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양력 및 항력의 종류와 특성에 대하여 설명하시오.

제( 2 )학기 과제물교과목명항공역학 R1제 목양력 및 항력의 종류와 특성에 대하여 설명하시오.목 차■ 서 론 ·················································· 3■ 본 론 ·················································· 3가. 양력31. 압력특성에 의한 양력32. 순환특성에 의한 양력43. 운동량 특성에 의한 양력6나. 항력71. 형상항력72. 유도항력73. 조파항력74. 전항력7■ 결 론 ·················································· 8■ 참고자료 ·················································· 8■ 서 론항공기가 비행중일 때 받는 외력으로 양력, 항력, 추력, 중력으로 분류된다. 이 중 비행기 날개를 공중에 띄울 수 있는 힘을 주는 양력과, 항공기가 앞으로 나아가는 힘인 추력의 반대로 작용하는 항력에 대해서 여태까지 깊게 생각 해본적은 없었다. 분명히 양력이 무엇인지 항력이 무엇인지 안다고 생각 했지만 좀 더 세분화해서 깊게 공부한 후 누군가에게 설명하고 이해시키고 싶은 마음이 들었다. 양력과 항력의 겉면 보다는 종류와 특성에 대해 정확히 이해 해보는 건 어떨까? 이번의 계기로 양력과 항력의 종류와 특성에 대해 자세히 알아보고 조사해보자. 날개 단면이 유체 속을 진행하게 되면 진행 방향의 수직 방향으로 힘을 받는데, 이를 양력이라고 한다. 반면에 항력은 물체에 작용하는 힘의 유동방향 성분이다.■ 본 론가. 양력먼저 양력은 공기 중을 비행하는 항공기의 날개 특성으로서 매우 중요하며 항공기를 띄우는 힘의 역할을 한다. 항공기 날개의 양력은 아음속이나 초음속에서 특별히 다를 것이 없지만, 공기의 압축성과 관련된 마하수의 영향을 받는다. 양력을 이해하려면 에너지 보존의 개념과 운동량 보존의 개념 등으로 구분할 수 있지만, 압력에너지와 운동에너지의 관계를 나타내는 베르누이의 관계식으로부터 압력 특성에 의 한 양력을 알아보고, 비회전 유동의 관계식으로부터 순환유동 특성에 의한 양력을 이해하면, 그리고 운동량 보존의 법칙으로부터 운동량 특성에 의한 양력을 설명하고자 한다.1. 압력 특성에 의한 양력일반적인 관점으로서 양력은 날개 단면 위, 아랫면의 압력 차이에 의해 항공기 날개의 진행 방향에 대해 수직으로 발생하는 힘으로 볼 수 있다. 베르누이의 방정식에서 정압(압력에너지)과 동압(운동에너지)의 합은 일정(전압, 전체에너지)하다는 원리다. 만약 항공기 날개단면 윗면에 흐르는 공기 속도가 빠르고 날개단면 아랫면의 공기 속도가 느리면 베르누이 방정식에 의해 날개단면 윗면의 압력은 낮아지고, 날개단면 아랫면의 압력은 높아진다. 따라서 이와 같은 날개단면 위, 아랫면의 압력 차이에 날개 면적을 곱하면 이 힘이 비행 방향의 수직 방향으로 작용하는 양력이 되는 것이다.2. 순환 특성에 의한 양력우리가 일반적으로 알고있는 양력의 원리는 베르누이 방정식으로 많이 이해하고 있지만, 베르누이 방정식으로는 대칭에어포일에서 양력이 발생하는 것이나 배면비행이 가능한 이유를 설명 할 수 없다. 그래서 쿠타와 주코프스키라는 사람이 고안해낸 이론이 코타 주코프스키 양력이론 이다.순환유동 특성에 의한 양력을 이해하기 위해서는 코타 주코프스키의 개념으로부터 양력을 이해하는 것이며, 이는 마그너스 효과를 나타내는 코타 조건으로 결론을 맺을 수 있다.1) 쿠타 주코프스키의 개념순환 자체만으로는 어떠한 방향으로도 양력을 발생시키지 않지만 직선유동과 조합될 경우는 양력을 발생시킨다.직선 유동속에 놓인 날개단면 주위에 순환이 존재할 때 날개단면에 있어서 윗면은 유입되는 자유흐름속도와 같은 방향의 순환속도성분이 결합하여 합성속도가 증가하는 반면에, 아랫면은 유입되는 자유흐름속도와 반대 방향의 순환 속도성분이 결합하므로 합성속도가 감소된다. 한편, 순환의 수평 속도성분은 앞전으로부터 뒷전으로 돌아가는 원주의 위치에 따라 다르다.2) 마그너스 효과에어포일 주변의 공기는 위아래의 속도가 다르다. 이러한 공기의 흐름속도는 공기의 원래 속도와 에어포일 내부에 있다고 가정된 와류에 의해 유도된 속도의 합으로 나타낼 수 있다는 것으로 쿠타 주코프스키의 이론의 대표적인 예로 마그너스 효과가 있다.원형 단면 주위에 생긴 순환이 직선유동과 조합될 경우에는 양력이 발생 된다. 이 현상을 마그너스 효과라 하며, 야구에서 곡구가 생기게 되는 원인이다. 