항공 우주학 개론

(1)

항공 우주학 개론

제6장 비행 성능

헬리콥터UAM 조종학과

극동대학교

(2)

강의 목차

이전 강의 요약

01 속도와 마력

02 비행단계별 성능

03

(3)

전 강의 요약

(4)

프로펠러 추진역학

프로펠러 추진원리 프로펠러 추진원리

유입각

(5)

가스터빈엔진

가스터빈 엔진의 구조와 종류 가스터빈 엔진의 구조와 종류

• 추진력을 얻는 방법에 따라

- 터보제트 엔진(turbojet engine) - 터보팬 엔진 (turbofan engine) - 터보프롭 엔진(turboprop engine) - 터보샤프트 엔진(turboshaft engine)

• 추진력을 얻는 방법에 따라

- 터보제트 엔진(turbojet engine) - 터보팬 엔진 (turbofan engine) - 터보프롭 엔진(turboprop engine)

- 터보샤프트 엔진(turboshaft engine) 터보 제트 엔진터보 제트 엔진

터보 프롭 엔진

터보 프롭 엔진 터보 샤프트 엔진터보 샤프트 엔진

(6)

제트엔진 추진역학

제트엔진 추진원리 제트엔진 추진원리

• 제트엔진의 주요장치 : 공기흡입구, 압축기, 연소기, 터빈, 배기 노즐

공기 흡입구 압축기 연소기

터빈

배기 노즐

(7)

가스터빈엔진

터보팬 엔진 터보팬 엔진

(8)

가스터빈엔진

터보프롭 엔진 터보프롭 엔진

(9)

가스터빈엔진

터보샤프트엔진 터보샤프트엔진

(10)

왕복 엔진

Connecting Rod

Crankshaft

Spark Plug

흡입

흡입 압축압축 폭발폭발 배기배기

(11)

초음속 엔진

아음속 비행

아음속 비행 초음속 비행초음속 비행 극초음속 비행극초음속 비행

(12)

초음속 엔진

공기 흡입식 엔진의 특징 공기 흡입식 엔진의 특징

엔진 추력원 압축방식 설명

터보제트 (turbojet)

jet

Compressor

• 압축기와 터빈을 이용한 공기압축

→ 연소실에서 압력 상승

→ 연소효율이 높고 아음속 순항에 적합

램제트 (ramjet)

Ram effect

• 공기의 특성(압축성)을 이용한 공기압축(ram)

• 연소실에서 아음속으로 연소

→ 초음속 순항에 적합(마하수 2~4) 스크림제트

(screamjet)

• 초음속 연소(supersonic combustion)

→ 극초음속 순항에 적합(마하수 5 이상)

(13)

속도와 마력

(14)

속도와 마력

• 속도(velocity) : 움직이는 물체의 시간당 위치 변화

• 속도(v, m/s) =

변위

()

시간

()

• 속도(v, m/s) =

변위

()

시간

()

A B

100m

10초

10m/s

(15)

속도와 마력

• 속도(v, m/s) =

변위

()

시간

()

• 속도(v, m/s) =

변위

()

시간

()

A B

100m / 10초

• 가속도(acceleration) : 시간에 따른 속도 변화

• 가속도(a, m/s²) =

속도의 변화량

(∆)

시간

(∆)

• 가속도(acceleration) : 시간에 따른 속도 변화

• 가속도(a, m/s²) =

속도의 변화량

(∆)

시간

(∆)

20m/s – 2m/s

2m/s 20m/s

a = 1.8m/s

²

10초(s)

(16)

속도와 마력

A ^{a = 1.8m/s}

²

B

100kg 100kg

100m / 10초

힘(Force) = ?

(17)

속도와 마력

A ^{a = 1.8m/s}

²

B

100kg 100kg

100m / 10초

힘(Force) = ?

