항공역학

. 항공역학적 힘

1.1 중량 (W)

총중량: 파일럿+글라이더+모든장비  중력은 모든 물체에 작용한다. 우리의 경우 글라이더를 수직적인 성분을 가지고 아래로 당긴다.

1.2 합력 (R: 상향의 힘)

합력은 날개에 미치는 모든 양력과 항력의 종합이다. 합력은 우리에게 위쪽으로의 수직적인 성분을 가진다. 중력과 반대되는 위치를 압력중심 이라 부른다. 그것이 글라이더를 날게  하는 힘이다. 이 성분이 없는 글라이더는 돌처럼 난다!

1.3 양력 (L)

그것은 비행경로에 수직을 이루는 모든 항공역학적 힘의 합이다. 이 성분이 글라이더를

위로 그리고 앞으로 끈다. 이것은 단지 아래로만 비행하는 낙하산과 앞으로 비행하는 패러글라이더 간의 차이를 만든다. 이 양력은 오직 에어포일 주변의 흐름에 의해서만 존재한다.

1.4 추진력 (T: 비행경로)

추진력은 공기 흐름과 반대로 작용하는 중력의 한 성분이다.

 

2. 날개 주변의 공기 흐름

양력 발생에 대한 주요 선행 조건은 충분한 속도로 날개 주변의 계속적인 공기 흐름이다.

공기역학적 수준에서 볼 때 글라이더가 움직여서 생성되는 공기흐름(무풍)이나 좋은정풍 으로 인하여 흐름이 만들어지든 이 두가지 경우에 대한 차이는 없다. 중요한 것은 최종적으로

우리의 공기속도 이다. (공중에서의 글라이더속도) 대지속도(지상 위의 글라이더속도)는

2차적인 것이다.

 

3. 글라이더의 여러 속도 범위

0% 브레이크: 글라이더가 트림 속도에서 비행하는 것. 브레이크가 당겨지지 않게 팔을

 높게 하면 글라이더는 최대속도(가속장치 사용 없이)로 비행한다.

= 이륙지점으로부터 최대로 먼 지점에 도달한다.

주의: 브레이크를 놓고 비행하는 것은 위험하다! 주변 공기 덩어리에 대한 정보를 계속적으로

유지하기 위해선 항상 브레이크에 긴장을 유지하라. 그것은 접힘과 같은 극한상황을 피하는데 도움이 된다!

브레이크에 긴장을 유지하라는 것은 글라이더의 속도를 천천히 가도록 늦추라는 것을 의미 하는 것이 아니다!!

 

3.2. 최소 하강율 속도

25-75% 사이 브레이크: 팔은 어깨와 배 사이에 위치한다.

= 글라이더가 가장 느리게 하강하고 공중에서 최장 시간으로 비행한다.

주의: 최소 하강율로 비행하는 것은 상승기류에서 오랬동안 남아 있으려고 최저 속도로

비행하는 것을 의미한다. 하지만 만약 브레이크를 너무 많이 당기면, 최저 비행속도에 근접하게 되어 글라이더를 실속에 빠지게 할 수도 있는 실속속도(공기속도 없음=안면에 바람이 없음)에 도달할 수 있기 때문에 주의 하여야 한다.

최우선으로 추천할 말은: 안전하게 항상 공기속도(비행속도)를 유지하라!!

 

3.3. 실속속도

98-100% 브레이크: 팔은 완전히 곧게 아래로(엉덩이) 뻗는다. = 글라이더가 너무 느리게 비행하면 상층부의 공기 흐름이 매우 느리게(더 이상의 공기속도가 없는!) 되어 난류와

소용돌이가 발생하고 더 이상의 활공을 할 수 없다. 이런 결과는 항력이 증가하고 양력과

공기속도(비행속도)가 감소한다. 완전 실속에 도달하면: 이젠 돌처럼 비행한다!!

이런 모든 주요 속도는 조용한 기상 하에서 풍속계와 바리오미터로 측정된 폴라곡선”(Polar curve)에서 얻는다. 모든 형태의 글라이더는 또한, 총 비행중량에 영향을 받는 고유의 폴라를 가진다. 폴라는 여러 가지의 주요한 실속인 실속 점 속도, 최소 하강율 속도, 최대 활공 속도를 그래프로 보여준다: 모든 속도에 따른 그때의 하강율을 읽을 수 있다.

 

4. 날개의 프로파일 (에어포일)

양력의 발생에 대한 또 다른 중요한 요인은 프로파일의 형태이다. 패러글라이더는 가능한 항력은 적고 양력은 많게 발생 하도록 부드럽게 공기가 흘러갈 수 있게 디자인된 곡선의

프로파일을 가지고 있다. 윗면에는 공기 입자가 빨리 지나가는 반면, 아랫면은 천천히 지나간다. 공기 입자가 빨리 지나가면 공기의 압력이 감소하고(저하), 아랫면을 천천히 지나가는

공기입자는 공기압을 증가하게 만든다. 그 결과 아래에서 위(약2/3)로 더 편향되는 힘을

발생 시킨다. 패러글라이더는 글라이더의 셀 속에 공기역학적인 압력이 가해지기 때문에

부풀어 있어 그 형태를 유지할 수 있다. 공기속도가 두 배 커질 때 그 값은 4배로 커진다.

