석면비(에어로넛)

애스펙트비(AR=33.5) 및 리프트 대 에어플로비(L/D=56)가 매우 높은 ASH 31 글라이더

항공학에서 날개의 종횡비란 날개의 스팬과 평균 현의 비율이다.그것은 날개 넓이의 제곱을 날개 넓이로 나눈 것과 같다.따라서 길고 좁은 날개는 가로 세로 비율이 높은 반면 짧고 넓은 날개는 가로 ^[1]세로 비율이 낮습니다.

가로 세로 비율 및 평면 형태의 다른 특징은 가로 세로 비율에 따라 상승 대 드래그 비율이 증가하여 동력 비행기의 연비와 돛대의 활공 각도가 개선되기 때문에 종종 날개의 공기역학적 효율을 예측하는 데 사용됩니다.

정의.

애스펙트비 $\$ $AR}}$ 은 $디스플레이 스타일$ 날개 폭 $b$ 의 제곱과 $b$ 투영^[2] 날개 $면적$ S의 비율(\ $displaystyle$ S $S$ ^[3]^[4]로, 날개 $b$ 와 $b$ 표준 평균 ${\text{SMC}}$ SMC의 비율(\ $displaystyle\text)$ 과 같습니다. $SMC$ ^[5]

$디스플레이 스타일AR}}\equiv {frac {b^{2}}{S}}=440frac {b}{\text{SMC}}}}:$

메커니즘

유용한 단순화로서, 비행 중인 비행기는 날개 ^[6]길이와 같은 직경의 공기 원통에 영향을 주는 것을 상상할 수 있다.큰 날개 폭은 큰 공기 실린더에 영향을 미치고, 작은 날개 폭은 작은 공기 실린더에 영향을 미친다.동일한 상향력(단위 시간당 모멘텀 변화)을 발생시키려면 소형 공기 실린더를 대형 실린더보다 더 큰 출력(단위 시간당 에너지 변화)으로 눌러야 합니다.이는 더 작은 공기 덩어리에 동일한 운동량 변화를 주는 것은 더 큰 속도 변화를 주고, 에너지는 속도의 제곱에 비례하는 반면 운동량은 속도에 선형적으로 비례하기 때문에 훨씬 더 큰 에너지 변화를 주기 때문입니다.속도 변화의 후방 편향 요소는 유도 항력에 비례합니다. 유도 항력은 대기 속도에서 동력을 얻는 데 필요한 힘입니다.

공기의 원통 외부의 방해받지 않은 공기와 아래로 움직이는 공기의 원통 사이의 상호작용은 날개 끝에서 일어나 날개 끝 소용돌이로 보일 수 있습니다.

이것은 극단적으로 지나치게 단순화된 것이며 비행기 날개는 ^[7]주변의 매우 넓은 영역에 영향을 미친다는 것을 명심하는 것이 중요하다.

Eta 모터 글라이더의 매우 높은 애스펙트비 날개(AR=51.33)로 L/D비 70

기내

Piper PA-28 Cherokee의 중간 석면비 날개(AR=5.6)

봄바디어 Dash 8 Q400의 높은 애스펙트비 날개(AR=12.8)

콩코드의 매우 낮은 종횡비 날개(AR=1.55)

종횡비가 높은 길고 좁은 날개가 더 나은 양력 대 드래그 비(아래 세부사항 참조)와 같은 공기역학적 이점을 가지고 있지만, 모든 항공기에 종횡비율이 높은 것은 아니다.