이러한 양력이 발생되는 원인은 직선유동과 회전에 의해 발생한 순환유동이 결합되면 유체유동의 속도를 증가, 감소시키기 때문이다. 직선유동과 순환유동이 동일한 방향이면 고속 흐름이 생기게 되고, 서로 다른 방향이면 저속흐름이 생기게 된다. 베르누이의 정리에 의하면 압력의 차이가 발생하게 되며 이러한 현상을 마그너스 효과라고 한다.3) kutta condition정지해 있는 날개 단면에 공기가 흘러 들어오기 시작하면, 길이가 긴 날개단면의 윗면으로 흘러오는 공기보다 길이가 짧은 날개단면의 아랫면으로 흘러오는 공기가 더 빨리 뒷전에 도달하게 된다. 그렇게 되면 날개 뒷전에서는 날개단면 아랫면의 공기가 날개단면 윗면으로 휘돌아 올라오는 와동이 형성되게 된다. 그리고 뒤늦게 밀려오는 날개단면 윗면의 공기유동이 이 와동을 뒤쪽으로 밀어내게 된다. 이 와동은 날개 뒷전으로부터 밀려나는 와동의 형태를 갖추는데, 이것을 초기와동이라 한다. 초기와동의 반작용에 의해 날개를 전체 적으로 감싸 도는 속박와동이 발생한다.지금까지 제시한 쿠타 주코프스키의 관점으로 볼 때, 속박와동에 의해 발생과 순환유동과 직선유동이 조합되어 마그너스 효과에 의해 날개단면에는 양력이 발생된다고 볼 수 있다.실제로는 비행하는 날개단면에서는 위에서 설명한 속박와동과 초기와동이 유동으로서 존재하는 것이 아니라 회전하는 와동에너지로 존재한다고 보는 것이 타당하다. 그 에너지에 의해 양력이 발생하고, 그 결과로 3차원 유한날개의 경우, 날개 끝에 날개 끝 와동이 생기는데, 날개 끝 와동으로 실제적인 유동으로 볼 수 있다.3. 운동량 특성에 의한 양력운동량 특성에 의한 양력이란 항공기 날개가 비행 중에 공기에 대해 수직 방향으로 운동량의 변화를 줌으로써 그 결과로 양력을 발생시킨다는 개념이다. 즉 날개가 흐르는 유동에 에너지를 주어 유동을 아래 방향으로 밀어냄으로써 그 반작용력으로 양력을 얻는다는 개념이다.위의 그림을 보면 유한날개(3차원 날개)에서는 날개 위, 아랫면의 압력 차이에 의해 날개 끝에서 날개 끝 와동이 발생하고 그 성분 중에 날개의 폭 범위 내에 작용하는 수직속도 성분은 아래쪽을 향하므로 이를 내리흐름 또는 하향흐름(Down wash)이라 한다. 유한 날개에서 발생하는 내리흐름은 날개에 발생하는 양력의 반작용으로 발생하는 공기의 수직 유동현상이며, 항공기 날개와 공기입자 간의 수직 방향의 운동량 교환을 나타낸다. 항공기가 지나간 지점의 수직 방향의 공기에 대한 운동량은 시간이 지남에 따라 공기의 저항 때문에 소멸된다.날개 주위의 압력분포와 수직속도분포에 대해 베르누이 방정식을 적용하면 양력을 식으로 표현할 수 있다. 이러한 개념이 운동량 법칙에 의한 양력을 설명하는 것이다.나. 항력항력은 물체에 작용하는 힘의 유동방향 성분이다. 유동 속에 놓인 물체의 항력을 유발하는 요인은 여러 가지이지만 대체적으로 압력과 표면 마찰력이 주요 원인이다. 물체가 받는 항력으로는 압력항력과 표면마찰항력이 있는데, 이를 합쳐서 형상항력이라고 한다. 그리고 유도항력은 양력이 발생됨에 따라 필수 불가결하게 발생하는 항력이며, 조파항력은 천음속 이상의 속도로 비행할 때 날개에 발생하는 충격파에 의해 발생하는 항력이다. 전항력은 항공기에 발생하는 모든 항력을 말하며, 유도항력을 제외한 모든 항력을 유해항력이라고 한다.1. 형상항력형상항력은 물체의 모양에 따라서 다른 값을 가지는 항력으로, 공기가 점성을 가지기 때문에 발생되는 항력이다. 날개에서의 형상 항력은 날개 표면에서 발생되는 마찰 항력과 날개골이 가지는 두께에 의한 압력 항력의 합으로 나타낸다. 공기가 점성을 가지기 때문에 생기는 표면 마찰 항력과 압력 항력이며, 날개골의 형태에 따라 다른 값을 가지는 항력이 되기 때문에 형상 항력이라 부른다. 날개에 작용하는 전 항력 계수는 형상 항력 계수와 유도항력 계수와의 합으로 표시된다.형상 항력은 날개 표면의 마찰 항력과 날개골이 두께를 가지기 때문에 생기는 압력 항력으로 구분된다.2. 유도항력항공기의 날개가 유한날개가 되는 경우에는 새로운 형태의 공기 유동이 날개 주위에 형성된다. 날개 위, 아랫면의 압력 차이에 의해 날개 끝에서는 날개 끝 와동이 발생한다. 항공기 날개 주위에는 직선유동 이외에 와동에너지의 특성으로서 속박와동과 수반와동 및 초기와동과 같은 와동 체계를 구성하는데, 그중에서 날개 끝 와동은 실제의 와동 유동 형태로 관찰된다. 날개 끝 와동은 날개 뒷면의 공기를 아래로 끌어내리지만 이러한 영향은 날개 뒤쪽의 공기에만 영향을 미치는 것만이 아니라 날개 앞쪽에서 접근하는 공기에 대해서도 영향을 미치며, 날개 스팬 전체에 걸쳐 영향을 미치므로 날개 뒤쪽의 공기를 아래 방향으로 밀어내는데 이 흐름을 내리흐름(down wash)이라고 한다.