• 뉴턴 제2법칙 “가속도의 법칙”

물체의 운동량의 시간에 따른 변화율은 그 물체에 작용하는 힘과 같다

F(Force, 힘) = ma(kg· m/s

²

, N)

• 뉴턴 제2법칙 “가속도의 법칙”

물체의 운동량의 시간에 따른 변화율은 그 물체에 작용하는 힘과 같다

F(Force, 힘) = ma(kg· m/s

²

, N)

F = 180N

(18)

속도와 마력

A ^{a = 1.8m/s}

²

B

100kg 100kg

100m / 10초

일(에너지) = ?

F = 180N

(19)

속도와 마력

A

^{F = 180N}

B

100kg 100kg

• 일(J, Joule) : 1뉴턴의 힘으로 물체를 1미터 이동하였을 때 한 일(필요한 에너지)

• 1J = 1N·m (kg·m

²

/s

²

)

• 일(J, Joule) : 1뉴턴의 힘으로 물체를 1미터 이동하였을 때 한 일(필요한 에너지)

• 1J = 1N·m (kg·m

²

/s

²

)

100m / 10초

J = 18,000N·m

a = 1.8m/s

²

(20)

속도와 마력

A

^{F = 180N}

B

100kg 100kg

100m / 10초

J = 18,000N·m

a = 1.8m/s

²

시간당 일 ?

(21)

속도와 마력

A B

100kg 100kg

• 일률(P, Power) : 단위 시간당(1초) 일의 양

• P = J(N·m)/s, N(힘)·V(속도) (W, Watt)

• 일률(P, Power) : 단위 시간당(1초) 일의 양

• P = J(N·m)/s, N(힘)·V(속도) (W, Watt)

100m / 10초

18,000J

James Watt

P = 1,800 W

1.8m/s

² 180N

180N

(22)

속도와 마력

A B

100kg 100kg

100m / 10초

18,000J

P = 1,800 W

1.8m/s

² 180N

다른 말과 비교?

(23)

속도와 마력

• 마력(hp/horse power, ps/pferdestärke)

- 1초 동안 550lbs의 물체를 1ft 들어올리는 일률 : 550lbf·ft/s

* 1hp = 746W

- 1초 동안 75kg의 물체를 1m 들어올리는 일률 : 75kgf·m/s

* 1ps = 735W

• 마력(hp/horse power, ps/pferdestärke)

- 1초 동안 550lbs의 물체를 1ft 들어올리는 일률 : 550lbf·ft/s

* 1hp = 746W

- 1초 동안 75kg의 물체를 1m 들어올리는 일률 : 75kgf·m/s

* 1ps = 735W

• lbf : 지구의 표준 중력가속도(9.8m/s²)에서 1lb(파운드) 질량을 가진 물체가 가지는 힘

* 1lbf = 1lb·9.8m/s² = 0.453592(kg) x 9.8m/s² = 4.45 N

* 1hp = 550 x 4.45(N) x 0.3048(m/s) ≒ 746 W

• lbf : 지구의 표준 중력가속도(9.8m/s²)에서 1lb(파운드) 질량을 가진 물체가 가지는 힘

* 1lbf = 1lb·9.8m/s² = 0.453592(kg) x 9.8m/s² = 4.45 N

* 1hp = 550 x 4.45(N) x 0.3048(m/s) ≒ 746 W

(24)

속도와 마력

• 마력(hp, ps)

- 1초 동안 550lbs의 물체를 1ft 들어올리는 일률 : 550lbf·ft/s

* 1hp = 746W

- 1초 동안 75kg의 물체를 1m 들어올리는 일률 : 75kgf·m/s

* 1ps = 735W

• 마력(hp, ps)

- 1초 동안 550lbs의 물체를 1ft 들어올리는 일률 : 550lbf·ft/s

* 1hp = 746W

- 1초 동안 75kg의 물체를 1m 들어올리는 일률 : 75kgf·m/s

* 1ps = 735W

• kgf(lbf) : 지구의 표준 중력가속도(9.8m/s²)에서 1kg 질량을 가진 물체가 가지는 힘

* 1kgf = 1kg·9.8m/s² = 9.8N

* 1ps = 75 x 9.8 N·m/s ≒ 735 W

• kgf(lbf) : 지구의 표준 중력가속도(9.8m/s²)에서 1kg 질량을 가진 물체가 가지는 힘

* 1kgf = 1kg·9.8m/s² = 9.8N

* 1ps = 75 x 9.8 N·m/s ≒ 735 W

(25)