구조:긴 날개는 짧은 날개에 비해 주어진 하중에 대해 높은 굽힘응력을 가지므로 더 높은 구조설계(건축 및/또는 재료) 사양을 필요로 한다.또한 날개가 길수록 특정 하중에 대해 약간의 비틀림이 발생할 수 있으며, 일부 용도에서는 이 비틀림이 바람직하지 않다(예를 들어 휘어진 날개가 보조 날개 효과를 간섭하는 경우).
기동성: 종횡비가 낮은 날개는 종횡비가 높은 날개에 비해 롤각 가속도가 높아집니다.종횡비가 높은 날개는 극복해야 할 관성 모멘트가 높기 때문입니다.안정된 회전에서는 날개 길이가 길수록 회전 모멘트가 높아지는데, 이는 애일러론의 모멘트 암이 길기 때문입니다.낮은 종횡비 날개는 전투기에 주로 사용되며, 높은 회전 속도뿐만 아니라 특히 초음속 비행에 수반되는 더 긴 현과 더 얇은 날개에도 사용된다.
기생 드래그:하이 애스펙트 윙은 유도 항력을 덜 발생시키지만 기생 항력(형상, 정면 영역 및 표면 마찰로 인한 항력)이 더 큽니다.이는 동일한 날개 면적의 경우 평균 코드(날개 위로 바람이 이동하는 방향의 길이)가 더 작기 때문이다.레이놀즈 수의 영향으로 단면 항력 계수의 값은 표면의 특성 길이에 대한 역대수 함수이며, 이는 같은 영역의 두 날개가 동일한 속도와 동일한 공격 각도로 비행하더라도 단면 항력 계수가 ch가 작은 날개에서 약간 더 높다는 것을 의미한다.단, 날개 폭의 변화에 따른 유도 항력의 변동에 비하면 이 변동은 매우 작다.
예를 ^[8]들어 NACA 23012 에어포일의 단면 드래그 계수 $c_{d}\;$ d $displaystyle c_{d}\;}$ 는 $c_{d}\;$ (일반적인 리프트 계수에서) 0.129의 현 길이에 반비례합니다.
$c_{d}\varpropto {1}{\text{fac}}^{0.fac}}}.$

현 길이가 20% 증가하면 단면 항력 계수가 2.38% 감소합니다.

실용성: 아스펙트비가 낮으면 연료 탱크, 접이식 랜딩 기어 및 기타 시스템을 수용하는 데 사용할 수 있는 최대 두께가 크기 때문에 내부 부피가 커집니다.
비행장 크기:비행장, 격납고 및 기타 지상 장비는 최대 날개 폭을 정의하며, 이를 초과할 수 없습니다.주어진 날개 폭에서 충분한 양력을 발생시키기 위해 항공기 설계자는 현을 길게 하여 날개 면적을 늘려 가로 세로 비율을 낮춰야 한다.이로 인해 에어버스 A380은 가로 세로 비율이 7.8인 80m로 제한되고 보잉 787 또는 에어버스 A350은 가로 세로 비율이 9.5로 비행 ^[9]경제에 영향을 미칩니다.

가변 석면비

음속에 근접하거나 음속을 초과하는 항공기는 가변 스위프 날개를 사용하는 경우가 있다.이 날개는 비위축 시에는 높은 가로 세로 비율을, 최대 스위프 시에는 낮은 가로 세로 비율을 제공합니다.

아음속 흐름에서, 가파르게 쓸리고 좁은 날개는 높은 아스펙트 비율의 날개에 비해 비효율적입니다.그러나 흐름이 천음속 상태가 되고 초음속이 되면 날개 윗면을 따라 처음 발생하는 충격파가 항공기에 파장을 일으키며 이 항력은 날개 간격에 비례한다.따라서 저속에서는 가치가 있는 긴 스팬은 천음속과 초음속에서는 과도한 항력을 일으킨다.

스위프를 변경함으로써 날개를 현재 비행 속도에 맞게 최적화할 수 있습니다.그러나 이동날개의 무게와 복잡성은 그러한 시스템이 많은 설계에 포함되지 않음을 의미한다.

새와 박쥐

새와 박쥐의 날개는 가로 세로 비율이 상당히 다르다.앨버트로스나 독수리처럼 장거리를 비행하거나 장시간 비행하는 새들은 종종 높은 종횡비 날개를 가지고 있다.반면 유라시아참새매처럼 기동성이 뛰어난 새는 가로세로 비율이 낮은 날개를 갖고 있다.

세부 사항

코드 c와 스팬 b의 등축 날개의 경우 석면비는 다음과 같이 구한다.

AR={b\over c}

날개가 스윕되면 c는 전진 비행 방향과 평행하게 측정된다.

대부분의 날개는 현의 길이가 일정하지 않고 날개를 따라 다르기 때문에 종횡비 AR은 날개폭 b의 제곱을 날개면적 ^[10]^[11]S로 나눈 것으로 정의된다.기호에서는

AR={b^{2} \over S}

R

=

AR={b^{2} \over S}

AR={b^{2} \over S}

S ({

displaystyle

AR={

b^{2}\over

S

AR={b^{2} \over S}

다양한 현을 가진 날개의 경우 표준 평균 현 SMC은 다음과 같이 정의된다.

