Committee for Aeronautics)계열 에어포일을 의미하고 첫번째 숫자는 최대 평균캠버의 크기를 시위의 백분율로 표시한 값이고, 두번째 숫자는 최대 평균 캠버의 위치를 앞전으로부터 시위의 십분율로 표시한 값이며, 네번째 숫자는 최대 두께(Max thickness)의 크기를 시위의 백분율로 표시한 것이다. 예를 들면 NACA 2315는 NACA 계열의 에어포일로써 최대 평균캠버의 크기가 시위의 2%이고, 그 위치는 앞전으로부터 시의의 30% 지점에 위치하며, 최대 두께의 크기가 시위의 15%임을 의미한다.

에어포일의 윗 캠버와 아랫 캠버가 동일할 때 에어포일을 대칭익(Symmetrica airfoil)이라 한다. 대칭익의 경우 윗 캠버와 아랫 캠버가 동일하므로 평균 캠버선이 시위선과 동일하게 된다. NACA 00XX로 표시되며, 이를 NACA 00계열이라 부르며 NACA 00계열 에어포일은 대칭익을 의미한다. 예를들면, NACA 0009, NACA0012등은 대칭익으로서 최대 두께의 크기가 각각 시위의 9%, 12%인 에어포일을 나타낸다.

요즘 민항기에 일반적으로 많이 사용되는 에어포일로는 NACA 6자계열이 많이 사용된다. 초음속 항공기(전투기)에서는 에어포일이 일반적인 유선형이 아니라 다이아몬드 형상으로 사용된다. 초음속 항공기의 경우 초음속비행시 발생하는 충격파와 팽창파를 이용하여 압력차이을 발생시켜 양력을 얻는다.

에어포일 각부분의 용어 정리

그림과 같이 에어포일의 위 표면을 윗면(upper surface), 아래 포면을 아랫면(lower surface)이라고 하며 에어포일의 둥근 앞부분을 앞전(leading edge), 에어포일의 뒤 끝부분을 뒷전(trailing edge)이라고 하며 보통 뒷전은 날카롭게 되어 있다. 앞전에 내접하는 원을 앞전 원(leading edge circle)이라고 하고 이 원의 반경을 앞전 반경(leading edge radius)이라고 한다.

에어포일의 앞전은 뒷전에서부터 거리가 가장 먼 점으로 보통 정의되며 이 앞전과 뒷전을 연결한 선을 시위(chord)라고 하고 앞전에서 뒷전까지의 거리를 시위 길이(chord length)라고 한다. 시위 길이는 에어포일의 길이 측정 단위의 기준 거리로 사용되고 에어포일의 좌표계의 기준축(x축)이 된다. 윗면과 아랫면의 높이 차이 또는 윗면과 아랫면에 내접하는 원을 그렸을 때 이 원의 직경을 에어포일의 두께(thickness)라고 하고 이 두께의 최대값을 최대 두께라고 한다. 앞전에서부터 최대 두께 위치까지의 거리를 최대 두께 위치라고 하며 최대 두께와 함께 에어포일의 형상 변수로 사용된다.

아랫면과 윗면의 중심점 또는 윗면과 아랫면에 내접하는 원을 그렸을 때 이 원의 중심점들을 연결한 선을 평균 캠버선(mean camber line)이라고 한다. 시위 선과 평균 캠버 선과의 높이 차를 캠버라고 하며 에어포일의 캠버는 양력 발생과 매우 밀접한 관계가 있다. 캠버의 최대값을 최대 캠버, 이의 앞전에서부터 거리를 최대 캠버 위치라고 한다. 앞전 원의 중심점에서 평균 캠버선의 연장선과 에어포일의 표면이 만나는 점을 에어포일의 앞전 위치로 정의하기도 한다.