공학/기술| 2019.08.17| 8페이지| 1,000원| 조회(368)

복합재료, 항공역학, 유압, 공기조화장치, 항공재료, 항공정비, 고양력장치, 고항력장..

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복합재료의 특징과 종류, 항공기에 적용되는 사례에 대해 조사하시오. 평가A+최고예요

제( 2 )학기 과제물교과목명항공기 기체 II R1제 목복합재료의 특징과 종류, 항공기에 적용되는 사례에 대해 조사하시오목 차■ 서 론 ················································ 3■ 본 론 ················································ 31) 복합재료의 구성 31-1 강화재31-2 모재51-3 혼합 복합 소재52) 복합소재의 장점63) 항공기에 복합재료가 사용되는 이유 64) 항공기에 사용되는 복합재 CFRP7■ 결 론 ················································ 8■ 참고자료 ················································ 9■ 서 론세계 각지에서 각자의 삶의 질이 점차 높아지면서 가격이 비싸더라도 성능이 좋고 가볍고 강하며 내열성, 내식성이 강한 재료를 사용한 제품이나 기계에 관심이 높아졌다. 그에 적합한 재료로 복합 재료가 있다. 복합재료란 두 개 이상의 서로 다른 재료를 결합하여 각각의 재료보다 더 우수한 기계적 성질을 갖도록 만든 재료로, 일반적으로 모재로 쓰이는 소재(열경화성 플라스틱)에 강화재로 쓰이는 소재(유리섬유, 보론, 아라미드, 탄소 섬유 등)을 혼합하여 만들어진다. 고급 자동차, KTX, 골프채, 배드민턴채, 노트북 구조, 건물 건축, 우주선, 항공기 등 많은 분야에 사용되지만 미래에 항공정비사가 될 나는 복합재료의 종류와 항공기에 왜 사용이 되는지 각 부재에 어떻게 사용되는지에 대해 각종 도서 서적이나 교과서, 인터넷 등을 활용해서 알아볼 것이다.■ 본 론1) 복합재료의 구성복합재료는 하중을 주로 담당하는 고체형태인 강화재(Reinforcing Material)와 이들을 결합시키는 액체 형태인 모재(Matrix)로 구성된다. 복합소재에 사용되는 강화재와 모재의 종류는 매우 다양하다. 근래에 와서 항공기 연료비 절감과 성능 향상을 위해 기체구조물의 높은 강도와 경량화가 요볍고 강도가 높은, 여러 종류의 새로운 복합소재들이 개발되고 있다. 이들 다양한 복합소재는 헬리콥터, 전투기 및 대형 민간 여객기에 널리 사용되고 있으며, 그 사용 범위와 사용량도 더욱 더 증가하고 있다.강화재와 모재를 세부적으로 알아보고 각각의 특징과 항공기에 쓰이는 부분에 대해서 알아보았다.1-1 강화재항공기 부품제작에 사용되는 복합재료 (Composite Materials)에는 주로 섬유형태의 강화재가 사용되며 강화재에는 유리 섬유(fiber glass), 탄소(carbon/graphite)섬유, 아라미드(aramid) 섬유, 보론(boron) 섬유 및 세라믹(ceramic) 섬유 등이 있다. 이들은 서로 조합하여 사용하는 복합형태(Hybrid)가 있고, 특별한 형태의 천으로 짤 수도 (Fiber Science)있고, 견고한 형태로 결합(Sandwich Structure)하거나 다양한 모재와 단순하게 결합시킬 수도 있다. 독특한 복합소재의 결합은 특수한 장점을 얻을 수 있다.가. 유리섬유 : 이산화규소의 가는 가닥으로 만들어진 섬유로서, 이산화규소가 사면체 형태로 구성된 섬유이다. 내열성과 내화학성이 우수하고 값이 저렴하여 가장 많이 사용 되고 있다. 기계적 강도가 낮아 2차 구조물에 사용된다.유리섬유는 특성에 따라 몇 가지 형태로 구분할 수 있다.E-글라스 : 붕규산 유리로 만든 강화 섬유로 전기 전열성이 뛰어나고 내수성, 내산성 등 화학적 내구성이 좋으며, 열팽창률이 작은 것이 특징이다. 복합재료의 천소재 대부분이 E-글라스에 해당하며 유리 섬유의 대부분도 여기에 속한다.S-글라스 : 규산염 유리로 만든 높은 인장강도의 유리 섬유이다. E-글라스 보다 인장강도가 33%더 크며, 탄성계수는 20%가 더 크다. 무게에 대한 강도비가 커서 항공기에 많이 사용된다.D-글라스 : 개량된 유전체 유리로서 전자적인 성능이 우수하다. 기계적인 특성이 다른 섬유에 비해 떨어지지만 낮은 유전율과 저 밀도의 특성으로 항공기의 레이돔 제작에 사용되기도 한다.유리섬유는 천 는 흰색 천으로 구분할 수 있으며, 유리 섬유는 가격이 저렴하고, 금속보다 무게가 가볍고, 제조과정이 단순하며, 높은 강도 및 접창성이 우수한 반면에 금속에 비해 낮은 강성(Stiffness)을 지닌다.※유리섬유는 기체구조에 부착되는 벌집 구조부 알루미늄 코어의 손상 시 대체용으로 주로 쓰이기도 한다.나. 탄소 섬유 : 열팽창 계수가 작기 때문에 사용온도의 변동이 크더라도 치수 안정성이 우수하다. 강도와 강성이 날개와 동체 등과 같은 1차 구조부의 제작에 쓰인다. 아라미드 섬유보다는 인장강도가 적지만 압축강도는 훨씬 크다. 그러나 취성이 크고 가격이 비싼 단점을 가지고 있다. 탄소 섬유가 알루미늄과 직접 접촉되면 이질 금속과 같이 부식이 발생하기 때문에 탄소 섬유와 알루미늄 사이에 유리섬유를 한 겹 끼워 넣고, 알루미늄은 양극 산화처리 등과 같은 부식방지 처리를 하여야 한다. 