안녕하세요!! 드린이입니다 ::))
오늘은 드론 입문자 혹은 초심자를 위한 드론의 비행 원리 22탄입니다. 22탄에서는 항공기 비행의 기본이론인 에어포일(Airfoil) 이론에 대한 내용을 포스팅하겠습니다.
1. 에어포일
에어포일(Airfoil)은 항공기의 날개 및 헬기의 로터 단면 등 어떤 물체의 단면을 학술적으로 정의하는 용어입니다. 항공기에서 에어포일의 역할은 항공기를 부양시키는 양력을 발생시키고, 수평, 수직 안정판과 같이 안정성을 제공해 주며, 항공기의 조종과 추진력을 발생시키는 역할을 합니다.
에어포일(Airfoil)이 유체(액체와 기체)를 가르고 지나가면서 발생하는 유체입자의 운동의 변형이 힘을 발생시키게 되며, 이때 발생하는 힘이 양력, 항력, 피칭모멘트입니다. 풍판(風板)은 에어포일의 한자어로, 공기의 흐름 속에서 물체를 부양시킬 수 있도록 고안된 구조물로써 비행기의 날개(Wing), 헬리콥터의 회전판(Blade), 드론의 프로펠러 등을 의미합니다.
2 에어포일의 명칭
에어포일(Airfoil)을 정확하게 이해하기 위해서는 각 부분별 명칭에 대한 이해가 필요합니다. 에어포일(Airfoil)에는 시위선(익현선), 앞전반경, 상부면과 하부면, 에어포일의 두께 및 캠버 등이 있습니다. 각각의 의미는 아래와 같습니다.
시위선(익현선)
에어포일의 앞전(Leading edge)과 뒷전(Trailing edge)을 이은 선으로 받음각의 기준이 되는 선
앞전반경
앞전을 기준으로 에어포일에 내접하는 원의 반경으로 앞전 반경의 크기에 따라서 에어포일을 지나는 공기의 세기가 달라지게 됩니다.
상부면과 하부면
시위선을 중심으로 에어포일의 위쪽이 상부면, 아래쪽이 하부면
에어포일의 두께
시위선에서 수직선을 그었을 때 윗면과 아랫면 사이의 거리
캠버
평균캠버선과 시위선까지의 거리로 평균 캠버선은 두께의 이등분점을 연결한 선이며 에어포일의 휘어진 모양을 나타내는 선입니다. 또, 최대 캠버는 평균캠버선과 시위선의 거리가 최대인 지점입니다.
3. 에어포일의 받음각과 양력과의 관계
받음각은 영각이라고도 하며 비행방향의 반대방향인 공기흐름방향, 즉 합력 상대풍과 에어포일의 시위선이 만드는 사이각을 의미합니다. 또, 받음각은 양력, 항력 및 피칭 모멘트에 가장 큰 영향 요소로 에어포일에 작용하는 양력은 받음각과 형상으로 결정됩니다.
수직 방향으로 작용하는 힘이 양력, 이 힘의 평행 방향으로 작용하는 힘이 항력이며 대부분의 날개 모양은 양력을 발생시키기 위해 받음각이 양(+)의 각 형상으로 설정되어 있는데, 위로 볼록한 에어포일은 받음각이 0일 때에도 양력을 발생시킵니다..
회전익 헬리콥터, 드론 등의 기체도 바람의 방향에 따라 받음각(영각)이 변화하며, 정상적으로 불어오는 바람이 아니라 돌풍, 요란기류 등이 분다면 급격한 양력과 항력의 변화로 기체가 위험에 빠질 수 있습니다.
4. 에어포일의 붙임각과 양력과의 관계
취부각은 붙임각이라고도 하며 항공기의 동체의 세로축과 에어포일의 시위선(익현선)이 이루는 사이각을 의미합니다. 다만, 회전익 헬리콥터의 경우는 시위선과 로터의 회전면이 이루는 사이각을 의미합니다. 공기역학적인 반응에 의해서 형성되는 각이 아니라 기계적인 각으로, 비행기는 제작 시부터 세로축(종축)에 10°~30°의 각을 이루게 설계하는 것이 보통입니다.
유도기류와 항공기 속도가 없는 상태에서는 받음각(영각)과 취부각(붙임각)은 동일하며, 유도기류와 속도가 달라지면 받음각과 취부각은 달라지게 됩니다. 회전익 헬리콥터나 드론의 경우 프로펠러의 피치각을 의미하게 되며, 패러링을 하면 취부각이 변하고 이에 따라 받음각이 변하면서 날개(프로펠러)의 양력계수가 변화합니다.
오늘의 포스팅을 마치도록 하겠습니다.
감사합니다::))