속도와 마력

A B

2m/s 20m/s

100kg 100kg

100m / 10초

1,800 W

2.1hp

• 마력(hp, ps)

- 1초 동안 550lbs의 물체를 1ft 들어올리는 일률 : 550lbf·ft/s,

1hp = 746W

- 1초 동안 75kg의 물체를 1m 들어올리는 일률 : 75kgf·m/s,

1ps = 735W

• 마력(hp, ps)

- 1초 동안 550lbs의 물체를 1ft 들어올리는 일률 : 550lbf·ft/s,

1hp = 746W

- 1초 동안 75kg의 물체를 1m 들어올리는 일률 : 75kgf·m/s,

1ps = 735W

18,000J

1.8m/s

² 180N

(26)

비행 단계별 성능

(27)

비행 단계별 성능

• 항공기는 주어진 임무수행에 적합한 비행성능을 갖도록 설계되어야 함

• 비행 성능

- 가속 비행을 하지 않는 경우의 비행성능인 정적성능 - 가속도를 고려할 때의 비행성능인 동적성능

• 항공기는 주어진 임무수행에 적합한 비행성능을 갖도록 설계되어야 함

• 비행 성능

- 가속 비행을 하지 않는 경우의 비행성능인 정적성능 - 가속도를 고려할 때의 비행성능인 동적성능

(28)

등속 수평 비행 성능

• 항공기의 가장 간단한 비행 형태로서 일정한 고도와 속도로 유지하는 비행

• 항공기에 작용하는 힘들이 서로 평형을 이루어 추력과 항력이 서로 같고 무게와 양력이 서로 같음

• 항공기에 작용하는 힘들이 서로 평형을 이루어 추력과 항력이 서로 같고 무게와 양력이 서로 같음 등속수평비행

등속수평비행

중력

추력 항력

양력

(29)

등속 수평 비행 성능

• 항공기에 작용하는 힘들이 서로 평형을 이루어 추력과 항력이 서로 같고 무게와 양력이 서로 같음

• 항공기에 작용하는 힘들이 서로 평형을 이루어 추력과 항력이 서로 같고 무게와 양력이 서로 같음 등속수평비행

등속수평비행

L = W T = D

(30)

등속 수평 비행 성능

• 항공기가 일정한 속도를 유지하며 공중을 날기 위해서는 항력을 이겨 내기 위한 추력이 필요

• 어떤 속도를 유지하기 위해 필요한 추력을 필요 추력(Thrust Required)

• 어떤 속도를 유지하기 위해 필요한 추력을 필요 추력(Thrust Required) 필요추력

필요추력

추력 항력

100kts

필요 추력

추력(Thrust) = Force ?, Power ?

(31)

등속 수평 비행 성능

• 어떤 속도를 유지하기 위해 필요한 추력을 필요 추력(Thrust Required)

• 어떤 속도를 유지하기 위해 필요한 추력을 필요 추력(Thrust Required) 필요추력

필요추력

추력 항력

100kts

필요 추력

추력(Thrust) = Force = ma = N

(32)

등속 수평 비행 성능

• 분사추진기관 항공기에서는 엔진의 추진력이 속도에 따라 일정하게 유지되므로 필요 추력과 비교 용이

• 출력이 추력으로 직접 나오지 않는 엔진(왕복기관, 터보 축)을 장착한 항공기의 경우는 속도에 따라 마력이 일정하므로 필요 추력을 필요 마력(Power Required)으로 환산

• 분사추진기관 항공기에서는 엔진의 추진력이 속도에 따라 일정하게 유지되므로 필요 추력과 비교 용이

• 출력이 추력으로 직접 나오지 않는 엔진(왕복기관, 터보 축)을 장착한 항공기의 경우는 속도에 따라 마력이 일정하므로 필요 추력을 필요 마력(Power Required)으로 환산

필요 마력(Power Required) 필요 마력(Power Required)

