비행기, 항공기 기초이론

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베루누이 정리(Bernouli theory) 

압력(정압) + 동압 = 전압(일정) 

정압과 동압의 합은 항상 일정하다. 
여기서 동압(動壓)은 속도와 관계가 있다. 즉 동압은 
동압= 공기밀도*속도제곱/2 이다. 

압력과 속도성분인 동압의 합은 전압으로 일정하다는 것은 속도가 
압력과 반비례한다. 즉 날개 상면쪽으로 공기가 흘러가 속도가 빨라 
지게 되면 속도가 빨라진 만큼 압력은 감소하게 되어 날개 상면에는 
부압(negative pressure)이 작용하게 되어 날개 상면을 끌어 올리는 
힘이 작용하게 되어 양력이 발생하게 된다. 
즉 베루누이 정리는 압력과 속도는 반비례하고 그 합은 전압(全壓) 
으로 그 값은 일정하다는 이론이다. 


양력 (Lift ; 揚力) 

패러글라이더가 비행을 하게되면 날개표면(캐노피 ; canopy)에는 2가지의 공기력이 작용하게 된다. 이 공기력은 양력과 항력이다. 
패러글라이더의 진행방향에 수직한 방향으로 작용하는 공기력을 양력(lift) 이라 하고 이힘에 의해 하늘을 날 수 있는 힘이 발생하는 것이다.
이러한 양력이 발생하기 위해서는 날개 면적, 이륙시 속도, 공기밀도 
등이 영향을 주게 되는데 날개면적이 클 수록 양력은 많이 발생을 
하게되고 속도가 증가할 수로 양력은 속도의 제곱에 비례하면서 
증가를하게된다. 
날개 표면에서 양력이 크게 작용할 수록 착륙시 착륙속도가 느려지게 
되어 좀더 안전하게 착륙할 수 있으며 이륙시에도 쉽게 이륙이 되게된다 


항력(Drag ; 抗力) 

패러글라이더가 공기 흐름방향으로 작용하는 저항력을 말한다. 
공기는 유체이고, 끈끈한 성질이 있기 때문에 공기 흐름방향으로 
항력이 작용하는데 이 항력은 공기밀도, 비행속도, 날개면적과 밀접한 
관계가 있다. 
특히 비행속도의 제곱에 비례를 하기 때문에 속도가 증가할 수록 
양력도 증가를 하지만 비례적으로 항력도 증가를 하게된다. 
날개를 유선형으로 만들어 항력을 감소시키는 만큼 패러글라이더는 속도가 증가를 하게 된다 

날개 하중(Wing Loading ; 翼面荷重(익면하중)) 

날개면 하중 또는 익면하중(翼面荷重)이라고 말합니다. 패러글라이에 
작용 하는 전체 무게(W)를 패러글라이더의 날개 면적(S)로 나눈 값을 
말합니다. 
즉 식으로 표현하면 
날개하중 = W/S 입니다. 
날개하중이 패러글라이더에 미치는 영향으로는 이, 착륙성능, 운동성, 
선회시 속도등에 영향을 주게 됩니다. 

날개하중(W/S) 클수록 실속속도(STALLING SPEED)는 커지게 되며 이는 
이, 착륙시 속도가 빨라짐을 의미합니다. 
착륙시 속도가 빠르다는 것은 그만큼 빠른 속도로 착륙을 해야 하므로 
활주거리가 길어야하고, 위험 부담도 있게 됩니다. 

패러글라이더는 실속속도가 작은 것이 좋습니다. 
예를 들어 활공속도가 20KM/H에서 실속에 들어가는 패러글라이더와 
40KM/H에서 실속에 들어가는 패러글라이더 하고는 분명이 20KM/H로 
활공이 가능한 패러글라이더가 이, 착륙시 성능이 우수하지요. 

