플라잉 윙

Flying wing
노스럽 B-2 스피릿 스텔스 폭격기

비행날개는 동체가 확정되지 않은 꼬리 없는 고정익 항공기로, 승무원, 적재물, 연료, 장비가 주익 구조 안에 수용된다.비행 날개에는 포드, 나셀, 수포, 붐 또는 수직 안정기와 같은 다양한 작은 돌기가 있을 수 있다.

기술적으로 날개가 아닌 유사한 항공기 설계를 흔히 그렇게 부르기도 한다.이러한 유형에는 동체가 있고 확실한 날개가 없는 혼합 날개 본체 항공기와 리프팅 본체 항공기가 포함된다.

순수 비행 날개는 이론적으로 고정 날개 항공기의 최소 항력 설계 구성이다.그러나 기존의 안정화 표면과 관련 제어면이 없기 때문에 가장 순수한 형태에서 비행날개는 불안정하고 제어가 어렵다.

기본 비행 날개 구성은 1920년대에 종종 다른 꼬리 없는 디자인과 함께 중요한 연구 대상이 되었다.제2차 세계대전에서 나치 독일연합군 모두 날개의 개발에 진일보했다.1950년대 초음속 항공기의 개발로 비행익에 대한 군사적 관심은 시들해졌지만 스텔스 기술의 잠재력 때문에 1980년대 들어 다시 생겨났다.이러한 접근은 결국 노스롭 그루먼 B-2 스피릿 스텔스 폭격기로 이어졌다.화물이나 승객을 위한 큰 운송 역할에 그것을 사용하는 것에 대한 지속적인 관심이 있었다.보잉, 맥도넬 더글라스, 암스트롱 휘트워스는 비행 날개 여객기에 대한 설계 연구를 수행했지만, 그러한 여객기는 아직 만들어지지 않았다.

비행 날개 개념은 대부분 아음속 항공기에 적합하다.초음속 비행익은 만들어지지 않았다.

설계.

개요

플라잉 윙(flying wing)은 특정한 동체테일플레인이 없는 항공기로, 승무원, 페이로드, 연료 및 장비가 주 날개 구조 안에 수용됩니다.비행 날개에는 포드, 나셀, 수포, 붐 또는 수직 안정기와 같은 다양한 작은 돌기가 있을 수 있다.[1]

클린 플라잉 윙은 고정 날개 항공기에 대해 이론적으로 가장 공기역학적으로 효율적인(최저 항력) 설계 구성으로 제시되기도 한다.또한 특정 날개 깊이에 대해 높은 구조 효율을 제공하여 경량화와 높은 [2]연비로 이어집니다.

기존의 안정화 표면 및 관련 제어 표면이 없기 때문에 가장 순수한 형태에서 비행 날개는 불안정하고 제어가 어렵다는 고유한 단점을 겪습니다.이러한 타협은 조정하기 어려우며, 이를 위한 노력은 무게와 항력의 감소와 같은 비행 날개 설계의 예상 이점을 줄이거나 심지어 부정할 수 있다.또한 솔루션은 상업 항공과 같은 특정 용도에 대해 여전히 너무 안전하지 않은 최종 설계를 생성할 수 있다.

조종사, 엔진, 비행 장비 및 페이로드가 날개 부분의 깊이 안에 모두 장착되는 문제에서 더 많은 어려움이 발생합니다.비행 날개 설계와 관련하여 알려진 다른 문제는 피치 및 요와 관련이 있습니다.피치 문제는 꼬리 없는 항공기에 관한 기사에서 논의된다.요(Yaw)의 문제는 다음과 같습니다.

엔지니어링 설계

조종사, 엔진, 연료, 언더캐리지 및 기타 필요한 장비를 수용할 수 있을 정도로 깊이 있는 날개는 기존 날개와 긴 두께의 동체에 비해 앞면적이 커집니다.이는 실제로 기존 설계보다 더 높은 드래그와 낮은 효율로 이어질 수 있습니다.일반적으로 이 경우에 채택되는 해결책은 날개를 상당히 얇게 유지하는 것이며, 항공기에는 실용적인 항공기의 모든 요구를 수용하기 위해 다양한 종류의 물집, 포드, 나셀, 핀 등이 장착된다.

