[Aerodynamics] 4 Forces Acting on the Airplane

항공기에 작용하는 네 가지 힘

가. 종류

종류	작용방향 및 특성
추력 (Thrust)	항공기를 앞으로 전진시키는 힘 Powerplant 및 Propelloer에 의해 생성 Longitudinal axis에 평행하게 전방으로 작용
양력 (Lift)	날개에 작용하는 공기역학적 현상에 의해 Weight에 반하여 항공기를 위로 뜨게 하는 힘 Flight Path에 수직하도록 CL (Coeffiecent of Lift)에 기점으로 하여 작용
항력 (Drag)	공기 중에서 항공기의 진행을 방해하는 힘 항공기의 형상적 특성, 공기흐름의 교란 또는 유도항력으로 인해 발생 Relative wind의 후방으로 작용
중력 (Gravity)	항공기의 자체중량, 연료, 승무원/승객/Payload의 무게 CG점을 기점으로 연직 하방으로 작용

나. 상승/하강/Slow Flight 시 항공기에 작용하는 네 가지 힘의 변화

ⓐ 상승 시

- 수평비행에서 Nose up 시, 일시적으로 Lift가 증가하여 상승 시작 (Nose는 들리나 Flight path는 순간 유지, AOA 증가)

- 상승이 안정되면 AOA와 Lift는 다시 수평비행 때와 같은 정도로 감소

- Weight가 후방으로 작용하여 Lift에 대한 수직/수평성분으로 분리

- Weight의 수평성분이 항공기 진행방향의 반대방향으로 작용하므로, 마치 Drag와 같은 효과를 나타냄

 

ⓑ Slow Flight 시

- 받음각이 커지므로 Climb과 같이 Thrust의 수직성분 발생

- 그러나 항공기는 Level Flight을 유지하므로 Weight가 Drag에 기여하지 않음

 

ⓒ 하강 시

- 수평비행에서 Nose down 시, 일시적으로 Lift가 감소하여 하강 시작 (Nose는 내려가나 Flight path는 순간 유지, AOA 감소)

- 하강이 안정되면 AOA와 Lift는 다시 수평비행 때와 같은 정도로 증가

- Weight가 전방으로 작용하여 Lift에 대한 수직/수평성분으로 분리

- Weight의 수평성분이 항공기 진행방향으로 작용하므로, 마치 Thrust와 같은 효과를 나타냄

 

ⓓ 결론

- 항공기의 자세와 Flight path가 완전히 수평하지 않으면 Thrust/Lift/Drag/Weight vector의 성분이 쪼개짐

* Thrust vs Power Thrust : 항공기를 전진시키는 힘. 단위 : N, lb 등 Power : 단위시간동안 이루어지는 일 (W = Force x Distance)의 양. 단위 : hp, kW 등