초승달 날개

초승달날개는 고정익 항공기 구성으로, 스윕날개가 선외기보다 선내부에 더 큰 스윕 각도를 가지고 있어 초승달 모양을 낸다.

이 평면형식은 스윕 날개 디자인의 여러 가지 불쾌한 부작용을 줄이려고 시도하는데, 특히 노점 근처에 있을 때 때때로 격렬하게 "삐치업"하는 경향이 두드러진다.

기본개념

항공기가 음속에 가까운 트랜소닉 영역으로 진입할 때 곡선 영역 위로 공기가 가속하면 흐름이 초음속으로 흐를 수 있다.이것은 충격파를 발생시키고 파동 항력이라고 알려진 상당한 항력을 발생시킨다.드래그의 증가는 매우 빠르고 강력하여 방음벽의 개념을 낳는다.

임계 마하라고 알려진 이 효과가 눈에 띄게 되는 속도는 상부와 하부 표면의 곡률에 기초한다. 곡률이 더 큰 에어포일은 임계 마하 속도가 낮기 때문에 파동 항력으로 인해 더 큰 고통을 받게 된다.트랜소닉 및 초음속 성능이 우수하도록 설계된 날개는 날개의 곡률을 더 먼 거리까지 확산시켜야 한다.이것은 자연스럽게 록히드 F-104 스타파이터의 날개처럼 얇고 긴, 낮은 측면 비율의 디자인으로 이어진다.그러한 설계는 훨씬 더 큰 유도 드래그로 인해 더 느린 속도에서 효율성이 떨어진다.그들은 또한 실제적인 단점도 가지고 있는데, 특히 착륙 기어의 연료와 보관을 위한 공간이 부족하다.

스윕날개는 보다 긴 물리적 화음을 갖지 않고 날개의 유효 곡률량을 낮추는 방법이다.가장자리 곡률을 직접 충족시키는 대신 날개의 스위프는 날개의 공기 흐름을 스위프 각도의 사인(sine)으로 연장시켜 유효 화음을 증가시킨다.이것은 두꺼운 날개가 얇은 미완성 설계와 동일한 임계 마하(Mach)를 가질 수 있게 한다.대부분의 트랜소닉 디자인은 이런 이유로 스위프를 사용하므로 무거운 파도 드래그 페널티 없이 실용적인 내부 수납이 가능한 두께의 날개를 사용할 수 있다.

실제 디자인에서는 날개가 동체와 만나는 날개 뿌리가 날개 끝보다 두껍다.날개 스파링은 날개 바깥쪽 전체로부터 힘을 지지해야 하기 때문인데, 이는 끝부분의 스파링에는 힘이 거의 없지만, 뿌리부분의 날개 전체의 리프트 힘은 거의 없다는 뜻이다.첨탑은 일반적으로 이러한 힘을 설명하기 위해 뿌리에 접근할 때 훨씬 더 커지며, 그러한 설계 주위의 날개 프로파일을 합리화하려면 일반적으로 날개가 훨씬 두껍고 끝보다 뿌리에서 더 심하게 구부러져야 한다.

그러한 설계에서 중요한 마하 수치를 일정하게 유지하려면 날개의 바깥쪽 부분이 두꺼운 뿌리보다 더 얇아야 한다.지름을 따라 일정한 임계 마하(Mach)를 포함하도록 날개를 형성하면 자연스럽게 초승달 모양이 된다.그 디자인은 두 가지 부가적인 장점을 가지고 있는데, 이것은 서로 관련이 있다.이러한 효과의 조합은 초승달 날개가 더 넓은 속도 범위에서 더 나은 핸들링 특성을 가질 수 있게 한다.

공기가 휩쓸린 날개 위로 흐를 때 날개 끝을 향한 힘에 부딪친다.고속에서는 이 힘이 너무 작아서 공기가 날개를 지나기 전에 효과를 낼 수 없다.저속에서는 이 횡방향 움직임이 더욱 뚜렷해지고, 횡방향 움직임이 그 공기의 바깥쪽을 밀면서 이 수평방향 흐름이 날개 끝을 향해 점점 더 눈에 띄게 된다.매우 낮은 속도에서는 흐름이 너무 옆으로 되어 상승하게 되는 전후 흐름이 더 이상 에어포일의 정지 속도보다 높지 않고 날개 끝부분이 정지할 수도 있다.스윕은 팁이 무게중심 뒤쪽에 있다는 것을 의미하기 때문에 항공기 후면에서 이러한 리프트의 손실은 코 위로 힘을 일으켜 추가적인 멈춤을 유발할 수 있다.위험한 폭주 효과가 발생할 수 있는데, 이를 피치업이라고 한다.

