델타날개

Delta wing
이 기사는 날개 모양에 관한 것입니다.레이싱카는 델타윙을 참고하세요.
Dassault Mirage III는 가장 성공적인 델타 윙 유형 중 하나였습니다.

삼각형 날개는 삼각형 모양의 날개입니다.이것은 그리스 대문자 델타(Delta, δ)와 모양이 비슷해서 붙여진 이름입니다.

오랫동안 연구되었지만, 그것은 고속 아음속 비행과 초음속 비행에 적합한 것으로 증명되었던 제트 시대까지 중요한 응용을 찾지 못했습니다.속도 척도의 반대쪽 끝에서, 로갈로 유연한 날개는 행글라이더와 다른 초경량 항공기를 위한 실용적인 디자인을 증명했습니다.델타 윙 형태는 독특한 공기역학적 특성과 구조적 장점을 가지고 있습니다.안정화 표면을 추가로 사용하거나 사용하지 않는 등 여러 가지 설계 변형이 수년에 걸쳐 진화해 왔습니다.

일반특성

구조.

델타 윙의 긴 루트 코드와 최소 영역 선외기가 구조적으로 효율적입니다.동급의 종횡비와 리프팅 기능을 갖춘 스윕 날개보다 더 강하고, 더 단단하며, 동시에 더 가볍게 제작할 수 있습니다.이 때문에 MiG-21과 Mirage 항공기 시리즈의 성공에 큰 요인으로 작용하는 제작이 쉽고 상대적으로 저렴합니다.[citation needed]

또한 긴 루트 코드를 사용하여 주어진 에어로포일 섹션에 대해 더 깊은 구조를 가질 수 있습니다.이를 통해 중량 절감 특성이 향상되고, 드래그가 크게 증가하지 않으면서 연료 및 기타 항목에 더 큰 내부 부피를 제공할 수 있습니다.그러나 초음속 설계에서는 항력을 실제로 줄이기 위해 더 얇은 에어로포일을 대신 사용할 기회를 종종 잡습니다.

공기역학

저속 비행 및 와류 리프트

여느 날개와 마찬가지로, 저속에서 델타 날개는 양력을 유지하기 위해 높은 각도의 공격이 필요합니다.충분히 높은 각도에서 날개는 흐름 분리를 나타내며, 이와 관련된 높은 항력을 나타냅니다.[1]

일반적으로, 이러한 흐름 분리는 실속(stall)으로 알려진 리프트의 손실로 이어집니다.그러나 급격하게 휩쓸린 델타 날개의 경우, 공기가 선두 가장자리 주위로 밀려올 때 공기가 안쪽으로 흘러 들어가 상면에 특징적인 소용돌이 패턴을 생성합니다.이 와류의 하단부는 표면에 부착된 상태를 유지하며 공기 흐름을 가속시켜 양력을 유지합니다.중간 스위프 각도의 경우, 소용돌이 형성을 장려하고 안정화하기 위해 접을 수 있는 "콧수염" 또는 고정된 첨단 뿌리 확장(LERX)이 추가될 수 있습니다.콩코드에서 볼 수 있는 오지 또는 "와인글라스" 더블 커브는 날개의 프로파일에 이 전방 확장을 포함합니다.

이 상태에서 리프트의 중심은 와류에 의해 가려지는 영역의 중심에 근접합니다.

아음속 비행

아음속 영역에서 델타 날개의 행동은 일반적으로 스윕 날개의 행동과 비슷합니다.공기 흐름에 대한 특징적인 측면 요소가 발생합니다.이 상태에서는 날개의 앞쪽 가장자리를 따라 상승력이 극대화되며, 공기가 윤곽을 따라 가장 급격하게 회전합니다.특히 가느다란 삼각주의 경우, 양력의 중심이 가장자리를 따라 반쯤 뒤로 향합니다.

또한 측면 효과는 전체적인 양력 감소로 이어지며 경우에 따라 드래그가 증가할 수도 있습니다.최첨단 슬롯, 날개 울타리 및 관련 장치를 사용하여 이에 대응할 수 있습니다.