• 필요 마력(P

_r

)= 

 ⁼



 ⁼







^



_

 =

^



_

_^/

• 필요 마력(P

_r

)= 

 ⁼



 ⁼







^



_

 =

^



_

_^/

∗  = 1

2 

^



_

 ∗  =  = 1

2 

^



_

 ∗  = 2

 

(33)

등속 수평 비행 성능

• 필요 마력은 ^^

_^/ 가 최소가 될 때, 또는 ^^^/

_ 이 최대가 되는 속도일 때 최소가 됨

• 필요 마력이 최소가 되는 것은 연료가 가장 적게 소비되는 경우로, 주어진 연료로 가장 오랫동안 비행할 수 있다는 것을 의미함

• 필요 마력은 ^^

_^/ 가 최소가 될 때, 또는 ^^^/

_ 이 최대가 되는 속도일 때 최소가 됨

• 필요 마력이 최소가 되는 것은 연료가 가장 적게 소비되는 경우로, 주어진 연료로 가장 오랫동안 비행할 수 있다는 것을 의미함

필요 마력(Power Required) 필요 마력(Power Required)

(34)

등속 수평 비행 성능

• 비행기를 상승, 가속시키기 위해 기관으로부터 발생시킬 수 있는 출력(동력)

• 왕복기관을 장착한 항공기의 이용 마력은 속도에 따라 거의 일정

• 제트 엔진을 장착한 항공기는 추력이 속도에 따라 일정하여 속도에 따라 직선으로 증가

• 비행기를 상승, 가속시키기 위해 기관으로부터 발생시킬 수 있는 출력(동력)

• 왕복기관을 장착한 항공기의 이용 마력은 속도에 따라 거의 일정

• 제트 엔진을 장착한 항공기는 추력이 속도에 따라 일정하여 속도에 따라 직선으로 증가 이용 마력(Power Available)

이용 마력(Power Available)

(35)

등속 수평 비행 성능

• 이용 마력과 필요 마력과의 차이로서 잉여 마력이라고도 함

• 여유 마력이 0이 되는 최고 속도가 해당 비행기의 최대 속도이고 여유 마력이 0이 되는 최소 속도가 실속 속도임

• 이용 마력과 필요 마력과의 차이로서 잉여 마력이라고도 함

• 여유 마력이 0이 되는 최고 속도가 해당 비행기의 최대 속도이고 여유 마력이 0이 되는 최소 속도가 실속 속도임

여유 마력(excess power) 여유 마력(excess power)

실속 속도

최대 속도

실속 속도

최대 속도

(36)

상승 비행

• 상승비행을 할 때 항공기는 위치 에너지를 얻게 되는데 이 위치 에너지는 여유 마력으로부터 얻음

• 상승비행에서의 비행성능은 최대 상승률, 상승각, 상승한도 등이 있음

중력

추력 항력

양력 초기 상승

초기 상승

(37)

상승 비행

중력

추력 항력

양력

<

초기 상승 초기 상승

(38)

상승 비행

중력

추력 항력

양력 정률/정속 상승

정률/정속 상승

(39)

상승 비행

(40)

상승 비행

• 상승비행을 할 때는 추력은 항력 뿐만 아니라 상승각에 따른 중력 성분도 함께 극복해야 함

• 상승율(Rate of Climb, R/C)은 속도의 수직 성분이며, 상승율은 분당 상승거리로 나타내어 ft/min 단위 사용

• 상승비행을 할 때는 추력은 항력 뿐만 아니라 상승각에 따른 중력 성분도 함께 극복해야 함

• 상승율(Rate of Climb, R/C)은 속도의 수직 성분이며, 상승율은 분당 상승거리로 나타내어 ft/min 단위 사용 상승율(Rate of Climb)

상승율(Rate of Climb)

500 FPM

(41)

