[방학숙제]비행기가 뜨는원리^^

[[♥].백승범]

비행기기의 원리는 기본적으로 공기를 이용하게 됩니다.

비행의 원리는 비행기의 날개를 따라 흐르는 공기의 흐름을 이용해서 비행기를 공기중에 떠있게 하는데, 여기서 비행기의 날개는 비행기의 무게를 받는 매우 중요한 역활을 합니다.

종이 비행기를 보시면 중력, 양력, 항력, 추력 네 가지 힘이 작용하고 있습니다.

중력: 지구 중력에 의해 아래로 떨어지려는 힘

양력: 중력을 이겨내기 위해서 위로 뜨게 하는 힘

항력: 공기 흐름에 의해 생기는 마찰력
추력: 항력에 대항해서 비행기를 전진시키는 힘

비행기는 이상의 네가지 힘이 균형을 이룰 때 일정한 속도로 수평비행을 하게되고, 양력의 크기를 조절하여 상승과 강하 비행, 추력을 조절해서 가속, 감속 비행을 할 수 있게 됩니다.

그러면 양력의 원리를 좀 더 자세히 알아보면 비행기를 제작할 때는 항력은 가능하면 줄이고 앙력 발생이 효율적인 기체구조를 갖도록 합니다. 양력이 발생하는 것은 공기 흐름에 따른 압력차때문입니다. 위에 그림에서 오른쪽 종이가 뜨는 이유는 종이 윗면의 공기 흐름이 아래면보다 빨라지면서, 아랫면에 작용하는 압력이 윗면보다 상대적으로 커지면서 떠받치는 힘이 생깁니다. 그러니 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 향하는 원리가 양력을 발생시킨다고 보면 됩니다.

비행기가 뜨는 이유

비행기 날개의 양끝면을 ‘에어포일’이라고 합니다.

1. 에어포일의 윗면과 아랫면의 길이가 다릅니다.

2. 윗면이 더 길죠?③④⑤

3. ①번의 공기흐름에서 ②번과 ③번의 공기흐름이 갈라져 나왔습니다.

   같은 공기흐름에서 갈라져 나왔으므로

   ②번과 ③번의 공기흐름은 에어포일의 끝점에서 다시 만나야 합니다

4. 같은 시간동안 ②번의 공기흐름이 더 먼 거리를 갔다고 볼 수 있기 때문에,

   ②번의 공기흐름이 ③번의 공기흐름보다 더 빠르다고 할 수 있습니다.

5. 즉, 에어포일의 주위의 공기흐름은 윗면이 더 빠릅니다.

6. 속도가 빨라지면 압력이 감소하게 됩니다. 이것을 베르누이 원리라고 합니다.

   그러니깐, 에어포일 윗면의 압력이 아랫면보다 상대적으로 감소하게 되겠죠?

 

7. 위에서 아래로 누르는 힘보다 아래에서 위로 누르는 힘이 더 커집니다.

   이렇게 위에서 내리는 힘과 아래에서 올리는 힘의 합력을 양력이라고 합니다.

8. 비행기는 이 양력에 의해서 하늘을 날 수 있는 것입니다.

항공기가 상승이 가능한 이유

1. 항공기에 작용하는 힘은 크게 네가지가 있다고 볼 수 있습니다. 그 네가지 힘은,

   ① : 에어포일의 공기역학적인 원리에 의해 생겨나는 힘 ㅡ> 양력이라고 합니다.

   ② : 항공기의 무게 ㅡ> 중력이라고 합니다.

   ③ : 엔진에서 뿜어나오는 강력한 힘(앞으로 나가려는 힘) ㅡ> 추력이라고 합니다.

   ④ : 공기의 저항 ㅡ> 항력이라고 합니다.

 

2. 항공기가 상승할 때의 힘의 합력 

   항공기가 높이 상승하는 것은 이러한 모든 힘들의 합력, ①+②+③+④=⑤

   ⑤번의 힘이 생기기 때문에 가능한 것입니다.

   ⑤번 힘이 위로 향하고 있죠? ^^

     즉, 항공기를 들어 올려주는 힘이 매우 크기 때문에 아무리 무거운 항공기라 하더라

      도  하늘높이 상승이 가는한 겁니다.

       (하지만 일반적인 전투기는 성능이 좋아도 고도 20km 이상을 날기 힘듭니다.)

항공기가 선회가능한 이유.

1. 항공기가 옆으로 선회가 가능한 것도 여러힘들의 합력때문입니다.

    ①번 힘은 항공기 위쪽으로 작용하는 양력입니다.

    ②번 힘은 항공기의 무게에 의해 발생하는 중력입니다.

    ①번과 ②번 힘의 합력이 ③번입니다. 항공기가 옆으로 선회가능한 힘이

     나오는 이유를 아시겠죠? 

2. 그럼 항공기는 어떻게 이런 선회가 가능한 형태의 모양을 만들까요?

 

왼쪽과 오른쪽의 양력의 크기를 다르게 작용하게 만드는 것입니다.

이렇게 서로 다른 양력이 발생하게 되면, 상대적으로 ②번의 힘이 더 커지게 되어

우리가 보고 있을 때의 오른쪽 날개가 위로 올려지게 됩니다.

따라서 항공기가 선회가 가능한 모양으로 옆으로 기울어지게 되는 것입니다.

3. 그러면 위 그림의 ①번과 ②번처럼, 양쪽의 날개에서 서로 다른 양력을

   어떻게 발생시키는 건가?

   그것은 날개에 에일러론이라는 장치를 통해서 가능합니다.

프로펠러기의 원리

아래사진은 2차세계대전때 독일 전투기를 많이 격추시킨 머스탱이라는 미국전투기입니다.

앞에 프로펠러 보이시죠?

이러한 프로펠러도 결국은 에어포일의 공기역학적인 원리입니다.

엔진에 의해서 프로펠러가 돌아가게 되면 돌아가는 힘에 의해서 앞으로 양력이 발생합니다.

이해되십니까? ^^  참고로 프로펠러 형태도 같이 올립니다

단위환산

1 피트(feet) = 30.48 cm

1 마일(mile) = 1.609 km

1 노트(knot) = 1.852 km/hr

1 인치(inch) = 2.54 cm

피트, 마일, 인치는 모두 거리의 단위이고, 노트는 속도의 단위입니다.

노트의 기호는 kt 또는 kn 입니다.

1시간에 1해리(1,852 m)의 속력이 1 kn입니다.

16세기경부터 항해용 단위로 쓰였으며,

그 명칭은 당시 선미에 삼각형의 널조각을

끈에 매달아 흘려 보내면서 그 끈에

28 ft(약 8.5 m)마다 매듭(knot)을 짓고,

28초 동안 풀려나간 끈의 매듭을 세어 배의 속력을

재었던 데서 유래한다고 합니다.

[한동규]

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