초승달 날개가 이 문제를 줄인다.끝의 스윕 각도가 뿌리보다 작기 때문에 횡력이 줄어든다.날개 전체 너비에 걸쳐 고려할 때, 이것은 스팬와이드 흐름을 크게 감소시킬 수 있고, 따라서 팁이 정지하는 속도를 낮출 수 있다.게다가, 날개 끝이 멈췄을 때에도, 그것들은 직선으로 쓸린 날개의 경우보다 더 앞쪽에 위치한다.이는 리프트 손실이 무게중심에 가깝게 발생하여 투구력의 크기를 줄인다는 것을 의미한다.^[1]

스피드 레인지의 반대쪽 끝에서 또 다른 효과가 나타난다.날개가 장전되면 위로 구부러진다.스윕 윙의 경우, 이러한 하중이 평균 화음의 후방에 있기 때문에 이 위력은 스파를 중심으로 토크가 되어 팁이 아래로 회전하도록 한다.이것은 그들이 기류에 편승할 때, 또는 "세척"하면서 끝부분의 양력을 낮춘다.이로 인해 저속 케이스와 동일한 코올리기의 힘이 발생하며 고속에서는 관련 힘이 매우 높아 구조적인 문제로 이어질 수 있다.다시 초승달날개의 끝이 압력의 중심에 가까워짐에 따라 이러한 힘은 감소된다.^[1]

날개 끝에 위치한 아일러론도 작동 시 큰 토크 힘을 생성한다.이로 인해 날개 전체의 비틀림 동작이 반대방향 힘을 가하게 되는 '에일러론 역전'이라고 알려진 문제가 발생할 수 있다.이 문제는 Supermarine Sitfire에 잘 알려져 있으며 이러한 효과에 대응하기 위해 날개를 크게 강화해야 한다.초승달 날개의 경우, 이 효과는 다른 설계에 비해 더 뚜렷하거나 덜 뚜렷하지 않다.단, 초승달 모양의 조종 하중 감소로 인해 필요한 것보다 더 높을 수 있는 최소 비틀림 강도 요건을 설정하여 잠재적으로 이 장점을 상쇄한다.^[2]

핸들리 페이지 빅터의 토론에서 자주 언급되는 자기 플레어링 능력은 초승달 날개 고유의 것이 아니라, 어느 정도 날개 스윕이 있는 어떤 높은 꼬리 항공기에서도 일어날 수 있다.이 효과는 날개가 T테일 케이스에 높이 탑재된 꼬리보다 먼저 지반 효과로 들어간다는 사실에 의해 발생한다.이렇게 되면 꼬리에 대항하지 않는 날개에 짧은 기간의 추가 상승이 발생하여 코뼈가 올라가게 된다.이 회전은 항공기가 충분히 낮게 하강하여 꼬리도 지반 효과로 들어가기 시작하면 바로 멈춘다.^[2]

역사

초승달 날개 평면형은 독일의 공기역학자인 Dipl에 의해 발명되었다.-잉. 뤼디거 코신, 발터 레만, 제2차 세계대전 당시 아라도 플루지워커케 그엠브에서 근무하던 중.원형 날개는 아라도 아르 234 V16 시제품 기체에 장착할 목적으로 1945년 4월까지 건설되었다.그러나, 장착되기 전에 영국 육군은 그 부지를 점령했고 날개는 파괴되었다.

영국 항공기 제조업체인 핸들리 페이지의 설계 직원들은 엔지니어인 구스타프 라흐만(Gustav Lachmann)으로 독일로 보내졌고, 그들은 아라도에서의 작업에 감명을 받았다.이후에 그들은 HP.80 V-bomber에 대한 제안서에 구성을 포함시켰고, 나중에 빅터라고 명명되었다.

