목차서론- 공력이란?본론1. 공력 발생의 원리1) 베르누이의 원리2) 에어포일3) 에어포일 주위의 유동2. 날개에 작용하는 공력1) 와류2) 유도항력결론참고 자료 및 문헌서론공력이란?공력(공기력)이란 단순하게 말하면 양력과 항력을 의미한다.항공기에 엔진이 작동하면 동체에 추력이 발생하고, 추력에 의해 항공기가 공기 속을 비행하면 공기저항인 항력이 발생한다. 항력은 비행기가 앞으로 나아가는 데 방해가 되는 힘을 말하며, 추력과 균형을 이루면 일정한 속도로 비행할 수 있다.비행기가 추력을 받아 가속되면 속력의 제곱에 비례해 양력이 중력의 반대 방향으로 증가한다. 양력은 중력의 반대 방향으로 비행 방향에 수직으로 작용하는 힘이며, 양력이 중력보다 크게 발생할 경우 항공기는 위로 뜨게 된다.이와 같이 비행기에 작용하는 네 가지 힘 중 양력과 항력은 공기 중을 비행하는 속도와 자세에 따라 발생하기 때문에 공기역학적인 힘인 공력이라고 부르며 이 힘들의 원리를 이해함으로써 비행원리를 알 수 있다.본론1.공력 발생의 원리1) 베르누이의 원리공력의 발생 원리를 알기 전 공력을 계산하고 그 특성을 파악할 때 비행기 주위의 공기흐름, 즉 유동에 대해 물리적 보존법칙을 근거로 한 수학적 지배방정식을 알아야 한다.공기흐름의 수학적 지배방정식은 다음과 같다.- 질량보존을 의미하는 연속 방정식- 뉴턴의 제2법칙을 나타낸 운동량 방정식- 열역학 제 1법칙을 의미하는 에너지 방정식- 이상기체의 상태방정식으로 구성된다.이와 같은 복잡한 편미분 방정식을 풀어 압력, 속도, 밀도, 온도 등을 구하고, 그 결과로서 양력과 항력을 구할 수 있게 된다.특정 속력 이상 또는 속도의 급격한 변화로 유체의 흐름이 불규칙해지는 난류 흐름과 공기의 점성에 의해 흐름 속력이 지연되는 경계층 내의 흐름을 제외한 정상흐름과 비압축성 흐름을 간단하게 설명할 수 있는 베르누이의 원리와 뉴턴의 법칙이 있다.베르누이의 원리는 유선(流線)을 따라 흐르는 유체에만 적용되는 유체의 압력과 속력에 관한 식이다. 물체 주위의 유선을 따라 일정하게 흐르는 유체 질량(m)이 가지는 총 에너지는 일정하고, 세 가지 종류로 구분된다. 즉 질량(m)이 움직이는 운동에너지(½mV²), 체적(v)이 받는 압력에너지(Pv), 그리고 흐르는 고도(h)에서 중력(g)을 받는 위치에너지(mgh)이다.이를 식으로 나타내면,{1} over {2}mV``²+Pv+mgh=일정각 항을 체적(v)으로 나누고, 단위 체적당 질량을 밀도(p={m} over {υ})로 나타내면{1} over {2}pV``²+P+pgh=일정으로 나타나게 된다.그러나 공기는 물에 비해 밀도가 훨씬 낮아서 중력에 의한 위치에너지 항은 무시할 만큼 적으므로 다음과 같이 쓸 수 있다.P+ {1} over {2} pV``²=일정여기서P는 정압(靜壓)이고{1} over {2}pV``²`은 흐르는 공기가 갖는 동압(動壓)이며 이 둘의 합을 전압(全壓) 또는 정체압력이라고 한다. 이러한 관계를 베르누이 방정식이라 부르고『저속의 공기흐름에서는 동압과 정압의 합은 일정하며 전압과 같다』는 것을 의미한다.공기의 흐름이 빨라지면 동압은 커지고 정압은 작아지며, 반대로 흐름 속력이 느려지면동압이 감소하고 정압이 커지지만 두 압력의 합인 전압은 항상 일정하다. 