탄소 섬유는 오늘날의 첨단 복합재료중의 하나이다.다. 아라미드 섬유 : 케블라라고도 하며 가볍고 인장강도가 크며 유연성이 크다. 알루미늄 합금(7575-T6)보다 인장강도가 4배 높으며, 밀도는 1/2정도로 높은 응력과 진동을 받는 항공기 부품에 가장 이상적이다. 특히 충격과 마모에 강하다. 그러나 온도 변화에 대한 변형과 수분 흡수성이 있기 때문에 사용 중에 문제를 일으킬 수 있고, 압축과 전단에 취약하며, 접착성이 좋지 못하고 절단에 어려움이 있다.주로 경항공기나 헬리콥터에 많이 사용되어 왔으나, 최근에는 대형민간 항공기의 2차 구조물의 재료에 많이 사용된다.라. 보론 섬유 : 뛰어난 압축강도와 경도를 가지며 열팽창률이 크고 금속과의 점착성이 좋다. 작업할 때 위험성이 있고 값이 비싸기 때문에 민간 항공기에는 잘 사용하지 않으며, 일부 전투기에 사용되고 있으나 점차 줄어들고 있다.마. 세라믹 섬유 : 1200℃에 도달할 때까지 강도와 유연성을 유지하며 높은 온도의 적용이 요구되는 곳에 사용된다. 내열성이 크고 열의 분산이 빠르게 일어난다.주로 금속 모재와 함께 사용된다.1-2 모재강화압축하중을 담당하고, 습기가 화학물질로부터 강화재를 보호한다. 섬유를 완전히 둘러싸서 섬유에 강도를 줄 뿐만 아니라 섬유에 응력을 전달한다. 첨단 복합소재는 다양한 제조기술, 새로운 보강용 직물과 모재 형태를 사용하여 만든 복합소재이다.가. 유리 섬유 보강 플라스틱(fiber glass reinforced plastic : FRP) : 항공기의 1차구조재에 필요한 충분한 강도를 가지지 못하고, 취성이 강해 유리 섬유와 함께 2차구조재 제작에 사용되었다.나. 섬유 보강 금속(fiber reinforced metallics : FRM) : 가볍고 인장강도가 큰 것을 요구할 때는 알루미늄, 티탄, 마그네슘과 같은 저밀도 금속을 사용하고, 내열성을 고려할 때는 철이나 구리계의 금속을 사용한다.다. 섬유 보강 세라믹(fiber glass reinforced ceramic : FRC) : 내열합금도 견디지 못 하는 1000℃ 이상의 높은 온도에 내열성이 있다.1-3 혼합 복합 소재가. 인트라플라이 복합재(Intra-ply Hybrid) : 천을 생산하기 위해 2개 혹은 그 이상의 보강재를 함께 사용하는 방법이다. 최종적인 구조의 강도는 사용된 각 섬유의 비율에 의해 결정된다.나. 인터플라이 혼합재(Inter-ply hybrid) : 두 겹 혹은 그 이상의 보강재를 사용하여 서로 겹겹이 덧붙인 형태이다. 각 겹은 다른 재질이고, 한 방향 혹은 두 방향의 직물을 사용한다.다. 선택적 배치(selective placement) : 섬유를 큰 강도, 유연성, 비용절감 등을 위해 선택적으로 배치하는 방법이다. 카본/그라파이트는 견고성이 필요한 곳에, 그리고 구조의 가격을 줄이기 위해서 화이버글래스를 섞어서 사용한다.2) 복합소재의 장점? 무게당 강도 비율이 높고 알루미늄을 복합재료로 대체하면 약 30% 이상의 인장, 압축 강도가 증가하고, 약 20% 이상의 무게 경감 효과가 있다.① 복잡한 형태나 공기 역학적인 곡선 형태의 제작이 쉽다.② 일부의 부품과 파스너를 사용하지 않아도 이 절감된다.③ 유연성이 크고 진동에 강해서 피로응력의 문제를 해결한다.④ 부식이 되지 않고 마멸이 잘 되지 않는다.3) 항공기에 복합재료가 사용되는 이유항공기에 적용되는 소재는 과거부터 꾸준히 연구되고 진화하고 있습니다. 그 핵심은 무게로, 기체가 무거우면 무거울수록 연료 소모가 많기 때문에 최대한 가벼운 소재를 사용하는 것이다. 비행기의 전체 무게를 줄이면 중력의 영향을 적게 받게 되며, 연료소모량이 줄어들어 연료비를 절감하는 효과를 얻을 수 있습니다. 아울러 이착륙 속도, 거리가 감소되며 비행속도가 빨라지는 등 안전운항에도 큰 도움이 되고 공해물질도 덜 배출하게 됨으로써 환경 보호에도 일조하게 됩니다.또한, 복합재료는 재료의 가격이 비싼 대신에 구조물의 일체성형이 가능하고 조립 공정의 소를 대폭으로 줄일 수 있는 이점이 있다.그렇기 때문에 많은 업체들이 알루미늄보다 가볍지만 강도는 높고 다양한 형태로 변형이 쉬운 새로운 소재인, 복합재료를 개발하여 기체에 적용하고 있다. 연료비 절감을 위해 B737의 경우 복합재 구조물이 전체 항공기 무게에서 차지하는 비중이 5%가량 이었으나 A340의 경우에는 거의 20%에 달하고 B787의 경우는 30% 이상을 복합재로 사용하고 있다. 이처럼 복합재료는 항공기에 유리한 장점을 잘 갖추고 있어 사용이 비약적으로 증가하고 있습니다.4) 항공기에 사용되는 복합재 CFRPCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic, 탄소섬유강화 플라스틱)는 플라스틱의 결점을 보강재인 탄소섬유, 케블러, 유리섬유 등의 재료와 혼합시켜 온도와 압력을 가해 만든 것으로, 강철보다는 강하면서 알루미늄보다는 가벼운 복합재입니다. 복합재의 제조는 탄소섬유와 유리섬유 등의 소재와 접착재료 등을 각도를 달리해 적층하고 공기를 뺀 후(Bagging) 진공상태에서 강하게 압축하고 오토클레이브 안에서 열을 가하는 경화과정을 거쳐 완성되는데요. 이렇게 만들어진 복합재는 강한 강도와 함께 유연한 성질이 생겨 필요한 부분에 맞춰 재단 및 가공해합니다.

