날개 하중

모나크 버터플라이는 날개 하중이 0.168kg/m로² 매우 낮습니다.

North American X-15의 최대 날개 하중은 829kg/m입니다².

공기역학에서 날개 하중(wing loading)은 항공기 또는 비행 동물의 총 질량을 날개 ^[1]면적으로 나눈 값이다.직선 수평 비행 시 항공기의 정지 속도는 부분적으로 날개 하중에 의해 결정된다.날개 하중이 낮은 항공기나 동물은 날개 하중이 높은 항공기나 동물에 비해 질량에 비해 날개 면적이 크다.

항공기가 더 빨리 비행할수록, 더 많은 양력이 날개 영역의 각 단위로 생성될 수 있기 때문에, 더 작은 날개는 수평 비행에서 같은 질량을 운반할 수 있다.따라서 일반적으로 빠른 항공기는 느린 항공기보다 날개 하중이 더 높다.날개 하중이 증가하면 이착륙 거리도 증가한다.날개 하중이 높을수록 기동성도 저하됩니다.같은 제약이 날개 달린 생물 생물체에도 적용된다.

날개 하중 범위

날개 하중^[2] 예시

항공기	유형	서론	전원	날개 면적	kg/m²	lb/140ft
모나크 버터플라이	동물	신생대			0.168	0.034
새들^[a]	동물	백악기			1–20	0.20 ~ 4.10^[3]
조류 비행 한계치	동물				25	5.1^[4]
오존 버즈 Z3 MS	패러글라이더	2010	75 ~ 95 kg (150 ~140파운드)	25.8m²(278평방피트)	2.9–3.7	0.59~0.76^[5]
윌스 윙 스포츠 2 155	행글라이더	2004	94.8~180.8kg (154~308파운드)	14.4 m²(14 평방 피트)	6.6–9.7	1.4~2^[6].0
상한	마이크로리프트 글라이더	2008	최대 220 kg (490파운드)	12.2m²(^[b]140평방피트)분	18	3.7^[7]
CAA(영국) 규제	마이크로라이트 날개 하중 한계	2008년	최대 450 kg (990파운드)	18² m(140 평방 피트) 분.^[e]	25	5.1^[8]
슐라이처 ASW 22	글라이더	1981	850 kg (1,870파운드)	16.7m²(180평방피트)	50.9	10.4
파이퍼 워리어	일반 항공	1960	1,055 kg (2,326파운드)	15.14² m (162.0 평방 피트)	69.7	14.3
비크크래프트 바론	일반 항공 쌍발 엔진	1960	2,313 kg (5,099파운드)	18.5m²(199평방피트)	125	26
슈퍼마린 스핏파이어	전투기(WII)	1938	3,039 kg (6,700파운드)	22.48² m (242.0 평방 피트)	135	28
비크크래프트 여객기	여객기(통근자)	1968	4,727 kg (10,421파운드)	25.99m²(279.8평방피트)	182	37
리어젯 31	비즈니스 제트기	1990	7,031 kg (15,501파운드)	24.57² m (264.5 평방 피트)	286	59
미코얀 미그-23	전투기(가변 기하학)	1970	17,800 kg (39,200파운드)	34.16~37.35m²(367.7~402.0평방피트)	477–521	98–107
제너럴 다이내믹스 F-16	파이터(다중역할)	1978	19,200 kg (42,300파운드)	27.87m²(300.0평방피트)	688.9	141.1
포커 F27	여객기(터보프롭)	1958	19,773 kg (43,592파운드)	70² m (750 평방 피트)	282	58
맥도넬 더글러스 F-15 이글	전투기(공중 우위)	1976	30,845 kg (68,002파운드)	56.5 m² (608 평방 피트)	546	112
Foker F28 펠로우십	여객기(지역 제트)	1969	33,000 kg (73,000파운드)	78.97m²(850.0평방피트)	418	86
보잉 737-300	여객기(협동체)	1984	62,820 kg (102,490파운드)	91.04² m (979.9 평방 피트)	690	140
보잉 737-900	여객기(협동체)	2001	84,140 kg (134,495파운드)	124.6m²(1,341평방피트)	675	138
보잉 767	여객기(광체)	1982	142,882 kg (315,001파운드)	283.3 m² (3,049 평방 피트)	504	103
콩코드	여객기(상급)	1976	187,000 kg (412,000파운드)	358.2 m² (3,856 평방 피트)	522	107
록웰 B-1B 랜서	폭격기(가변 기하학)	1983	148,000 kg (326,000파운드)	181.2 m² (1,196 평방 피트)	818	168
보잉 777	여객기(광체)	1995	247,200 kg (545,000파운드)	427.8 m² (4,605 평방 피트)	578	118
보잉 747	여객기(광체)	1970	333,000kg (734,000파운드)	511² m (5,500 평방 피트)	652	134
에어버스 A380	여객기(광체)	2007	575,000 kg (1,268,000파운드)	845m²(9,100평방피트)	680	140