따라서 베르누이 방정식은 물체 주위를 흐르는 유체의 속력과 압력의 관계를 나타낸 식으로 비행기 날개 윗면의 공기흐름의 속력이 빠르면 압력이 낮아지고 이 압력차이가 양력을 발생시켜 비행기를 뜨게 한다고 설명할 수 있다.2) 에어포일비행기의 날개는 양력을 발생시켜 비행기를 공중에 떠오르게 하는 역할을 한다. 비행기의 날개를 수직으로 자른 단면을 에어포일이라고 한다. 날개는 유선형 모양이어서 공기 중을 운동할 때 큰 양력과 작은 항력을 발생시키게 된다. 에어포일의 형상은 비행기의 날개뿐 아니라 헬리콥터 회전날개의 단면이나 프로펠러 깃의 단면, 엔진 압축기나 터빈 깃의 단면 등 매우 다양하게 활용되고 있다.3) 에어포일 주위의 유동위 그림은 비행 중 날개에 닿는 공기의 흐름을 나타낸 그림이다. 날개의 먼 상류에서 공기는 같은 크기의 속력(V _{INF })을 가지고 압력은 대기압과 같은 압력(P _{INF })으로 에어포일에 접근하여 에어포일의 앞전에 부딪힌 후, 날개의 위아래로 나뉘어 흐르게 된다.날개도 하나의 유선(流線)으로 볼 수 있고, 이 유선은 날개의 앞전에서 둘로 나뉘어 날개의 위아래 표면을 이루고 뒷전에서 다시 하나로 만나 하류로 이어지게 된다. 이 유선을 분리유선이라고 하며, 에어포일 앞전과 분리유선이 만나는 점은 공기가 에어포일에 부딪혀 속력이 0이 되는 점으로 정체점이라고 한다. 분리유선을 따라 에어포일의 앞전에 다가올수록 공기의 속력(V)은 감소하고 베르누이 이론에 의하여 압력(P)은 증가하며 앞전 정체점에서 속력은 0이 되고 이때의 압력은 전압과 같다.정체점 이후 공기흐름은 날개의 곡면을 따라 흐르게 되는데, 이때 에어포일의 앞전에서는 아랫면보다 윗면의 곡률이 더 크기 때문에, 윗면 흐름은 가속돼 속력은 아랫면보다 훨씬 더 빠르고 압력은 더 낮게 된다. 앞전을 지난 흐름의 속력은 계속 증가해 최대 두께 위치 근처에서 최대속력과 최저압력을 나타내고 서서히 감속되며, 아랫면은 상대적으로 평평하여 압력의 변화가 작다. 결론적으로 에어포일의 모양과 자세의 따라 위아래 압력의 차이가 발생하고 이 압력 차이만큼 양력이 발생하게 된다.에어포일 표면에서 속력 차로 인한 압력의 변화를 알기 위해 어떤 지점의 압력과 대기압의 차를 동압으로 나눈 압력계수를 사용한다. 압력계수 정의에 베르누이 방정식을 적용하면Cp= {P-P INF } over {{1} over {2} pV pile{`²#INF }} `=`1- {V``²} over {V pile{`²#∞}}와 같이 나타낼 수 있다. 이때P와V는 에어포일 주위에서의 정압과 속력이다.양력을 발생시키는 다른 요인은 받음각이 있는데 그 설명은 다음과 같다.에어포일의 받음각은 위 그림과 같이 비행기가 진행하는 반대방향인 공기흐름의 속도방향과 같이 에어포일의 시위선이 이루는 사이 각을 말한다. 이 받음각은 양력 발생에 가장 큰 영향을 미친다.2. 날개에 작용하는 공력1) 와류날개 윗면의 공기 속력은 아랫면에 비해서 빠르므로 압력은 날개 아랫면이 윗면에 비해서 높다. 이 차이가 양력을 만드는 근원이지만 공기는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하려는 성질이 있다. 이때문에 날개 끝에서는 밑면으로부터 윗면으로 휘감아지는 소용돌이인 와류가 발생하며, 이 와류는 비행기의 하류로 이어져 압력 차이를 그대로 유지할 수 없다. 이처럼 날개 끝에서 발생한 흐름 모양을 날개 끝 와류라 하며 날개 주위의 공기 흐름에 큰 영향을 준다.
