3. 비행이론

비행기 뿐만 아니라, 패러글라이더, 행글라이더등 하늘을 날 수 있는 원리는 다음에 정리하는연속의 법칙과 베루누이정리에 의해 이루어진다. 1.연속의 법칙 유체가 관(pipe)을 통해 흐른다면 입구에서 단위 시간당 들어가는 유체의 질량(kg/sec)은 출구를 통해 나가는 유체의 질량은 같아야 한다.(중간에 유체가 손실이 없다고 가정하자) 따라서, 입구의 단면적을 A1, 속도를 V1 그리고 출구에서의 단면적을 A2, 속도를 V2라하면 다음 같은 식이 성립이 된다.

* 연속의 법칙 *

스카이 패러 학교 단위 시간당 관 입구로 흘러 들어간 양A1V1 단위 시간당 관 출구로 흘러 나간 양A2V2 A1 V1 = A2 V2 = 일정 -----------> 연속의 방정식 연속의 방정식은 유체가 관을 통해 흘러갈 때 유체의 속도(V)와 단면적(A)은 반비례함을 알려준다. 예) 연속의 법칙이 적용되는 곳 (1)산 계곡, 산 정상 부분은 평지에 비해 면적이 작아 바람의 속도는 다른 부분 보다 훨씬 세게 불어온다. (2)계곡의 물살이 넓은 강보다 물살이 빠른 것도 바로 연속의 법칙이 적용되는 예이다. 2.베루누이 정리 1)정압(靜壓 static pressure, P) 수압이다, 대기압과 같이유체의 운동상태에 관계없이 항상 모든 방향으로 작용 하는 유체의 압력을 동압이라 한다. 2)동압(動壓 dynamc pressure, q) 유체가 가진 속도로 인해 속도의 방향으로 나타나는 압력, 즉 유체의 흐름을 직각 되게 막았을떄 판에 작용하는 압력을 말한다.

* 동 압 *

스카이 패러 학교 3) 전압(全壓 total pressure, Pt) 정압과 동압의 합은 전압으로 전압은 항상 일정하다. P + q = 일정 (전압) --->베루누이 정리 위식이 의미하는 것은압력(정압)과 속도(동압)는 서로 반비례한다는 것이다. 유체의 속도가 커지면 정압은 감소한다. 3.비행 원리 벤츄리 관(ventury tube)으로 공기가 흐른다고 할 때, 면적이 작아지는 부분에서는 연속의 법칙에 의하여 속도는 빨라지고, 베루누이 정리에 의해 압력은 낮아진다. 즉,면적이 가장 작은 부분에서는 속도는 최대가 되고, 압력은 최소가 된다. 다시 면적이 넓어지는 곳을통과하면서 속도는 느려지고, 압력은 증가하여 처음 공기가 입구로들어 갈 때의 속도와 압력을 갖게 된다. * 벤츄리 관 *

위 벤츄리관에서 윗면은 제거를 하고, 아랫면(빨간 점선으로 표시한 부분)만 나누어서 보면 패러글라이더의날개골(airfoil)모양과 비슷하다. 공기가 날개 윗면을 흘러가면서 속도가 증가하므로 베루누이정리에 의해 대기압보다 낮은 부압(負壓 ;- 압력,negative pressure)이 작용하고, 밑면은 속도가 증가하므로 베루누이 정리에 의해 대기압보다 높은정압(正壓 ;+ 압력,positive pressure )이 작용하게 된다. 바로 이 정압과 부압이 글라이더를 뜨게하는 힘이다. 즉,날개 윗면에 작용하는 부압은 날개 윗면을 들어 올리려고 하는 힘으로 발생되고,밑면에 작용하는 정압은 패러글라이더를 떠 받치는 힘으로 작용하는데 이 힘들이 모두 모여 양력(lift)이라는 힘으로 패러글라이더를 뜨게 하는 힘이다.. 일반적으로 받음각(angle of attack)이 0˚일때 날개 위면에서 약 75%의 양력이 발생되고, 밑면에서 약 25%의 양력이 발생한다

* 날개골에 작용하는 압력 및 속도분포 *

4.패러글라이더에 작용하는 힘 * 날개에 작용하는 힘 *

1)양력 (LIFT) 공기가 날개 표면에 흘러감으로써글라이더를 뜨게 하는 힘을 말한다. 양력은 공기가 날개골(airfoil) 위, 아래로 흐르면서 발생하게 되는데, 이 양력은 날개골에 수직하게 발생한다. 2)항력 (DRAG) 비행을 방해하는 방향으로 작용하는 힘을 말한다. 따라서, 항력을 적게 받기 위해서는 글라이더의 모양을 유선형으로 만드는 것이 좋다. 다음은 모양에 따라 항력이 얼마나 작용하고 있는지를 나타내는 실험이다. 평판을 기준으로 했을 때 패러글라이더에 작용하는 항력은 4-8%정도이다.

* 날개골과 항력 *

스카이 패러 학교 위 실험에서 보는 바와 같이 현재 사용되고 있는 글라이더의 날개골 모양이 가장 작은 항력을 받는다. 3)중력 (WEIGHT) 글라이더 및 비행자의 무게가 지구 중심으로 작용하는 힘을 말한다. 4)전진력 글라이더가 항력을 이기고 앞으로 전진하는 힘으로중력의 수평성분에의해 전진력이 발생을 한다 5.활공 비행 (GLIDING FLIGHT) 글라이더는 추진장치가 없으므로 활공비행을 하게 된다. 패러글라이더 또는 기관이 정지된 비행기가 수평면과 활공각(θ)을 이루며 활공하고 있을 때 활공각과 활공비는 다음과 같다. - 활공(滑空 ; gliding) 이란 ? 무동력으로 하늘을 날면서 실속하지 않으면서 일정한 속도로 침하비행을 하는 것을 활공이라 한다.(예, 패러, 행, 글라이더(활공기)등) 1) 활 공 각

* 활공각과 양항비와의 관계 *

활공각 θ는 양항비에 반비례 한다. 즉 양항비가 클수록 활공각은 작아진다. 양항비가 클수록 글라이더는 더 멀리 날아갈 수 있다 2) 활 공 비 활공거리를 활공 고도로 나눈 값을 말한다. 글라이더가 떠 있는 고도에서 얼마만큼 날아갈 수 있는가를 나타내는 비이다.

* 활공비와 양황비와의 관계 *

멀리 비행하려면 활공각 θ는 작아야 한다. θ가 작다는 것은 양항비가 크다는 것을 의미한다.. 6.글라이더의 기준축과 운동 * 기준 축과 3축 운동 *

스카이 패러 학교 1) 가로축이란 ? 글라이더의 날개 양 끝으로 연결한 축을 말한다. 이 축을 중심으로 기체는 피칭(PITCHING) 운동(키놀이 운동)을 한다 2) 세로축이란 ? 글라이더의 앞전과 뒷전을 연결한 축을 말한다. 이 축을 중심으로 롤링(ROLLING)운동 (옆놀이 운동)한다. 3) 수직축이란 ? 글라이더를 위에서 아래로 연결한 축을 말한다. 이 축을 중심으로 요잉(YAWING)운동 (빗놀이 운 동)을 한다.

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