정적비행성능1 - 기본 & 등속수평비행성능

항공역학에서 말하는 성능이란 항공기가 얼마나 멀리 갈 수 있는가? 얼마나 오래 비행할 수 있는가?

 

이착륙거리와 특성은 어떻게되는가? 얼마나 높이 날수 있는가? 선회능력은 어떤가? 와같은 항공기의

 

여러가지 특성을 말한다 이러한 성능은 크게 정적성능과 동적성능으로 나뉘는데,

 

정적성능은 가속도를 고려하지않고 등속도운동을하는 비행성능으로 정상비행성능이라고도 하며,

 

동적성능은 가속도를 고려하여 보다 복잡하고 실제비행에 가까운 비행성능을 말한다.

 

 

이 블로그에서는 보다 간단한 정상비행성능을 다룰 것이며, 그이후에 이착륙성능과 특수성능에 

 

대해서도 알아볼 것이다. 정상비행성능의 목차는 다음과 같다

 

1.성능의 기본개념

 

2.직선수평비행성능

 

3.상승비행성능

 

4.하강및 급강하 비행성능

 

5.활공비행성능

 

6.선회비행성능

 

7.순항비행성능

 

8.이착륙 비행성능

 

 

 

1.성능의 기본개념

 

  1.1.추력과 동력

 

      1)추력 : 제트항공기의 정격을 나타낼 때 사용하는 물리량으로 "힘"의 차원으로써 단위는 lb,kgf등이 있다

 

      2)동력 : 프로펠러항공기의 정격을 나타낼 때 사용하는 물리량으로 "일률"의 차원으로써 단위는 HP, PS등이 있다

 

      3)추력과 동력의 관계 : 동력을 단위시간당의 일로써 (Fxs)/t = Fx(s/t) = FxV이므로 추력에 속도를 곱한것과 같다

 

 

  1.2.이용/필요/잉여의 개념

 

      1)이용 (Available)은 기관에서 발생시키는 사용할 수 있는 물리량을 말한다

 

          1.이용추력 Ta : 추진력으로써 비행에 사용될 수 있는 기관의 추력

 

          2.이용마력 Pa : 추진력으로써 비행에 사용될 수 있는 기관의 출력(동력)

 

 

      2)필요 (Required)는 항력을 이기고 비행을 계속하기 위해 필요한 물리량을 말한다 

  

          1.필요추력 Tr : 항공기가 항력을 이겨내기 위해서 필요한 기관의 추력

 

          2.필요마력 Pr : 항공기가 항력을 이겨내기 위해서 필요한 기관의 출력(동력)

 

 

      3)잉여 (Excess)는 이용과 필요의 차이로써 두물리량 사이의 여유를 나타내는 물리량이다

 

          1.잉여추력 Te : 이용추력 Ta - 필요추력 Tr = ΔP

 

          2.잉여마력 Pe : 이용마력 Pa - 필요마력 Pr = ΔP

 

 

 

2.등속수평비행성능

 

  2.1.등속수평비행의 특징

 

    1)수평비행 : 항공기의 고도가 높아지지도, 낮아지지도않고 일정하게 유지되는 비행 : L = W

 

    2)등속비행 : 항공기의 속도가 빨라지지도, 느려지지도 않고 일정하게 유지되는 비행 : T = D

 

 

  2.2.등속수평비행에서의 양력/무게/항력/추력/속도

 

 

  2.3.등속수평비행에서의 이용동력과 필요동력

 

      1)이용동력 Pa : 추력과 속도의 곱으로 나타낸다 => Pa = TV

 

      2)필요동력 Pr : 항력과 속도의 곱으로 나타낸다 => Pr = DV

 

 

      3)필요동력과 이용동력과의 관계 : 등속수평비행에서 T=D이므로 TV = DV이므로 Pa = Pr

 

 

 

  2.4.필요동력(Pr) - 비행속도(V)그래프 

 

      1)비행속도에 따른 필요동력의 변화를 나타내는 그래프

 

      2)항력공식과 항력계수의 분할을 이요하여 두 그래프의 합을 이용해 나타낸다

 

등속수평비행의 필요마력을 속도에대하여 정리하면 유해항력항과 유도항력항의 합으로 나타난다

     

     

      3)비행속도가 빨라지면 유해항력에 의해 필요동력이 커진다

 

      4)비행속도가 느려지면 유도항력에의해 필요동력이 커진다

 

 

 

  2.5.프로펠러항공기의 최장시간 및 죄대거리 비행조건

 

      1)프로펠러항공기의 최장시간 비행조건

 

          1.단위시간 당 연료소모율이 최소일 때 항공기는 최장시간 비행할 수 있다

 

          2.연료소모율은 필요동력에 비례하므로 필요동력이 최소여야한다

 

          3.Pr-V그래프에서 Pr이 최솟값일 때 프로펠러항공기는 최장시간 비행할 수 있다

     

      2)프로펠러항공기의 최대거리 비행조건

 

          1.최장거리비행은 Pr-V그래프에서 원점에서 Pr곡선에 그은 접선의 기울기가 최소일때이다

 

          2.기울기가 최소 >> 단위필요동력 당 최대의 속도 >> 단위연료소모량 당 최대의 속도 >> 최대거리비행

 

 

 

 

  2.6.필요추력(Tr) - 속도(V) 그래프

 

      1)마력은 추력에 속도를 곱한것과 같으므로 추력은 마력을 속도로 나눈것과 같다

 

      2)속도에 따른 필요추력그래프는 필요동력식을 속도 V로 나누어서 구한다

 

     

 

 

  2.7.제트항공기의 최장시간 및 최대거리 비행조건

 

      1)제트항공기의 최장시간 비행조건

 

          1.연료소모율이 최소일 때 최장시간 비행할 수 있다

 

          2.연료소모율은 필요추력에 비례하므로 필요추력이 최소일 때 최장시간 비행할 수 있다

 

          3.Tr-V 그래프에서 필요추력 Tr이 최소일 때 최장시간 비행할 수 있다

 

     

      2)제트항공기의 최대거리 비행조건

 

          1.Tr-V그래프에서 접선의 기울기가 최소인 조건일 때 최대거리를 비행할 수 있다

 

          2.접선의 기울기가 최소이면 단위속도 당 필요추력이 최소가된다

 

 

  2.8.프로펠러 및 제트항공기의 최대항속시간과 최대항속거리 정리

 

 

 

 

#최장시간비행

#최대거리비행

#최대항속시간

#최대항속거리

#이용마력

#필요마력

#이용추력

#필요추력

#잉여추력

#잉여마력