동적 급상승

Dynamic soaring

다이나믹 플라잉은 속도가 다른 기단 사이의 경계를 반복하여 교차함으로써 에너지를 얻기 위해 사용되는 비행 기술이다.이러한 바람 구배 구역은 일반적으로 장애물과 지표면 가까이에서 발견되기 때문에 이 기술은 주로 새와 무선 조종 활공기의 운용자에게 사용되지만, 활공기 조종사는 때때로 더 높은 고도에서 기상학적 바람 전단기에서 동적으로 비행할 수 있다.

동적 급상승은 때때로 고도를 달성하기 위한 기술인 경사면 상승과 혼동된다.

기본 메커니즘

동적 치솟기에서는 다른 비행 패턴을 사용할 수 있지만, 가장 간단한 것은 상대적인 움직임의 두 공기(예: 계곡의 정지된 공기)와 계곡 위의 바람 층 사이의 전단 층을 가로지르는 폐쇄 루프이다.속도 증가는 대기 속도 또는 지상 속도로 설명할 수 있습니다.

  • 글라이더가 루프를 시작할 때, 예를 들어 정지 기단에서는 지상 속도와 대기 속도가 동일합니다.
  • 글라이더는 거의 정면으로 움직이는 기단으로 들어가 글라이더의 기속을 증가시킨다.
  • 글라이더는 180° 회전하며 운동량 덕분에 대부분의 공기 속도를 유지할 수 있다.순풍이 글라이더를 가속시켰기 때문에 글라이더의 지상 속도는 이제 더 빨라졌다.
  • 이 루프는 글라이더가 정지된 기단으로 다시 진입하여 회전하면서 계속 진행되며, 현재 더 높은 기속과 지상 속도를 유지합니다.
  • 각 사이클은 드래그로 인해 추가 증가를 막을 수 있는 수준까지 속도를 높입니다.

이 에너지는 두 기체의 속도 차이를 사용하여 기체 간 이동 후 비행 물체를 더 높은 고도로 들어 올린다(또는 강하 방향을 반전시킨다).

Dynamic Soaring Loop

실제로 이동 기단과 정지 기단 사이에는 난류 혼합층이 있습니다.게다가, 항력 때문에 비행기가 계속 느려지고 있어요.속도가 높을수록 드래그력이 높아지기 때문에 최대 속도를 낼 수 있습니다.효율적인 글라이더 설계를 위해 일반적으로 풍속의 약 10배입니다.

바닷새가 동적 고공 비행을 수행할 때 바람의 구배가 훨씬 덜 뚜렷하기 때문에 에너지 추출이 상대적으로 더 작습니다.글라이더 조종사처럼 원을 그리며 비행하는 대신, 새들은 보통 지그재그 패턴으로 반대 방향으로 일련의 반원을 비행한다.바람을 향해서 기울기를 통해 처음 오르면 풍속이 빨라집니다.그런 다음 180° 선회하여 같은 경사도를 통과하여 역주행하며 바람의 방향을 따라 비행속도를 높입니다.그런 다음 낮은 고도에서 180° 회전하고 반대 방향으로 방향을 돌려 바람을 거슬러 올라갑니다.순환이 반복됩니다.기동을 반복함으로써 풍속을 유지하면서 바람을 향해 횡진할 수 있으며, 이는 바람을 향해 무한히 이동할 수 있게 해준다.

항력이 새의 속도를 늦추고 있기 때문에 동적 급상승은 항력으로 손실되는 속도와 바람의 구배를 따라 이동함으로써 얻어지는 속도 사이의 트레이드오프입니다.고도에 따라 바람의 기울기가 줄어들기 때문에 더 높은 곳에 오르면 추가적인 이점이 없습니다.

새들

물결치는 신천옹 피바스트리아 이라타

알바트로스는 특히 이러한 기술을 이용하는 데 능숙하고 아주 적은 에너지로 수천 마일을 여행할 수 있습니다.갈매기와 제비갈매기도 비행 중에 이러한 행동을 보인다.역동적으로 날아오르는 새들은 날아오를 때 날개를 잠글 수 있는 골격 구조를 가지고 있어 근육의 긴장과 힘을 줄여준다.

Rayleigh 경은 1883년 영국 학술지 [1]Nature에서 역동적인 급상승에 대해 처음 설명했습니다.

날개가 작동하지 않는 새는 고요한 공기에서도 수평 바람에서도 무한정 수평을 유지할 수 없다.단기간 동안 이러한 유지보수는 초기 상대속도를 희생하면서 가능하지만, 이는 곧 소진되어야 한다.따라서 새가 날개를 작동하지 않고 한동안 그의 길을 따라갈 때마다, 우리는 다음과 같은 결론을 내려야 합니다.
  1. 코스가 수평이 아니라
  2. 바람이 수평이 아니거나
  3. 바람은 균일하지 않다.
진실은 보통 (1)이나 (2)에 의해 표현될 가능성이 높지만, 내가 제기하고 싶은 질문은 (3)에 의해 제시된 원인이 때때로 작용하지 않는가 하는 것이다.

