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항력(Drag), 항공기를 방해하는 힘

앞에서 항공기에 작용하는 힘은 4가지가 있다고 배웠습니다.

양력, 항력, 중력, 추력중에 오늘은 항력에 대해서 써보겠습니다.

 

 

 

 

항력은 크게 유해항력과 유도항력으로 나뉘어집니다.

유해항력은 다시 형상항력, 간섭항력조파항력으로 나뉘어 집니다.

대충 표를 한번 그려보았습니다.^^ 

 

 

 

 

먼저 형상항력에 대해서 설명을 해보겠습니다.

형상항력이란 항공기가 형태를 갖춤으로 인해서 생기는 항력입니다.

설계할때 더욱 매끄럽게, 더욱 날렵하게 만들면 형상항력이 줄어들게 되겟지요?

형상항력은 압력항력과 마찰항력으로 구됩니다.

아니, 압력항력과 마찰항력을 합쳐서 형상항력이라고 부르는게 맞을까요? ^^:;

압력항력은 쉽게 생각하면 공기의 압력에 의한 저항력입니다.

자동차 밖으로 손을 내밀면 손에 압력이 느껴지듯이 비행기 날개에도 압력이 가해집니다.

 

 

이 그림에서 볼 수 있듯이 공기와 닿는 앞부분의 면적이 작으면 작을수록

 저항이 적은 것을 볼 수 있습니다.

 

 

마찰항력은 항공기가 공기와 마찰을 일으키면서 생기는 항력입니다.

공기에도 마찰이 있을까라고 생각하시는 분도 있으실 겁니다.

하지만 아무런 느낌도 없는 공기에도 엄연히 점성이 존재하고 그에따라 마찰력이 존재합니다.

그리고 매끄러운 항공기 표면도 확대를 해보면 사실 울퉁불퉁한 것을 볼 수 있습니다.

 

마찰항력을 줄이기 위해서는 항공기 표면을 매끄럽게 하는게 중요합니다.
따라서 항공기 외부의 구조물이나 페인트의 상태 등이 영향을 미칩니다. 

간섭항력은 항공기 구조물간 상호영향으로 인하여 생기는 항력입니다.

자세히 말하면 항공기 각 부분에 흐르는 공기가 서로 간섭을 일으키기 때문입니다.

이 간섭항력 때문에 항공기 설계시 각 부분의 형상항력을 합해도 총 항력에 못미치는 수치가 나온다고 합니다.

특히 간섭항력이 많이 생기는 곳이 날개와 동체 사이, 엔진나셀, 파일론, 착륙장치입니다.

때문에 간섭항력을 줄이기 위해서 날개와 동체 사이에는 필렛(Fillet)을 장착합니다.

 

항공기 날개와 동체 사이에 필렛을 장착하면 위 그림과 같이 보다 매끄러운 형태가 나옵니다.

대형항공기에서 많이 사용하는 방법이라고 합니다.^^

 

조파항력은 초음속비행에 의해서 생기는 항력입니다.

음속을 돌파하게 되면 충격파가 생기는데 충격파는 압축파와 팽창파로 나뉘어 집니다.

 

 

 

총알을 예로 들어보면 가장 앞부분에는 압축파가 생깁니다.

그리고 두께가 가장 두꺼운 부분을 지나가게되면 팽창파가 생기게 됩니다.

압축파를 지나게되면 공기의 압력이 높아지고, 팽창파를 지나면 압력이 낮아지게 되서 항력이 생긴다고 합니다.

복잡해지니까 그냥 초음속비행을 하면 조파항력이라는 항력이 생기는구나 정도만 기억하셔도 됩니다.^^

 

유도항력은 양력이 발생함에 따라서 수반되어 생기는 항력입니다.

항공기의 날개 끝에서는 아래 그림과 같은 날개끝 와류가 생깁니다.

 

 

그리고 날개 윗면을 흐르는 공기는 속도의 차이 때문에 또 하나의 와류(속박와류)를 생성합니다.

 

 

 

 

이 와류들이 합쳐지면 공기를 아래로 누르는 내리흐름(Down wash)를 생성합니다.

 

 

 

실제 항공기의 Down Wash 모습입니다.

마치 공기를 내리 누르고 위로 날아가는 모습이 연상됩니다.

 

유도항력을 줄이는 방법은 와류의 생성을 줄이는것 입니다.

때문에 대형 항공기에서는 유도항력을 줄이기 위해 윙렛(Wing let)을 사용하곤 합니다.

 

항공기의 날개 끝에 접혀올라간듯한 녀석이 윙렛입니다.

여러가지 기능이 있는 장치입니다.

 

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