P-요인자

P-factor
p-값과 혼동하지 마십시오.
이 기사는 공기역학 현상에 관한 것이다. 사이코패스학의 p 인자에 대해서는 p 인자(정신병리학)를 참조한다.
항공기 피치 변화에 따른 공격의 프로펠러 블레이드 각도(왼쪽) 및 공격의 각도가 비대칭 부하(오른쪽)를 나타내는 프로펠러 블레이드 각도

비대칭 블레이드 효과와 비대칭 디스크 효과로도 알려진 P-요인은 움직이는 프로펠러가 경험하는 공기역학적 현상으로,[1] 항공기가 높은 공격각도에 있을 때 프로펠러의 추력 중심이 중앙에서 벗어나게 된다. 이러한 추력 중심 위치의 변화는 항공기에 요 모멘트를 작용시켜 항공기가 한쪽으로 약간 흔들리게 할 것이다. 요잉 경향을 상쇄하기 위해서는 방향타가 필요하다.

원인들

Change of forces at increasing Angle of Attack
P-인자, 상대 속도 변화 및 공격 각도 증가 시 상향 및 하향 프로펠러 블레이드의 추력

프로펠러 항공기가 수평 비행에서 순항 속도로 비행할 때 프로펠러 디스크는 프로펠러를 통과하는 상대 기류에 수직이다. 프로펠러 날개는 각각 같은 각도와 속도로 공기와 접촉하고, 따라서 생성된 추력은 프로펠러 전체에 고르게 분포한다.

그러나 저속에서는 프로펠러 디스크가 수평을 향해 약간 회전하는 등 항공기가 일반적으로 콧대 높은 자세를 취하게 된다. 이것은 두 가지 효과가 있다. 첫째, 프로펠러 블레이드는 하향 위치에 있을 때 더 앞쪽으로, 그리고 상향 위치에 있을 때는 더 뒤로 갈 것이다. 프로펠러 블레이드가 아래쪽으로 전진(시계방향으로 회전할 경우, 조종석에서 볼 때 1시부터 6시 위치까지)하면 전진 속도가 더 빨라진다. 이렇게 되면 칼날의 비행속도가 높아지므로 아래로 내려가는 칼날은 더 많은 추력을 낼 것이다. 프로펠러 블레이드가 상하로 이동하는 속도(7시~12시 위치)는 전방 속도가 감소하므로 하강하는 블레이드보다 비행 속도가 낮고 추력이 낮아진다. 이 비대칭은 프로펠러 디스크의 추력 중심을 추력을 증가시켜 블레이드를 향해 대체한다.[2]

둘째, 아래로 내려가는 날개의 공격 각도가 높아지고, 위로 올라가는 날개의 공격 각도는 프로펠러 디스크의 기울기 때문에 감소한다. 아래로 내려가는 칼날의 공격 각도가 커지면 더 많은 추력을 낼 것이다.[3]

하강하는 블레이드의 전방 속도가 증가하면 공격 각도가 실제로 감소하지만, 이는 프로펠러 디스크 기울기에 따른 공격 각도 증가에 의해 극복된다는 점에 유의한다. 전체적으로 하강하는 칼날은 비행속도가 더 높고 공격각도가 더 크다.[4]

P-요인은 높은 각도의 공격과 고출력(예: 이륙 중 또는 저속 비행 중)에서 가장 크다.[1][5]

영향들

단일 엔진 프로펠러 항공기

시계 방향으로 회전하는 프로펠러를 사용할 경우( 조종사가 보는 바와 같이) 항공기는 왼쪽으로 기울어지는 경향이 있다. 이것은 우측 방향타로 대응해야 한다. 시계 반대 방향으로 회전하는 프로펠러의 경우 항공기는 오른쪽으로 흔들리는 경향이 있다. 시계방향으로 돌아가는 프로펠러가 단연코 가장 흔하다. 요는 나선형 슬립스트림 효과를 비롯한 추가 원인이 있지만 동력을 추가할 때 눈에 띈다. 고정익 항공기에서는 보통 프로펠러의 개별 날개의 공격 각도를 조정할 방법이 없으므로 조종사는 P-요인과 겨루고 방향타를 사용하여 추력 이동을 상쇄해야 한다. 시계 방향으로 회전하는 프로펠러 디스크의 오른쪽 절반은 높은 각도의 공격에서 더 많은 추력을 발생시키지만, 자이로스코프 전기는 이 추력을 디스크의 아래쪽 절반에 작용하게 하며, 이는 90도 전방에 있다. 이것은 왼쪽 요 힘보다는 위로 힘을 일으킨다. 효과가 일정하기 때문에 엘리베이터 트림은 대개 이미 조정되고 이 피치 상승은 눈에 띄지 않는다. 이것은 나선형 슬립스트림을 하강 프로펠러 블레이드의 P-요인이 아닌 상승에서 왼쪽 요를 일으키는 지배적인 힘으로 남긴다.[citation needed]

조종사들은 전력을 추가하거나 공격 각도를 증가시킬 때 방향타가 필요하다고 예상해야 한다.

