항공기 기체의 하중(비행 상태의 하중)

항공기 기체의 하중(비행 상태의 하중)

 

안녕하세요. 다시맘N파입니다.

열번째 시간으로 항공기 기체의 하중(비행 상태의 하중)에 대해서 알아볼게요

 

항공기 기체의 하중은 아주 예민한 거에요

하중의 중요성이 항공에 10%정도는 된다고 생각해요. 이제부터 쉽게 아주 쉽게 알아봐요

 

1. 하중의 중요성

항공기의 구조는 하중으로 결정이 되죠. 비행 중이나 지상에서 기체에 가해지는 하중을 엄밀하게 설정을 하고 설계자는 하중에 맞춰 정확한 구조를 설계해야 되요

운용자는 항공기가 설정된 하중을 초과하지 않도록 비행한다는 전제하에서 경량하에서 경량화된 항공기의 구조가 가능해요.

 

물론 전투기처럼 격신한 운동을 하는 항공기와 여긱기처럼 승객에게 쾌적한 여행을 제공하기 위해 최대한 부드러운 비행을 목적으로 하는 항공기에서 설정해야 하는 하중은 당연히 다르죠

이정도는 기본 아니겠습니까? 항공을 하시는분이라면 ㅎㅎ

 

하중분야 엔지니어들은 통계적, 이론적 노력에 의해 비행중 선회나 곡선비행에 의해 발생하는 원심력, 돌풍의 효과, 이.착륙시에 발생한 충격하중, 지상주행(Taxing) 중에 발생하는 여러가지 힘에 대한 체계적 연구가 진행되어 왔어요

 

항공기의 안전배수(Safety Factor)는 세계적으로 1.5라고 하는 의외로 작은 숫자가 사용되고 사용되고 있지만 무게가 치명적인 항공기의 특성을 고려할 때 이는 작지 않은 값이에요

예를 들어볼게요

전투기에서는 보통 기체중량의 8배의 운동하중을 설정하는데 이에 대해 1.5배의 안전계수를 고려할 경우 기체중량의 12배까지 파괴되지 않는 강도를 갖도록 설계하는 것이에요

 

빌딩의 엘리베이터 등에서도 센서를 설치하여 초과하중을 방지하고 있지요

일반적으로 지상 구조물이나 자동차 등 에서는 무게의 중요성이 항공기에 비해 떨어지기 때문에 큰 안전계수를 사용하고 있는 경우가 많아요

정원과 적재량을 명시하고 있어도 실제로 지켜지고 있지 않는 것이 당연한 풍조로 되어있기 때문에 하중이나 안전계수에 대한 생각은 항공기와 큰 차이가 없는 거 같아요

 1) 기체에 작용하는 힘

항공기 기체에는 비행하는 동안 공기력, 무게, 추력, 관성력 등의 힘들이 작용을 해요

지상에서 움직일 때에는 무게, 추력, 충격력, 반력, 관성력 등의 힘들이 작용을 하는데요 이러한 힘들이 구조물에 작용을 할 때 이러한 힘들을 '하중'이라고 해요

 

'하중'은 기체 전체에 작용하는 경우와 어떤 한 부분에만 작용하는 경우가 있고, 또 이들 하중은 하나 또는 여러 개가 합해져서 계속적으로 혹은 순간적으로 작용하는 경우도 있다고 해요

항공기의 기체는 여러가지 하중을 받으면서 비행하므로 이들 하중에 의해서 파손되거나 파괴되지 않고 잘 견디도록 설계 제작되어야 합니다.

 

정상 비행을 하는 항공기에는 그림 1-1과 같이 엔진의 의한 추력, 항공기 무게, 공기력인 양력 및 항력이 작용하져

제꺼 포스팅 자료를 보면 추력, 양력, 항력에 대해서 자세히 나와있어요

[그림1-1] 기체에 작용하는 힘

  (1) 공기력에 의한 하중

항공기가 비행하면 공기 역학적인 힘, 즉 공기력이 기체의 어느 한 점에만 작용하는 것이 아니라 기체의 모든 외피 부분에 분포되어 작용을 해요

공기력은 주로 날개, 꼬리날개, 동체에 작용하는데 이와 같은 공기력은 항공기의 진행 방향에 대하여 수직 방향의 성분과 진행 방향에 평행한 성분이 양력과 항력이 되는거에요

이렇게 글로만 보면 어려울 수 있을텐데 그림을 보고 이해를 하면서 보면 쉽습니다.

 

양력은 항공기 날개에 의해 발생되는 힘으로서 날개의 윗면과 아랫면의 압력차로 발생을 해요

이러한 양력은 날개의 면적, 에어포일의 형태 및 받음각, 비행기의 속도, 공기의 밀도에 의해 결정이 되는데요 

항력은 항공기가 비행할 때, 공기로부터 받는 저항력이며, 항공기 엔진에서 발생되는 추력이 이 항력보다 크거나 같으면 항공기가 전진비행이 가능하게 되는거에요

 

날개와 꼬리날개에 작용하는 공기력은 날개와 꼬리날개의 구조 부재에 전단력, 비틀림 모멘트, 굽힘 모멘트를 발생시켜요

이들 공기력에 의한 하중은 비행 상태에 따라 변하고 가장 심하게 작용하는 하중의 비행 상태에서 기체가 견디도록 설계하면 이보다 작은 하중을 가진 비행 상태에서는 안전하게 되요

 (2) 관성력에 의한 하중

항공기가 지상에 정지해 있거나 또는 일정한 자세에서 등속 비행을 할 떄에는 속도의 변화가 없어, 즉 가속도나 감속도가 없어 관성력이 작용하지 않아요

그러나 항공기가 이륙하여 목적지에 착륙하기까지 항공기가 가속하거나 감속하게 되면 관성력이 발생하게 되죠

 

등속 수형 비행 상태에서 갑자기 속도를 증가시켜 가속 비행을 하는 경우, 관성력은 가속도의 크기에 비례하고 그 방향은 진행방향과 반대방향으로 작용을 하죠

이륙할때에는 속도가 증가하면서 추력이 항력보다 크게 작용하므로 관성력은 모두 뒤쪽으로 작용하는거죠

이때 동체에는 인장력의 하중을 받게 되는데 착륙할 때에는 속도를 감속하면서 추력이 항력보다 작게 작용하며 바퀴가 활주로에 닿은 다음에 브레이크를 작동시키는 경우 관성력은 앞쪽으로 작용을 하죠

 (3) 돌풍에 의한 하중

항공기는 등속 수평 비행을 할 때, 기상조건에 의하여 상승 또는 하강 기류의 돌풍을 만나게 되죠

돌풍의 수직 성분 속도가 KU인 상승 돌풍을 만나게 되면 날개의 받음각이 상승 하게 되는거죠

 

하중의 중요성 읽어보고 나니까 느끼셨죠

오늘의 핵심 포인트 ~ '항공기의 구조는 하중으로 결정된다' 머리속에 쏙 들어오시나요???

항공기에는 어느 한분야 한분야 나사 하나까지도 중요하지 않은게 없답니다.

오늘하루도 즐거운 하루 보내세요