이 문제는 두꺼운 날개의 항력이 급격히 증가하고 날개가 얇아지는 데 필수적인 초음속에서는 더욱 심각해진다.초음속 비행익은 만들어지지 않았다.

방향 안정성

항공기가 일정한 보정 없이 비행하려면 요에서 방향 안정성이 있어야 한다.

날개는 효율적인 수직 안정 장치나 지느러미를 부착할 곳이 없습니다.모든 핀은 날개 뒤쪽에 직접 부착되어야 하며, 공기역학 중심에서 작은 모멘트 암이 생성됩니다. 즉, 핀이 비효율적이고 효과적으로 작동하려면 핀 면적이 커야 합니다.이렇게 큰 지느러미는 무게와 드래그 패널티가 있어 날개의 장점을 부정할 수 있습니다.예를 들어 낮은 비율의 델타 윙과 같이 날개 스위프백을 늘리고 트윈 핀을 선단 근처에 배치함으로써 문제를 최소화할 수 있지만, 그에 상응하는 효율 저하를 고려할 때 많은 비행 날개는 스위프백이 더 부드러워지고 결과적으로 기껏해야 한계 안정성을 갖습니다.

기류 방향에서 볼 수 있는 스윕 윙의 애스펙트비는 기류에 대한 요 각도에 따라 달라집니다.요는 선행익의 종횡비를 증가시키고 후행익의 종횡비를 감소시킨다.충분한 스위프백이 있으면 팁 소용돌이와 교차 흐름에서 발생하는 차동 유도 항력은 항공기를 자연스럽게 재조정하기에 충분하다.

보완적 접근은 뒤쪽으로 쓸어내린 날개 평면 형태와 함께 날개 끝을 향한 공격 각도를 감소시키는 트위스트 또는 워시아웃을 사용합니다.Dunne D.5는 이 원리를 통합했고 디자이너 J. W. Dunne[3]1913년에 그것을 출판했다.워싱아웃은 1933년 루드비히 프란틀에 의해 기술된 스팬 전체에 걸쳐 종 모양의 분포 곡선을 생성하기 위한 끝부분의 리프트를 감소시키며, 이는 주어진 리프트 양에 대한 무게와 드래그를 최적화하는 데 사용될 수 있다.

또 다른 해결책은 날개 끝 부분을 상당한 사면체와 함께 아래로 각도 또는 크랭킹하여 측면에서 볼 때 항공기 후면의 면적을 늘리는 것이다.스위프백 및 워시아웃과 조합하면 다른 문제를 해결할 수 있습니다.기존의 타원형 리프트 분포에서는 하강하는 엘리베이터가 유도 항력을 증가시켜 항공기가 방향을 이탈하게 한다("역방향 요").공격 각도가 감소함에 따라 순 공기역학적 벡터(리프트 + 드래그)의 전방 각도가 감소하며, 극단적으로 순 전진 추력을 발생시킬 수 있습니다.엘리베이터에 의한 외부 리프트의 복구는 회전 중에 날개 뒤쪽(외부) 부분에 약간의 유도 추력을 발생시킨다.이 벡터는 기본적으로 후행 날개를 앞으로 당겨 "역방향 요"를 유발하여 자연스럽게 조정된 회전을 생성합니다.던은 1913년 영국항공학회 강연에서 그 효과를 "접선적 이득"[3]이라고 묘사했다.NASA가 Frandtl-D 테일리스 [4]실험기를 띄우기 전까지 프로버스 요의 존재는 증명되지 않았다.

요 컨트롤

일부 비행 날개 설계에서는 안정화 핀과 관련 제어 방향타가 너무 멀어서 큰 효과를 볼 수 없기 때문에 요 제어를 위한 대체 수단이 제공되기도 한다.