핸들리 페이지는 3분의 1 규모의 연구용 글라이더인 HP.87을 제안했으나 곧 동력 연구용 항공기인 HP.88에 0.36의 날개를 달아 그것을 포기했다.HP.88은 1951년 6월 21일에 처음 비행했다.짧은 경력 동안 그것은 진동을 투구하는 경향을 보였으며, 1951년 8월 26일, 항공기가 공중에서 부서지기 전에 점점 더 격렬하게 일어나는 것이 관찰되었다.

그때쯤에는 1952년 12월 24일에 첫 번째 시제품이 비행하고 1958년 4월에 생산 사례가 서비스를 개시하는 등 빅토르 디자인은 이미 상당히 발전되어 있었다.HP.88에 나타난 문제는 궁극적으로 꼬리 조정기의 서보메차니즘에서 비롯된 것으로, 폭격기의 레이아웃에 내재된 문제가 아니었다.

한편 프랑스에서 브레게트는 초승달 날개 여객기에 대한 Br.978A 디자인을 제안했는데, 그들은 이를 "크로이산트"라고 불렀다.그 디자인은 지어지지 않았다.^[3]이 레이아웃은 슈퍼마린 스위프트의 초음속 버전인 슈퍼마린 545에도 채택되었지만, 이것은 생산에 투입되지 않았다.

초기 버전의 Avro Vulcan은 직선 선행 에지를 가지고 있었고, 이러한 에지는 고속 트랜스닉 속도에서 문제를 보여준다.여기에는 내측 부분을 덜 스윕하는 선행 모서리의 확장이 포함되었다.그 결과는 근본적으로 초승달 날개의 델타 버전인 수정된 날개 배치였다.

핸들리 페이지 빅터

빅토르는 초승달 날개 타입 중 유일하게 생산에 뛰어든 타입이었다.수년간 왕립 공군과 함께 근무하면서 포클랜드 전쟁 당시 기체 재급유 탱커 역할을 하는 등 폭격기 외에 다양한 역할을 했다.

초승달 날개의 프로필과 형태는 특히 비행 중 불리한 투구 행동에 대응하기 위해 초기 개발 단계에 걸쳐 상당히 미세 조정되고 변경되었다.

첫 번째 프로토타입의 비행 시험 동안, 빅터는 처리나 버퍼링 문제 없이 마하 0.98까지 비행하는 공기역학적 성능을 증명했다; 프로토타입과 생산 항공기 사이에는 공기역학적 변화가 거의 없었다.생산 항공기는 마하 수치가 낮을 때 항공기가 위로 올라가는 경향을 상쇄하기 위해 자동 노즈 플랩 작동을 특징으로 했다.초기 빅터의 특이한 비행 특성 중 하나는 자체 착륙 능력이었다. 활주로에 정렬하면 비행기의 날개가 지상에 영향을 미치면서 자연스럽게 항공기가 불꽃을 튀기면서 꼬리가 계속 가라앉아 조종사의 명령이나 개입 없이 완만한 착륙을 할 수 있었다.^[4][5]

빅터호는 뛰어난 핸들링과 뛰어난 성능을 가졌으며, 저속 비행 특성과 함께 민첩하고 대형 폭격기 항공기로는 비정형적인 기종으로 묘사되어 왔다. 1958년 빅터 한 대가 판버러 에어쇼에서 전시 비행 연습을 하는 동안 몇 번의 루프와 배럴 롤링을 수행했다.^[6]

빅터는 음속 장벽이 파괴된 여러 사례가 발생했지만 높은 아음속 비행을 위해 설계되었다.^[7]

참조

메모들

참고 문헌 목록

• 버틀러, P., 버틀러, A.; 아에로팍스: 핸들리 페이지 빅터.2009년 미들랜드 출판사ISBN 1-85780-311-6
• 그린, W.; 맥도날드와 제인즈 1970년 제3제국의 전쟁기.
• Hygate, B. 영국의 실험 제트 항공기, Argus, 1990; 페이지 106-112.
• Lee, G.H. (14 May 1954). "Aerodynamics of the Crescent Wing" (PDF). Flight International. pp. 611–612.

외부 링크

• "초승달 날개", 빅터 디자인 핸들리 페이지 영상