위에서 Rayleigh가 설명한 첫 번째 사례는 단순 활공 비행이고, 두 번째 사례는 정적 상승(열, 풍파 또는 경사면 상승 사용)이며, 마지막 사례는 동적 [2]상승입니다.

유인 항공기

Helmut Reichmann은 1975년 그의 책 Streckensegelflug(1978년 미국 치솟는 학회에 의해 영어로 출판됨)에서 잉고 레너가 1974년 10월 24일 호주 토쿰왈 상공에서 글라스플뤼겔 H-301 명예훼손 글라이더를 타고 비행한 것을 묘사하고 있다.이날 지표면에는 바람이 불지 않았지만 300m 상공에는 시속 70km(40노트)의 강풍이 불었다.레너는 바람 아래 급강하로 잠수해 고요한 공기로 진입할 때까지 약 350m까지 예인선을 타고 180도 회전(높은 g)한 후 다시 올라갔다.역풍을 통과하면서 시속 70km의 바람을 다시 맞닥뜨렸다.이것이 제공하는 추가적인 공기 속도는 그가 원래 키를 회복할 수 있게 했다.이 기동을 반복함으로써 그는 바람을 타고 빠르게 표류했지만 상승기 없이 약 20분 동안 키를 성공적으로 유지했다.이후 Pik 20 범선을 타고 비행할 때, 그는 순풍 표류를 없애고 심지어 바람 속으로 나아갈 수 있도록 기술을 개선했다.

무인 항공기

동적 상승 기술은 추력-발진 조건 하에서 성능을 향상시키기 위해 무인 항공기에 적용되었다.이는 엄격한 [clarification needed]조건에서 항공기의 내구성과 항속거리를 향상시킨다.

무선 조종 글라이더

아이다호 폭포 근처에서 R/C 글라이더로 역동적으로 치솟고 있습니다풍향은 오른쪽에서 왼쪽으로 나갑니다.

1990년대 후반, 무선 조종 활공은 역동적인 급상승에 대한 아이디어를 일깨웠다.[3]무선조종 글라이더 조종사는 능선, 안장, 심지어 나무 줄과 같은 지상의 풍하측을 이용하여 동적 고공 비행을 수행합니다.산등성이가 바람을 향해서 가파른 뒷면(바람 쪽으로)을 가지고 있는 경우, 언덕 꼭대기에서 흐름이 분리되어 언덕 뒤쪽에서 정체 또는 역류하는 공기의 부피 상부를 빠른 공기층이 이동할 수 있습니다.속도 구배, 즉 윈드 시어는 새나 실물 크기의 돛단보다 훨씬 클 수 있다.높은 구배는 그에 상응하는 더 큰 에너지 추출을 허용하며, 결과적으로 항공기의 속도가 훨씬 빨라진다.모형은 원형 경로로 비행하고, 뒷면 위로 날아오른 뒤 빠르게 움직이는 역풍을 뚫고, 바람을 타고 날아오르기 위해 선회하고, 정지된 공기 속으로 전단층을 뚫고 내려갔다가 다시 선회해 언덕 뒤쪽으로 날아오르기 등을 반복한다.고속 회전으로 인한 하중(가장 빠른 모델은 100Gs 이상 끌어당길 수 있음)은 동체와 날개에 상당한 구조적 보강이 필요합니다.이러한 이유로 동적 급상승 모델은 일반적으로 복합 재료를 사용하여 제작됩니다.

2021년 1월 19일 현재, 무선 제어 동적 급상승에 대해 보고된 최고 지상 속도는 548mph(476kn)[4]였다.속도를 인증하는 공식 제재 기관이 없기 때문에 비디오 영상 등의 소스 분석도 사용되지만 레이더 총의 판독치를 바탕으로 비공식적으로 기록이 등재된다.최근 일부 모델은 가속, 공기 속도 등을 기록하기 위해 기내에 원격측정기 등을 휴대하기 시작했다.

레퍼런스

  1. ^ 레일리 경(1883년 4월 5일) "새의 급증", 네이처, 제27권, 제701호, 534-535쪽.
  2. ^ Boslough, Mark B.E. (June 2002). "Autonomous Dynamic Soaring Platform for Distributed Mobile Sensor Arrays" (PDF). Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico. SAND2002-1896. Archived from the original (PDF) on 2006-09-23. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  3. ^ Sorrel, Charlie (June 24, 2009). "Don't Blink: 392 MPH Glider Tears Through the Air" – via www.wired.com.
  4. ^ "List of speed records". RCSpeeds.com. Retrieved January 24, 2021.

외부 링크