양력이 만들어내는 항력 = 유도항력(Induced Drag)

http://blog.naver.com/wngus845/140110127726

이번 항공에 관한 이야기는

비행기에 적용되는 기본적인 4가지의 힘, 즉 양력(Lift), 항력(Drag), 중력(Gravity), 추력(Thrust) 중

항력! 그중에서도 특별히 양력때문에 생기는 항력이라는 유도항력(Induced Drag)에 관한 이야기이다.

 

항공기를 떠오르게 하는 중요한 요소인 양력이 항력을 만들어낸다?

 

사실 이것은 항공기에 관심을 가지고 있는 항공학도들이라면 거의다 알고 있을법한 내용이고 동시에 어느 항공학 교재를 찾아봐도 항상볼 수 있는 그런 흔한 주제일 것이다.

하지만 "유도항력이 왜 만들어지고 어떻게 만들어지는 지" 에 대해서는 아는사람이 많이 없을것이다

(아...아닌가?;;;)

 

 

우선 아래 그림을 살펴보자

 

 

 

보통 날개가 점성있는 유체(공기)중을 지날때 날개의 길이(Span)가 유한하기 때문에 그림에서 처럼 날개끝와류(Wing Tip Vortex)에 의해 날개 뒷전에 내리흐름(Down Wash)가 생성된다. 이 내리흐름은 그림에서 보이듯이 문자그대로 내리누르는 공기의 힘이다.

 

이 내리흐름 때문에 아래로 내려가는 공기의 속도 성분이 생기고 "내려가는 속도 성분 + 날개에 대해서 맞바람방향의 속도성분(수평한성분)"에 의하여 날개에 대한 맞바람의 속도 성분이 아래쪽을 향해 비스듬하게 불어오게 된다.

 

즉, 아래그림을 보면

 

 

 

위 그림에서 Relative Wind가 원래 날개에 들어와야하는 공기 성분인데 와류의 영향으로 인해 Local Flow Direction방향으로 공기 성분이 들어오게 되는 것이다.

 

(이처럼 와류에 의해 들어오는 공기 성분의 각도가 바뀌는 것이므로 유도항력은 제목에서 "양력이 만들어내는 항력"이라고 소개 했지만 사실 와류가 만든다는 말이 더 정확할지도 모르겠다.)

 

- 이것을 다시 (약간 어렵게)설명하면

유효 받음각(Effective Angle of Attack, αeff)은 기하학적 받음각(Geometric Angle of Attack,α)에서 유도받음각(Induced Angle of Attack,αi)만큼 감소하게되었다

라고 말할수 있다 -

 

모두들 알다시피 양력은 날개를 향해 들어오는 속도 방향에 수직인 방향의 힘이므로

원래는 Relative Wind 방향에 수직한 방향으로 양력이 생성되어야 했지만 Local Flow Direction 방향에 수직한방향으로 양력이 생성된다.

그 결과 유도받음각(Induced Angle of Attack,αi)만큼 뒤로 기울어진 양력이 태어나는 것이다.(탄생?)

이 기울어진 양력은 그림에서 처럼 2가지 성분으로 분해되며 위쪽방향의 성분은 양력으로, 뒤쪽 방향 성분은 항력, 즉, 유도항력으로 날개에 영향을 주게된다.

 

그런데 이 유도항력이라는 녀석은 양력이 커지면 커질수록 자신도 성장하므로 최대한 줄여야하는 요소이다.

 

그러면 유도항력을 줄이는 방법은 없을까?

 

앞에서 말했듯이 이 유도항력은 애초에 날개의 길이가 무한하면 발생하지 않는다.

(와류가 생기지 않기때문에;;)

하지만 날개의 길이를 무한하게 만드는것은 궂이 내가 말하지 않아도 불가능하다는걸 모두 알고 있을터...

 

하지만 날개 를 무한대로 하지않아도 와류를 줄이는 방법은 얼마든지 있다.

테이퍼 비를 이용해 적절히 가장 이상적인 타원형태의 하중분포가 나타나게 한다거나 윙팁(Wing Tip)에 윙렛(Winglet)을 부착해(3월15일 수정) 와류를 억제하는 방법정도?

 

[출처] 양력이 만들어내는 항력 : 유도항력(Induced Drag)|작성자 쿠마