날개의 길이가 50feet, 시위가 6feet인 비행기가 비행 시 양력계수가 0.6 일 때 유도항력 계수를 구하면?(단, 날개의 효율계수 e = 1 이라고 가정한다.)
- 0.0105
- 0.0138
- 0.0210
- 0.0272
정답과 해설 보기
정답 ② · 유도항력계수를 계산하는 문제이다. 유도항력계수는 CDi=CL²/(π·e·AR)로 구한다.
유도항력계수 CDi=CL²/(π·e·AR)이고, AR=날개길이÷시위=50/6≈8.33 → 0.0138
개념 한 쪽
항공산업기사 날개 단면 형상 — 양력·CL과 유도항력
날개 단면의 형상과 관련된 기본식은 양력과 유도항력의 크기를 결정하므로 실속·이륙·착륙 성능과 고양력 장치의 효과를 판단하는 핵심 근거가 된다. 단위와 환산을 정확히 하고 공식을 적절히 변형해 문제를 푸는 능력이 중요하다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「날개 단면 형상」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 유도항력계수 계산 | 1 | 주어진 CL·AR·e로 CDi를 계산하는 절차를 묻나 |
| 실속·CLmax 계산 | 1 | 실속 조건에서 속도 또는 CLmax를 구하는 계산을 묻나 |
| 고양력 장치 원리 판단 | 1 | 고양력 장치가 CLmax와 이착륙 속도에 미치는 영향을 묻나 |
뜻
양력은 양력식 L = ½·ρ·V²·S·CL로 표현한다. 등속 수평비행이나 실속 순간에는 양력과 중량이 평형을 이뤄 W = L로 놓아 계산한다. 따라서 실속·착륙 관련 문제는 이 조건을 이용해 CL이나 속도를 구하는 계산 문제로 귀결한다.
속도 단위의 일치는 중요하다. 문제에서 속도가 km/h로 주어지면 반드시 m/s로 변환(÷3.6)해 대입해야 한다는 원칙이 반복적으로 등장한다. 공기밀도 단위가 특이하게 주어지면 중량과 동일한 단위계로 그대로 대입하라는 지침이 자료에 따른 계산 방식이다.
유도항력은 익단 와류에 의해 발생하며 유도항력계수는 CDi = CL²/(π·e·AR)로 표현한다. 여기서 AR은 종횡비(날개 길이 ÷ 시위)이고 e는 스팬 효율계수이다. 유도항력계수는 CL의 제곱에 비례하고 e·AR에 반비례하므로 저속·고양력 상태에서 커진다.
고양력 장치(플랩·슬랫 등)는 최대양력계수 CLmax를 증가시켜 실속속도와 이·착륙 속도를 낮추는 목적을 가진다. 식적으로 Vs ∝ 1/√CLmax 관계가 성립하므로 CLmax를 올리면 필요한 최소 비행속도가 감소해 짧은 활주로에서의 운용이 가능해진다.
계산 문제의 공통 패턴은 공식을 적절히 변형해 분자·분모를 정리한 뒤 단위를 통일하여 대입하는 과정이다. 분모의 1/2은 분자의 2로 옮겨 CL로 정리하거나 Vs를 구할 때는 계수들을 먼저 묶어 계산하면 실수를 줄일 수 있다.
예제
(추가 설명) 계산형 문제에서는 'L=W 설정 → 식을 CL 또는 Vs로 정리 → 단위 환산 → 수치 대입' 순서를 지키면 오류를 줄일 수 있다.
대표 기출 3문항
비행기의 무게가 2,500[㎏]이고,큰 날개의 면적이 20[m²]이며, 해발고도(밀도가 0.125[㎏f· s2/m4]임)에서의 실속 속도가 120[㎞/h]인 비행기의 최대양력계수(CLmax)는 얼마인가?
- 0.5
- 1.8
- 2.8
- 3.4
정답과 해설 보기
정답 ② · 실속 속도 조건에서 최대양력계수를 구하는 계산 문제이다. 실속 시 양력이 중력과 같으므로 W = L = ½ρVs²S·CLmax가 성립하고, 이를 정리하면 CLmax = 2W/(ρVs²S)이다.
실속 시 L=W이므로 CLmax = 2W/(ρVs²S), 속도는 반드시 m/s로 환산.
고양력 장치의 원리를 가장 올바르게 설명한 것은?
- 최대양력 계수 CLmax의 값을 증가시켜 실속속도를 감소시키는 것이다.
- 레이놀즈수를 증가시켜서 항력을 감소시키는 것이다.
- 날개 면적을 줄여서 날개의 항력을 감소시키는 것이다.
- 최대 양력 계수 CLmax의 값을 증가시켜 이륙속도를 증가시키는 것이다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 고양력 장치의 작동 원리를 묻는 문제이다. 양력식 L=½ρV²SCL에서 실속 시 양력이 중력과 같으므로 실속속도는 Vs ∝ 1/√CLmax의 관계를 가진다.
고양력 장치는 CLmax를 높여 실속속도·이륙속도를 낮추는 장치다(Vs ∝ 1/√CLmax).
자주 묻는 물음
- 실속 조건을 이용해 양력계수를 구할 때 핵심은 무엇인가?
- 실속에서는 양력이 무게와 같으므로 L = W로 놓고 양력식을 CL에 대해 정리한 뒤 단위를 통일해 대입하는 것이 핵심이다.
- 유도항력계수 CDi는 어떤 인자에 의해 달라지나?
- CDi는 CL의 제곱에 비례하고 스팬효율계수 e와 종횡비 AR에 반비례한다는 식 CDi = CL²/(π·e·AR)로 결정된다.
- 고양력 장치의 효과는 어떻게 설명하나?
- 고양력 장치는 CLmax를 증가시켜 실속속도와 이·착륙 속도를 낮추어 이착륙 성능을 개선하는 것이 목적이다.
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