상승 비행

• 수평 가속을 하지 않을 때의 상승율은 여유 마력을 항공기 중량으로 나눈 값과 같음

• 해면고도에서 여유 마력이 가장 크게 되는 속도에서 항공기의 상승율은 최대가 되며 이 때의 비행속도를 최대 상승속도라 함

• 상승비행에서의 상승각은 γ 인데 수평속도 성분과 상승속도와의 사이각과 같으며, 여유 마력이 클수록 커짐

• 수평 가속을 하지 않을 때의 상승율은 여유 마력을 항공기 중량으로 나눈 값과 같음

• 해면고도에서 여유 마력이 가장 크게 되는 속도에서 항공기의 상승율은 최대가 되며 이 때의 비행속도를 최대 상승속도라 함

• 상승비행에서의 상승각은 γ 인데 수평속도 성분과 상승속도와의 사이각과 같으며, 여유 마력이 클수록 커짐 최대상승속도

최대상승속도

(42)

상승 비행

• 비행고도가 높아지면 공기 밀도가 떨어지면서 이용 마력 감소, 여유 마력 감소

• 여유 마력이 영이 되면 상승율도 영이 되는데 이 고도를 절대상승한도(Absolute Ceiling)라고함

• 실용 상승한도(Service Ceiling) : 항공기의 상승율이 100 ft/min가 되는 고도

• 운용 상승한도(Operating Ceiling) : 항공기의 상승율이 500 ft/min가 되는 고도

• 비행고도가 높아지면 공기 밀도가 떨어지면서 이용 마력 감소, 여유 마력 감소

• 여유 마력이 영이 되면 상승율도 영이 되는데 이 고도를 절대상승한도(Absolute Ceiling)라고함

• 실용 상승한도(Service Ceiling) : 항공기의 상승율이 100 ft/min가 되는 고도

• 운용 상승한도(Operating Ceiling) : 항공기의 상승율이 500 ft/min가 되는 고도 최대상승한도

최대상승한도

• R-22 : 14,000ft

• UH-60 : 19,000ft

• C-172 : 13,500ft

• R-22 : 14,000ft

• UH-60 : 19,000ft

• C-172 : 13,500ft

• F-15 : 65,000ft

• F-35 : 50,000ft

• B-737 : 41,000ft

• F-15 : 65,000ft

• F-35 : 50,000ft

• B-737 : 41,000ft

(43)

하강비행

• 무동력 하강비행 또는 활공(Gliding) : 항공기가 활주로에 착륙하거나 불시착하기 위해 고도를 낮추되 기관을 작동하지 않고 비행하는 상태

• 동력 하강비행 : 기관을 작동한 상태로 고도를 낮추는 비행

• 무동력 하강비행 또는 활공(Gliding) : 항공기가 활주로에 착륙하거나 불시착하기 위해 고도를 낮추되 기관을 작동하지 않고 비행하는 상태

• 동력 하강비행 : 기관을 작동한 상태로 고도를 낮추는 비행

(44)

하강비행

• 하강 시 양력이 수직에서 앞으로 기울어지며 비행경로 방향의 양력성분이 항력과 같아짐

• 항력이 크면 양력의 경사가 심해야 비행경로 방향의 힘이 평형을 이루므로 하강속도가 커지게 됨

• 하강속도는 양항비에 반비례하여 양항비가 클수록 하강속도가 작아짐

• 날개의 가로세로 비가 크면 유도 항력의 증가율이 작으므로 양항비(활공비)가 커짐

• 하강 시 양력이 수직에서 앞으로 기울어지며 비행경로 방향의 양력성분이 항력과 같아짐

• 항력이 크면 양력의 경사가 심해야 비행경로 방향의 힘이 평형을 이루므로 하강속도가 커지게 됨

• 하강속도는 양항비에 반비례하여 양항비가 클수록 하강속도가 작아짐

• 날개의 가로세로 비가 크면 유도 항력의 증가율이 작으므로 양항비(활공비)가 커짐

(45)

하강비행

• 활공비 : 직선 비행중의 비행 거리와 하강하는 고도의 비율

(46)

항속 성능

• 항속거리(Range) : 항공기가 적재한 연료를 사용하여 비행할 수 있는 거리 / 최대 양항비일 때 최대

• 항속시간(Endurance) : 한 번의 연료로 비행할 수 있는 시간 / 최소 필요 추력일 때 최대

• 최대 항속거리 : 항공기가 연료를 가득 싣고 출발하여 비행속도, 엔진 출력, 자세 및 고도 등을 가장 적절하게 취하여 비행할 수 있는 최대의 비행거리, 최대의 비행시간을 최대 항속 시간