초음속 저음속 비행

Convair는 초음속 델타를 여러 개 만들었습니다.이것은 F-106 델타 다트로, 그들의 초기 F-102 델타 단검을 개발한 것입니다.

후방 스위프 각도가 충분히 크며, 초음속에서 낮은 초음속 범위에서 날개의 전방 가장자리는 충격파 경계 또는 전방 가장자리 루트에 의해 생성된 충격 원뿔 뒤에 남아 있습니다.

이를 통해 선두 가장자리 아래의 공기가 바깥쪽으로 흘러나와 그 주위를 돌고 나서 안쪽으로 되돌아가 아음속 흐름과 유사한 측면 흐름 패턴을 생성할 수 있습니다.리프트 분포 및 기타 공기역학적 특성은 이러한 측면 흐름에 의해 크게 영향을 받습니다.[2]

후방 스위프 각도는 날개의 전방 가장자리까지 정상적인 공기 속도를 낮추어 항공기가 높은 아음속, 초음속 또는 초음속으로 비행할 수 있도록 하며 날개 위의 공기 흐름의 아음속 리프팅 특성은 유지합니다.

이 비행 체계 내에서 충격 원뿔 내의 선두 가장자리를 축 늘어뜨리면 양력은 증가하지만, 상당한 정도로 끌지는 않습니다.[3]이러한 원뿔 모양의 가장자리 처짐은 프로토타입 디자인이 영역 결정을 포함하도록 재작업됨과 동시에 Convair F-102A Delta Daggar 제품에 도입되었습니다.컨베어의 차기 델타 항공기인 F-106 델타 다트와 B-58 허슬러에도 등장했습니다.[4]

초음속 초음속 파도타기

초음속의 높은 속도에서, 앞 가장자리 뿌리 각도의 충격 원뿔은 앞 가장자리 뒤의 날개 표면을 따라 더 뒤로 향합니다.더 이상 횡류가 발생하지 않고 공기역학적 특성이 크게 변화합니다.[2]북미형 XB-70 발키리에 사용되는 웨이버라이더 설계가 실용화되는 것은 이 비행체제에서입니다.여기서 날개 아래의 충격체는 부착된 충격파를 생성하며, 이 충격파와 관련된 높은 압력은 항력을 증가시키지 않으면서 상당한 양력을 제공합니다.

설계 변형

우주공간 e-BAC 콩코드, 오지 날개 과시

델타 윙 플랜의 변형은 기본 구성을 개선합니다.[5]

잘라낸 델타 – 팁이 잘립니다.이를 통해 리프트 아웃보드를 유지하고 높은 각도의 공격에서 윙팁 유동 분리(정체)를 줄일 수 있습니다.대부분의 삼각주는 적어도 어느 정도는 자랍니다.

복합 델타, 이중 델타 또는 크랭크된 화살표에서 선행 에지는 직선이 아닙니다.일반적으로 인보드 섹션은 스위프백이 증가하여 전면 평면 없이 제어된 고부상 소용돌이를 생성합니다.Saab Draken 전투기와 실험용 General Dynamics F-16XL 등이 그 예입니다.영불 콩코드 마하 2 여객기에 사용되는 오지 델타(Ogie delta)는 유사하지만 두 구간과 잘라낸 윙팁이 부드러운 오지 곡선으로 합쳐졌습니다.

" "
꼬리없는삼각주		 " "
크롭델타		 " "
복합 삼각주		 " "
크랭킹 화살표		 " "
오기발 삼각주		 " "
꼬리삼각주

테일 델타 – 핸들링을 개선하기 위해 기존의 테일 플레인(수평 테일 표면 포함)을 추가합니다.Mikoyan-Gurevich MiG-21과 같은 소련 유형에서 공통적입니다.

카나드 델타 – JAS 39 그리펜, 유로파이터 타이푼, 다쏘 라팔과 같은 많은 현대 전투기들은 카나드 앞 비행기와 델타 날개를 조합하여 사용합니다.

꼬리없는삼각주

Saab 35 Draken은 성공적인 꼬리 없는 이중 델타 디자인이었습니다.

