추력

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추력은 뉴턴의 제3법칙에 의해 정량적으로 묘사된 반응력이다.시스템이 한 방향으로 질량을 배출하거나 가속할 때, 가속 질량은 같은 크기지만 반대 방향의 힘을 해당 시스템에 가하게 된다.^[1]표면에 수직 또는 정상적인 방향으로 작용하는 힘을 추력이라고도 한다.힘, 즉 추력은 뉴턴(기호: N)의 국제 단위계(SI)를 사용하여 측정되며 초당 1m의 속도로 질량의 1kg을 가속하는 데 필요한 양을 나타낸다.기계적 공학에서 주 부하에 직교하는 힘(예: 병렬 헬리컬 기어)을 정적 추력이라고 한다.

예

고정익 항공기는 공기가 비행 반대 방향으로 밀릴 때 전진 추력을 발생시킨다.이것은 프로펠러의 회전날개, 또는 제트 엔진의 뒤쪽에서 공기를 밀어내는 회전 팬 또는 로켓 엔진에서 뜨거운 가스를 배출하는 것을 포함하여 여러 가지 방법으로 수행될 수 있다.^[2]전방 추력은 기류의 질량에 기류의 속도 차이를 곱한 것과 비례한다.역추력은 가변 피치 프로펠러 블레이드의 피치를 역전시키거나 제트 엔진의 추력 리버너를 사용하여 착륙 후 제동을 보조하기 위해 생성될 수 있다.로터리 윙 항공기와 추력 벡터링 V/STOL 항공기는 엔진 추력을 사용하여 항공기 무게를 지탱하고 이 추력의 벡터 합계를 사용하여 전방 속도를 제어한다.

모터보트는 프로펠러를 돌리면 물을 뒤로(또는 앞으로) 가속시키기 위해 추력(또는 역추력(또는 역추력)그 결과 발생하는 추력은 프로펠러를 통해 흐르는 물의 모멘텀 변화 합계와 반대 방향으로 보트를 밀어낸다.

로켓은 로켓 엔진 노즐을 통해 연소실에서 가속되는 배기 가스의 운동량 변화 시간 속도에 따라 크기만 같으나 방향은 반대인 추력력에 의해 앞으로 추진된다.이는 로켓에 대한 배기 속도, 질량이 배출되는 시간 비율 또는 수학적 용어로 다음과 같다.

${\displaystyle \mathbf {T} =\mathbf {v} {\frac {\mathrm {d}{\mathrm {d} t}}}$

여기서 T는 추진력(힘)으로, $d{\displaystyle \frac{\mathrm{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{m}{}}$ ${\displaystyle \frac{d}{}}$ ${\displaystyle \frac{\mathrm{}}{}}$ ${\$d 디스플레이 $스타일${\$frac {\mathrm {d}{$d}{\$mathrm{d}t}}}$은 시간(배기 질량 유량)에 대한 질량 변화율이며, v는 로켓에 대해 측정한 배기 가스의 속도다.

로켓의 수직 발사를 위해서는 리프토프의 초기 추진력이 중량 이상이어야 한다.

세 개의 우주왕복선 메인 엔진은 각각 1.8 메가뉴턴의 추력을 낼 수 있었고, 우주왕복선의 두 개의 고체 로켓 부스터는 각각 29.4 MN (330만 lbf)의 추력을 낼 수 있었다.^[3]

반면 단순화된 에이드 포 EVA Rescue(SAfer)는 각각 3.56N(0.80lbf)의 추력기 24개를 탑재하고 있다.^{[citation needed]}

공기 호흡 범주에서 무선 제어 항공기용으로 개발된 AMT-USA AT-180 제트 엔진은 90 N(20lbf)의 추력을 생산한다.^[4]The GE90-115B engine fitted on the Boeing 777-300ER, recognized by the Guinness Book of World Records as the "World's Most Powerful Commercial Jet Engine," has a thrust of 569 kN (127,900 lbf) until it was surpassed by the GE9X, fitted on the upcoming Boeing 777X, at 609 kN (134,300 lbf).

개념

추진력

추력을 발생시키는 데 필요한 힘과 추력의 힘은 비선형적으로 연관될 수 있다.일반적으로 $P{\displaystyle {\mathbf{}}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}^{}}$ ${\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}^{}}$ 3 ${\$비례 상수는 변화하며 균일한 흐름에서 해결할 수 있다.

${\displaystyle {\frac {\mathrm {d}{\mathrm {d} t}=\rho A{v}}}$

${\displaystyle \mathbf {T} ={\frac {d}m}{{d} t}{{\mathbf {P} ={\frac {1}{1}{\frac {1}{d}{d}}{v}^{2}}:}$

${\displaystyle \mathbf{T} =\rho A{v}^{2},\mathbf {P} ={\frac {1}{1}:{2}}\rho A{v}^{3}}}}}$

${\displaystyle \mathbf {P}^{2}={\frac {\mathbf {T}^{3}}{4}\rho A}}}$

이러한 계산은 유입 공기가 정지 상태에서 가속될 때만 유효하다는 점에 유의하십시오(예: 호위를 하는 경우).