• 항공기의 형태, 기관의 연료 소모율 및 비행 방법 등을 계획하여 최적의 방법을 선택해서 비행해야 함

• 항속거리(Range) : 항공기가 적재한 연료를 사용하여 비행할 수 있는 거리 / 최대 양항비일 때 최대

• 항속시간(Endurance) : 한 번의 연료로 비행할 수 있는 시간 / 최소 필요 추력일 때 최대

• 최대 항속거리 : 항공기가 연료를 가득 싣고 출발하여 비행속도, 엔진 출력, 자세 및 고도 등을 가장 적절하게 취하여 비행할 수 있는 최대의 비행거리, 최대의 비행시간을 최대 항속 시간

• 항공기의 형태, 기관의 연료 소모율 및 비행 방법 등을 계획하여 최적의 방법을 선택해서 비행해야 함

(47)

항속 성능

• 프로펠러기의 연료소모율은 기관의 출력에 따라 달라짐

• 비 연료 소모율(S.F.C, Specific Fuel Consumption) : 단위 동력이 단위 시간당 소모하는 연료의 무게,

추력(kN)당 연료 소모율(g/s)

• 연료 소모율(단위 시간에 대한 중량 감소율) : 비 연료 소모율 × 기관동력

• 프로펠러기는 기관동력이 마력으로 표시되어 비연료 소모율은 마력에 대한 양으로 표시됨

• 프로펠러기의 연료소모율은 기관의 출력에 따라 달라짐

• 비 연료 소모율(S.F.C, Specific Fuel Consumption) : 단위 동력이 단위 시간당 소모하는 연료의 무게,

추력(kN)당 연료 소모율(g/s)

• 연료 소모율(단위 시간에 대한 중량 감소율) : 비 연료 소모율 × 기관동력

• 프로펠러기는 기관동력이 마력으로 표시되어 비연료 소모율은 마력에 대한 양으로 표시됨

프로펠러기 프로펠러기

(48)

항속 성능

• 프로펠러기가 최대 항속거리를 갖기 위해서는 최대 양항비로 비행하며 연료 소모율을 최소로 해야 하고 비행 중의 추진효율을 크게 유지해야 함

프로펠러기 프로펠러기

(49)

항속 성능

• 제트기에서의 연료 소모율은 추력, 비행속도, 밀도 및 대기온도 등에 따라 달라짐

• 제트기의 비 연료 소모율은 단위 추력이 단위 시간당 소모하는 연료의 무게로 정의

• 제트기는 밀도가 적어야, 즉 높은 고도로 비행해야 항속거리가 길어짐

• 제트기에서의 연료 소모율은 추력, 비행속도, 밀도 및 대기온도 등에 따라 달라짐

• 제트기의 비 연료 소모율은 단위 추력이 단위 시간당 소모하는 연료의 무게로 정의

• 제트기는 밀도가 적어야, 즉 높은 고도로 비행해야 항속거리가 길어짐

제트기 제트기

(50)

선회비행

• 항공기가 지속적으로 비행방향을 바꾸는 선회비행에 있어서 고도를 일정하게 유지하고 비행하는 수평선회(Level Turn)가 기본 형태

• 옆으로 미끄러지지 않고 무게중심에 작용하는 힘이 평형을 이루고 비행속도의 변화가 없는 상태를 정상선회(Coordinated Turn)라고 부름

• 항공기가 지속적으로 비행방향을 바꾸는 선회비행에 있어서 고도를 일정하게 유지하고 비행하는 수평선회(Level Turn)가 기본 형태

• 옆으로 미끄러지지 않고 무게중심에 작용하는 힘이 평형을 이루고 비행속도의 변화가 없는 상태를 정상선회(Coordinated Turn)라고 부름

(51)