퍼포먼스에 미치는 영향

날개 하중은 항공기의 정지 속도를 측정하는 유용한 척도이다.날개는 날개 주위의 공기의 움직임에 의해 양력을 발생시킨다.날개가 클수록 더 많은 공기가 이동하기 때문에 질량에 비해 날개 면적이 큰 항공기(즉, 낮은 날개 하중)는 더 낮은 정지 속도를 가질 수 있다.따라서 날개 하중이 낮은 항공기는 더 낮은 속도로 이착륙할 수 있다(또는 더 큰 하중을 싣고 이착륙할 수 있다).그것은 또한 더 빠른 속도로 회전할 수 있을 것이다.

이착륙 속도에 미치는 영향

실제 속도 v로 이동하는 영역 A의 날개에 대한 리프트 힘 L은 다음과 같이 주어진다.

$L={\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}AC_{L}$ $AC_{L$

여기서 θ는 공기의 밀도이고_L C는 리프트 계수이다.리프트 계수는 날개 단면 프로파일과 공격 ^[9]각도에 따라 달라지는 무차원 수치이다.이륙 시 또는 안정적인 비행 중, 오르거나 다이빙하지 않을 때, 리프트 힘과 중량은 동일하다.L/A = Mg/A = Wg일_S 때, W_S = M/A 날개 하중(즉, 힘/면적이 아닌 중량/면적² 단위 또는 kg/m²) 및 중력에 의한 가속도 v를 구하는^[10] 방정식

\textstyle v^{2}={\frac {2gW_{S}}{\rho C_{L}}}

\textstyle v^{2}={\frac {2gW_{S}}{\rho C_{L}}}

\textstyle v^{2}={\frac {2gW_{S}}{\rho C_{L}}}

\textstyle v^{2}={\frac {2gW_{S}}{\rho C_{L}}}

S

\textstyle v^{2}={\frac {2gW_{S}}{\rho C_{L}}}

\textstyle v^{2}={\frac {2gW_{S}}{\rho C_{L}}}

L

\textstyle v^{2}={\frac {2gW_{S}}{\rho C_{L}}}

\

displaystyle

\

textstyle v

^{2} =

flac

{

2gW_{S}}

{\

rho

C_

{L}}}

\textstyle v^{2}={\frac {2gW_{S}}{\rho C_{L}}}

。

따라서 동일한 대기 조건에서 이륙 시 C가 동일한_L 항공기는 $(\$ 에 $\scriptstyle {\sqrt {W_{S}}}$ 하는 이륙 속도를 갖게 되므로 항공기의 날개 면적이 10% 증가하고 다른 변화가 없다면 이륙 속도는 약 5% 감소하게 된다.마찬가지로 150mph로 이륙하도록 설계된 항공기가 개발 중에 무게가 40% 증가하면 이륙 속도는 $\scriptstyle 150{\sqrt {1.4}}$ 1.4 $($ 스타일 $\scriptstyle 150{\sqrt {1$ .4 $})$ 로 증가합니다. $}}$ $\scriptstyle 150{\sqrt {1.4}}$ = 177mph.

어떤 비행사들은 육지나 물 위에서 이륙할 때 속도를 내기 위해 근육력에 의존한다.땅새와 물새들은 이륙하기 전에 이륙 속도로 뛰거나 노를 저을 수 있어야 한다.행글라이더 조종사도 마찬가지지만 내리막길에서 도움을 받을 수 있다.이 모든 경우 낮은 W가 중요한_S 반면, 통행인과 벼랑에 사는 새들은 높은 날개 하중으로 공중에 날 수 있다.