또한 날개하중이 증가를 하면 선회시 선회 반경이 증가를 하게 되어 선회 비행시 선회 반경이 커야 하며, 열기류 비행시에도 보다 큰 열에서 
회전을 하여야 함으로 그만큼 손해를 보게 되지요. 
그렇다고 선회시 속도를 감소시켜회전하게 되면 스핀(SPIN)에 들어갈 우려가있겠지요. 



받음각(Angle of attack ; 迎角) 

받음각을 다른 말로는 영각이라고도 말한다 
받음각이란 패러글라이더의 진행방향과 캐놀피 날개의 시위선과의 이루는 각을 말한다. 
받음각이 어느 정도까지 커질수록(대략 14-20도) 양력은 증가를 한게된다.따라서 패러글라이더가 이륙시 속도를가속시킨 상태에서 양쪽 브레 
이크줄을 살짝 당겨 이륙하게 되는 것은 캐노피(날개)의 캠버를증가시켜 양력을 향상시키기 때문이다. 

받음각이 증가할 수록 양력만 증가하는 것이 아니라 항력도 비례적으로 
증가를 하게된다.받음각이 실속각을 넘게 되면 날개표면에서 공기흐름 
이 급격하게 떨어지게 되어 양력은 급격하게 감소하고 항력은 급격히 
증가를 하게되어 실속에 들어가게된다. 

일반적으로 홀공비행을 하는 상태에서 패러글라이더가 제작당시 어느정도 
받음각을 가지고 있는데 이를 자세각이라한다 

최소 침하 속도(最小 沈下 速度) 

패러글라이더가 직진 활공비행시 주어진 시동동안 최소의 고도침하를 
하는 상태의 속도를 말한다. 
패러글라이더가최소 침하의 속도로 침하를 하려면 날개하중(W/S)가 작아야 하고 가로세로비를 증가시켜 양항비를 크게해야 한다. 
일반적으로 패러글라이더가 최소의 침하속도로 침하를 하는 받음각은 보통 8도정도에서 이루어진다. 
즉 양 조종줄을 가슴정도까지 당기고 있을 때 최소의 침하율을 나타낸다 


하강율( sink rare ; 침하율(沈下率 ) 

패러글라이더가 직선 활공비행시 초당 침하하는 속도를 말한다 
현재 생산, 판매되는 글라이더의 하강율은 대략 0.8 - 1.2 m/sec이다. 

시위(Chord, 익현(翼弦) 

날개의 앞전 꼭지점과 뒷전 꼭지점을 직선으로 연결한 가상적인 선을 
시위또는 시위선(chord line)이라고 한다. 
시위선은 모든 날개골(airfoil)을 다루는데 있어서 기준이 되는 선이다. 
일반적으로 현재 패러글라이더에 사용되는 날개 두께(날개상면과 하면과의 두께)는 대개 시위선의 16-21% 되는 두께를 사용하고 있다 

투영 면적(Projected Area ; 投影 面積) 

캐노피(wing)를 위에서 수직으로 내려다 보았을 때 나타나는 면적을 
말한다. 
날개의 양력,항력,날개하중 등을 계산을 할 때 실제 사용된 평면면적 
(flat area)을 사용하지 않고 투영된 면적을 사용하게 된다. 

특히 패러글라이더의 경우 날개가 타원형 형태로 아래로 구부러져 있어 
평면면적과 차이가 많다. 예를 들어 진글라이더의 제품 부메랑(boomerang)의 경우 중간크기(M size)의 글라이더의 경우 평면면적은 26.50평방미터이지만 실제 계산에 사용되는 투영면적은 23.98평방미터 
이다. 