항속 성능

• 항공기가 선회를 하면 방향이 계속 바뀌므로 그 경로는 원이 되며, 경로가 그리는 원의 반경을 선회반경

• 일정한 선회반경을 유지는 원심력 = 구심력

• 고도 유지는 구심력과 중력의 합력 인 양력

• CF는 원심력을 나타내며 원심력과 반대 방향으로 구심력이 작용하며, 그 힘은 양력의 수평성분임

• 항공기가 선회를 하면 방향이 계속 바뀌므로 그 경로는 원이 되며, 경로가 그리는 원의 반경을 선회반경

• 일정한 선회반경을 유지는 원심력 = 구심력

• 고도 유지는 구심력과 중력의 합력 인 양력

• CF는 원심력을 나타내며 원심력과 반대 방향으로 구심력이 작용하며, 그 힘은 양력의 수평성분임 정상선회

정상선회

CF CF

(52)

항속 성능

• 선회 중 Rudder를 너무 많이 적용하거나 적게 적용할 때 나타나는 선회

• 선회 중 Rudder를 너무 많이 적용하거나 적게 적용할 때 나타나는 선회 Skid와 Slip

Skid와 Slip

(53)

항속 성능

• 선회 중 원심력과 구심력이 평형을 이루지 못하면 Skid 또는 Slip 이 발생됨

• Slip(내활) = 구심력 > 원심력, 항공기가 이상적 회전 반경의 바깥으로 점점 이탈

• Skid(외활) = 구심력 < 원심력, 항공기가 이상적 회전 반경의 안쪽으로 점점 들어옴

• 선회 중 원심력과 구심력이 평형을 이루지 못하면 Skid 또는 Slip 이 발생됨

• Slip(내활) = 구심력 > 원심력, 항공기가 이상적 회전 반경의 바깥으로 점점 이탈

• Skid(외활) = 구심력 < 원심력, 항공기가 이상적 회전 반경의 안쪽으로 점점 들어옴 Skid와 Slip

Skid와 Slip

(54)

항속 성능

Skid와 Slip Skid와 Slip

(55)

항속 성능

• 선회경사각, 비행속도 및 선회반경 사이에는 서로 연관성이 있음

• 항공기의 종류에 관계없이 속도와 경사각이 같으면 선회 반경도 같게 됨

• 선회반경을 최소로 하기 위해서는 비행속도를 최소로 하고 경사각을 최대로 하면 좋으나,

• 최소 속도는 실속 속도로 제한, 경사각은 중량에 대한 양력의 비율에 제한(하중 계수)

• 선회경사각, 비행속도 및 선회반경 사이에는 서로 연관성이 있음

• 항공기의 종류에 관계없이 속도와 경사각이 같으면 선회 반경도 같게 됨

• 선회반경을 최소로 하기 위해서는 비행속도를 최소로 하고 경사각을 최대로 하면 좋으나,

• 최소 속도는 실속 속도로 제한, 경사각은 중량에 대한 양력의 비율에 제한(하중 계수) 선회 반경

선회 반경

중력

양력

 = 



n = 하중계수 L = 양력

W = 무게(중력)

• 운송(T) 범주 : -1g ~ +3.8g

• 일반(N) 범주 : -1.52g ~ +3.8g

• 실용(U) 범주 : -1.76g ~ +4.4g

• 곡예(A) 범주 : -3.0g ~ +6.0g

• 헬리콥터 : -1g ~ +3.5g

(56)

이착륙 비행

• 이착륙 비행은 순항이나 정상선회와 달리 힘이 평형상태에 있지 않고 가속도가 작용하는 비행상태

(57)

이착륙 비행

이륙 거리 이륙 거리

• 항공기가 이륙하기 위해서는 정지 상태에서 가속하여 속도가 이륙 속도 이상이 되면 공중에 뜨기 시작함

• 항공기 바퀴가 완전히 땅에서 떨어졌다 하더라도 안전한 상승비행을 시작하기까지 필요한 고도를 취해야함

• 이륙거리는 지상 활주 거리와 상승비행을 할 수 있는 고도를 취하기까지 비행한 지상거리를 합하여 정의함

• 제트기의 경우 10.7 m(35ft)이며 프로펠러기의 경우는 15 m(50ft)임

• 항공기가 이륙하기 위해서는 정지 상태에서 가속하여 속도가 이륙 속도 이상이 되면 공중에 뜨기 시작함

• 항공기 바퀴가 완전히 땅에서 떨어졌다 하더라도 안전한 상승비행을 시작하기까지 필요한 고도를 취해야함

• 이륙거리는 지상 활주 거리와 상승비행을 할 수 있는 고도를 취하기까지 비행한 지상거리를 합하여 정의함

• 제트기의 경우 10.7 m(35ft)이며 프로펠러기의 경우는 15 m(50ft)임

(58)