제어 문제에 대한 한 가지 해결책은 차동 항력이다. 즉, 한쪽 날개 끝 근처의 항력이 인위적으로 증가하여 항공기가 해당 날개 방향으로 요동치게 한다.일반적인 방법은 다음과 같습니다.

  • 에일러론을 분할합니다.상부 표면은 위로 이동하고 하부 표면은 아래로 이동합니다.한쪽에 있는 에일러론을 쪼개면 디퍼렌셜 에어 브레이크 효과가 발생하여 요가 유도됩니다.
  • 스포일러.상부 날개 표면의 스포일러 표면이 상승하여 공기 흐름을 방해하고 항력을 증가시킵니다.이러한 효과는 일반적으로 리프트 상실을 동반하며, 이는 조종사에 의해 또는 자동으로 보상되는 설계 기능에 의해 보상되어야 한다.
  • 스포일러온.상부 표면 스포일러는 (애일러론을 위쪽으로 꺾는 것과 같음) 양력을 감소시켜 항공기가 회전하는 방향으로 뱅킹하도록 하는 역할을 합니다. 즉, 롤링 각도로 인해 윙 리프트가 회전하는 방향으로 작용하여 항공기의 세로 축을 회전시키는 데 필요한 항력의 양을 줄입니다.

차분 드래그 방법의 결과로 항공기 기동 빈도가 높으면 드래그 발생 빈도가 높아진다.따라서 비행 날개는 정지된 공기 속에서 비행할 때, 즉 난기류나 항로를 변경할 때, 기존 설계보다 효율이 떨어질 수 있습니다.

관련 설계

엄밀하게 날개가 아닌 일부 관련 항공기는 그렇게 묘사되었다.

Northrop Flying Wing(NX-216H)과 같은 일부 유형은 동체가 없지만 테일 붐에 여전히 테일 스태빌라이저가 장착되어 있다.

많은 행글라이더와 마이크로 라이트 항공기는 미행이 없다.비행 날개라고 부르기도 하지만, 이러한 유형은 파일럿(및 장착된 경우 엔진)을 날개 구조물이 아닌 날개 구조 아래로 운반하기 때문에 진정한 비행 날개가 아닙니다.

날카롭게 스윕된 델타 평면 형태와 깊은 중앙 섹션의 항공기는 비행 날개, 혼합 날개 본체 및/또는 리프팅 본체 구성 사이의 경계선 케이스를 나타낸다.

역사

독일 호텐호 229는 제2차 세계대전 말기 동안 비행했으며 최초의 제트 동력 비행 날개였다.

초기 연구

Northrop YB-35 폭격기 시제품은 제2차 세계대전 중에 개발되기 시작했다.

테일리스 항공기는 최초의 비행 시도 때부터 실험되어 왔다.영국의 J. W. 던은 초기 개척자였고, 그의 쓸어내린 날개 복엽기와 단엽기 디자인은 1910년 초에 고유의 안정성을 보였다.그의 작업은 1920년대와 1930년대 [5]초에 총칭하여 웨스트랜드-힐 프테로닥타일로 알려진 일련의 실험적인 꼬리 없는 항공기 설계를 개발한 G. T. R. 힐을 포함한 몇몇 다른 디자이너들에게 직접적인 영향을 미쳤다.항공부의 명령을 따르려는 시도에도 불구하고, 프테로닥틸 프로그램은 Mk. VI에 [6]대한 명령이 내려지기 전인 1930년대 중반에 결국 취소되었다.