웨이브 소아링(Wave soaring) 

바람이 언덕이나 산을 넘은 바람은 산 능선 위에서 물결치듯이 바람이 
흘러가는데 이를 산악파(wave)라 부르며 이 산악파를 이용하여 비행하 
는 것을 웨이브 소아링(wave soaring)이라고 한다 
그러나 산악파 밑에는 소용돌이 기류(rotor)가 존재하므로 어느 정도 
고도를 잡지 못한 상태에서는 웨이브 소아링 비행을 할 수 없다 


나선형 강하( spiral ; 螺旋形 降下) 

일반적을 스파이럴이라 말한다. 
선회 비행시 선회하는 쪽의 조종줄을 좀더 당기게 되면 비행자에게는 
원심력이 생겨 기체를 중심으로 빠른 속도로 선회를 하면서 수직으로 
강하를 하게 된다. 

보통 수직 하강속도는 8 - 16 m/sec가 된다. 비행중 그름을 만나 빠른 
속도로 고도를 처리할 때 사용한다. 스파이럴에 들러가면 기체 및 
비행자에게는 중력이 평소보다 몇배이상 작용하게 되는데 체력이 약한 
사람이다. 숙달되지 않은 비행자는 정신히 혼미하여 회복할 시점을 놓쳐 위험을 초래 할 수도 있다.따라서 스파이럴에 들어가는 방법, 회복방법 등을 충분히 숙지한 후 사 하는 것이 바람직하다. 

스파이럴을 자주 한 글라이더는 글라이더 리브(rib)의 재봉선 부분들이 
하중을 많이 받아 늘어나 있게 된다. 즉 기체가 피로를 많이 받아 정기적으로 점검이 필요하다. 

키놀이(피칭 ; Pitching) 

패러글라이더의 가로축을 중심으로 글라이더 앞전이 올라가거니 내려가는 
현상이 반복되는 현산을 키놀이(pitching)이라고 하며 이러한 운동을 
키놀이 운동이라고 한다. 

직선 활공비행시 상승기류를 만나면 패러글라이더 앞전이 올라가게 되며 
상승기류가 끝나면 패러글라이더 앞전이 다시 하강을 하게 되는데 
이처럼 기체 앞쪽이 올라가거나 내려가는 현상을 키놀이라고 한다 

글라이더가 외부영향(돌풍, 상승기류등)에 의해 키놀이가 발생을 하게 되면글라이더는 비행자의 무게의 의해 진자운동을 하면서 키놀이를 점점 감소시키거나 양쪽 조종줄을 적절하게 당겼다, 풀어주었다 하여 진자운 
동을 감소시키게 하면 키놀이는 줄어들게 된다 
이와 같이 가로축을 중심으로 진자운동에 의해 키놀이 운동이 줄어드는 
것을 세로안정성이 있다고 한다. 

* 참고 
가로축 : 날개의 무게중심을 중심으로 날개 끝과 날개끝을 연결한 
축을 말한다. 


옆놀이(Rolling ; 橫轉) 

패러글라이더는 공간을 비행을 하므로 3축운동을 한다. 그 중에 옆놀이 
(rolling)라고 하는 것은 패러글라이더의 새로축을 중심으로 좌우로 
회전 하는 운동을 말한다. 
좌우로 회전하는 운동 모멘트를 옆놀이 모멘트(rolling moment)라 한다. 
옆놀이 운동은 외부의 영향(대기의 바람, 열, 돌풍)에 의해 자연적으로 
발생할 수 있으며 좌,우 조종줄 조작에 의해 일어날 수도 있다. 

외부의 영향에 의해 옆놀이 현상이 점점 줄어들어 원래 위치로 돌아오게 될때 패러글라이더가 옆놀이 안정성이 있다고 한다. 

* 참고 
세로축 : 페러글라이더의 공기구멍(앞전)으로부터 조종줄(브레이크줄)이 
달려있는 뒷전으로 이은 축을 세로축이라 한다 


날개 길이( Span ) 

패러글라더의 날개 양끝간의 거리를 말한다. 
날개길이(span)은 글라이더의 가로세로비를 구하는데 있어 중요한 변수로 
작용하게 된다. 