SMC={S \over b}={b \over AR}

리프트 대 드래그 비 및 날개 끝 소용돌이와 관련된 석면비 AR의 성능은 $C_{d}\;$ C $C_{d}\;$ \\ $displaystyle C_{d}\;}$ 의 드래그 계수를 계산하는 데 사용되는 공식에 나타나 있다.

C_{D}=C_{D0}+{\frac {(C_{L})^{2}}{\pi eAR}}

어디에

$C_{D}\;$	항공기 항력 계수입니다.
$C_{D0}\;$	항공기 제로 리프트 드래그 계수입니다.
$C_{L}\;$	항공기 리프트 계수입니다.
${\displaystyle\pi\;}$	원둘레 대 원둘레 비율 pi입니다.
$e\;$	Oswald 효율 수치입니다.
$AR$	애스펙트비입니다.

습윤 석면비

습윤 애스펙트 비는 날개뿐만 아니라 기체 전체 습윤 $S_{w}$ 인 S w $S_{w}$ \ $displaystyle S_{$ w $S_{w}$ 를 고려합니다.이는 날개 종횡비보다 항공기의 공기역학적 효율성에 대한 더 나은 척도이다.다음과 같이 정의됩니다.

{AR}_{\mathrm {arg}}={b^{2} \over S_{w}}

$b$ 서 b $(\displaystyle$ b $)$ 는 $b$ 스판, $(\$ 는 $S_{w}$ 습윤 표면입니다.

Boeing B-47과 Avro Vulcan이 예시하고 있습니다.두 항공기는 근본적으로 다르지만 성능은 매우 유사하다.B-47은 애스펙트비가 높고 Avro Vulcan은 애스펙트비가 낮다.그러나 습윤 ^[15]석면비는 매우 유사합니다.

「」를 참조해 주세요.

메모들

^ 런던, 피트만 출판사, 제3장, 비행기계(1972년), (p.103, 제8판), 커모드 ISBN 0-273-31623-0
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레퍼런스

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L. J. Clancy(1975), 공기역학, Pitman Publishing Limited, London ISBN 0-273-01120-0
존 P. 필딩항공기 설계 입문, 캠브리지 대학 출판부, ISBN 978-0-521-65722-8
다니엘 P.레이머(1989년).항공기 설계: 개념적 접근, 미국 항공 우주 협회, 워싱턴 DC. ISBN 0-930403-51-7
McLean, Doug, 공기역학 이해: Wiley는 Real Physics, Section 3.3.5 (제1판)에서 논하고 있습니다.ISBN 978-119967514

[Kermode-1] 런던, 피트만 출판사, 제3장, 비행기계(1972년), (p.103, 제8판), 커모드 ISBN 0-273-31623-0

[2] "Geometry Definitions". www.grc.nasa.gov. Retrieved 22 October 2017.

[3] Phillips, Warren F. (2010). Mechanics of Flight (2 ed.). John Wiley & Sons. ISBN 9780470539750.

[4] Raymer, Daniel P. (1999). Aircraft Design: a Conceptual Approach (3 ed.). American Institute of Aeronautics and Astronautics. ISBN 1563472813.

[5] Barnard, R. H.; Philpott, D. R. (2010). Aircraft Flight (4 ed.). Pearson Education. ISBN 9780273730989.

[6] Clancy, L.J., 공기역학, 섹션 5.15

[7] McLean, Doug, 공기역학 이해: 실제 물리학 섹션 3.3.5에서 논하는 내용

[8] 돔마쉬, D.O., S.S. 셔비, 코놀리, T.F.(1961), 비행기 공기역학, 128쪽, 피트만 출판사.뉴욕

[leeUp-9] 해밀턴, 스콧2014년 2월 3일, Leehamnews.com, "A380 업데이트: 신버전의 전망과 관련된 사항"접속일 : 2014년6월 21일2014년 4월 8일 아카이브 완료.

[10] 앤더슨, 존 D.Jr, 비행 입문, 방정식 5.26

[11] Clancy, L.J., 공기역학, 5.13(f) 하위 섹션

[12] 앤더슨, 존 D.Jr, 비행개론, 섹션 5.14

[13] L.J. Clancy, Airdynamics, 하위 등식 5.8

[14] 앤더슨, 존 D.Jr, 공기역학의 기초, 공식 5.63 (제4판)

[15] "The Lifting Fuselage Body". Meridian-int-res.com. Retrieved 2012-10-10.

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