독일의 Hugo Junkers는 1910년에 자신의 날개 전용 항공 운송 개념을 특허 냈는데, 이것이 합리적인 승객을 실어 나르고 정기적으로 대서양을 횡단할 수 있는 충분한 연료를 가지고 있는 충분히 큰 여객기를 만드는 문제에 대한 자연스러운 해결책이라고 보았다.그는 비행 날개가 잠재적으로 큰 내부 부피와 낮은 항력으로 인해 이 역할을 위한 명백한 설계가 되었다고 믿었다.1915년 12월, 그의 깊은 단발비행기 날개가 기존의 융커스 J 1에 통합되었다.1919년 그는 두꺼운 날개 안에 승객들을 앉히기 위한 그의 "자이언트" JG1 디자인을 시작했지만, 2년 후 연합 항공 관제 위원회는 독일 항공기의 전후 크기 제한을 초과했다는 이유로 불완전한 JG1을 파괴하라고 명령했다.정커들은 최대 1,000명의 승객들을 위한 미래형 비행 날개를 고안했다; 가장 가까운 것은 1931년 정커즈 G.38 34인승 그로스플루그조그 여객기였다. 이 여객기는 연료, 엔진, 그리고 두 개의 승객실을 위한 공간을 제공하는 두꺼운 날개 모양을 특징으로 했다.그러나 승무원과 추가 승객을 태우기 위해서는 짧은 동체가 필요했다.

소련의 보리스 이바노비치 체라노프스키가 1924년에 꼬리 없는 날개 글라이더를 시험하기 시작했다.1920년대 이후,[7] 체라노프스키와 같은 소련 디자이너들은 스탈린 에서 독립적으로 비밀리에 일했다.재료와 시공 방법이 크게 발전하면서, BICh-3,[8] BICh-14, BICh-7A와 같은 항공기가 가능해졌다.치제프스키와 안토노프 같은 남성들도 당시 인기 글라이더와 유사해 "자동 글라이더"로 지정된 꼬리가 없는 BOK-5와[9] OKA-33[10] (안토노프가 만든 최초의 비행기)와 같은 항공기를 디자인하여 공산당의 주목을 받았다.1932년 [11]체라노프스키에 의해 개발된 BICh-11은 1933년 제9회 글라이더 대회에서 H1과 아돌프 갈란드 형제와 경쟁했지만 1936년 베를린 올림픽에서는 시연되지 않았다.

독일에서 Alexander Lipisch는 점차 나는 날개로 옮기기 전에 꼬리 없는 타입에 대해 먼저 연구했고, Horten 형제는 1930년대에 일련의 나는 날개 활공기를 개발했습니다.H1 글라이더는 1933년에 부분적인 성공을 거두었고 후속 H2는 글라이더와 동력 모델 [12]모두에서 성공적으로 비행했다.

노스럽 YB-49는 제트 동력으로 전환된 YB-35 폭격기이다.

미국에서는 1930년대부터 잭 노스럽체스턴 L. Eshelman은 독자적으로 자체 설계를 수행했습니다.장거리 폭격기의 시제품인 Northrop N-1M[13]1940년에 처음 비행했다.에셀만 FW-5는 흔히 이라고 불리던 실험용 [14]항공기였다.진정한 비행 날개의 다른 1930년대의 예로는 1933년의 프랑스인 찰스 포벨의 AV3 글라이더와 1937년에 [15]비행한 미국 프리엘 비행 날개 글라이더가 있다. 직립 [citation needed]날개에 자기 안정형 비행 포일이 특징이다.

제2차 세계 대전

제2차 세계대전 중에는 공기역학적 문제가 충분히 이해되어 다양한 생산 대표 시제품에 대한 작업이 시작되었습니다.나치 독일에서, 호튼 형제는 비행 날개 구성의 열렬한 지지자였으며, 플란틀의 새 같은 "종 모양의 리프트 분배"[16]를 사용하여 그들 자신의 디자인을 개발했습니다.그들이 생산한 항공기는 Horten H였다.1941년에서 [17]1943년 사이에 적은 수의 글라이더가 생산되었습니다.몇몇 다른 후기 독일군 설계는 초기 제트 엔진으로 구동되는 매우 짧은 비행거리 비행의 범위를 확장하기 위한 제안 해결책으로 비행 날개 개념 또는 그것의 변형에 기초했다.