다른 꼬리 없는 항공기와 마찬가지로 꼬리 없는 델타 날개는 높은 날개 하중에 적합하지 않으며 주어진 항공기 무게에 대해 넓은 날개 면적이 필요합니다.가장 효율적인 에어로포일은 피치가 불안정하기 때문에 테일리스 타입은 효율성이 떨어지는 디자인을 사용해야 하므로 날개가 커집니다.사용되는 기법은 다음과 같습니다.

  • 캠버가 제로인 대칭 형태나 트레일링 에지 근처의 반사 캠버와 같이 본질적으로 안정성이 떨어지는 덜 효율적인 에어로포일을 사용할 경우,
  • 날개 후면 부분을 가볍게 또는 심지어 음으로 하중을 받는 수평 안정기로 사용:
    • 바깥쪽 리딩 에지를 아래로 비틀어 양력의 주 중심 뒤에 있는 윙 팁의 발생을 줄입니다.이는 또한 실속 특성을 개선하고 다른 방식으로 초음속 크루즈에 혜택을 줄 수 있습니다.
    • 질량 중심을 앞으로 이동시키고 엘리베이터를 다듬어 균형을 잡는 힘을 줍니다.극단적으로, 이것은 이착륙을 위해 코를 위로 던지는 비행체의 능력을 감소시킵니다.

테일리스 델타의 주요 장점은 구조적 단순성과 가벼운 무게이며 공기역학적 항력이 낮다는 것입니다.이러한 특성은 다쏘 미라지 III를 가장 널리 제조된 초음속 전투기 중 하나로 만드는 데 도움이 되었습니다.

꼬리삼각주

기존의 테일 스태빌라이저를 사용하면 메인 윙을 리프트에 최적화할 수 있으며, 따라서 더 작고 고하중을 받을 수 있습니다.이 구성을 갖춘 항공기의 개발은 1940년대 후반으로 거슬러 올라갈 수 있습니다.[6]

글로스터 창에서와 같이 T-테일과 함께 사용될 때 델타 날개는 다른 날개와 마찬가지로 "깊은 스톨"을 일으킬 수 있으며, 스톨에서 높은 공격 각도로 인해 정지된 날개의 격동적인 흔들림이 꼬리를 덮습니다.이것은 엘리베이터를 무력하게 만들고 비행기는 실속에서 회복할 수 없게 만듭니다.[7]이와 같은 상황에 조기에 항공기를 상실한 후에 창던지기를 위한 실속경고장치가 개발되어 시행되고 있습니다.[8]보도에 따르면 글로스터의 설계 팀은 필요에 따라 꼬리가 달린 델타 구성을 사용하기로 결정했는데, 이는 해당 시대에 상대적으로 빠른 속도로 효과적인 기동성을 달성하는 동시에 원하는 더 느린 착륙 속도로 비행할 때 적절한 제어 가능성을 요구하는 것이었습니다.[9]

카나드 삼각주

유로파이터 타이푼은 카나드 델타 윙 구성을 가지고 있습니다.

리프팅 카나드 델타는 기존의 테일 구성에 비해 마하 수가 증가함에 따라 리프트 중앙에 더 작은 시프트를 제공할 수 있습니다.

언로딩되거나 자유 부유하는 카나드는 높은 각도의 공격으로부터 안전하게 복구할 수 있습니다.카나드 표면은 설계에 따라 항공기의 종방향 안정성을 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다.[10][11]

카나드 델타 포어플레인은 자신의 트레일링 소용돌이를 만듭니다.이 와류가 주 델타 날개의 와류를 방해할 경우 날개 위의 기류에 악영향을 미치고 원치 않거나 심지어 위험한 행동을 일으킬 수 있습니다.밀접하게 결합된 구성에서 카나드 와류는 주 와류와 결합하여 그 이점을 향상시키고 광범위한 속도와 공격 각도를 통해 제어된 공기 흐름을 유지합니다.이를 통해 기동성이 향상되고 정지 속도가 낮아지지만, 앞 비행기가 있으면 초음속에서 항력이 증가하여 항공기의 최대 속도가 감소할 수 있습니다.

