항공기 성능의 정의 (Definitions of Aircraft Performance)

항공기는 엔진에서 발생하는 고온고압의 배기가스를 직접 분출시켜 그 반작용으로 추진력을 얻거나 엔진에서 발생하는 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸어 프로펠러를 구동시키고 많은 공기를 프로펠러 뒤로 분출하여 그 반작용으로 추진력을 얻는다. 추진력은 항공기를 전진시키는 추력(thrust)과 전진하는 속도에 의해 항공역학적인 힘(Aerodynamic force)을 발생시키게 되며, 항공역학적인 힘은 양력(Lift)과 항공기 전진을 방해하는 항력(drag)으로 나뉜다.

 

엔진에서 발생되는 추진력은 항공기가 비행하는데 기본적인 힘이다.

항공기 성능은 항공기 무게와 비행형태(configuration)그리고 대기(atmosphere)의 상태에 따라 요구되는 항공 역학적인 힘(특성)과 항공역학적인 힘을 발생시키는 추진기관 능력의 조합이 이루는 결과이다.

 

이를 다르게 표현하면 '여러 가지 변화되는 조건(항공기 무게, 형태, 공기 밀도 등)에서 항공기가 어떤 목적(이륙, 상승, 선회, 순항, 착륙 등)을 이루는 능력'이라고 할 수 있다.

 

일정한 고도와 속도를 유지한다고 가정할 때 필요한 항공역학적인 힘(Aerodynamic force)은 필요추력/마력(Required Thrust/Power)의 크기로 나타낼 수 있으며, 추진기관의 능력은 이용추력/마력(Available Thrust/Power)의 크기로 나타낼 수 있다.

 

항공기 성능에 관련된 용어 및 속도의 정의

용어의 정의

-물리법칙

대기를 이동하는 항공기의 운동은 물리법칙으로 표현할 수 있다.

물리법칙은 물리적 현상(운동)에 관여하는 물리량들 사이의 관계를 양적으로 표현한 것이다. 물리적인 현상을 기술하는 데 필요한 개념들을 물리량(Physical quantity)이라고 하며, 물리량은 길이, 시간 및 질량의 세 기분 단위로 나타낼 수 있다.

항공기기의 운동을 이해하는 데, 필요한 물리법칙은 뉴턴(NEWTON)의 운동법칙과 베르누이(Bernoulli)정리 등이 있다.

 

-뉴턴(NEWTON)의 운동 법칙

제1법칙(관성의 법칙) : 물체에 가한 힘이 없을 때, 물체는 정지하거나 등속도 운동을 한다.

제2법칙(가속도의 법칙) : 물체에 힘을 주면 물체의 가속도는 가한 힘에 비례하고 물체의 질량에는 반비례한다. 이를 수식으로 나타내면

 

(F=ma, a=F/m) 이다.

 

제3법칙(작용반작용의 법칙) : 두 물체 사이에 주고 받는 힘의 크기는 같고 방향은 반대이다.

 

-베르누이(Bernoulli)정리

유체의 속력이 증가하면 유체 내부의 압력이 낮아지고, 반대로 속력이 감소되면, 내부 압력이 높아진다.

 

-힘(Force)

물체에 작용하여 물체의 모양을 변형시키거나, 물체의 운동 상태를 변화시키는 원인을 힘이라 하며, 힘은 크기와 방향을 갖는다.

 

-일(Work)

물체에 힘(Force)을 가하여 물체가 이동한 결과를 일(work)이라 한다.

 

work=(force) x (distance)

 

-동력(Power)

동력은 단위시간에 이루어지는 일의 양이다. 이를 수식으로 표현하면

 

Power = Work/Time=(Force)(Distance)/Time Distance/Time = Speed 이므로

Power = (Force)(Speed)라 할 수 있다.

 

-동력의 단위

항공기 성능에 이용되는 동력의 단위는 주로 마력(HP:Horse Power)을 이용한다.

J.와트는 1마력(horsepower.HP)을 550lb.ft/sec 라 정하였으며, 단위 Trust(pound)당 horsepower는

THP = (force)(speed)/550 = TV/550이 된다.

 

이 식의 단위(ft-lb/sec)fmf knots로 환산하면

 

 

-모멘트(Moment)

어떤 종류의 물리적 효과가 하나의 물리량뿐만 아니라 물리량의 분포 상태에 따라서 정해질 때에 정의되는 양으로 크기는,

Moment의 크기 = (force)x moment arm 이다.

조종간(control stick(yoke)과 러더(rudder)는 항공기의 자세를 변화시킬 수 있는 모멘트를 발생하는 장치이다.