일반적으로 가로세로비를 구할 때 글라이더를 펼쳤을 때 길이로 구하는 것이 아니라 날개 상면에서 바라 보았을 때 투영된 면적으로 구하게 된다 


가로 세로비( Aspect Ratio ; 종횡비(縱橫比)) 

종횡비라고도 말하면 일반적으로 AR로 표기를 한다 
말 그대로 가로의 길이(날개길이 Span)와 세로의 길이(시위의 길이)와의 
비를 말한다. 
그러나 세로의 길이는 날개중심부분은 가장 길고, 날개 끝 부분으로 
갈수록 짧어지게 되어 다음가 같이 변형하여 가로 세로비를 구한다 

가로세로비 = 날개길이/시위길이 = 날개길이의 제곱/날개면적 

가로세로비가 크다는 것은 그 만큼 활공성능이 향상이 된다 
따라서 초급 글라이더 보다는중, 고급 글라이더로 갈 수록 가로세로비는 
증가를 하게된다 

현재 시판되고 있는 패러글라이더의 가로세로비는 초,중급자용은 
3.6 - 4 : 1정도 이고 고급자용은 4.9 - 5.5 : 1 정도 된다. 

가로세로비가 증가를 하면 동일 면적을 가진 글라이더보다 양력 발생이 
많으며 날개 양쪽 끝에 발생하는 익단와류(날개끝 와류 wing tip vortex)의 영향이 적어 유도항력을 적게 받게 된다. 

가로세로비가 증가를 하게 되면 양항비(L/D)가 증가하고 양력발생도 
증가를 하게되지만 가로세로비가 작은 글라이더보다 실속각이 작아지는 
단점도 있다. 즉 동일하게 브레이크 줄을 당겨 동일한 받음각이 되었을 때 가로세로비가 큰 글라이더가 실속에 일찍 들어가게 된다 

따라서 이제 막 시작을 하는 초보자에게는 가로세로비가 큰 글라이더를 
제공하면 과조작에 의한 실속이 일어날 수 있으므로 유의해야 한다 


양항비( Lift - Drag Ratio ; L/D ; 揚抗比) 

양력과 항력과의 비 또는 양력계수와 항력계수와의 비를 말하며 일반적으로 L/D로서 표기한다 
양항비가 클 수록 패러글라이더는 활공비가 커지게 되며 활공각은 작아지게 된다 

양항비를 식으로 표현하면 다음과 같다. 

양항비 = 1/활공각 

양항비는 패러글라이더 성능에 중요한 수치로서 양항비의 최대치(즉 최대 
활공비)는 패러글라이더가 장거리 비행을 하는데 중요한 의미를 갖는다 
일반적으로 양항비와 활공비는 다음과 같은식으로 표현된다. 
양항비 = 활공비 
따라서 양항비가 크다는 것은 활공비도 크다는 의미를 갖게된다 


경사각 ( Bank angle ; 傾斜角 ) 

패러글라이더가 선회 비행시 수직축을 중심으로 좌, 우로 기울어지는 각도를 경사각(bank angle)이라 한다. 
선회시 경사각이 너무 크게 되면 날개에 하중이 많이 걸리게 되며 선회시 
침하율로 훨씬 커지게 된다. 

예를 들어 직선 활공을 하는 패러글라이더가 초당 1.2m씩 하강을 하고 
있었다면 60도 선회 비행시는 초당 2.4m씩 하강을 하게 된다. 
그만큼 침하율이 커지게 되고 또한 하중도 2배 정도 더 작용하게 된다. 
이를 우리는 하중배수라고 한다. 
하중배수가 2배라는 것은 지구중력의 2g가 작용한 다는 의미이다. 
또한 선회시 약 80도의 경사각으로 선회하게 되면 하중배수는 약 5.6g 
작용하게 된다. 

이는 체력이 건강하지 못한 비행자는 정신을 잃은 수록 있으며 
상환판단을 흐리게한다. 스핀이나, 스파이럴, 네거티프 스핀 등에서도 
정확한 시점에서 조작을 못하게 하여 위험을 초래할 수 있다. 

