다운 워시

헬리콥터 근처에 서본 적이 있다면 헬리콥터가 하늘에 어떻게 머무르는 지 정확히 알 수 있습니다. 무게의 균형을 이루는 거대한 “다운 워시”(하향 이동 통풍)를 생성합니다. 헬리콥터 로터는 비행기 익형과 매우 유사하지만 비행기의 날개처럼 직선으로 전진하는 대신 원을 그리며 회전합니다. 그럼에도 불구하고 비행기는 헬리콥터와 똑같은 방식으로 하향 세척을 생성합니다. 단지 우리가 알아 차리지 못하는 것입니다. 하향 세척은 “그렇게 명확하지는 않지만”헬기의 경우만큼이나 중요합니다.

양력을 만드는이 두 번째 측면은 최소한 물리학 자에게는 압력 차이보다 이해하기가 훨씬 쉽습니다. : 아이작 뉴턴의 세 번째 운동 법칙에 따르면, 만약 공기가 비행기에 위로 힘을 주면 비행기는 공기에 (동일한 반대의) 아래로 힘을 주어야합니다. 따라서 비행기는 또한 날개를 사용하여 공기를 밀어서 양력을 생성합니다. 그것은 날개가 완전히 수평이 아니기 때문에 발생합니다. 당신이 생각할 수있는 것처럼 아주 약간 뒤로 기울여서 공격 각으로 공중에 부딪 혔습니다. 각진 날개는 가속 된 공기 흐름 (위쪽에서)과 느리게 움직이는 공기 흐름 (아래쪽에서)을 모두 밀어내어 양력을 생성합니다. 익형의 구부러진 상단이 곧은 하단보다 더 많은 공기를 굴절 (아래로 밀어 내림)하기 때문에 (즉, 들어오는 공기의 경로를 훨씬 더 극적으로 변경) 훨씬 더 많은 양력을 생성합니다.

익형 날개가 양력을 생성하는 방법 # 2 : 날개의 곡선 모양은 그 위에 저압 영역 (빨간색)을 생성하여 양력을 생성합니다. 낮은 압력은 공기를 날개 위로 가속하고 날개의 곡선 모양 (그리고 변경된 공기 흐름 위의 높은 공기 압력)은 공기를 강력한 다운 워시로 밀어 내고 비행기를 위로 밀어 올립니다. 이 애니메이션은 다른 공격 각도 (날개와 들어오는 공기 사이의 각도)가 날개 위의 저압 영역과 그것이 만드는 양력을 어떻게 변화시키는 지 보여줍니다. 날개가 평평 할 때, 곡선의 윗면은 적당한 양의 저압과 적당한 양의 양력 (빨간색)을 만듭니다. 어택 각도가 증가하면 양력도 극적으로 증가합니다. 항력이 증가하면 비행기가 멈 춥니 다 (아래 참조). 날개를 아래쪽으로 기울이면 그 아래에 더 낮은 압력이 발생하여 비행기가 떨어집니다. 1941 년 공개 된 전쟁 부서 훈련 영화인 Aerodynamics를 기반으로합니다.

왜 공기가 날개 뒤로 흘러 내리는 지 궁금 할 것입니다. 예를 들어, 왜 “날개 앞쪽에 부딪 히고 윗부분을 구부린 다음 수평으로 계속하지 않습니까? 단순히 수평”역 세척 “이 아닌 하향 세척이있는 이유는 무엇입니까? 이전의 압력 논의를 다시 생각해보십시오. 날개는 바로 위의 공기압을 낮 춥니 다. 위로 올라가면 비행기 위의 공기는 여전히 정상 압력에 있으며 이는 날개 바로 위의 공기보다 높습니다. 따라서 날개 위의 정상 압력 공기는 아래로 밀어냅니다. 즉, 날개가 만들어내는 압력 차와 날개 뒤의 공기의 하향 세척은 두 가지 별개의 것이 아니라 모든 것입니다. 같은 효과의 부분과 구획 : 각진 익형 날개는 압력 차를 생성하여 하향 세척을 만들고 이것은 양력을 생성합니다.

이제 날개는 공기를 아래쪽으로 밀도록 설계된 장치라는 것을 알 수 있습니다. 편평하거나 대칭적인 날개를 가진 비행기가 왜 ide-down 스턴트 비행기)는 여전히 안전하게 비행 할 수 있습니다. 날개가 하향 공기 흐름을 생성하는 한 비행기는 똑같이 반대되는 힘 (양력)을 경험할 것입니다. 다시 말해, 뒤집힌 조종사는 비행기를 공중에 유지하기에 충분한 저압을 날개 위에 생성하는 특정 공격 각을 만듭니다.

얼마나 많은 양력을 만들 수 있습니까?

일반적으로 날개의 상단과 하단 위로 흐르는 공기는 날개 표면의 곡선을 매우 가깝게 따라갑니다. 펜으로 윤곽선을 따라갈 때 따라 올 수 있습니다. 그러나 공격 각이 증가하면 날개 뒤의 부드러운 기류가 무너지기 시작하고 더 난류가되어 양력이 감소합니다. 특정 각도에서 (일반적으로 약 15 ° 둥글지만 다양하지만) 더 이상 공기가 날개 주위를 부드럽게 흐르지 않습니다. 항력이 크게 증가하고 양력이 크게 감소하며 비행기가 정체되었다고합니다. 엔진이 계속 작동하고 비행기가 계속 비행하기 때문에 약간 혼란스러운 용어입니다. 실속은 단순히 양력을 잃는 것을 의미합니다.