그렇지 않으면 완벽한 추진기의 "효율성"인 비례 상수의 역은 유체의 추진 부피의 단면 면적$($${\displaystyle }$ {\$displaystyle A$과 유체의 밀도( ( ${\displaystyle \rho})$에 비례한다.$$이것은 왜 물 속을 이동하는 것이 더 쉬운지, 그리고 왜 항공기가 수륙양용보다 훨씬 큰 프로펠러를 가지고 있는지를 설명하는 데 도움이 된다.

추진력에 대한 추력

매우 일반적인 질문은 제트 엔진의 추력 정격과 피스톤 엔진의 전력 정격을 어떻게 비교하느냐 하는 것이다.이러한 수량은 등가물이 아니기 때문에 그러한 비교는 어렵다.피스톤 엔진은 항공기를 스스로 움직이지 않기 때문에(프로펠러는 그렇게 한다), 피스톤 엔진은 보통 프로펠러에 공급되는 전력의 양에 따라 등급이 매겨진다.온도 및 기압의 변화를 제외하고 이 양은 기본적으로 스로틀 설정에 따라 달라진다.

제트 엔진은 프로펠러가 없으므로 제트 엔진의 추진력은 다음과 같이 추진력으로부터 결정된다.힘은 어떤 거리를 이동하는데 필요한 힘(F)을 그 거리를 이동하는데 필요한 시간(t)으로 나눈 값이다.^[5]

${\displaystyle \mathbf {P} =\mathbf {F} {\frac {d}{t}}}}$

로켓이나 제트 항공기의 경우, 그 힘은 정확히 엔진에서 생산되는 추력(T)이다.로켓이나 항공기가 일정한 속도로 움직인다면, 시간별로 나누어진 거리는 단지 속도일 뿐이므로, 동력은 추력 시간 속도다.^[6]

${\displaystyle \mathbf {P} =\mathbf {T}{v}}}$

이 공식은 매우 놀라워 보이지만 정확하다: 제트 엔진의 추진력(또는 이용 가능한 동력)은 그 속도에 따라 증가한다.속도가 0이면 추진력은 0이다.제트 항공기가 최대 스로틀 상태지만 정적 시험대에 부착된 경우 제트 엔진은 추진력을 생성하지 않지만 추력은 여전히 생성된다.또한 피스톤 엔진-프로펠러 조합은 정확히 동일한 공식을 가진 추진력을 가지고 있으며, 0 속도에서도 0이 되지만, 이는 엔진-프로펠러 세트를 위한 것이다.엔진만 해도 항공기가 움직이든 안 움직이든 일정한 속도로 정격 전력을 계속 생산하게 된다.

이제 강력한 체인이 끊어지고 제트기와 피스톤 항공기가 움직이기 시작한다고 상상해 보십시오.저속 주행 시:

피스톤 엔진은 일정하게 100% 출력이 되며, 프로펠러의 추력은 속도에 따라 달라진다.
제트 엔진은 일정한 100% 추력을 가지며, 엔진의 출력은 속도에 따라 달라질 것이다.

초과 추력

동력 항공기가 추력 T를 생성하고 드래그 D를 경험하는 경우, 두 항공기의 차이인 T - D를 초과 추력이라고 부른다.항공기의 순간 성능은 대부분 과도한 추력에 의존한다.

과도한 추력은 벡터로서 추력 벡터와 드래그 벡터 사이의 벡터 차이로 결정된다.

추력축

비행기의 추력축은 언제라도 총추력의 작용선이다.제트 엔진 또는 프로펠러의 위치, 개수 및 특성에 따라 달라진다.보통 드래그 축과 다르다.만일 그렇다면, 추력축과 드래그축 사이의 거리는 수평 안정기의 공기역학적 힘의 변화에 의해 저항되어야 하는 순간을 야기할 것이다.^[8]특히 보잉 737 맥스는 기존 737 기종보다 크고 낮은 엔진으로 추력축과 드래그축 간 거리가 넓어 일부 비행체에서는 코가 솟아오르도록 해 피치제어장치인 MCAS가 필요했다.초기 버전의 MCAS는 비행 중에 대재앙을 일으켜 2018년과 2019년에 300명 이상의 사망자가 발생했다.^[9][10]

참고 항목

• 공기역학적 힘
• 아스테른 추진
• 가스 터빈 엔진 추력
• 현대 로켓에서 가장 흔한 김볼 스러스트
• 추진력 파운드(파운드(힘)와 동일
• 스트림 스러스트 평균화
• 추력 대 중량 비
• 추력 벡터링
• 추력역전
• 견인력

참조