프로펠러 비행기가 음속을 도달하지 못 하는 이유
프로펠러 비행기가 제트엔진 비행기와 다르게 음속을 도달하지 못 하는 이유가 궁금합니다피로파괴로 모터가 파괴되서 도달하지 못 한다고 들었는데 정확히 알고 싶어요
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
프로펠러 비행기가 음속에 도달하지 못하는 주된 이유는 말씀하신 모터의 피로 파괴 보다는 프로펠러 날개 끝 부분의 공기역학적인 한계 때문입니다. 프로펠러 비행기가 속도를 높여 프로펠러의 회전 속도와 비행기의 전진 속도가 합쳐지면서 날개 끝 부분이 음속(소리의 속도)에 가까워지거나 넘어서게 되면 문제가 발생합니다.
충격파 발생 : 프로펠러 날개끝이 음속을 돌파하는 순간 충격파가 발생합니다. 이 충격파는 엄청난 저항(조파항력)을 유발하여 프로펠러의 추진 효율을 급격히 떨어뜨립니다.
효율 감소 : 충격파로 인해 프로펠러가 공기를 제대로 밀어내지 못하게 되면서 더 이상 속도를 높일수없게 됩니다. 오히려 심한 진동과 소음만 발생하고 추진력은 줄어듭니다.
구조적 한계 : 이론적으로는 음속에 도달할수 있지만, 이러한 공기역학적 문제와 더불어 고속 회전시 발생하는 극심한 진동과 부하를 견딜수있는 구조물을 만드는것도 현실적인 어려움입니다.
결과적으로 프로펠러 날개의 효율이 음속 근처에서 급격히 떨어지기 때문에, 프로펠러 비행기는 제트 엔진 비행기처럼 음속 이상의 속도를 내기가 어렵습니다. 제트 엔진은 프로펠러처럼 회전하는 날개가 공기를 직접 미는 방식이 아니라, 공기를 흡입하여 압축, 연소시킨후 뜨거운 가스를 고속으로 분출하여 추진력을 얻기 때문에 이러한 한계를 극복할수있습니다.
프로펠러 비행기는 음속 장벽을 깨면 효율이 떨어집니다.
음속을 초과하면 엔진의 회전 운동을 후류로 변환하는 프로펠러의 기능을 방해하는 소닉 붐이 발생합니다.