사진 : 비행기가 실속하는 방법 : 바람에 날리는 익형 날개입니다. 가파른 공격 각으로 다가오는 공기를 향하고있는 터널 오른쪽에서 다가오는 연기로 가득 찬 공기가 왼쪽으로 이동함에 따라 날개 주위로 이탈하는 것을 볼 수 있습니다.일반적으로 기류 라인은 날개의 모양 (프로파일)을 매우 가깝게 따릅니다. 여기에서는 가파른 공격 각으로 인해 공기 흐름이 날개 뒤로 분리되어 난류와 항력이 크게 증가했습니다. 이와 같이 비행하는 비행기는 갑작스런 리프트 손실을 경험하게되는데이를 “스톨”이라고합니다. 사진 제공 : NASA Langley Research Center.

비행기는 날개 모양의 날개없이 날 수 있습니다. 종이 비행기를 만든 적이 있다면 알 수있을 것입니다. 1903 년 12 월 17 일 Wright 형제가 증명했습니다. 원래의 “Flying Machine”특허 (미국 특허 # 821393)에서 약간 기울어 진 날개 ( “비행기”라고 함)가 발명의 핵심 부분이라는 것이 분명합니다. “비행기”는 단순히 천 조각이었습니다. 나무로 된 틀 위에 뻗어 있고, 그들은 에어 포일 (aerofoil) 프로파일이 없었습니다. Wrights는 공격 각도가 중요하다는 것을 깨달았습니다. “이 발명과 관련된 캐릭터의 비행 기계에서 장치는 하나 이상의 비행기의 아래 표면과 공기 사이의 접촉으로 인해 공중에서지지됩니다. -표면이 공기에 대한 작은 입사각으로 제공됩니다. ” . Wrights는 뛰어난 실험 과학자 였지만 공기 역학에 대한 현대적인 지식과 날개의 작동 원리에 대한 완전한 이해가 부족하다는 사실을 기억하는 것이 중요합니다.

당연히 날개가 클수록 더 많이 들어 올립니다. 날개의 면적을 두 배로 늘리면 (위에서 내려다 보는 평평한 면적) 양력과 드래그가 두 배가됩니다. 이것이 바로 거대한 비행기 (위 사진의 C-17 Globemaster와 같은)가 거대한 날개를 가진 이유입니다. 그러나 작은 날개는 충분히 빠르게 움직일 경우 상당한 양력을 생성 할 수 있습니다. 이륙시 추가 양력을 생성하기 위해 비행기는 날개에 플랩이 있습니다. 날개는 더 많은 공기를 아래로 밀어 내기 위해 확장 할 수 있습니다. 들어 올리고 끌기는 속도의 제곱에 따라 달라집니다. 따라서 비행기가 다가오는 공기에 비해 두 배 더 빠르게 이동하면 날개가 네 배 더 많은 양력 (및 끌기)을 생성합니다. 로터 블레이드 (원을 그리며 회전하는 본질적으로 얇은 날개)를 매우 빠르게 회전하여 엄청난 양의 양력을 생성합니다.

날개 소용돌이

이제 비행기는 공기를 뒤로 던지지 않습니다. 완전히 깨끗한 방식으로. (예를 들어 누군가가 군용 수송기의 뒷문에서 큰 공기 상자를 밀어내어 똑바로 아래로 떨어지는 것을 상상할 수 있습니다. 그러나 그것은 그렇게 작동하지 않습니다!) 실제로 각 날개는 바로 뒤에서 회전하는 소용돌이 (일종의 미니 토네이도)가 발생합니다. 마치 철도역의 플랫폼에 서있을 때 고속 열차가 멈추지 않고 지나가는 것과 같습니다. 평면의 경우 소용돌이는 매우 복잡한 모양이며 대부분은 아래쪽으로 이동하지만 전부는 아닙니다. 중앙에서 아래로 이동하는 거대한 공기 흐름이 있지만 실제로 일부 공기는 날개 끝의 양쪽으로 소용돌이칩니다. , 리프트를 줄입니다.

사진 : 뉴턴의 법칙은 비행기를 비행하게합니다 : 비행기 공기를지면으로 밀어 내림으로써 상승하는 힘 (양력)을 발생 시키는데이 사진에서 볼 수 있듯이 공기는 깔끔하고 깔끔한 흐름이 아닌 소용돌이로 아래로 이동합니다. 소용돌이는 한 비행기가 다른 비행기 뒤에 얼마나 가깝게 날아갈 수 있는지에 영향을 미치며, 항상 많은 비행기가 움직이는 공항 근처에서 특히 중요하며, 공기 중에 복잡한 패턴의 난류를 만듭니다. 왼쪽 : 유색 연기는 a에 의해 생성 된 날개 소용돌이를 보여줍니다. 실제 비행기. 중앙의 연기가 아래쪽으로 이동하고 있지만 날개 끝을 넘어 위로 이동합니다. 오른쪽 : 아래에서 소용돌이가 나타나는 방식 흰색 연기는 풍동 테스트에서 더 작은 규모에서도 동일한 효과를 나타냅니다. 두 사진 모두 NASA Langley Research 제공 중앙.