[항공역학] 항공기 날개

■ 날개단면(Airfoil)

• 날개단면형상 : 날개를 수직으로 절단한 단면, 2차원 날개로 날개 끝 와동을 고려X
• 평균캠버선 : 날개 윗면과 아랫면의 수직거리를 2등분한 선
• 시위(시위선)​​ : 앞전과 뒷전을 이은 직선
• 시위길이 : 앞전에서 뒷전까지의 거리
• 캠버 : 시위선에서 평균캠버선까지의 수직거리, airfoil의 휘어진 정도를 나타낸 것
• 두께 : 시위선에서 수직방향으로 잰 아랫면~윗면까지의 거리
• 앞전원 : 앞전에서 평균캠버선을 중심으로 가지고 위 아래면을 접하는 원
• 받음각 : 항공기 진행방향(상대바람이 불어들어오는방향)과 날개 시위선이 이루는 각
• 붙임각​​ : 날개 시위선과 항공기동체 중심선(앞에서 뒤로 잇는 세로선)이 이루는 각
• 절대받음각 : 날개 시위선과 항공기동체 중심선(앞에서 뒤로 잇는 세로선)이 이루는 각
• 무양력시위선​ : 날개에 양력이 발생하지 않는 시위선(상대바람이 불어올 때 그 방향을 날 개면 상에 연장시켜 이루어지는 시위선)
• 무양력받음각 : 무양력시위선과 시위선이 이루는 고정된 각

 

■ 대칭 날개단면

• 시위선을 기준으로 위 아래면의 형태가 대칭인 날개단면
• 시위선, 평균캠버선, 무양력시위선이 동일함
• 캠버가 0
• 무양력받음각이 0

■ NACA 날개단면

(1) 4-digit Series

(ex. NACA 2415)

• 2 : 최대캠버의 시위에 대한 100분비(최대캠버가 시위의 2%)
• 4 : 최대캠버 위치의 시위에 대한 10분비(최대캠버위치는 앞전에서부터 시위의 40%위치)
• 15 : 최대캠버 위치의 시위에 대한 10분비(최대캠버위치는 앞전에서부터 시위의 40%위치)

(ex. NACA 0006) -> 최대두께가 시위의 6%인 대칭 날개단면

​

(2) 5-digit Series

(ex. NACA 23015)

• 2 : 최대캠버의 시위에 대한 100분비(최대캠버가 시위의 2%)
• 3 : 최대캠버의 위치의 시위에 대한 20분비(최대캠버위치는 앞전에서부터 시위의 15%위치)
• 0 : 평균캠버선모양 (0 : 최대캠버위치 이후 평균캠버선이 직선, 1 : 최대캠버위치 이후 평균캠버선이 3차곡선)
• 15 : 최대두께의 시위에 대한 100분비(최대두께는 시위의 15%)

(3) 6-digit Series

(ex. NACA 65,3-218)

• 6 : 6계열의 날개단면
• 5 : 무양력 시의 최소 압력점 위치
• 3 : 최소항력계수가 되는 양력계수의 범위
• 2 : 설계양력계수
• 18 : 최대두께

■ 좋은 날개

• 양력 ↑, 항력 ↓날개(원래는 양력이 증가되면 항력도 비례하여 증가한다)
• 받음각을 크게 하여도 실속에 도달하지 않는 날개
• 양력계수를 크게하고 항력계수를 작게한다.

■ 날개단면 요소 특성

• 캠버의 형태는 무양력받음각, 키놀이(pitching) 모멘트에 영향을 준다
• 두께분포는 양력곡선의 기울기, 공기력중심, 풍압중심의 위치를 변화시킨다
• 앞전의 형태는 실속특성 및 최대양력계수, 충격파에 의한 조파항력에 영향을 준다

※ 두께

• 얇은 두께 : 받음각 ↓ → 항력 ↓, but 받음각 ↑ → 유동박리현상발생, 항력 ↑ 받음각을 크게X, 고속비행기에 사용
• 두꺼운 두께 : 받음각 ↓ → 항력 비교적 ↑, but 받음각 ↑ → 유동박리현상 쉽게 발생X 항력이 커진다는 단점, 저속비행기에 사용

※ 앞전반지름

• L/E 반지름 작은 : 받음각 ↓ → 항력 ↓, but 받음각 ↑ → 유동박리현상, 항력 ↑
• L/E 반지름 큰 : 받음각 ↓ → 항력 ↑, but 받음각 ↑ → 유동박리현상 늦게 생김, 최대양력계수 ↑

※ 캠버

• 캠버 ↑ → 양력, 항력 ↑(저속비행기)
• 캠버 ↓ → 양력, 항력↓(고속비행기)

※ 시위

• 시위길이 ↑ → 레이놀즈수 ↑ → 유동이 난류로 천이 → 유동박리현상 약하게 생김​

• 날개단면 항공역학적 특성

- 6분력 : 양력, 항력, 측분력 + 키놀이(pitching), 옆놀이(rolling), 빗놀이(yawing)모멘트

- 공기 중 비행하는 날개단면에 작용하는 힘

$F = \frac{1}{2}\rho V^{2}SC_{F}$