항력과 양력

1 항력(drag force)

 1) 정의

   - 유동하는 유체가 유동방향으로 물체에 가하는 힘.

   - 물체가 유체 안에서 상대적으로 움직일 때 움직이는 방향의 반대방향으로 작용하여 물체의 운동에 저항하는 힘.

     * 항력은 마찰력과 같으며 물체의 운동에 저항한다.
 2) 특징

   - 유체는 다양한 방향으로 물체에 힘과 모멘트를 가할 수 있다. 특히 움직이는 방향과 반대항향의 압력차이와 물체표면과 닿는 유체의 점성력으로 항력이 발생한다.

   - 항력과 양력은 유체의 밀도, 속도, 물체의크기, 형상, 방향과 관련이 있다.
 3) 계산

  ① 항력의 계산

     - 유체가 유선상 정상상태일 때 적용.

     - A 는 물체의 평면도 면적(platform area)를 적용.

 

  ② 항력계수(무차원수)

2 양력(lifting force)

 1) 정의

   - 유체의 흐름 방향에 대해 수직으로 작용하는 힘.

     * 양력의 발생은 작용반작용, 압력차이 등으로 설명할 수 있다.

     * 비행기를 예로, 상부의 빠른흐름이 하부의 공기를 밀어내어 양력이 발생하는 이론과, 상부의 낮은 압력과 하부의 높은 압력차에 의한 역학적인 힘에 의하는 이론이 있다.

   - 고체가 유체속에서 존재할 때 유체의 흐름으로 생성되는 기계적인 힘.

     * 유체의 흐름이 빨라지면 낮은 암력을 형성하고,느려지면 높은 압력을 생성하는데 비롯함.
 2) 특징
   - 양력은 AOA(받음각)의 영향을 받는데, 통상 15도를 초과할 경우 후류 발생으로 인한 양력 감소로 실속이 발생한다.

   - 압력힘과 전단력의 숭분 중 유동항향에 수직인 성분은 물체를 수직방향으로 움직한다.
     a 롤링(rolling) 모멘트 : 유동방향에 대한 모멘트

     b 요잉(yawing) 모멘트 : 양력방향에 대한 모멘트

     c 피칭(pitching) 모멘트 : 측력방향에 대한 모멘트
   - 양력을 증가시키기 위해서는 플랩을 사용하거나, 경계층을 제어하는 방법이이다.
    a 플랩(trailing edge flaps) : airfoil 뒤편으로 익형을 바꾸어 받음각을 높이는것, 일정속도 이상일때에는 마찰항력의 증가요인이된다.

    b 경계층제어 : airfoil 상면의 유선의 박리를 막기위해 airfoil 중간에 slot을 만들어서 경계측 박리를 막는 방법.
 2) 실속의 예방

   - 항공기의 중량을 들어올릴 수 있는 힘인 양력이 중력보다 커야한다.

   - 항공기의 고도를 유지하기 위해서는 양력이 중력보다 커야하는데 이는 항공기 자체 중량을 줄이거나 양력을 증가시키는 것으로 해소 가능하다.

   - 양력은 항력과 유사한 계산식을 가진다.(항력계수와 양력계수는 관계식이 동일함)