Smithsonian's Paul Garber 시설에서 2007년 현재 보관되지 않은 Horten Ho 229 V3의 일부

Horten Ho 229 제트 전투기 시제품은 [18]1944년에 처음 비행했다.두 번째 비행날개인 누르플뤼겔(Nurflugel)과 융커스 주모 004 제트 엔진 한 쌍 또는 "V2"(Versuch의 경우 V) 시제품 기체를 결합했다. 따라서, 그것은 세계 최초의 순수 비행날개로, 1944년 3월에 처음 비행한 것으로 알려졌다.V2는 Erwin Ziller에 의해 조종되었는데, Erwin Ziller는 엔진 중 하나에서 불꽃이 튀어 추락으로 사망했다.분쟁의 막바지에 Gotha Go 229를 생산할 계획이 있었다.Go 229와 개량Go P.60을 개발하려는 의도에도 불구하고, 고타 제작 Go 229나 P.60은 [19]완성되지 않았다.거의 완성되지 않은, 거의 완성된 "V3" 또는 세 번째 시제품은 미군에 의해 포획되어 연구를 위해 다시 보내졌다; 그것은 스미스소니언 [20][21]연구소에 보관되었다.

연합군은 또한 수직 꼬리 표면이 있는 기존의 타원형 리프트 분포를 사용하여 현장에서 몇 가지 관련 진전을 이루었다.1942년 12월, 노스럽은 장거리 [22]폭격기를 위한 3분의 1 크기의 개발 항공기인 N-9M을 조종했다.; 몇 대가 생산되었지만, 한 대를 제외한 나머지 한 대가 폭격기 프로그램이 [23]종료된 후 폐기되었다.영국에서는, Baynes Bat 글라이더가 전시 중에 비행되었다; 그것은 탱크의 임시 [24]글라이더로의 잠재적 전환 구성을 테스트하기 위한 것이었다.

1944년의 영국 암스트롱 휘트워스 A.W.52G는 대서양 횡단 [25][26]항로를 운항할 수 있는 대형 비행 날개 여객기의 글라이더 시험대였다.A.W.52G는 이후 암스트롱 휘트워스 A.W.52에 이어 당시 고속으로 달릴 수 있는 전금속 제트 동력 모델이다. 층류 흐름에 [26][27]많은 관심이 집중되었다.1947년 11월 13일 처음 비행한 A.W.52는 실망스러운 결과를 낳았다. 첫 번째 시제품은 1949년 5월 30일 인명피해 없이 추락했으며, 이는 영국 조종사에 의한 최초의 비상 탈출 좌석 사용이었다.두 번째 A.W.52는 [26]1954년까지 영국 왕립항공기구와 함께 비행했다.

전후

전후 시대에는 비행 날개를 검토하는 프로젝트가 계속되었다.Northrop N-1M에 대한 작업은 YB-35 장거리 폭격기로 이어졌고, 1946년에 사전 생산 기계가 비행했다.이것은 1947년의 YB-49로서 제트 동력으로의 전환으로 다음 해에 대체되었다.이 설계는 범위 내에서 큰 이점을 제공하지 못했으며, 많은 기술적 문제를 야기했으며, 생산에 들어가지 않았습니다.소련에서, [28]BICh-26은 1948년에 초음속 제트 비행 날개 항공기를 만드는 최초의 시도 중 하나가 되었다. 항공 작가 빌 건스턴은 BICh-26이 시대를 [29]앞서고 있다고 언급했다.그러나 소련군은 이 비행기를 받아들이지 않았고 디자인은 체라노프스키와 함께 사라졌다.

몇몇 다른 나라들도 비행 날개 프로젝트를 맡기로 했다.터키는 1948년 [30][31]동안 THK-13 테일리스 글라이더를 생산한 투르크 하바 쿠루무 우작 파브리카시 국가 중 하나였다.여러 영국 제조사들도 이때 이 개념을 탐구했다.로이 채드윅이 설계핵무장 전략 폭격기 아브로 벌컨에 대한 초기 제안도 비록 최종 디자인은 [32]동체가 있었지만, 몇 가지 비행 날개 배치를 검토했다.