공학/기술| 2019.08.17| 9페이지| 1,000원| 조회(513)

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고양력장치와 고항력장치에 대하여 설명하시오.

제( 2 )학기 과제물교과목명항공역학 R2제 목고양력장치와 고항력장치에 대하여 설명하시오.목 차■ 서 론 ·················································· 3■ 본 론 ·················································· 3가. 고양력장치31. 뒷전 플랩32. 앞전 플랩63. 경계층 제어 장치7나. 고항력장치71. air brake72. thrust reverser73. drag chute8■ 결 론 ·················································· 8■ 참고자료 ·················································· 8■ 서 론양력이나 항력을 목적에 따라 변화시키기 위해 날개면이나 동체에 덧붙인 장치를 일반적으로 공력 보조 장치라 한다. 양력을 증가시키는 장치를 고양력 장치라 하는데, 보통 이륙할 때에는 큰 양력을 필요로 하기 때문에 이륙시에 고양력 장치를 많이 사용하고 있다. 이와 다른 장치로서 항력을 크게 하는 장치를 고항력 장치라고 한다. 고항력 장치는 공중에서 사용하는 고항력 장치와 착륙할 때 사용하는 고항력 장치가 있다. 공중에서 급강하하거나 착륙 진입할 때 비행기 속도를 줄이기 위해서 이 장치가 사용되고, 또 착륙 거리를 단축하기 위해서 지상에 바퀴가 접지하는 순간에 고항력 장치가 사용된다. 이런 공력 보조 장치는 이착륙 거리 즉, 활주거리를 크게 단축 시켜주며 비행기에 어떤 원리로 작용 하며 언제 어떻게 쓰일까? 에 대해서 의문을 갖기 시작하면서 고양력 장치와 고항력 장치의 기본적인 이론과 공기력에 미치는 영향을 알아보자.■ 본 론가. 고양력 장치고양력 장치는 날개의 양력을 증가시켜 주는 장치이다. 최근의 항공기들은 고속 성능을 향상시키기 위해서 날개나 기체에 작용하는 항력을 최소로 할 목적으로 날개의 두께와 캠버가 작고, 날개 하중이 큰 날개를 출현시켰다. 이 때문에 저속 성능이나 감속 성능을 나쁘게 하는 결과를 초래 하였다.고속 성능과 저속 성능을 동시에 만족시키기 위해 정상 비행을 할 때에 항력이 작은 날개여야 하고, 저속 비행일 때에는 실속 속도가 작아야 한다. 이러한 목적으로 설계된 장치가 고 양력 장치이다. 실속 속도는 밀도와 날개의 면적 그리고 최대 양력계수에 반비례하기 때문에 고양력 장치를 사용하여 최대양력계수를 크게 하기 위하여 플랩, 슬롯 등이 사용되고, 이것을 고양력 장치라 한다.플랩은 날개의 뒷전(trailing edge)부근 밑으로 구부려서 캠버(camber)를 크게 하고, 또 어떤 플랩은 날개 면적 S도 크게 함으로써 최대 양력을 증가시키는 방법으로, 이 때 항력 계수도 동시에 증가하여 일종을 공기 브레이크(air brake)역할을 해서 착륙 거리를 단축시킬 수 있다. 이들 고양력 장치는 초기에 착륙에만 사용되었으나 최근에는 이륙할 때에도 사용된다. 그러나 이륙시에 플랩이 내려졌을 때 항력 계수의 증가가 크기 때문에 불리하며, 따라서 항력 계수 증가가 적은 플랩이 사용된다. 아래는 플랩의 종류와 각각의 특징에 대한 설명이다.1. 뒷전 플랩비행기 보조조종계통 중에 하나이다. 항공기에 일반적으로 사용되는 고양력장치로써, 날개 뒷전에 위치하여 주어진 받음각에서 양력과 유도항력이 모두 증가되도록 해준다. 최대 양력 계수를 크게 하는 방법으로, 날개 뒷전을 아래로 굽혀 캠버를 증가시키는 장치이다. 이것은 구조 및 형식에 따라 다음과 같은 종류로 분류된다.1) 단순 플랩(Plain Flap)단순 플랩은 뒷전을 단순히 밑으로 굽힌 것으로 소형 저속기에 가장 많이 사용되며 구조가 가장 간단하다. 플랩이 내려가면 에어포일의 캠버가 증가되고 그에 따라 일정한 받음각에서 양력계수가 매우 증가되도록 만든다. 동시에 항력도 매우 증가하여 에어포일의 압력중심이 뒤쪽으로 이동하여 결과적으로 항공기의 노즈가 아래로 내려가는 현상을 발생시킨다. 그래서 큰 각도로 굽히게 되면 흐름의 떨어짐이 생기므로 각도가 제한되어 있다. 따라서, 최대 양력 계수는 그다지 커지지 않는다.2) 슬플릿 플랩(Split Flap)날개 뒷전 밑면의 일부를 내림으로써 날개 윗면의 흐름을 강제적으로 빨아들여, 흐름의 떨어짐을 지연시키는 것이다. 단순 플랩보다 조금 더 큰 양력을 발생 시킨다. 그러나 에어포일의 뒤쪽에 난류 패턴이 형성되어 항력도 조금 더 발생하게 된다. 