회전 성능에 미치는 영향

선회하려면 항공기가 선회하는 방향으로 굴러야 하며, 항공기의 뱅크 각도가 커집니다.비행 방향을 돌리면 중력에 대항하는 날개의 리프트 구성 요소가 낮아져 강하를 일으킨다.보상하기 위해, 리프트 힘은 항력을 증가시키는 위쪽 엘리베이터 편향을 이용하여 공격 각도를 증가시켜 증가시켜야 한다.회전은 '원 주위를 기어오르는 것'(날개의 양력은 항공기를 회전시키는 것으로 전환됨)으로 표현될 수 있으므로 날개 공격 각도의 증가는 더 큰 항력을 발생시킨다.회전 반경이 촘촘할수록 더 많은 항력이 유도됩니다. 따라서 항력을 극복하려면 동력(추력)을 추가해야 합니다.주어진 항공기 설계에 대해 가능한 최대 회전 속도는 날개 크기와 사용 가능한 엔진 출력에 의해 제한된다. 즉, 항공기가 달성하고 유지할 수 있는 최대 회전 속도는 지속적인 회전 성능이다.뱅크 각도가 증가함에 따라 항공기에 가해지는 g-force도 증가하며, 이는 날개 하중과 정지 속도를 증가시키는 효과가 있다.이 효과는 수평 투구 ^[11]기술에서도 나타난다.

50 또는 100 lb/sq ft의 고도에 따라 변화하는 하중 계수

정지상태는 주어진 고도 및 속도에서 날개 하중과 최대 리프트 계수에 기인하므로 최대 하중 계수로 인한 회전 반경을 제한한다.마하 0.85 및 0.7 리프트 계수에서 50lb/sq ft(240 kg/m²)의 날개 하중은 최대 15,000피트(4,600m)까지 7.33g의 구조적 한계에 도달한 후 40,000피트(12,000m)에서 2.3g까지 감소할 수 있다.100 lb/sq ft(490 kg/m²)의 날개 하중을 가하면 하중 계수는 두 배로 작아지고 40,000 ^[12]피트에서는 겨우 1g에 도달합니다.

날개 하중이 낮은 항공기는 주어진 엔진 추력 양에 대해 더 많은 양력을 발생시킬 수 있기 때문에 지속 선회 성능이 우수한 경향이 있다.항공기가 항력이 비행 속도를 심각하게 잃기 전에 얻을 수 있는 즉각적인 뱅크 각도를 순간 선회 성능이라고 합니다.작고 하중이 큰 날개를 가진 항공기는 우수한 순간 선회 성능을 가질 수 있지만, 낮은 지속 선회 성능은 입력 제어에 빠르게 반응하지만, 급회전을 지속할 수 있는 능력은 제한적이다.전형적인 예로는 F-104 스타파이터가 있는데, 이 전투기는 날개가 매우 작고 날개 하중이 723kg²/m(148lb/sq ft)에 달한다.

스펙트럼의 반대편 끝에는 대형 컨베어 B-36이 있었다. 큰 날개의 하중은 269 kg/m²(55 lb/sq ft)로, 현대 제트 전투기보다 높은 고도에서 더 촘촘한 회전을 유지할 수 있었다. 반면 약간 늦은 호커 헌터는 344 kg/m²(70 lb/sq ft)의 유사한 날개 하중을 받았다.보잉 367-80 여객기 프로토타입은 최대 중량에서 387 kg/m² (79 lb/sq ft)의 날개 하중을 받으며 낮은 고도에서 굴릴 수 있다.

원운동을 하는 다른 물체와 마찬가지로 반경 R의 원 안에서 속도 v로 수평 비행을 유지할 수 있을 정도로 빠르고 강한 항공기는 v $\scriptstyle {\frac {v^{2}}{R}}$ $(\$ 의 중심을 향해 가속한다. 이 가속도는 리프트의 안쪽 수평 구성요소에 의해 $발생한다$ $tyle \scriptstyle Lsin\theta$ $}$ 서 $\theta$ \displaystyle \ $theta$ 는 뱅킹 각도입니다.뉴턴의 제2법칙에 따르면

\textstyle {Mv^{2}}{R}}=L\sin \theta =v^{2}\rho C_{L}A\sin \theta

R을 위한 해결이 주는 것

R=sysfrac {2Ws}{\rho C_{L}\sin \theta }}.

날개 하중이 작을수록 회전이 더 빡빡해집니다.

온도를 이용하기 위해 설계된 글라이더는 상승기둥 안에 머물기 위해 작은 회전 원이 필요하며, 이는 하늘을 나는 새들에게도 마찬가지이다.다른 새들, 예를 들어 날개로 곤충을 잡는 새들 또한 높은 기동성을 필요로 한다.모두 날개 적재량이 적어야 합니다.

