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공학 자료 비행동역학 자료 Roll Stability에 영향을 주는 요인

[공학][비행동역학] Roll Stability에 영향을 주는 요인

Roll Stability에 영향을 주는 요인

1. 상반각(Dihedral, )

Figure 1. 상반각과 옆 미끄러짐
비행기의 Roll Stability에 가장 큰 영향을 미친다. 비행기가 steady level flight 상태(평형)일 때는 의 관계가 성립한다. 그러나 Figure 1의 오른쪽 그림에서와 같이 어떠한 이유로 비행기가 만큼의 Rolling이 발생하였다면 이 된다. 중력은 여전히 수직 아래 방향이지만 항공기의 입장에서는 오른쪽으로 틀어진 샘이기 때문에 항공기는 오른쪽으로 미끄러지기 시작한다. 옆 미끄러짐 발생 시 Rolling과 Yawing이 동시에 발생하게 되고 이러한 옆 미끄러짐 때문에 측풍 가 불게 된다.
Figure 2. 옆 미끄러짐 발생에 따른 받음각의 변화
미끄러짐이 발생하는 동안 대각선 옆으로 미끄러지므로 고도도 약간 잃게 된다. 이 옆 미끄러짐과 고도의 손실을 합치면 Figure 2에서 보는바와 같이 날개에 대해 대각선 위 방향으로 바람이 불게 된다. 이로 인해 항공기 좌우 날개의 받음각이 변하게 되는데, Figure 2의 항공기 기준에서 왼쪽 날개가 오른쪽 날개보다 더 큰 받음각을 갖게 된다.
따라서 상대적으로 큰 받음각을 받는 왼쪽 날개에 더 큰 양력이 발생하게 되고, 항공기를 원래 상태로 되돌리려는 복원력이 발생하게 된다. 즉, 기울어졌던 항공기가 다시 원래의 상태로 돌아오게 되는 것이다. 이를 ‘상반각 효과’라고 한다.

Figure 3. 상반각과 Roll Stability




Figure 3에서의 상반각이 가져오는 효과를 구체적으로 살펴보기로 하자. 옆 미끄러짐 이므로, 충분히 작은 라면(), 상반각으로 인한 받음각의 변화는 다음과 같다.

이 받음각의 변화는 양개 좌우에서 반대로 일어나고 이로 인한 Rolling Moment Coefficient 변화는 다음과 같다.

여기서, =distance form c.g. to the center of lift for each panel

Figure 4. 후퇴각

2. 후퇴각(Sweepback)
앞서 살펴본 상반각과 동일한 효과를 주는 대표적인 것이 바로 후퇴각이다. 항공기 날개에 영향을 미치는 바람은 날개 앞전에 수직한 방향으로 들어오는 바람이다.
Figure 4의 날개에서 ‘Zero sideslip’으로 들어오는 `Free stream vector`는 보이는 바와 같이 `Spanwise vector`와 ‘Normal vector’ 성분으로 나뉘게 된다. 이 때 `Normal vector` 속도 성분만이 실제 영향을 끼치는 성분이다.

이제 옆 미끄러짐이 발생한 날개를 생각해보자.

Figure 5. 후퇴각과 그에 따른 수직 바람 성분의 변화
Figure 5의 그림처럼 만큼의 옆 미끄러짐이 발생했을 때, 외쪽 날개에서는 ‘Normal vector’ 성분이 작아짐을 알 수 있고 오른쪽 날개에서는 커짐을 알 수 있다.
즉, 후퇴각을 가진 날개에서는 좌우에 수직하게 들어오는 바람 성분이 다르게 나타나 양력 불균형을 만들고, 이 양력 불균형은 상반각과 같은 효과를 나타낸다. 따라서 기울어진 항공기는 다시 원래의 상태로 돌아오게 된다.
이러한 후퇴각은 상반각 효과에 긍정적인 영향을 끼치지만, 전진각은 부정적인 영향을 미친다.

이제 후퇴각이 상반각 효과에 미치는 영향을 살펴보자.
앞서 말했듯이 일반적인 후퇴각에서 1/4 Chord에 수직하게 들어오는 바람 성분만이 날개에 힘을 제공한다. 즉, 양 날개 각 각의 양력은

이 두 양력의 총 합으로 인한 Rolling Moment Coefficient의 변화는 다음과 같다.
따라서 후퇴각이 Roll Stability에 미치는 영향은
여기서 알 수 있듯이, Roll Stability는 양력 계수에 비례한다.
Figure 6. 저익기/고익기와 Roll Stability
3. 고익기, 저익기(Wing location on a fuselage)
상반각의 효과는 주익이 동체에 어디에 달리냐에 따라서도 나타난다. Figure 6에서 보는 바와 같이 옆 미끄러짐으로 인해 불게 되는 측풍은 항공기 동체를 타고 동체 위쪽으로 흐는 바람과 아래쪽으로 흐르는 바람 성분으로 나뉘게 된다.
저익기의 경우, 항공기 우측에서는 날개에서 동체 아래로 향하는 바람이 생기고, 좌측에서는 동체 아래에서 날개 위 방향으로 향하는 바람이 발생한다. Downwash와 Upwash로 인해 우측 날개는 받음각이 줄어들고, 좌측 날개는 받음각 커지는 현상을 만들어 양력 불균형을 만든다. 이 양력 불균형은 원래의 평형으로 돌아가는 것을 방해하고, 항공기를 불안정한 상태로 만든다. (양의 )
반대로 고익기의 경우는 항공기 우측에서 위로 향하는 바람이 발생하여 받음각이 커지는 효과를 나태내고, 좌측에서는 동체 위에서 날개 아래 방향으로 향하는 바람을 만들어 받음각이 커지는 효과를 만들어낸다. 결국 우측 날개에서 좌측 날개보다 더 큰 양력을 만들어 다시 안정한 상태로 돌아가는 현상을 만든다. (음의 )
4. 보조날개(Aileron)
항공기에서는 Rolling현상과 Yawing현상이 동시에 일어나는 Yaw-Roll Coupling현상이 일어난다. 이러한 현상을 보조 날개를 이용하여 안정적인 상태로 만들 수 있다.

Figure 7. Aileron


Figure 7에서 보는 바와 같이 Rolling과 Yawing은 동시에 일어나며, 맞바람과 그로인한 양력과 항력 때문에 서로 반대 방향으로 일어난다.

이제 Aileron이 Rolling Moment에 어떤 영향을 미치는지 자세히 살펴보기로 하자.
Figure 8에서 보는 바와 같이 직사각형 날개를 고려해보자. Aileron은 날개의 앞전에서부터 까지, Root에서부터 까지 있다. 또 의 받음각으로 의 free stream velocity를 가지고 있고 왼쪽 aileron은 만큼, 오른쪽은 만큼 변형된다고 하자. Aileron의 아랫방향 변형은 음수로 간


자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/detail.asp?pk=11077511&sid=ddangkung&key=



[문서정보]

문서분량 : 7 Page
파일종류 : HWP 파일
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파일이름 : [공학][비행동역학] Roll Stability에 영향을 주는 요인.hwp
키워드 : 공학,비행동역학,Roll,Stability,주,요인,자료,Stability에,영향을,주는



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