드론19. 무인항공기 운용 및 비행이론 (1)

무인항공기 운용 및 비행이론

드론 항공 운용 및 비행 이론에 대해 알아본다.

 

이전 주요 참고 글 목차:
1~9: 기재 생략.
11~13: 기재 생략.

10. 드론 자격증 4종 취득 의무 대상자

14. 항공안전법 요약

15. 드론 비행 - 인적요인

16. 드론 비행 - 인적 요인 2

17. 무인 비행 장치 시스템 (1)

18. 무인 비행 장치 시스템 (2)

 

이 글의 목차

• 1. 비행체에 작용하는 힘
• 2. 풍 판(바람 판)의 구조와 원리(풍 판과 기류)
• 3. 항공역학

 

1. 비행체에 작용하는 힘

드론이 비행하게 되는 비행원리에 대해 알아본다.

1) 비행체에 작용하는 힘의 종류

힘의 종류	내용
양력	상대풍에 수직으로 작용하는 공기의 역학적인 힘. 풍판의 움직임으로 발생. 비행체를 이륙하게 하수직 상승의 힘.
중력	중량은 비행체에 작용하는 중력 수직 하강하는방향으로 작용하는 힘.
추력	비행체를 전방으로 움직이게 하는 힘: 목적 방향으로 움직이도록 하는 힘, 항공기의 종류에 따라 추력을 발생시키는 방법이 다르다.
항력	추력의 반대방향으로 작용하여 추력을 저해하는 힘.

• 추력과 항력, 그리고 양력과 중력은 각각 대칭을 이루는 힘으로 각 대칭을 이루는 힘 중 어느 한쪽의 크기가 더 커지게 되면 항공기는 더 큰 힘이 작용되는 방향으로 이동하게 된다.

2) 고정익 항공기가 비행할 때 작용하는 네 가지 힘

• 추력(앞으로 밀어내는 힘)
• 항력(공기가 뒤로 끄는 힘)
• 양력(중략을 거슬러 떠오르게 하는 힘)
• 중력(지구가 아래로 당기는 힘) 작용

 

2. 풍 판(바람 판)의 구조와 원리

1) 풍판(Airfoil)의 정의 및 구조

풍판(Airfoil)의 정의 ; 고정익 비행기의 날개 혹은 헬리콥터와 같은 회전익의 회전날개(로터)와 프로펠러 깃을 의미하며 풍판(Airfoil)은 양력을 발생시키는 구조를 말한다.

 

풍판의 구조

1-1) 풍판(Airfoil)의 구조

익현 선: 전연과 후연을 연결하는 직선

전연 반경: 전연과 풍 판의 상부 캠버, 하부 캠버에 내접하는 원

평균 캠버선: 풍 판의 상하면에 내접하는 가상의 원 중심을 연결하는 선

캠버: 익현 선과 평균 캠버선 사이

 

1-2) 풍판(Airfoil)의 구조: 대칭형과 비대칭형

익현 선을 기준으로 대칭되는 여부에 따라서 대칭형과 비대칭형으로 그 형태를 구분한다.

1-3) 취부각(붙임각)과 영각(받음각)

회전익 비행체의 메인 로터가 시계방향으로 회전할 때 취부각을 (+)로 조정하면 양력이 발생하여 비행체는 상승한다.

 

붙임 각과 받음 각

회전익 비행체의 메인 로터가 시계방향으로 회전할 때 취부각을(-)로 조정하면 음력이 발생하여 비행체는 하강한다.

 

1-4) 풍판 익현 선의 길이의 영향.

익현 선 길이의 영향: 같은 종류의 날개라 할지라도 날개 익현 선의 길이에 따라 공력의 차이가 발생한다.

익현선 길이의 영향

1-5) 레이놀즈 수 효과 또는 치수효과

익현 선이 짧은 경우 기류 박리 현상이 쉽게 발생하고, 익현 선이 긴 날개의 경우 박리 현상이 일어나기 어려운 특징이 있으며 비슷한 날개라고 해도 익현 선 길이에 따라 공력의 특성이 다르게 나타나며 이를 레이놀즈 수 효과 또는 치수효과라고 한다.

3. 항공역학

1) 운동법칙의 기본이론

운동과 에너지: 벡터와 스칼라, 뉴턴의 운동법칙, 가속도의 법칙은 항공역학 분야뿐만 아니라,
여러 분야에서 활용되고 있으며 항공기 운용 시 작용하는 물리역학적 힘을 이해하는데 도움이 될 수 있다. 

 

운동 법칙의 이론

 

1-1) 벡터와 스칼라.

벡터: 크기와 방향성을 동시에 갖는 물리량: 속도, 가속도, 중량, 양력, 항력 등이 있다.
스칼라: 방향성을 포함하지 않고 크기만을 나타내는 물리량: 질량, 부피, 길이, 면적 등의 크기 등이 있다.

1-2) 뉴턴의 운동법칙

작용과 반작용의 법칙: 작용과 반작용의 법칙은 작용하는 힘이 있으면 그와 반대 방향으로 작용하는 반작용이 발생하며 이때 작용하는 힘과 반작용하는 힘이 동일하다는 법칙을 말한다.

 

4. 회전익 항공기의 구조 및 원리

다음 글: 헬리콥터, 멀티콥터(드론)의 비행 및 비행 원리