제1장 항공기 소개

제1장 항공기 소개

소개

이 장에서는 항공기 디자인의 다양성, 구조, 그리고 각 주요 구성요소들의 기능등 항공기의 기초 개념을 익힐 수 있다. 또한 비행중인 항공기에 작용하는 기류의 동적자연 그리고 동적 및 정적힘에 대해 익숙해질 것이다. 더블어 항공기 성능에 영향을 주는 요소들에 대한 기초 지식을 제공한다.

제1과 항공기

        항공기의 종류

항공기를 구분하는 방법중 하나는 어떠한 방식으로 공중에서 항공기가 지탱하는가로 기초한다. 이러한 관점에서 항공기는 다음과 같이 4개의 종류로 나뉘어 진다.

       1. Lighter than air (비행선)
       2. Glider (글라이더/활공기)
       3. Rotocraft (회전 날개 비행기)
       4. Airplane (비행기)

1. Lighter than air (비행선)

       역사적으로 기구(Balloon)는 인간이 땅의 굴레를 벗어날 수 있게 한 최초의 항공기이다. 오늘날 기구는 스포츠 용도로 현재까지 살아남아 있으며 예전에는 양력(Lift)을 위해 화기성이 높은 수소를 사용했지만 지금은 열기(Hot air)로 대채했다.

       또 다른 종류의 비행선은 블림프(Blimp)이다. 가스를 담은 외피(기낭외피) 밑으로 단단한 용골이 가로질러 있고 그 용골 및에 조종석(Cabin)이 달려있다. 통상적으로 조종석 양 옆에 쌍발 동력기(Twin powerplant)가 설치되어 있다.

       마지막으로 Dirigible 또는 Zeppelin 이라 하는 대형 비행선이며 Blimp와 달리경량 알루미늄 골격으로 이루어져 있다.

Balloon

Blimp

Zeppelin

2. Glider (활공기)

       활공기의 종류로 대표적인 것은 세일플레인(Sailplane)을 꼽을 수 있다. 세일플레인은 공기역학적으로 상당히 뛰어난 성능을 갖추고 있으며 높은 고도에서 기류를 탈 수 있어 장시간 활공이 가능하다.

Sailplane

3. Rotocraft (회전 날개 비행기)

       흔히 Rotocraft는 다시 추력(Thrust)을 발생시키는 프로펠라와 양력(Lift)를 발생시키는 회전익이 설치 되어있는 자이로플레인(Gyroplane) 과 헬리콥터(Helicopter)로 분리될 수 있다.

Gyroplane

Helicopter

4. Airplane (비행기)

       경제적, 사회적 기여도가 가장 높은 것은 당연히 (Airplane)비행기로 꼽는다.다른 항공기와 마찬가지로 엔진 수와 착륙 장치 종류 그리고 날개의 위치로 다시 구분 되어 진다.

 예)      Single-engine land
           Single-engine sea
           Multi-engine land
           Multi-engine sea

Single-engine land

Single-engine sea

비행기의 구성요소

       비행기의 주요 구성요소는 다음과 같다.

             1. Wing (날개)
             2. Fuselage 또는 Body (동체)
             3. Tail assembly 또는 Empennage (미익)
             4. Landing gear (착륙장치)
             5. Powerplant (동력장치)

1. Wing (날개)

        날개의 배치 와 위치

          흔히 공항주변을 돌아 다니면서 볼 수 있는 비행기들은 모두 Monoplane (단엽비행기) 즉 하나의 날개를 가진 비행기들이다. 그리고 두개의 날개를 가진 비행기는 Biplane (복엽비행기), 세개의 날개를 가진 비행기는 Triplane (3엽 비행기)라 부른다. Biplane 이나 Triplane은 주로 농업, 스포츠, 골동품 비행기로 활용되고 있다. 날개의 모양과 위치는 각 비행기마다 수 없이 다양하다.

그림. Biplane

그림. Monoplane

그림. Triplane

          날개의 구조

          많은 고익비행기 (High-wing airplane)는 이착륙시 발생하는 하중을 외부 Brace(버팀대) 또는 Struts(지주)을 통해 동체 골조로 전달되게 설계한다. 반면에 일부의 고익 및 저익비행기 (Low-wing airplane)은 외부 Brace나 Strut 없이 Full-cantilever 방식으로 설계하여 하중을 견디어 낸다.
          날개는 강도가 매우 높아야 함과 동시에 가볍게 디자인이 되어야 한다. 익형(Spar) 이 날개뿌리(Wing root) 에서  날개끝(Wingtip-익단)까지 길게 가로질러 있어 휨 하중 (Bending load)의 주요 부분을 견뎌낸다. 휨 또는 뒤틀림 하중 (Bending/Twisting load)은 날개의 금속외피로 전달이 되고 이 금속외피의 팽창력(Tension) 또는 압축력(Compression)에 의해 완화된다. 날개의 소골(Rib)은 날개의 외형을 유지시켜 주며 외피를 강화해준다. 추가로 Buckling-under load는 종통재(Stringer)와 Former가 지탱해준다. 대부분 날개의 공간에 연료 탱크가 설치된다.

그림.

          날개의 구성요소

          대부분 비행기의 날개뒷전(Trailing edge)의 플랩(Flap)과 보조익(Aileron)이 경첩으로 장착되어 있다. 여기서 플랩(Flap)은 양 날개에서 동시에 작동이 되며 주로 이륙과 착륙시에 이용한다. 보조익(Aileron)은 날개끝 부분에 위치하며 양 날개에서 서로 반대방향으로 움직이며 비행기의 Roll 또는 Bank (좌우 회전)를 담당한다.

        

2. Fuselage 또는 Body (동체)

          비행기의 동체는 날개, 미익, 착륙장치, 동력장치가 부착이되는 되는 곳이다. 또한 조종사, 승객, 그리고 짐칸등을 위한 공간이 형성되는 곳이다.
             Fuselage의 종류로 Truss-type 과 Semi-monocoque type이 있는데 Truss-type은 compression, tension, shear의 힘들이 강철관 골격에 의해 완화된다. Semi-monocoque type은 floor, bulkhead, stringer, former, stiffener로 구성되어 있고 알루미늄 합금으로 만들어진 외피가 거의 모든 응력을 지탱한다.

Semi-monocoque type

Truss-type