이면체(에어로넛)

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항공학에서 이면체는 항공기의 좌우 날개(또는 꼬리 표면) 사이의 각도이다."이면체"는 또한 항공기 구르기에 대한 측면 미끄러짐의 영향을 설명하는 데 사용된다.

이면각은 고정익 항공기의 날개 또는 테일플레인 수평으로부터의 상향각이다."평면각"은 음의 이면각, 즉 고정 날개 항공기의 날개 또는 테일플레인 수평에서 하향각이 있을 때 붙여진 이름이다.

이면각은 이면각의 이름을 딴 이면각 효과에 강한 영향을 미친다.이면체 효과는 사이드 슬립의 양에 비례하여 생성되는 롤 모멘트의 양입니다.이면체 효과는 롤 축(나선형 모드)을 중심으로 하는 항공기의 안정성에 있어 중요한 요소이다.또한 항공기의 네덜란드 롤 진동 특성 및 롤 축에 대한 기동성과도 관련이 있다.

세로 방향의 이면체는 비행기의 피치축과 관련된 비교적 불명확한 용어이다.그것은 날개의 영점 상승축과 수평 꼬리 영점 상승축 사이의 각도이다.세로 방향 이면체는 피치 축에 대한 제어 가능성과 항공기의 퍼고이드 모드 진동 특성에 영향을 미칠 수 있다.

(항공기의) "이면체"라는 용어는 일반적으로 "이면체 각도"를 의미한다.그러나, 그 외의 문맥은 「이면체 효과」가 의도된 의미임을 나타낼 수 있다.

이면각 대 이면체 효과

이면각은 고정익 항공기의 날개 수평 또는 항공기의 공칭 수평 표면 쌍으로 구성된 수평면으로부터 위로 향하는 각도이다.이 용어는 새의 날개에도 적용될 수 있다.상자형 연과 같은 일부 종류의 연에도 이면각이 사용된다.전체 스팬을 따라 두 개 이상의 각도가 변화하는 날개는 다면체라고 한다.

이면각은 이면체 효과에 강한 영향을 미치기 때문에 비행체에 중요한 안정화 효과가 있다.

항공기의 이면체^[1] 효과는 차량이 0이 아닌 사이드 슬립 각도를 가지고 있기 때문에 생기는 롤링 모멘트이다.항공기의 이면각을 증가시키면 항공기에 대한 이면각 효과가 증가한다.그러나 다른 많은 항공기 매개변수도 이면체 효과에 강한 영향을 미친다.이러한 중요한 요인들 중 일부는 날개 스윕, 수직 무게 중심, 그리고 측면 미끄러짐이 변화함에 따라 측면 힘이 변화하는 항공기의 높이와 크기이다.

세로 이면체

항공기의 이면각은 거의 항상 항공기의 각 측면에 하나씩 쌍으로 구성된 두 표면 사이의 각도를 의미한다.그때까지도, 그것은 거의 항상 왼쪽 날개와 오른쪽 날개 사이에 있다.그러나 수학적으로 이면체는 두 평면 사이의 각도를 의미합니다.따라서 항공학에서는 "이면체"라는 용어가 두 전면에서 후면까지의 각도의 차이를 의미하는 데 사용된다.

세로 방향 이면체는 날개 뿌리 화음의 입사각과 수평 꼬리 뿌리 화음의 입사각 사이의 차이이다.

세로 방향의 이면체는 또한 두 표면의 루트 코드 사이의 각도 대신 날개의 제로 리프트 축과 수평 꼬리 부분의 제로 리프트 축 사이의 각도를 의미할 수 있다.제로 리프트의 방향은 세로 방향의 트리밍과 안정성에 관련되지만, 루트 코드의 방향은 관련이 없기 때문에 이것은 더욱 의미 있는 사용법이다.

역사

기하학에서, 이면각은 두 평면 사이의 각도이다.항공 이용은 기하학에서의 이용과 약간 다르다.항공에서, "이면체"라는 용어가 좌우 날개 사이의 양의 위쪽 각도를 의미하도록 진화한 반면, 접두사 "an-"("안면체"에서와 같이)는 날개 사이의 음의 아래쪽 각도를 의미하도록 진화했다.

이면각의 공기역학적 안정화 특성은 조지 케일리 ^[2]경의 영향력 있는 1810년 기사에서 설명되었습니다.