플랩이 완전히 아래로 내려갔을 때에는 단순 플랩이든 스플릿 플랩이든 추가 양력은 거의 발생하지 않으며 항력이 최대로 발생하게 된다.3) 슬롯 플랩 (Sloted Flap)슬롯 플랩은 단순플랩의 흐름을 떨어짐을 보완하기위해 고안되었으며, 소형 항공기에서부터 대형 항공기까지 두루두루 사용되기 위해서 설계되었다. 소형항공기에서는, 힌지가 플랩의 아랫면에 위치하여 플랩이 내려갔을 경우 날개와 플랩의 앞전 사이에 일종의 틈인 덕트를 형성한다. 이때 높은 에너지를 가지고 있는 공기가 날개 윗면을 지나 이 틈을 관통한 후 플랩의 윗면을 타고 흘러가게 된다. 이 높은 에너지의 공기는 플랩 윗면의 경계층을 가속시키면서 공기의 분리를 지연시키게 되고 결국 더 높은 양력계수를 생성하게 된다. 이렇게 슬롯플랩은 앞서 언급한 플레인 플랩이나 스플릿 플랩보다 최대 양력계수가 더울 더 증가하도록 해준다. 대형 항공기에서는 종종 2개 혹은3개의 슬롯이 있는 플랩을 사용한다. 이로써 플랩들 위로 지나가는 공기흐름이 분리되거나, 그 공기흐름이 플랩위로 형성될 양력을 파괴하지 않도록 만듦으로써, 항력을 최대로 증가시킨다.4) 파울러 플랩(fowler flap)파울러 플랩은 슬롯 플랩의 한 종류이다. 파울러 플랩은 날개의 캠버를 변형시켜줄 뿐만 아니라 날개의 면적 또한 증가시켜준다. 플랩은 힌지를 중심으로 아래로 회전하는 대신, 뒤쪽으로 밀려 나가게 된다. 플랩이 1단계로 내려가면, 항력은 매우 조금만 늘어나고 양력은 매우 많이 증가하게 된다. 플랩이 그 다음단계로 내려갈수록, 플랩은 점점 아래쪽으로 내려가는 모양이 되며 최종 단계까지 내려갔을 때에는 양력의 증가는 거의 없이 항력만 증가하게 된다. 그러나 구조적으로 복잡하여 장착을 위해 충분한 강도를 필요로 한다. 더욱이 이들을 움직일 장치나 무게 증가 등에 문제가 발생하므로 주로 최대 양력 계수가 작은 기본 날개골을 사용한 고속 대형기에 사용한다.2. 앞전 플랩뒷전 플랩만을 붙여 사용해서는 실속속도를 충분히 작게 할 수 없으므로 좀더 강력한 고양력 장치를 고안하기위해 앞전 플랩이 연구 되었다. 앞전 플랩은 앞전 반지름을 크게 하는 것과 같은 효과를 내고, 큰 받음각에서도 흐름의 떨어짐이 일어나지 않게 되어 앞전 반지름이 작은 고속형 비행기나 전투기 등에 사용된다.앞전 플랩들의 가장 큰 장점은 날개 앞부분에 새로운 경계층을 만듦으로써 처음 날개에 작용하는 공기의 박리를 제거 해준다는 것이다.1) 크루거 플랩(Kruger Flap)앞전 플랩에는 일반적으로 이 플랩이 사용된다. 공기 역학적 형상으로 앞전의 기류에 대한 각도를 감소시켜 기류의 박리를 억제하고, 날개의 앞전반경을 최대한 유지함으로써 양력을 증대시키는 플랩이다. 구조적으로 복잡해지고, 작동 장치가 커지기 때문에 소형 항공기에는 별로 사용하지 않고, 대형제트기에서도 날개 두께가 두꺼운 날개 뿌리 부분에 사용되는 예가 많다.2) 드루프 앞전(drooped leading edge)날개 앞전 부분이 밑으로 꺾여서 앞전 반지름과 그 부분의 캠버의 증가 효과를 얻을 수 있는 장치이다. 드루프 앞전은 받음각이 커도 실속을 지연시키는 효과를 가져 오지만, 이것을 단독으로 사용하면 이착륙시 기수가 지나치게 올라가 아래 방향을 시계가 충분히 확보되지 않고, 또 착륙 장치의 설계가 복잡해진다.3) 슬롯(slot)슬롯은 길고 가는 통이나 홈으로, 지익 아랫면의 공기를 슬롯을 통하여 윗면으로 보내어 기류가 이탈하는 것을 방지한다. 이 틈은 벌어지거나 닫히지 않는다.4) 슬랫(slat)슬랫은 본래 블라인드 가로 창살과 같이 단층모양의 판자를 표현하는 단어로, 비행기에서는 주익 앞에 장비하여 필요에 따라 전 하방으로 내밀 수 있는 장치를 가리킨다. 슬랫이 작동되었을 경우 이것은 슬롯과 같은 역할을 한다.3. 경계층 제어 장치경계층 제어 장치는 최대 양력 계수를 증가시키는 방법으로서, 흐름의 떨어짐을 직접 방지하는 방법이다. 양력의 증가는 물론이고, 항력을 감소시키는 효과를 가지고 있어서 우수하기는 하나 장치가 복잡하다. 출력이 큰 기관을 장비해야 하고, 또 강도의 확보나 무게 증가 등을 수반하므로 일반적으로 민간 항공기에는 이용하지 않는다.나. 고항력장치비행기의 속도를 감소시키기 위한 목적으로 항공기에는 항력만을 증가시키는 장치가 필요한 경우가 있다. 플랩은 고양력 장치이지만, 또한 항력을 증가시키므로 고속 비행시에 이것을 사용하여 감속시키는 것은 강도 면에서 무리가 생긴다.이 같은 결점을 보완하기 위한 장치가 고항력 장치이다. 고항력 장치의 종류로는 다음과 같다.1. 에어 브레이크(air brake)에어 브레이크는 날개 중앙 부분에 부착하는 일종의 평판이고, 이것을 날개 윗면, 또는 밑면에 펼침으로써 흐름을 강제로 떨어지게 하여 양력을 감소시키고 항력을 증가시키는 장치이다. 충분한 강도가 주어져야 하고, 이것을 펼쳤을 때에 기체의 자세를 크게 변화시키지 않는 것이어야 한다.