역사

초기연구

로켓을 위한 삼각형 안정화 핀은 일찍이 1529년에서 1556년까지 오스트리아의 군사 기술자 Conrad Haas에 의해 그리고 17세기에 폴란드-리투아니아의 군사 기술자 Kazimierz Siemienowicz에 의해 기술되었습니다.[12][13][14]그러나 델타 형태의 진정한 리프팅 날개는 J.W. 버틀러와 E.에 의해 특허를 받은 1867년까지 나타나지 않았습니다.낮은 종횡비, 다트 모양의 로켓 추진 항공기를 위한 디자인을 한 Edwards.버틀러와 에드워즈의 2중 비행기 버전, 러시아 Nicholas de Teleschef의 제트 추진형 버전과 같은 유사한 다트 모양의 다양한 제안들이 뒤따랐습니다.[15]1909년 스페인 조각가 리카르도 카우사라스(Ricardo Causarás)가 카나드 앞면을 가진 변종을 실험했습니다.[16][17]

또한 1909년에 영국의 항공기 개척자 J. W. 던은 원추형 날개를 발달시킨 꼬리 없는 안정된 항공기에 대한 특허를 냈습니다.이 특허는 현대의 로걸이 허용하는 방식으로 각 면이 후방을 향해 위로 불룩 솟아 있는 광범위한 바이코닉 델타(biconic delta)를 포함했습니다.[18]그 다음 해 미국에서 U.G. Lee와 W.A. Darrah는 날개가 분명히 단단한 이 원뿔 모양의 델타 날개 항공기에 대한 특허를 받았습니다.그것은 또한 비행 제어 시스템에 대한 제안을 통합했고 활공과 동력 비행을 모두 포함했습니다.[19][20]1904년, 독립적인 좌우 삼각형 날개를 특징으로 하는 라베자니의 행글라이더가 땅을 떠났고, 같은 원리를 바탕으로 한 던의 다른 꼬리 없는 스윕 디자인들이 날았지만, 이 초기 디자인들 중 어느 것도 성공적으로 날지 못한 것으로 알려져 있습니다.[19]

실용적인 델타 날개는 1930년대에 독일의 항공 디자이너 Alexander Lippisch에 의해 어떤 꼬리도 없는 두꺼운 캔틸레버 날개를 사용하여 개척되었습니다.그가 "델타(Delta)"라는 이름을 만든 그의 첫 번째 디자인은 매우 부드러운 각도를 사용하여 날개가 거의 곧게 보이고 날개 끝을 날카롭게 잘라야 함).그의 첫 번째 그러한 델타는 1931년에 비행했고, 뒤이어 네 개의 연속적으로 개선된 예들이 있었습니다.[21][22]이러한 프로토타입은 저속으로 처리하기가 쉽지 않았고 널리 사용되는 프로토타입도 없었습니다.[23][24]

아음속 두꺼운 날개

에이브로 벌컨 폭격기는 날개가 두껍고

알렉산더 리피쉬는 제2차 세계 대전 말년 동안 고속 삼각주에 대한 자신의 아이디어를 다듬어 날개의 선두 가장자리의 스윕을 크게 늘렸습니다.실험용 글라이더인 DM-1은 제안된 P.13a 고속 요격기의 공기역학을 시험하기 위해 제작되었습니다.[25]적대행위가 끝난 후, DM-1은 미국을 대신하여 완성되었고, NACA(National Advisory Committee for Aeronautics, 오늘날의 NASA의 전신)에 의해 검토를 받기 위해 버지니아주의 랭글리 필드로 운송되었습니다. 그것은 미국에서 일반적으로 항력을 낮추기 위해 상당한 변화를 겪었고, 그 결과 대형기가 교체되었습니다.더 작고 관습적인 대응물을 갖춘 수직 스태빌라이저와 록히드 P-80 슈팅 스타에서 가져온 일반 조종석 캐노피.[26]

