초음속으로 이동하는 전투기의 역학적 설계
안녕하십니까. 초음속으로 이동하는 비행기와 관련하여 질문드립니다.
초음속으로 주행하는 비행기의 경우 공기역학적으로 어떠한 설계가 되어야 하는지 전문가 분들의 의견부탁드립니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
초음속 비행기 설계에 있어서
여러가지 요소가 고려되어야 하겠지만
무엇보다도 초음속으로 진입함에 따라 발생하는
충격파에 대한 제어가 필수적이라 하겠습니다.
필요설계 요소들을 간단히 나열해보면
흠입구 설계 최적화
충격파와 공기흐름 제어를 위해
초음속 흡입구를 다향한 형태로 사용합니다.
피토, 원뿔형 램프형 등 형태가 있고 , 각 형태의 최적설계조건은
충격파와 항력에 대한 문제를 고려할 필요가 있습니다.
공기역학적 설계와는 다른 부분이긴하나
제트엔젠 설계에 있어서도 팬을 빨리 회전시킴으로서 추력을 더 올릴수 있지 않나 싶으나
팬 블레이드 말단이 음속에 도달하면 충격파가 발생하여, 그에따른 저항력에 따라 손실이 커지는 문제도 있습니다.
이처럼 비행기 설계에서 음속관련으로 발생하는 충격파 제어는 아주 중요한 딜레마 입니다.
흡입구 설계에 있어
비행기가 초음속에 접근할 시 생성되는 원뿔 충격파가 생성되는데
속도증가에 따라 원뿔각이 후방으로 좁아지며, 흡입구 테두리에 접하는 각도에 도달하는데
흡입구 테두리 앞쪽 유선흐름 면적과 테두리 면적이 같아지면서 엔진이 요구하는 최적의 흐름을 제공가능합니다.
다만 원뿔 자체가 다양한 기동성에서 균등한 공기흐름을 제공하지 못하는 문제가 있고
그에 대한 대안으로 램프형 흡입구가 개발되어, 다양한 기도성에 대응가능하게 되었습니다.
충격파 제어위한 구조 사용
충격파 억제 및 음속 폭음을 감소시키기위해
U자형 공기역학 구조를 적용시키는 방법도 있습니다.
충격파가 대부분 비행기 앞부분에서 발생한다는 데 착안하여
U형 공기역학 구조를 비행기 기수 부분에 위치하게 하여 충격파의 강도를 줄이고, 음속에따른 폭음을 감소시킵니다.
또한 이를 통해 충격파의 방향성과 형상도 변경가능 합니다.
난류 및 압축성 흐름 분석
난류 및 압축성 공기흐름 분석과 같은 고급 공기역학적 분석을 통해 초음속에서의 비행기 주변 공기의 흐름을
이해하게 합니다.
이는 일반적 공기흐름에 의한 양력이 아닌, 날개 설계 형상에 따라
날개 상부에서 발생하는 와류에 따른 양력효과 까지 분석/ 적용 해야하는데
특히 초음속에 적용되는 얇은 델타익의 경우
날개 상부에 와류가 형성되며
낮은 받음각경우엔 양력발생에 변함이 없으나
높은 받음각일 때 와류가 발생하고, 이 와류에 의해 와류흡입력이 위쪽으로 작용하여 부가 양력을 발생시킵니다.
이는 마치 회오리바람처럼 회전하고, 습도가 높은 조건에서는 날개위쪽 압력변화로 인해 주변공기가 응축됩니다.
소외말하는 수증기 구름같은것이 날개위에 형성됩니다.
비행기 꼬리 설계
초음속에서의 안정성 보장을 위하여 꼬리부분의 공기역학적 설계는 매우 중요합니다.
꼬리의 조종면 또한 자체 구조에 의한 충격파 뿐 만 아니라
동체 및 날개에서 발생하는 충격파의 영향을 동시에 받을 수 있으므로
높은 기동성을 요구하는 전투기 경우 꼬리 조종면이 상대적으로 크게 설계됩니다.
간단하게
초음속 비행기 설계시에 고려되어야 하는 부분을 나열해보았으나
이 외에도 수없이 많은 부분들이 고려되어야 하며
지금도 계속 꾸준한 연구가 지속되고있습니다.
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
초음속 전투기의 역학적 설계는 여러 가지 중요한 요소를 고려해야 합니다. 첫째, 공기역학적 형상은 항력을 최소화 하고 양력을 극대화하기 위해 유선형으로 설계되어야 합니다. 둘째, 구조적 강도는 높은 속도와 압력 변화에 견딜수있도록 경량 재료를 사용하여 강화해야 합니다. 셋째, 진동과 소음 문제를 해결하기 위해 최적의 기체 형태와 내부 구조를 설계해야 합니다. 마지막으로 고온 환경에 대응하기 위해 열 관리 시스템도 필수적입니다. 이러한 요소들이 결합되어 초음속 전투기의 성능과 안전성을 보장합니다.
안녕하세요. 조일현 전문가입니다.
이 설계는 주로 공기역학적 효율성과 충격파 관리에 집중됩니다.
초음속 비행기에서는 날개의 형상이 매우 중요하며, 일반적으로 다이아몬드 또는 삼각형 형태의 날개가 사용됩니다.
이는 충격파를 최소화하고 항력을 줄이는 데 도움이 됩니다.
또한 후퇴익은 공기 흐름을 효율적으로 관리하여 항력을 줄이고 비행기의 안정성을 높이는 데 기여합니다.
이는 비행기의 속도와 조종성을 결정하는 중요한 요소 입니다.
충격파를 억제 하기위해서는 U형 구조나 슬로 에지와 같은 기술이 사용됩니다.
이러한 구조는 충격파의 방향과 형상을 변경하여 음속 폭음을 감소시킵니다.
이 외에 고도와 속도와 관계, 열 관리 등을 고려하여 비행기의 성능과 안전성을 높일 수 있습니다.
안녕하세요. 이주형 전문가입니다.
초음속 비행기는 충격파를 최소화하기 ㅇ위해 얇고 날카로운 초슬림형 델타익 또는 가변의 설계를 채택합니다.
공기 저항과 열적 손상을 줄이기 위해 표면 재료는 고온 내성이 강한 티타늄 합금이나 탄소 복합재로 구성되어있습니다.
또한 공력 가변 기술과 램제트, 스크램제트 엔진을 활용해 안정적인 양력과 추진력을 확보해야 합니다.