공학/기술| 2019.08.17| 8페이지| 1,000원| 조회(179)

항공역학, 유압, 공기조화장치, 항공정비, 고양력장치, 고항력장치, 항공계통

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공기조화장치 ACCS방식과 VCCS방식의 작동 원리를 설명하시오.

제( 1 )학기 과제물교과목명항공기 공유압 장비제 목공기조화장치 ACCS방식과 VCCS방식의 작동 원리를 설명하시오.목차 :서론1. 객실 여압 계통이란?2. 공기조화계통본론1. 공기 조화 계통2. 냉각 계통가. 공기 순환 냉각 방식 ACCS방식나. 증기 순환 냉각 방식 VCCS방식3. 공기 조화 계통의 정비결론참고 자료ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ■ 서 론현대의 항공기가 제트화 되고 대형화됨에 따라 연료의 소비율, 조건이 나쁜 기상 상태와 난기류 등을 피하기 위하여 높은 고도를 비행해야 하므로, 객실의 기압이 낮아져서 인간이 견딜 수 없는 압력 상태로 된다. 따라서 고도가 높아지더라도 객실의 인체에 알맞는, 이 계통을 객실 여압 계통(Cabin Pressurization System)이라고 한다. 객실 안의 압력을 높이기 위해서는 밖으로부터 신선한 공기를 흡입하여 압축기로 압축시켜 객실로 공급해야 한다. 항공기의 객실 여압은 , 객실 내의 압력은 기체 밖으로 배출시킬 공기의 양을 조절함으로써 조절된다. 공기 조화 계통(Air Conditional System)은 냉각 장치와 가열 장치를 이용하여 객실 내부로 유입되는 압축 공기의 온도를 인체에 알맞은 상태로 조절하는 장치로서 객실 여압 계통과 함께 사용된다.■ 본 론1. 공기 조화 계통공기 조화 계통은 항공기 내부의 공기를 쾌적한 상태의 온도로 조절하는 통으로 가열기(Heater)나 냉각기(Cooler)를 사용하여 기내의 온도를 약 21～27[°C]로 만든다. 이와 같은 있는 기능을 하기 위하여 공기 조화 계통은 냉각용 공기와 난방용 공기 및 환기용 공기를 공급할 수 있는 장치를 갖추어야 한다.항공기에는 기내의 온도를 감지할 수 있는 장치가 있어서 미리 설정한 기내 온도와 비교하여 차이가 나면 이런 장치들이 작동된다.객실 에어 conditioning 여압 장치는 조종석과 객실로 가열 또는 냉각용의 조절된 공기를 공급한다. 이 공기는 동시에 객실의 환경을 안전, 쾌적하게 유지하는 가압의 역할도 한다. 이외에 몇 개의 항공기 장비품 및 장비의 콤파트먼트에도 발열 및 발열에 따른 장비의 손상을 막기 위해서 air conditioning 이 필요한 경우가 있다.최신 항공기의 에어 conditioning 에는 냉각 공기를 공급하기 위해 공기터빈 냉각 장치를 이용하며, 이것을 공기 사이클 장치(Air Cycle System)라고 부른다.구형의 항공기에는 압축가스 냉각 장치를 이용하고 있다.장치는 보통 가정에서 사용되고 있는 냉장고의 작동과 같은 프레온식(Freon Type)으로 이 냉각 장치를 베이퍼 사이클 장치 (Vapor Cycle System)이라고 부른다.2. 냉각 계통공기 냉각 방식에는 공기 순환 냉각 방식(Air Cycle Cooling)과 증기 순환 냉각 방식(Vapor Cycle Cooling)이 있다.공기순환 냉각방식은 냉각(팽창)터빈(Cooling Turbine or Expansion Turbine)과 이것에 의해 구동되는 압축기로 구성되어 있는 공기 사이클 머신(ACM : Air Cycle Machine), 가열 공기를 냉각시키는 공기 열교환기(Air To Air Heat Exchanger) 및 공기 흐름량을 조절하는 여러 개의 밸브로 구성되어 있는 기계적 냉각 방식이다.이 장치는 이미 오래 전에 실용화되어 있었지만, 용적이 크고 효율도 좋지 않았기 때문에 증기 순환 냉각 방식에 밀려 사용되지 않았다.그러나 최근에는 소형이지만 성능이 뛰어난 압축기와 팽창 터빈이 개발되어, 용도에 따라서는 오히려 증기 순환 냉각 방식보다 무게와 크기를 줄일 수 있게 되었다. 또, 공기를 매체로 하기 때문에 안정성이 높고 구조가 단순하며 고장이 적고 경제적이어서 최근의 대형항공기는 공기냉각을 위해 ACM을 이용한 공기 순환 냉각 장치를 이용하는데 조종사와 자동 차단 장치에 의해서 제어된다.