이면각 및 이면 효과의 사용

항공기 안정성 분석

항공기 안정성 분석에서, 이면체 효과는 C라고 불리는_{l${\displaystyle \beta }$}^{[note 1]} 안정성 파생물로서 측면 슬립 각도의 도(또는 라디안)당 롤링 모멘트 계수(C_l)^{[note 2]}의 변화를 의미한다(${\displaystyle }$ $\displaystyle \beta }$ ").$$

안정성 제공

이면체 효과의 목적은 롤 축의 안정성에 기여하는 것입니다.이는 "롤 안정성"^{[note 3]}이라고도 하는 나선 모드의 안정성에 중요한 요소입니다.이면체 효과는 "날개 수준"의 회복에 직접적으로 기여하지는 않지만, 아래에 설명된 나선 운동 모드에 대한 영향을 통해 "날개 수준"을 회복하는 데 간접적으로 도움이 됩니다.

날개 간격

항공기 설계자는 날개 끝과 활주로 사이에 더 큰 간극을 제공하기 위해 이면각을 증가시킬 수 있다.이는 윙팁이 회전/착륙 시 활주로에 충돌할 수 있는 쓸어담기 날개 항공기에서 특히 우려되는 사항이다.군용 항공기에서는 특히 날개가 낮은 항공기에서는 날개 하드 포인트에 재료와 드롭 탱크를 장착하기 위해 이면각 공간을 사용할 수 있다.이 설계 선택에 의해 야기된 이면체 효과의 증가는 아마도 수평 꼬리 부분의 이면체 각도를 감소시킴으로써 보상되어야 할 수 있다.

이면각을 사용하여 이면체 효과 조정

고정 날개 항공기(또는 수평 표면을 가진 항공기)의 설계 중, 일반적으로 이면각 변경은 전체 이면체 효과를 조정하는 비교적 간단한 방법이다.이는 이면체 효과에 대한 다른 설계 요소의 영향을 보상하기 위한 것이다.이러한 다른 요소들(날개 스위프, 날개의 수직 장착 지점 등)은 사면체 각도보다 변경하기가 더 어려울 수 있다.그 결과 다양한 유형의 고정익 항공기에서 다양한 양의 이면각을 찾을 수 있다.예를 들어, 이면각은 일반적으로 유사한 하이윙 항공기보다 로우윙 항공기에서 더 크다.이는 날개의 "높음"(또는 날개에 비해 수직 무게중심의 "낮음")이 자연스럽게 더 많은 이면체 효과를 만들어 내기 때문이다.이로 인해 필요한 이면체 효과의 양을 얻기 위해 필요한 이면체 각도가 줄어듭니다.

일반적인 혼동

이면체 효과는 단순히 사이드 슬립에 의한 롤링 모멘트로 정의되며 다른 것은 없습니다.사이드 슬립과 관련된 다른 것으로 인해 발생하는 롤링 모멘트는 다른 이름이 있습니다.

이면체 효과는 요 레이트나 사이드 슬립 변화 레이트에 의해 발생하지 않습니다.조종사들이 "루더를 적용하면" 이면체 효과가 눈에 띄기 때문에, 많은 조종사들과 다른 근접 전문가들은 회전 모멘트는 한쪽 날개가 공중에서 더 빠르게 움직이고 한쪽 날개가 덜 빠르게 움직이기 때문에 일어난다고 설명한다.사실, 이것들은 실제 효과이지만, 그것들은 한쪽으로 가는 것이 아니라 옆으로 미끄러지는 각도에 있기 때문에 생기는 이면체 효과는 아니다.이러한 다른 효과를 "요 레이트에 의한 롤링 모먼트"와 "사이드 슬립 레이트에 의한 롤링 모먼트"라고 합니다.

이면체 효과는 그 자체로는 롤 안정성이 아니다.롤 안정성은 덜 모호하게 "나선형 모드 안정성"이라고 불리며, 이면체 효과는 롤 안정성에 기여하는 요인이다.

이면체 각도가 이면체 효과를 생성하고 나선 모드를 안정화하는 방법

이면각은 항공기의 전체 이면각 효과에 기여한다.그 결과, 이면체 효과는 나선 모드의 안정성에 기여합니다.안정적인 나선 모드는 날개 각도가 ^{[note 4]}오프레벨이 되도록 교란될 때 최종적으로 항공기가 명목상 "날개 레벨" 뱅크 각도로 돌아가게 한다.