프랑스 디자이너 Nicolas Roland Payen의 작품은 Lippisch의 작품과 어느 정도 유사합니다.1930년대에 그는 카우사라스의 그것과 비슷한 직선형의 앞날개와 가파른 삼각형의 뒤날개를 가진 탠덤 델타 형상을 개발했습니다.제2차 세계대전의 발발로 Pa-22의 비행 시험이 중단되었지만, 이 프로젝트가 독일의 관심을 끈 후에도 한동안 작업이 계속되었습니다.[27]전후 시대에 페이엔은 1954년에 실험적인 꼬리 없는 델타 제트기 Pa.49를 조종했고 1965년부터는 꼬리 없는 푸셔-구성 Arbalète 시리즈를 조종했습니다.Payen의 연구를 기반으로 한 추가적인 파생상품들이 제안되었지만 결국 개발되지 않았습니다.[28][29]

전쟁 이후, 영국은 리피쉬의 연구에서 수집한 데이터를 활용한 아음속 제트 항공기를 개발했습니다.그러한 항공기 중 하나인 Avro 707 연구용 항공기는 1949년에 첫 비행을 했습니다.[30]아브로 벌컨(전략폭격기)과 글로스터 창(전천후 전투기)과 같은 영국 군용기들이 생산에 들어간 최초의 델타 장착 항공기들 중 하나였습니다.벌컨이 전형적인 테일리스 디자인이었던 반면, 창은 저속 핸들링과 고속 기동성을 개선하고 무게 중심 범위를 넓히기 위해 테일플레인을 내장했습니다.[31]글로스터는 창을 개량하여, 다른 변화들 중에서도 마하 1.6의 초음속 속도를 달성하기 위해 날개 두께를 줄일 것을 제안했습니다.[32]

초음속 얇은 날개

MiG-21 전투기는 일반적인 꼬리를 가지고 있었습니다.

2차 세계대전 동안 NACA에서 일했던 미국의 공기역학자 Robert T. Jones는 초음속 비행을 위한 얇은 델타 날개의 이론을 개발했습니다.1945년 1월에 처음 출판된 그의 접근법은 두꺼운 델타 날개의 리피쉬의 접근법과 대조를 이룹니다.이 얇은 델타 날개는 1948년에 Convair XF-92를 타고 처음으로 날았고, 이 비행기는 델타 날개를 가진 제트 비행기로는 최초로 날았습니다.[33]그것은 모든 실용적인 초음속 삼각주에 성공적인 기반을 제공했고 그 구성은 널리 채택되었습니다.[34][35]

1940년대 후반, 영국 항공기 제조업체인 Fairy Aviation은 델타 윙에 관심을 갖게 되었고,[36] 그 제안으로 인해 실험용 Fairy Delta 1이 Air Ministry Specification E.10/47에 생산되었습니다.[37]1956년 3월 10일, 페어리 델타 2호는 시속 1,811km(시속 1,132마일) 또는 마하 1.73을 기록하며 세계 신기록을 세웠습니다.[38][39][40][41]이것은 처음으로 기록을 1,000 mph 이상으로 올렸고 이전 기록을 310 mph, 즉 37% 경신했습니다. 이전에는 기록을 이렇게 큰 폭으로 올린 적이 없었습니다.[39][42]

원래 꼬리가 없는 형태로, 얇은 델타는 미국 항공 회사인 Convair와 프랑스 항공기 제조사인 Dassault Aviation에 의해 광범위하게 사용되었습니다.초음속 Convair F-102 Delta Daggar와 transonic Douglas F4D Skyray는 1956년에 취역할 때 꼬리 없는 델타 윙을 특징으로 한 최초의 작전 제트기들 중 두 대였습니다.[43]델타 윙에 대한 다쏘의 관심은 다쏘 미라지 전투기, 특히 매우 성공적인 미라지 3세를 만들어냈습니다.다른 특징들 중에서도, 미라지 3세는 수평 비행에서 마하 2를 넘은 최초의 서유럽 전투기였습니다.[44]

TsAGI(Moscow, Central Aero and Hydynamic Institute)는 순수 델타 평면 형태에 비해 높은 공격각 처리, 기동성 및 무게 중심 범위를 향상시키기 위해 꼬리 델타 구성을 채택했습니다.미코얀-구레비치 MiG-21은 1970년대에 가장 널리 만들어진 전투기가 되었습니다.[45]