자동 차단 장치는 항공기 이륙시나 다발 항공기에서 어느 한 기관이 고장 났을 때와 같이 고출력이 필요한 동안에는 냉각 압축기의 작동을 멈추게 하여 냉각 압축기의 작동으로 인한 출력 감소를 방지한다.그러나 어떤 대형 수송기는 냉각 성능이 강력하고 기관이 작동하지 않더라도 냉각이 가능한 증기 순환 냉각 방식을 사용한다.증기 순환 냉각 방식의 작동 원리는 냉매를 이용한 가정의 에어컨이나 냉장고와 비슷하다.가. 공기 순환 냉각 방식기관 압축기(Engine Compressor)에서 나온 가압, 가열된 블리드 공기는 그림 과 같이 객실 온도 조절 밸브에 의하여 일부는 직접 객실로 가고 나머지는 1차 열교환기를 지나게 된다.블리드 1차 열교환기를 지나게 되면 외부의 찬 공기에 열을 빼앗기게 되므로 온도가 외부 공기 온도 정도로 일단 냉각된다.이 냉각된 압축공기 중에서 일부는 객실로 가고 나머지는 압축기와 터빈으로 구성되어 있는 공기 사이클 머신으로 간다.이 냉각 공기는 원심력식 압축기에서 압축되어 온도가 약간 상승하지만 2차 열교환기를 지나면서 다시 냉각이 된다.이 냉각된 공기는 터빈을 통과하면서 터빈의 임펠러를 돌리게 된다.이 압축된 냉각 공기는 터빈을 회전시키는 일을 하게 됨으로써 압력과 온도가 더욱 떨어지게 되어 객실에 공급된다.※ 객실의 공기 온도 조절은 터빈을 거쳐서 직접 객실로 가는 찬 공기에다 1차 열 교환기만 거친 따뜻한 공기를 온도 조절기에 의해 조절하여 섞이게 하고, 기관 압축기로부터 공급되는 블리드 공기를 객실 온도 조절 밸브에서 조절하여 앞의 것들과 섞이게 한 다음, 수분 분리기를 거쳐 객실로 들어가게 한다.나. 증기 순환 냉각 방식증기 순환 냉각 방식은 다음과 같은 열역학적 원리를 이용한 것이다.① 액체가 기체로 바뀔 때(증발할 때)는 열을 흡수한다.② 기체가 액체로 응축될 때 방출하는 열의 양은 액체가 기체로 변할 때 흡수하는 열의 양과 같다.③ 기체가 압축될 때에는 온도는 증가하고, 기체의 압력이 감소하면 온도는 감소한다.④ 두 물체의 온도가 서로 다르고 열이 서로 자유로이 이동된다면, 두 물체의 온도는 서로 같아지려고 한다.그림은 기본적인 증기 순환 냉각 방식의 작동을 나타낸 것이다.이 계통은 크게 두 영역으로 나누어지는데, 하나는 주위로부터 열을 흡수하는 영역(Low Side)이고, 다른 하나는 주위로 열을 방출하는 영역(High Side)이다. 열을 흡수하는 영역은 낮은 온도와 낮은 압력 에서 희게 나타낸 부분이고, 열을 방출하는 영역은 높은 온도와 높은 압력 상태로서 검게 나타낸 부분이다.그림 에서와 같이 증기 순환 냉각 방식은 기체 상태의 냉매(Refrigerant)를 압축시켜 압력과 온도를 증가시키는 압축기와 액체 상태의 냉매를 팽창시켜 압력과 온도를 감소시키는 팽창 밸브(Expansion Valve)의 두 부분으로 크게 나누어짐을 알 수 있다.냉각 사이클을 압축기에서부터 살펴보면 다음과 같다.증발기(Evaporator)로부터 흘러오는 압력이 낮은 기체 상태의 냉매는 압축기로 들어와 압축되면서 높은 압력과 높은 온도 상태로 바뀐다.이 고온, 고압의 가스는 응축기(Condenser)안으로 흘러 들어가는데, 항공기 외부의 공기가 응축기를 통과하게 함으로써 열을 방출하게 하여 냉각시킨다.즉, 응축기는 냉매의 온도를 떨어뜨리는 역할을 하는 장치로서, 외부의 공기는 날개나 동체의 공기흡입구로부터 유입되게 하거나 응축기 코일 부분을 아예 비행 기류가 통과하는 기체 아래쪽에 장착함으로써 이루어진다.고온, 고압이었던 가스는 응축기 통로를 통과하면서 점차 온도가 감소하며 응축기를 빠져 나갈 때에는 액체상태로 바뀌어 건조 저장기(Receiver Dryer)로 들어가게 된다.건조 저장기는 냉매의 건조와 여과를 담당하는 일종의 저장 용기(Reservoir) 역할을 하는데, 위에는 유리로 된 점검 구멍이 있다.만일, 액체 상태의 냉매에서 거품이 발생하고 있다면, 이때에는 냉매의 양을 보충해 주거나 재충전시켜야 한다.건조 저장기를 떠난 고압의 액체 냉매는 팽창 밸브로 들어간다.

공학/기술| 2019.08.17| 7페이지| 1,000원| 조회(237)

유압, 공기조화장치, 항공정비, 항공기계통, ACCS, VCCS, 항공 공유압

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