양력이란 어떻게 생기는가

안녕하세요.  소환이라고 합니다 >_<

저도 아직 공부하는 학생이고 공부하다 책에 있는 내용을 정리한 것이어서 확실하다고 단언할수는 없습니다.

비행기 공부 하면서도 양력이 무엇이고 어떻게 생기는지 헷갈리 때가 많습니다.
인터넷에 여러 싸이트들이나 책중에서도 상당히 잘못 설명 되어 있는것이 많이 있지요.

대표적으로 잘못된 양력에대한 설명은

처음 에어포일의 앞전에서 분리 되었던 공기의 흐름은 뒷전에서 다시 만나야 되고 에어포일은 보통  윗면이
아랫면보다 길기 때문에 다시 만날려면 속도가 빨라야 한다. 속도가 빨라지면 압력이 작아지고(베르누이 방
정식) 날개의 아랫면과 윗면의 압력차이에 의해서 날개를 뜨게 하는 힘이 생기고 이것이 바로 양력이다.

라고 아주 그럴듯하게 거짓말을 했는데요 위의 설명으로는 배면비행등을 설명할수 없으며 처음 에어포일
앞전에서 분리된 공기가 절대 뒷전에서 다시 만나야 한다는 그런 물리적 법칙은 없습니다.

날개의 양력이 생기는 이유는 아래윗면의 속도차이에 의한 압력 차이가 맞지만,  왜 속도차이가 생기는냐가
틀렸다는 거죠. 그럼 왜 속도차가 생기는지 알아 봅시다~



먼저 양력에 대해 알아 봅시다.



(1) 양력이란
  양력이란 즉 항공기를 뜨게 하는 힘이지요.
  만약 항공기가  정상 수평 비행시 항공기를 뜨게 하는 힘이 양력입니다.


<그림.1> 정상수평비행시 항공기에 작용하는 힘

  그리고 양력은 비행방향과 수직이지 기체 축 과는 항상 수직인 것은 아닙니다.

<그림.2> 선회시 항공기에 작용하는 힘




(2).날개의 양력발생의 조건

  날개에서 발생되는 양력은 날개 윗면의 압력보다 날개 아랫면의 압력이 더 크기 때문인데 이런한 압력차
를 만들어 주기 위해서는 날개에 대해서 불어오는 공기의 방향에 대해 상대적으로 기울어 져 있거나 날개에
캠버가 있어야 합니다.




(3).날개아랫면과 윗면의 속도차이에 의한 압력차이가 생기는 이유

먼저 항공 공학도라면 모두 할고 있는 베르누이 방정식에 대해 알아 보겠습니다.

  베르누이 정리은는
              
                  (압력)+1/2(밀도)×(속도)(속도) = 일정
                  정압 + 동압 =일정
  
   즉 속도의 증가가 압력의 감소를 가져 오거나 또는 이와 반대 되는 현상을 배르누이의 정리라고 합니다.

<그림.3> 압력과 속도

즉 좁은지역(폭)→높아진 속도)→낮아지는 압력 입니다.

이 베르누이의 정리로 인해 날개의 아래 윗면의 속도차가 있다면 압력차도 생기고 이로 인해 양력이 생긴다
는것을 이해하게 되죠.

그럼 가장 양력의 근본적인 날개 아래 위면의 속도 차이는 왜??? 생길까요?



(4).날개의 윗면과 아랫면의 속도 차이가 생기는 이유

1.출발와류의 생성과정
날개가 공기를 지나가거나 공기가 날개를 지나가면(상대적으로 같죠)  날개뒷면에는 출발 와류라는것이
생깁니다.


<그림.4> 날개 출발와류의 발생
       (정지 유체에서 날개를 움직일때)

(a)는 정지상태에서 움직이는 뒷전의 흐름에서 공기의 점성효과(쿠타조건)에 의해서 (b),(c)로 변화하여
후방에 와류 형성 형성 됩니다.(쿠타조건과 공기 점성에 의한것은 다음에 쓰도록 하겠습니다.)
이 와류가 바로!!! 출발 와류입니다.
이 출발 와류가 날개아래윗면의 속도차를 생기게 하는 순환을 만듭니다.

2.출발 와류에 의한 순환 생성


<그림.5> 날개 주위의 순환 발생

엘롬홀츠의 제1원리에 의하면 이상유체는 와류는 발생하지도 않고 사라지지도 않습니다.
<그림.5>의 전체영역의 와류는 초기 상태의 0으로 유지하도록 하기 위해 날개에 다라 흘러가는 순환 B는
출발와류 A와 강도는 같고 방향은 반대입니다.
즉 출발와류에 의해 순환이 만들어 지는것이지요.  

※순환이란.
<그림.6>을 보면 윗면의 임의의 점에서 공기의 속도는 평균속도와 작은 양의 합으로
나타낼수 있고, 아랫면의 임임의 점에서 공기의 속도는 평균속도에서 작은 양을 뺀
값으로 나타낼수 있습니다. 실재로 여기에서 어떤 공기분자도 단면 주위를 완전히 한바퀴 도는것이 아니라
단지 유동자체가 돌아가려는 경향을 가지는 것입니다.(햇갈리면 안됩니다.) 이 경향의 크기를 나타내는 양이
바로 순환!! 입니다.






                <그림.6> 순환

이 순환때문에 날개의 아랫 윗면에 속도차이가 생기게 됩니다.




(5).결론
  양력은 날개에 대해서 불어오는 공기의 방향에 대해 상대적으로 기울어 져 있거나 날개의 캠버가 있을시
날개를 유체가 지나가면 공기 점성에 의해 출발와류가 발생한다.
  엘롬홀츠의 제1원리에 의해 날개에 순환이 생기며 이 순환에 의해서 날개 아래위의 속도차이가 생긴다.
  이 속도차는 베르누이의 정리에 의해 날개 아래위의 압력차이를 만들어 날개에서는 양력이 발생한다.

참고 출처

항공우주학개론, 제 3개정판, 한국항공우주학회, 1997
항공기 어떻게 나는가,
비행원리, 저자 조용욱 서욱, 2000


읽어 주셔서 감사 합니다.
위의 내용은 제가 공부하면서 정리 한거여서 내용이 좀 많이 부실 합니다. ㅜ,.ㅜ

ps. 카이리형 밥사주세요~ ㅋ








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