이착륙 비행

• 항공기에 작용하는 수평력은 추력, 항력 및 항공기의 타이어와 활주로 사이에 작용하는 마찰력임

• 추력과 항력은 속도에 따라 달라지며 마찰력은 수직력에 따라 달라짐

• 수직력은 중력(중량)에서 양력을 뺀 힘, 속도가 증가하여 양력이 증가하면 수직력이 줄어 마찰력도 감소

• 항공기에 작용하는 수평력은 추력, 항력 및 항공기의 타이어와 활주로 사이에 작용하는 마찰력임

• 추력과 항력은 속도에 따라 달라지며 마찰력은 수직력에 따라 달라짐

• 수직력은 중력(중량)에서 양력을 뺀 힘, 속도가 증가하여 양력이 증가하면 수직력이 줄어 마찰력도 감소

(59)

이착륙 비행

• 항공기에 작용하는 힘을 질량으로 나누면 항공기에 작용하는 가속도 산출

• 가속도 적분으로 지상 활주거리 산출

• 이륙지상 활주거리는 중량과 지상활주 최종속도의 자승에 비례하여 길어지며, 평균 가속도에 반비례

• 항공기에 작용하는 힘을 질량으로 나누면 항공기에 작용하는 가속도 산출

• 가속도 적분으로 지상 활주거리 산출

• 이륙지상 활주거리는 중량과 지상활주 최종속도의 자승에 비례하여 길어지며, 평균 가속도에 반비례

(60)

이착륙 비행

• V1 : 이륙 결심 속도

• VR : 이륙 전환 속도(기수를 들 수 있는 속도)

• V2 : 이륙 안전 속도(안전하게 상승할 수 있는 속도, L/G UP)

• V1 : 이륙 결심 속도

• VR : 이륙 전환 속도(기수를 들 수 있는 속도)

• V2 : 이륙 안전 속도(안전하게 상승할 수 있는 속도, L/G UP)

(61)

이착륙 비행

(62)

이착륙 비행

• 군용 수송기는 임무를 위해 이륙거리를 짧게 하기위해 제트 엔진을 장착하여 이륙 속도를 증가시키는데 이러한 이륙을 JATO(Jet Assisted Takeoff)라 함

• 로켓 엔진을 이용하여 활주거리를 짧게 하는 장치에 의한 이륙은 RATO(Rocket Assisted Takeoff)라 함

• 군용 수송기는 임무를 위해 이륙거리를 짧게 하기위해 제트 엔진을 장착하여 이륙 속도를 증가시키는데 이러한 이륙을 JATO(Jet Assisted Takeoff)라 함

• 로켓 엔진을 이용하여 활주거리를 짧게 하는 장치에 의한 이륙은 RATO(Rocket Assisted Takeoff)라 함

(63)

이착륙 비행

착륙 거리 착륙 거리

• 항공기가 착륙 진입하여 50ft(제트기 30 ft) 위치에서부터 착지하고 정지할 때까지 지나간 전체 거리

• 항공기 접지속도는 실속속도의 1.3배임

• 착륙거리는 접지속도를 적게 하고 역추진이나 브레이크 작동으로 감소 시킴

• 항공기가 착륙 진입하여 50ft(제트기 30 ft) 위치에서부터 착지하고 정지할 때까지 지나간 전체 거리

• 항공기 접지속도는 실속속도의 1.3배임

• 착륙거리는 접지속도를 적게 하고 역추진이나 브레이크 작동으로 감소 시킴

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항공 우주학 개론