교란으로 인해 항공기가 그림 1과 같이 정상적인 날개 높이 위치에서 벗어나게 되면 항공기는 하단 ^[3]날개 쪽으로 다소 옆으로 이동하기 시작한다.그림 2에서, 비행기의 기둥이 원래 방향을 가리키고 있는 동안 비행기의 비행 경로가 왼쪽으로 이동하기 시작했습니다.이것은 다가오는 공기가 코의 왼쪽에서 약간 도착하고 있다는 것을 의미합니다.이제 비행기는 뱅크 각도 외에 사이드 슬립 각도도 갖게 되었다.그림 2는 비행기가 마주 오는 공기에 모습을 드러내는 모습을 보여줍니다.

측면 슬립에서 굴림 모멘트를 생성하는 방법(이면체 효과)

그림 2에서 측면 슬립 조건은 전방 날개에서 더 큰 공격 각도와 후방 날개에서 더 작은 공격 각도를 생성한다.측면 슬립에 의한 이러한 공격 각도 변화는 그림 2에서 볼 수 있다.공격 각도가 클수록 더 많은 양력이 발생한다(일반적인 경우, 날개가 멈춤 근처에 있지 않을 때), 전방 날개는 더 많은 양력을 갖게 되고 후방 날개는 더 적은 양력을 갖게 된다.이 날개 사이의 양력 차이는 회전하는 순간이며, 옆구리에 의해 발생합니다.이는 항공기의 전체 이면체 효과에 기여한다.

이면체 효과가 나선 모드를 안정화하는 방법

사이드 슬립("P"로 표기됨)에 의해 발생하는 롤링 모멘트는 항공기를 날개 높이로 되돌리는 경향이 있다.더 많은 이면체 효과는 날개를 더 강하게 "평준화" 방향으로 굴리려고 하고 덜 강한 이면체 효과는 덜 "평준화" 방향으로 굴리려고 시도합니다.이면체 효과는 쌓이는 사이드 슬립의 양에 비례하여 날개를 수평으로 굴리는 경향이 있어 스파이럴 모드를 안정시키는 데 도움이 됩니다.그러나 그것은 전체 그림이 아니다.옆으로 미끄러지는 각도가 커지는 동시에 수직 지느러미는 코를 바람으로 되돌리려고 합니다. 풍향병처럼요. 옆으로 미끄러지는 양을 최소화합니다.사이드 슬립이 없으면 롤링 모멘트를 복원할 수 없습니다.사이드 슬립이 적으면 복원 롤링 모멘트가 줄어듭니다.수직핀에 의해 생기는 요 안정성은 사이드슬립을 제한함으로써 날개를 수평으로 굴리는 이면체 효과의 경향에 반한다.

스파이럴 모드는 천천히 이탈하는 경향 또는 천천히 날개 높이로 돌아가는 경향입니다.나선 모드가 안정되면 항공기는 천천히 날개 높이로 돌아오고, 불안정하면 항공기는 천천히 날개 높이에서 분리된다.이면체 효과와 요 안정성은 나선 모드의 안정성에 영향을 미치는 두 가지 주요 요인이지만, 나선 모드의 안정성에 영향을 덜 미치는 다른 요인도 있습니다.

이면체 효과에 기여하는 기타 요인

이면각 이외의 설계 요소도 이면각 효과에 기여합니다.각각은 전체 항공기 이면체 효과를 크든 작든 증가 또는 감소시킨다.

스위프백

윙 스위프백은 또한 이면체 효과를 증가시킵니다.이는 스위프 각도가 높은 항공기뿐만 아니라 일부 여객기, 심지어 Bu-134와 Tu-154와 같은 저익 항공기에서조차 입체적인 구성이 필요한 이유 중 하나이며, Buker Flugzeugbau, Buker Jungmann 2인승 트레이너 및 더 유명한 Buker Jungmeistericter의 작은 독일 1930-1945 복엽기, Buker Flugzeugzeugzeuggbau, Bukmeukmeukmekbau, Bistericter의 소형 비행기도 있다.날개 스위프백의 약 11° ving은 두 설계 모두 이면체의 소량을 넘어 어느 정도의 이면체 효과를 제공한다.