테일 휠 항공기는 3륜 착륙 기어가 장착된 항공기보다 지상 롤 중에 더 많은 P-요인을 보여주는데, 이는 프로펠러 디스크의 수직 각도가 크기 때문이다. P-요인은 초기 지상 롤 중에는 미미하지만, 특히 추력 축이 비행 경로 벡터(예: 활주로와 접촉하는 꼬리 바퀴)로 기울어진 경우 전방 속도가 증가함에 따라 지상 롤의 후기 단계에서 코-좌측 경향이 뚜렷하게 나타날 것이다. 상대적으로 낮은 전력 설정(프로펠러 RPM)을 고려할 때 착륙, 플레어 및 롤아웃 중에는 효과가 그다지 뚜렷하지 않다. 그러나, 바퀴가 활주로에 닿은 상태에서 갑자기 스로틀을 전진시킨다면, 이러한 코-좌향적 경향에 대한 기대는 신중하다.

멀티엔진 프로펠러 항공기

역회전 프로펠러가 장착된 다중 엔진 항공기의 경우 두 엔진의 P-요인은 취소된다. 그러나 양쪽 엔진이 동일한 방향으로 회전하거나 한 엔진에 고장이 발생할 경우 P-요인이 요를 발생시킨다. 단일 엔진 항공기와 마찬가지로 이 효과는 항공기가 높은 출력에 있고 높은 공격각(상승 등)을 갖는 상황에서 가장 크다. 날개 끝을 향해 아래로 움직이는 날개가 있는 엔진은 다른 엔진보다 요와 롤을 더 많이 생산하는데, 이는 그 엔진의 무게중심에 대한 추력 중심(팔)의 모멘트가 더 크기 때문이다. 따라서 동체에 더 가깝게 하강하는 블레이드를 가진 엔진은 "중요한 엔진"이 될 것이다. 왜냐하면 이 엔진의 고장과 다른 엔진에 대한 관련 의존도는 다른 엔진에 고장이 났을 때보다 직선 비행을 유지하기 위해 조종사가 훨씬 더 큰 방향타 편향을 필요로 하기 때문이다. 따라서 P-Factor는 어떤 엔진이 중요한 엔진인지 결정한다.[6] (시계방향으로 회전하는 프로펠러가 있는) 대부분의 항공기의 경우 왼쪽 엔진이 중요한 엔진이다. 역회전 프로펠러가 장착된 항공기의 경우(즉, 동일한 방향으로 회전하지 않음) P-요인 모멘트는 동일하며 두 엔진 모두 동일하게 중요한 것으로 간주된다.

그림 1. 작동 중인 우측 엔진은 죽은 엔진 쪽으로 더 심한 요 모멘트를 생성하므로 좌측 엔진의 고장이 매우 중요하다.

엔진이 같은 방향으로 회전할 때 P-요인은 비대칭 동력 비행에서 항공기의 최소 제어 속도(VMC)에 영향을 미친다. 공개된 속도는 임계 엔진의 고장에 기초하여 결정된다. 다른 엔진의 고장 후 실제 최소 제어 속도는 더 낮을 것이다(더 낮음).

헬리콥터

프로펠러 디스크가 거의 수평이기 때문에 P-인자는 전방 비행 헬리콥터에 매우 중요하다. 전진하는 블레이드는 후진하는 블레이드보다 공기 속도가 높기 때문에 리프트의 비대칭으로 알려진 더 많은 리프트를 생산한다. 헬리콥터는 각 블레이드의 공격 각도를 독립적으로 제어할 수 있으며(진행하는 블레이드에 대한 공격 각도는 감소시키는 한편 후퇴하는 블레이드에 대한 공격 각도는 증가) 로터 디스크의 양력을 균형 있게 유지할 수 있다. 로터의 블레이드가 공격 각도를 독립적으로 변경할 수 없는 경우, 전진하는 블레이드와 함께 로터 디스크 측면의 리프트가 증가하기 때문에 시계 반대 방향으로 회전하는 로터 블레이드를 가진 헬리콥터가 전방 비행 시 왼쪽으로 롤링할 것이다.[7] 자이로스코프 프리세션은 이것을 "플랩백"이라고 알려진 역투로 변환시킨다.[8]

헬리콥터의 절대 초과되지 않는 속도(VNE)는 거꾸로 움직이는 블레이드가 정지하지 않도록 부분적으로 선택된다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b Willits, Pat, ed. (2004) [1997]. Guided Flight Discovery: Private Pilot. Abbot, Mike Kailey, Liz. Jeppesen Sanderson, Inc. p. 3-49. ISBN 0-88487-333-1.)
  2. ^ "8 Yaw-Wise Torque Budget".
  3. ^ Stowell, Rich (1996). Emergency Maneuver Training. Rich Stowell Consulting. pp. 26–28. ISBN 1-879425-92-0.
  4. ^ "P Factor?".
  5. ^ Ramskill, Clay (June 2003). "Prop Effects" (PDF). page 4. SMRCC. Retrieved 2009-04-27.
  6. ^ Airplane Flying Handbook FAA-H-8083-3. Federal Aviation Administration. 2016. p. Chapter 12 Addendum.
  7. ^ Rotorcraft Flying Handbook. Federal Aviation Administration. 2019. p. 2–20.
  8. ^ 왓킨슨, 존: "헬리콥터의 기술" (2011), 페이지 90.