개념 한 쪽
이·착륙 비행성능은 실속속도와 양력·항력의 관계, 이륙거리 단축 조건, 수평비행에서의 추력 계산, 상승을 위한 이용마력의 개념을 중심으로 출제된다. 핵심은 양력식과 양항비, 단위 환산, 힘의 평형과 잉여마력 개념을 정확히 적용하는 것이다.
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출제기준 단원 「이·착륙 비행성능」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 실속에서 CLmax 계산 | 1 | 실속조건에서 양력식으로 최대양력계수를 구하는 계산 능력 평가 |
| 이륙거리 영향 인자 판별 | 1 | 이륙거리에 영향을 주는 물리적 요인 중 관계가 먼 항목을 고르는 판단 능력 |
| 수평비행 추력 계산 | 1 | 수평비행 평형과 양항비를 이용해 필요한 추력을 계산하는 문제 해결 능력 |
실속속도는 날개가 낼 수 있는 최대 양력으로 겨우 무게를 지탱하는 최저 속도를 뜻한다. 실속 조건에서는 양력 L이 기체 무게 W와 같으므로 양력식 L = ½ρV²S·CL를 변형해 CLmax = 2W/(ρV²S)로 나타낸다. 이때 속도는 km/h를 m/s로 환산(÷3.6)해 제곱을 취하는 단위 처리가 핵심이다.
이륙거리를 줄이려면 필요한 힘·양력·공기속도 관련 요인을 정리한다. 이륙거리 단축에 직접 관계 있는 요인은 무게 감소, 고양력장치 사용으로 인한 양력 증가, 추력 증가, 맞바람에 의한 유효 속도 증가이다. 반대로 추력을 줄이면 가속도가 작아져 이륙거리는 길어지므로 추력이 작아진다는 진술은 오답이 된다.
수평비행 상태에서는 힘의 평형이 성립한다. 위로 작용하는 양력은 중량과 같고(L=W), 전후 방향의 힘 평형으로 추력은 항력과 같다(T=D). 양항비 L/D가 주어지면 항력 D = W/(L/D)가 되어 수평비행에서의 추력은 T = W/(L/D)로 계산한다.
항속거리·항속시간과 관련해 프로펠러기에서는 항속거리가 최대가 되는 조건이 양항비 최대, 즉 유해항력계수와 유도항력계수의 관계가 CDp = CDi일 때 성립한다. 상승과 기동에는 수평비행에 요구되는 필요마력보다 더 많은 이용마력(가용마력)이 필요하므로 이용마력 > 필요마력인 경우에만 상승이 가능하다.
착륙 접근에서는 활주로 진입 고도에서 실속속도보다 더 빠른 속도를 유지해 돌풍이나 난기류로 인한 상대속도 감소 때에도 실속에 빠지지 않고 조종성을 보장하는 안전마진을 확보한다.
1) CLmax 계산 예시 문제: 무게 2000kgf, 날개면적 30m², 공기밀도 1/8 kgf·s²/m⁴, 실속속도 120 km/h일 때 CLmax를 구하라. 풀이: 실속에서 L=W이므로 CLmax = W ÷ (½ρV²S)이다. 속도는 120 km/h ÷ 3.6 = 33.3 m/s로 환산한다. 동압 항은 ½×(1/8)×(33.3)²×30 ≈ 2081이므로 CLmax ≈ 2000 ÷ 2081 ≈ 0.96이다. 단위 환산을 누락하면 큰 오차가 발생하므로 반드시 m/s로 바꾸고 제곱을 취한다.
2) 수평비행에서 추력 계산 예시 문제: 무게 6 ton(6000 kgf), 양항비 L/D = 6인 제트기의 수평비행 추력을 구하라. 풀이: 수평비행 평형에서 T = D이고 D = W ÷ (L/D)이므로 T = 6000 ÷ 6 = 1000 kgf이다. 속도나 날개면적 등은 이 계산에서 필요하지 않으므로 혼동하지 않는다.
비행기의 무게가 2000kgf 이고, 큰날개 면적이 30m² 이며 해발고도 (공기밀도 : 1/8kgfㆍs2/m4)엣의 실속속도가 120km/h 인 비행기의 최대 양력계수(CLmax는 약 얼마인가?
정답 ① · 양력 공식 L = (1/2) × ρ × V² × S × CL을 CL에 대해 정리하여 실속속도에서의 최대 양력계수를 구합니다. 주어진 값에서 무게 W=2000kgf, 밀도 ρ=1/8, 속도 V=120km/h(33.3m/s), 날개 면적 S=30m²를 대입합니다.
실속 시 양력=무게이므로 CLmax = W÷(½ρV²S), 속도는 반드시 m/s로 환산해 대입한다.
항공기 이륙거리를 줄이기 위한 조건으로 가장 관계가 먼 내용은?
정답 ③ · 이륙거리 단축 조건과 관계가 먼 내용을 고르는 문제이다. 이륙거리 단축 요인은 무게 감소, 플랩 등 고양력 장치 사용에 따른 양력 증가, 추력 증가, 맞바람 이륙 등이다.
이륙거리 단축은 무게↓·양력↑·추력↑·맞바람인데, ③은 추력↓이 가속도↓를 만들어 논리가 반대다.
항공기의 무게가 6ton, 날개면적이 30m² 인 제트기가 해발고도를 950km/h 로 수평 비행하고 있을 때 추력은 몇 kgf 인가? (단, 양항비는 6 이다.)
정답 ① · 제트기가 수평 비행 중일 때, 양력(L)은 중량(W)과 같고 추력(T)은 항력(D)과 같습니다. 양항비(L/D)가 6이고 무게가 6ton(6000kg)이므로, 추력(T) = W / (L/D) = 6000 / 6 = 1000kgf 입니다.
수평비행 중 추력=항력이고 양항비 L/D=6이므로 T=W÷(L/D)=6000÷6=1000kgf이다.
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