항공역학 (에어텍)

* 받음각과 에어포일 및 캠버
날개의 위, 아래에서 압력 차이가 생기는 이유는 날개의 모양과 받음각에 관계가 있다. 날개의 단면은 보통 위로 굽은 형상(이 굽은 정도를 캠버(camber)라고 한다.)이거나, 위아래 형상이 같은 경우라도 받음각(공기 흐름에 대한 날개 단면의 각도)을 가지면 양력이 발생한다.
캠버가 클수록 양력이 크게 발생하고 캠버가 작으면 양력이 작게 발생하지만 항력은 캠버가 클수록 증가한다. 이왿� 같은 이유로 저속 비행기는 캠버가 큰 날개단면을 사용하고, 고속비행기에서는 속도를 빠르게 하기위해 항력이 작아야함으로 캠버가 작은 날개단면을 사용한다. 받음각은 두께, 앞전 반지름, 시위왿� 연관이 있지만 항력에 대한 것이므로 생략한다. 받음각과 굽은 날개의 형상은 모두 유체의 흐름을 꺾이게 하는 것이 목적이다.

하지만 꼭 캠버가 필요한 것은 아니다. 에어포일에 캠버인 곡면이 없거나 충분하지 않아도 받음각으로 양력을 발생시키기 때문에 뜰 수 있다. 실제로 상하 대칭인 에어포일은 받음각이 없으면 양력이 전혀 발생하지 않는다. 날개가 상하로 뒤집힌 배면 비행이 가능할 수 있는 것도 받음각으로 양력을 발생시키기 때문이다. 이를 통해 에어포일의 캠버보다 받음각이 공기흐름의 운동에너지를 증가시키는데 더 큰 영향을 미침을 알 수 있다. 받음각에 의한 양력의 발생은 뉴턴의 작용-반작용의 원리에 의해 에어포일의 아랫면에 부딪힌 공기가 아래로 향하면서 그 반작용으로 에어포일을 들어 올리는 양력을 발생시키는데 자세한건 아래에 자세히 서술한다.

* 베르누이의 원리
양력은 물체 표면에 작용하는 압력의 합력의 수직성분이다. 간단히 말하면 윗면과 아랫면의 압력차라고 할 수 있다. 공기가 존재하는 이상 날개에는 모든 방향에서 공기의 압력이 작용한다. 그런데 날개 위쪽의 압력이 상대적으로 약하고 아래쪽의 압력이 상대적으로 높다면 결과적으로 날개 전체 입장에서는 위에서 누르던 압력이 아래에서 누르던 압력보다 약해져서 날개가 위로 떠오르게 되는 원리이다.