질량 중심 수직 위치

질량 중심은 보통 무게 중심 또는 "CG"라고 불리며 항공기의 균형점이다.이 지점에 매달려 회전을 허용하면 차체(항공기)의 균형이 잡힌다.CG의 전면에서 후면 위치는 항공기의 일반적인 안정성에 일차적으로 중요하지만 수직 위치도 중요한 영향을 미친다.

CG의 수직 위치는 이면체 효과의 양을 변경합니다."수직 CG"가 아래로 이동함에 따라 이면체 효과가 증가합니다.이는 리프트와 드래그 중심이 CG보다 더 위에 있고 모멘트 암이 더 길기 때문에 발생합니다.따라서 측면 미끄러짐이 변화함에 따라 변화하는 동일한 힘(주로 측면 힘, 그러나 들어올리고 끌기)은 항공기의 CG에 대해 더 큰 순간을 만들어낸다.이것을 진자 효과라고 ^{[note 5]}부르기도 한다.

수직 CG가 이면체 효과에 미치는 영향의 극단적인 예는 패러글라이더이다.매우 낮은 수직 CG에 의해 만들어진 이면체 효과는 반드시 강하게 하향 곡선을 그리는 날개의 강한 사면체에^{[note 6]} 의해 만들어진 부정적인 이면체 효과보다 더 많이 보상한다.

너무 많은 이면체 효과

과도한 이면각으로 인해 발생하는 너무 많은 이면체 효과의 부작용은 요 롤 커플링(항공기의 네덜란드 롤링 경향)일 수 있다.이는 경험하기에 불쾌할 수 있으며, 극단적인 상황에서는 통제력 상실로 이어지거나 항공기에 과도한 스트레스를 줄 수 있다.

사면체 및 다면체

사면체

군용 전투기는 종종 거의 0에 가깝거나 심지어 사면각으로 인해 이면체 효과가 감소하여 나선 모드의 안정성을 감소시킨다.이것은 전투기형 항공기에서 바람직한 기동성을 증가시킨다.

매우 큰 안토노프 An-124와 록히드 C-5 갤럭시 화물기와 같은 높은 장착 날개를 가진 항공기에서도 사면체 각도가 보인다.이러한 설계에서 높은 장착 날개는 진자 효과(용골 효과라고도 함)로 인한 추가적인 이면체 효과를 제공하는 항공기 무게 중심 위에 있으므로 종종 추가적인 이면체 각도가 필요하지 않다.이러한 설계는 과도한 이면체 효과를 가질 수 있으며, 따라서 나선형 모드에서 지나치게 안정적이기 때문에 비행기의 이면체 효과를 상쇄하기 위해 날개의 이면체 각도가 추가된다.

다면체

대부분의 항공기는 단순한 이면체(또는 사면체)가 있는 평면 날개로 설계되었다.Beriev Be-12와 같은 일부 구형 항공기는 ^{[citation needed]}뿌리 근처에서 갈매기 날개가 구부러지도록 설계되었다.Vougt F4U Corsair와 같은 다른 기종은 역갈매기 날개 디자인을 사용했는데, 이를 통해 대형 프로펠러와 외부 연료 탱크나 폭탄과 같은 외부 탑재물의 착륙 스트럿을 줄이고 지상 공간을 추가로 확보할 수 있었다.현대의 다면체 날개 디자인은 일반적으로 날개 끝 부근에서 위로 구부러지며(팁 이면체라고도 함), 날개가 루트에서 만나는 각도를 증가시키지 않고 이면체 효과를 증가시키며, 이는 다른 설계 기준을 충족하도록 제한될 수 있다.

다면체는 글라이더와 다른 항공기에서 볼 수 있다.맥도넬 더글러스 F-4 팬텀 II는 이면체 날개끝을 가진 제트 전투기들 사이에서 독특한 예다.이는 평평한 날개 달린 프로토타입의 비행 테스트에서 예상치 못한 나선형 모드의 불안정성을 보정할 필요성을 보여준 후 추가되었다. 즉, 날개 끝의 앵글링은 이미 운반선 운영을 위해 접도록 설계된 것이 ^[4]날개 전체를 재설계하는 것보다 더 실용적인 해결책이었다.

레퍼런스

각주

메모들

외부 링크

• http://www.aeroexperiments.org/washoutbillow.shtml
• 울프람 시연 프로젝트의 이면체 효과 시연
• Real Engineering YouTube 채널 동영상 설명