선회시 조종줄의 조작에 의한 선회를 하게되면 글라이더의 경사각이 
증가를 하여 침하게 커지게 되므로 체중이동과 함께 선회를 하게되면 
기체의 경사각을 작게하면서 선회를 원활하게 할 수 있다. 

주의 할 것은 선회시 실속 속도가 직선 활공시 실속속도 보다 크다는 것이다.선회반경을 작게하기 위해 경사각을 크게하여 선회속도를 너무 줄이게 되면선회시 실속에 들어 갈 수가 있으므로 주의해야 한다. 


맞 바람(headwind ; 정풍(正風)) 

바람이 정면에서 불어오는 것을 말한다. 항공기가 패러글라이더 등 모든 
비행체는 맞바람으로 이륙을 해야 짧은 활주거리로 이륙이 가능하다. 

배풍이로 이륙을 하면 그 만큼 활주거리가 길게 필요하고, 사람의 주행에 
의해 이륙이 되는 패러글라이더는 배풍이 불게되면 이륙이 힘들다. 
이륙뿐만 아니라 착륙시도 맞바람으로 착륙을 해야 착륙 활주거리도 짧아지게 되고 착륙시 사고의 위험성도 감소하게 된다. 

패러글라이더가 착류기 배풍착륙을 하게 되면 바람의 속도와 패러글라이더 속도가 합해지어 대지속도는 증가하게 되어 착륙시 사고 가능성이 많아진다. 

예를들어 패러글라이더 속도가 30km/h이고 풍속이 20km/h라고하면 
배풍 착륙시 대지속도는 50km/h이다. 
이 속도로 착륙을 한다는 것은 인체구조상 안전하게 착륙을 할 수 없게 된다.또한 배풍시 좌, 우 조종도 원하는 거리, 원하는 반경에서 
선회가 되지 않고훨씬 큰 거리를 필요로 하게 된다. 

맞바람을 무시하고 착륙하다가는 주변 장애물과 충돌등으로 사고로 이어질 수 있다. 
착륙시 반드시 풍향계를 보고 정풍착륙을 해야 올바른 착륙방법이다 

사면 비행(Ridge soaring ; 斜面 飛行) 

드넓은 벌판에 수평적으로 불어도던 바람이 산이나 언덕을 만나게 되면 
산 경사도를 따라 산 위로 불어오게 된다. 
이는 산 경사도가 클 수록 바람의 세기도 증가하게 되어 패러글라이더 속도와 엇비슷한 부분에서는 패러글라이더가 착륙장방향으로 내려가지 않으면서 오랜 비행을 할 수가 있는데 이를 사면비행(ridge soaring)이라 한다. 보통 산의 7부능선부터 10부능선에서 사면비행이 가능한데 
이러한 지역을 사면비행구역(ridge soaring zone)이라한다. 

물 주머니( Ballast ; water bag) 

패러글라이더에서 발생하는 양력과 비행자의 비행시 무게(WEIGHT IN GLIGHT)가 균형을 이루게 하는 물주머니를 말한다. 
보통 물주머니는 5-8KG 이다. 

글라이더에는 적정 날개하중(W/S)가 설정되어 있다. 예를 들어 초급자용 
글라이더의 중형크기(M SIZE)의 적정 몸무게가 70 KG이라 할 때 60KG 정도 나가는 비행자가 이 글라이더를 탄다면 비행중 제속도가 나오지 않을 뿐만 아니라 외부의 영향(돌풍)에 의해 날개 접힘이 자주 발생할 수 있다. 

이런 경우 물주머리를 하네스에 불착하여 비행자 무게를 증가시켜 적정체중 안에서 비행을 할 수 있게 해준다. 또 한편으로는 장거리 비행이나 선수들의 경우 한단계 큰 글라이더를 타면서 물주머니를 차고 비행하는 경우가 있는데 이는 선회시 선회 반경을 작게할 수 있고 고고도 비행에 유리하다. 