 

받음 각.

양력분포에 영향을 주는 또 다른 요인: 받음 각. 이것은 날개 자체와 비행경로간의 각이다.

양력공식:  L= CL½P SV²   CL = 양력계수( 날개의 프로파일과 받음 각에 의존)

                          P = 공기밀도  S = 투영면적  V = 속도

양력은 항상 비행 경로에 수직적으로 작용한다.

주의: 너무 큰 받음 각으로 비행하면 최소 비행속도에 근접하게 되어 실속 상황이 초래될 수

도 있다!!

 

5. 저항

저항은 글라이더를 느리게 만들고 성능을 감소 시킨다.제조자의 목표는 가능한 이런 항력을

처음부터 줄이는 것이다. 그러나 저항은 필요하다. 우리는 이 항력을 글라이더를 조정하거나 안전하게 이륙하고 착륙하는데 사용한다.

3가지 형태의 저항이 있다: * 형상(프로파일 저항) *익단저항(유도저항) *유해저항

 

5.1. 프로파일 저항

2가지 경우가 있다: 1. 표면 위의 마찰저항

2.에어포일 위의 다른 압력 때문에 발생되는 난류

저항은 비행 경로상에서 투영면적의 증가에는 비례적으로, 공기속도의 증가에 따라서는

선형적으로 변화한다.

 

5.2 익단 저항

익단 저항은 글라이더의 날개 끝에서 발생하는 공기흐름의 결과로서 유도저항 이라고도

불린다. 압력 차에 따른 균형을 맞추기 위해 익단 와류가 생긴다.

스판이 크면 이런 형태의 저항은 줄어든다.

 

5.3. 유해 저항

이 해로운 저항은 에어포일 보다는 파일럿과 산줄이 주원인이다. 그것은 프로파일 저항처럼 작용한다.     저항공식:  D = CD½P SV²

다음은 양력과 항력에 관한 유효한 규칙이다.

*  L 과 D 는 면적의 크기에 비례한다. 

*  L 과 D 는 속도에 대해 2차 방정식으로 변화한다.

*  공기 밀도가 낮아지면 저항도 적어진다.

 

6. 선회

패러글라이더나 행글라이더로 선회를할 땐, 중력만 작용하는 것이 아니라 원심력 F도 작용된다. 물론 이것은 선회의 반경과 속도에 의존한다. 중력과 원심력은 선회하는 물체의 자중에 의해 발생된다. 파일럿은 이 힘을 자신의 하네스에 가해지는 압력처럼 인식한다.

큰 선회에선 자중을 보정하기 위하여 부력도 역시 커져야 한다. 이것은 공기속도(비행속도)의 증가를 통하여 이루어진다.(또는 받음 각을 키움으로)

선회에 의한 비행기술 특성: 안전한 선회는 브레이크의 작동과 체중이동의 조화에 의해

이루어진다. 이때 브레이크 줄은 비대칭적으로 당겨져야 하는데, 선회시 안쪽 브레이크가

당겨지는 동안 다른 쪽인 바깥쪽 날개는 비행할 수 있게 풀어 주어야한다.

주의: 가슴 끈을 너무 꽉 조이고 비행하면 체중이동을 통한 조종의 효과가 감소된다!!

 

7. 회전과 축

모든 글라이더는 회전에서 3개의 축을 가진다.

**  수직축  (Yaw axis)  **  종축  (Pitch axis)  **  횡축  (Roll axis)

패러글라이더는 보통 기체 고유 (DHV1, DHV1-2)의 안전성을 가진다. 패러글라이더에

대한 안전성은 중력의 중심점이 낮은 것에서 기인한다. 이것을 “시계추효과”라 한다.

 

8. 산술적 크기

8.1. 활공비와 활공 특성

활공비는 비행한 거리와 고도의 손실간의 관계로 정의한다.

활공비 1은 고도의 손실과 비행한 거리가 같은 것을 말한다.

**  활공비 =  거리/고도  또는  양력/항력    **  활공 특성 =  1/활공비

주의: 맞바람은 활공비를 감소 시킨다. 배풍은 지상 위의 비행성능을 증가 시킨다.

 

8.2. 익면하중과 이륙중량

익면하중은 이륙중량(Kg)과 투영면적(m²)간의 관계로 정의한다.

익면하중 =  이륙중량/투영면적   Kg/m²

대체로 3에서 5가지 크기의 패러글라이더를 생산한다. 기체의 크기는 이륙중량에 따라 결정해야 한다. 이륙중량을 알기 위해서는 자신의 몸무게에다 약 20Kg의 장비 무게를 더하여

계산하는 것이 일반적이다.

 

8.3. 가로 세로비

가로세로비는 글라이더의 항공역학적인 질의 척도가 된다. 가로세로비는 날개폭(Span)과

투영면적 간의 관계로 정의한다.

가로세로비 =  날개폭²/투영면적

큰 가로세로비를 가진 글라이더는 적은 유도저항과 좋은 활공비를 가진다.