화물이나 승객을 위한 대형 운송 역할을 위해 비행익에 대한 지속적인 관심이 있었다.보잉, 맥도넬 더글라스, 암스트롱 휘트워스는 비행 날개 여객기에 대한 설계 연구를 수행했지만, 그러한 여객기는 아직 [26]만들어지지 않았다.

1950년대 초음속 항공기의 등장에 따라 승무원과 장비를 수용할 수 있는 두꺼운 날개를 채택하는 개념이 초음속 비행에 최적인 얇은 날개와 직접적으로 충돌하면서 비행 날개에 대한 군사적 관심은 급격히 줄어들었다.

비행 날개에 대한 관심은 1980년대에 레이더 반사 단면이 낮을 수 있기 때문에 새롭게 나타났다.스텔스 기술은 레이더 전파를 특정 방향으로만 반사하는 형태에 의존하기 때문에 레이더 수신기가 항공기에 대해 상대적인 특정 위치(항공기가 [33]이동함에 따라 지속적으로 변화하는 위치)에 있지 않는 한 항공기를 감지하기 어렵게 만든다.이러한 접근은 결국 비행 날개 스텔스 [34][35]폭격기인 노스롭 그루먼 B-2 스피릿으로 이어졌다.이 경우 비행 날개의 공기역학적 이점은 설계 채택의 주요 이유가 아닙니다.그러나, 현대의 컴퓨터로 제어되는 플라이 바이 와이어 시스템은 비행 날개의 공기역학적 결점을 최소화함으로써 효율적이고 효과적으로 안정적인 장거리 [36][37]폭격기를 만들 수 있습니다.

깊은 날개가 실질적으로 필요하기 때문에, 비행 날개 개념은 아음속 항공기에 주로 채택된다.날개 부분이 화물이나 승객을 수용할 수 있을 만큼 깊고 큰 수송 역할에서 이것을 사용하는 것에 대한 지속적인 관심이 있었다.보잉, 맥도넬 더글라스, 암스트롱 휘트워스를 포함한 많은 회사들이 지금까지 비행 날개 여객기에 대한 설계 연구를 수행했지만,[26][citation needed] 2020년 현재 그러한 여객기는 아직 만들어지지 않았다.

양방향 비행 날개, 하향식 뷰

쌍방향 비행 날개는 장경간 아음속 날개와 단경간 초음속 날개로 이루어진 가변 기하학적 개념으로, 불균등한 십자가 형태로 결합됩니다.2011년에 제안된 저속익은 페이로드를 담을 수 있는 두껍고 둥근 날개와 높은 효율을 위한 긴 스팬을 가지고 있는 반면, 고속익은 얇고 끝이 뾰족한 에어포일과 초음속에서의 낮은 항력을 위한 더 짧은 스팬을 가지고 있다.이 비행기는 저속 날개를 기류를 가로질러 이착륙한 후, 고속 날개를 기류를 향하도록 1/4 회전시켜 초음속을 이동한다.[38]NASA는 그 [39]제안에 대한 연구에 자금을 지원했다.이 설계는 낮은 파장 항력, 높은 아음속 효율 및 감소된 소닉 붐을 제공한다고 주장되고 있습니다.

냉전 종식 이후, 비행 날개를 특징으로 하는 수많은 무인 항공기가 생산되었다.각국은 일반적으로 이러한 플랫폼을 공중 정찰용으로 사용해 왔다. 그러한 UAV는 록히드 마틴 RQ-170 센티넬,[40][41] 노스롭 그루먼 터른,[42][43] 난닝 후이시 비행 날개를 포함한다.민간 기업들 또한 페이스북 아퀼라와 같은 UAV를 대기 [44][45]위성으로 실험했다.다쏘 nEUROn,[46] 수호이 S-70 Okhotnik-B,[47] BAE Systems Taranis [48]등 다양한 시제품 무인전투기(UCAV)가 생산되고 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

인용문

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참고 문헌

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추가 정보

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외부 링크