그렇지만 약 7KG정도의 물주머니를 차고 비행하게 되면 착륙시 인체가 충격을 더 받을 수도 있으며, 약간 불안정한 착륙(측풍, 배푿 등)에서 물주머니를 차고 착륙하다 보면 운동 에너지가 증가하게 되어 자칫 큰 사고로 연결될 수 있으므로 주의를 요한다. 
따라서 제품 사양사에 나와있는데로 몸무게 맞는 적정크기의 글라이더로 
비행하는 것이 바람직하다 


비상 낙하산(Rescue Parachute ; 非常 落下傘) 


일반적인 활공비행시 주 글라이더(canophy)가 날개접힘, 스핀(spin), 
스파이럴(spiral)등에 의해 위험한 상태에 진입하여 회복이 불가능할 경우 자신의 생명을 구해 줄수 있는 낙하산을 말한다. 
일반적으로 비상 낙하산(보조 낙하산)은 최소 50m이상의 높이에서만 
효과를 볼 수 있다. 
보통 보조산 손잡이를 잡고, 던져서 산개가 되어 보조산 역할을 하기까지는 3-5초 정도가 소요가 되기 때문이다. 

보조산을 던졌 산개가 되었다 하더라고 100% 안전한 것은 아니다. 
치명상을 중상, 경상으로 경감을 시키거나, 중상, 경상을 하나도 다치지 
않을 수 있도록 하는 것이 사실이지만 일반적으로 보조산 산개시 자유 
낙하 속도가 4.2 - 4.5 m/sec 정도 이므로 지면에 닿을 때 불안정하게 
닿았을 경우 다칠 수도 있다. 

또한 보조산을 던졌을 때 불가항력적으로 회복이 되지 않았던 주 글라이더가 다시 회복되어 살아 났을 경우 비상낙하산과 주 글라이더와의 불균형으로 인해 불평형이 일어 날 수 있으므로 일단 보조산을 던져 산개를 하였다면 주 글라이더가 회복되어 원상태로 돌아온다 하더라고 조종이 불가능하므로 주 글라이더 A라이저 맨 안쪽에 있는 산줄을 잡아당겨 주 글라이더를 붕괴시켜 비상 낙하산이 내 머리 수직으로 오도록 하는 것이 안정적으로 지면에 닿을 수 있다. 

고도계(Alti-Variometer ; 高度計) 

일반적으로 고도계라고 말을 하지만 실제로는 승강계역할과 고도계 역할을 함께하며 어떤 고도계는 방향 탐지 즉 나침의까지 혼합되어 있는 것도 있다. 
- 승강계(Variometer) 
비행시 상승, 하강을 소리와 그래프 그리고 수치로서 알려주게 된다 
비행줄 열기류에 진입하거나 빠져나가게 되면 상승음이나 하강음을 
울려주게 되어 이를 이용하여 열의 크기를 짐작하고 열비행을 가능하게 
하며 평소 비행보다 하강시 크게 나타날 때도 하강음을 내어 침하가 
큰 지역임을 알려 준다. 

- 고도계(Altimeter) 
고도계에는 절대고도와 진고도를 표시할 수 있도록 되어 있다 
표준 대기압인 1013hpa를 기준으로 고도에 따른 압력차이를 이용하여 
고도를 표시하게 된다.(alt-1기능) 
또한 이륙장이나 착륙장등 비행자가 고도를 0m로 설정하여 고도를 
측정할 수도 있다(alt-2 기능) 

또한 GPS와 연결하여 사용할 수도 있으며 기압계, 온도계, 비행중 비행시간비행고도 저장(비행기록 저장), 활공비 계산, 자동 방향 지시계 등이 설치되어 있어 비행시 필수적인 계기이다.