밀착형 카나드

Saab Viggen은 밀접하게 결합된 카나드를 개척했습니다.
주요 기사 : 카나드 (항공학)

1960년대에 스웨덴의 항공기 제조사인 Saab AB는 주 델타 날개 바로 앞과 위쪽에 델타 포어플레인을 배치하는 근접 결합 카나드 델타 구성을 개발했습니다.[46]1963년에 특허를 받은 이 구성은 1967년에 회사의 비겐 전투기에 처음으로 비행했습니다.밀착 결합은 날개 위의 공기 흐름을 조절하는데, 특히 높은 각도의 공격으로 비행할 때 가장 중요합니다.기존의 테일 마운트 엘리베이터와는 대조적으로, 카나드는 메인 윙 위의 공기 흐름을 안정화시킬 뿐만 아니라 전체적인 상승력을 증대시킵니다.이를 통해 보다 극단적인 기동이 가능해지고 저속 핸들링이 개선되며 이륙 및 착륙 속도가 줄어듭니다.1960년대 동안, 이 구성은 급진적인 것으로 여겨졌지만, Saab의 설계팀은 그것이 유리한 STOL 성능, 초음속 속도, 낮은 레벨 비행 동안의 낮은 난류 민감도를 포함하여 Viggen에 대한 상충되는 성능 요구를 충족시키기 위해 사용 가능한 최적의 접근법이라고 판단했습니다.아음속 비행을 위한 효율적인 승강.[47][48]

밀접하게 결합된 카나드는 그 이후로 초음속 전투기에서 보편화되었습니다.주목할 만한 예로는 다국적 유로파이터 타이푼, 프랑스 다쏘 라팔, 사브 자체 그리펜(비겐의 후신), 이스라엘 IAI Kfir 등이 있습니다.인기의 주요 원인 중 하나는 이 로봇이 할 수 있는 높은 수준의 기동 민첩성 때문입니다.[49][50]

초음속 수송

주요 기사:초음속 수송

초음속 수송기(SST)가 개발되었을 때, 1968년에 처음 비행한 투폴레프 Tu-144와 영불 콩코드에 꼬리가 없는 호기심 델타 날개가 선택되었습니다.Concorde와 Tu-144 프로토타입 모두 오기발 델타 구성을 가지고 있는 반면, Tu-144의 생산 모델은 이중 델타 날개로 변경함으로써 차이가 있었습니다.[51]델타 날개는 이러한 여객기들이 저속에서 기존의 항공기보다 더 높은 공격 각도를 채택할 것을 요구했습니다. 콩코드의 경우, 상부 날개 표면 전체에 큰 저압 소용돌이를 형성할 수 있도록 하여 양력을 유지했습니다.[52]전형적인 착륙 속도는 시속 170마일(시속 274km)로 아음속 여객기보다 상당히 높았습니다.[53]Zero Emission Hyper Sonic Transport ZEHST)와 같은 여러 제안된 후계자들이 콩코드의 기본 설계와 유사한 구성을 채택한 것으로 알려졌으며, 따라서 델타 날개는 향후 초음속 민간 노력의 가능성이 높은 후보로 남아 있습니다.[54]

로갈로 유연 날개

이 행글라이더는 비교적 넓은 범위에 가볍게 쓸 수 있는 로갈로 델타입니다.
주요 기사: 로걸 허용

2차 세계대전 중과 그 후에 프란시스와 거트루드 로갈로는 보관을 위해 붕괴될 수 있는 유연한 날개의 아이디어를 개발했습니다.Francis는 우주선 복구에 응용하는 것을 보았고 NASA는 관심을 가지게 되었습니다.1961년 라이언은 "비행하는 지프" 혹은 "플립"이라는 실험적인 XV-8을 날렸습니다.유연한 날개는 삼각형으로 선택되었으며, 공기역학적 안정성을 제공하는 이중 원뿔 형상으로 부풀어 올랐습니다.비록 시험되었지만 궁극적으로 우주선 복구에 사용되지는 않았지만, 이 디자인은 곧 행글라이더와 초경량 항공기에 인기를 끌었고, 로걸로 알려지게 되었습니다.

참고 항목

참고문헌

인용문

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