안정성에 미치는 영향

날개 하중은 또한 항공기가 난류와 공기 밀도 변화에 의해 영향을 받는 정도인 돌풍 반응에 영향을 미친다.작은 날개는 돌풍이 불 수 있는 면적이 적기 때문에 둘 다 승차감을 부드럽게 합니다.고속 저공비행의 경우(예: 공격 항공기에서 고속 저공 폭격 실행), 작고 얇으며 부하가 높은 날개가 바람직하다. 날개 하중이 낮은 항공기는 종종 이 비행 시스템에서 거칠고 혹독한 주행에 노출된다.F-15E Strike Eagle의 날개 하중은 평방미터당 650kg(130lb/140ft)인 반면, 대부분의 델타 날개 항공기(W = 387kg/m인_S² 다쏘 미라주 III 등)는 날개가 크고 날개 ^{[citation needed]}하중이 낮은 경향이 있다.

양적으로 돌풍이 질량 M의 항공기에서 G의 상승 압력(예를 들어 N/m² 단위)을 발생시킨다면, 뉴턴의 제2법칙에 의한 상승 가속 의지는 다음과 같이 주어진다.

\textstyle a={\frac {GA}{M}}={\frac {G}{W_{S}}}

\textstyle a={\frac {GA}{M}}={\frac {G}{W_{S}}}

\textstyle a={\frac {GA}{M}}={\frac {G}{W_{S}}}

M

\textstyle a={\frac {GA}{M}}={\frac {G}{W_{S}}}

\textstyle a={\frac {GA}{M}}={\frac {G}{W_{S}}}

\textstyle a={\frac {GA}{M}}={\frac {G}{W_{S}}}

(\

displaystyle \textstyle

a =

flac {GA}

{M}} =

flac {G}

{

W_{S

,

날개 하중에 따라 감소합니다.

개발 효과

날개 하중과 관련된 또 다른 문제는 (약간의 개선이 가능하지만) 기존 항공기 설계의 날개 영역을 실질적으로 변경하기 어렵다는 것이다.항공기가 개발됨에 따라 "중량 증가" 즉, 항공기의 운영 질량을 상당히 증가시키는 장비 및 기능의 추가가 발생하기 쉽다.원래 설계에서 날개 하중이 중간 정도인 항공기는 새로운 장비가 추가되면 날개 하중이 매우 높아질 수 있다.추가 추력을 위해 엔진을 교체하거나 업그레이드할 수 있지만, 높은 날개 하중으로 인한 회전 및 이륙 성능에 미치는 영향은 그리 쉽게 조화되지 않습니다.

글라이더에서의 물 밸러스트 사용

현대의 글라이더는 종종 날개로 운반되는 물 밸러스트를 사용하여 급상승 조건이 강할 때 날개 하중을 증가시킨다.날개 하중을 증가시킴으로써 국가 전체에서 달성되는 평균 속도를 증가시켜 강한 온도를 활용할 수 있습니다.높은 날개 하중에서는 낮은 날개 하중보다 높은 공기 속도에서 주어진 리프트 대 드래그 비율이 달성되며, 이로 인해 국가 전체의 평균 속도가 빨라집니다.밸러스트는 조건이 약해질 때 또는 착륙하기 전에 배 밖으로 배출될 수 있습니다.

설계에 관한 고려 사항

동체 리프트

F-15E Strike Eagle은 비교적 가벼운 하중을 가진 대형 날개를 가지고 있다.

General Dynamics F-16 Fighting Falcon 또는 Mikoyan MiG-29 Fulcrum과 같은 혼합된 날개-부피 디자인은 날개 하중을 줄이는 데 도움이 됩니다. 이러한 설계에서는 동체가 공기역학적 양력을 발생시켜 날개 하중을 향상시키면서 고성능을 유지합니다.

가변 스위프 날개

그루만 F-14 Tomcat과 파나비아 토네이도 같은 항공기는 가변 스위프 날개를 사용한다.비행 시 날개 면적이 다양하기 때문에 날개 하중도 다양합니다(이것만이 유일한 이점은 아닙니다).날개가 전진 위치에 있을 때 이착륙 성능이 크게 ^[13]향상된다.

파울러 플랩

모든 항공기 플랩과 마찬가지로, 파울러 플랩은 캠버를 증가시켜 착륙 속도를 낮추는 최대 리프트 계수(C_Lmax) 값을 증가시킨다.또한 날개 면적을 늘려 날개 하중을 줄여 착륙 ^[14]속도를 더욱 낮춥니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

메모들

^ "Wing Loading Definition". Merriam Webster.
^ Hendrik Tennekes (2009). The simple science of Flight: From Insects to Jumbo Jets. MIT Press. ISBN 9780262513135., "Figure 2: The great flight diagram".
^ Thomas Alerstam, Mikael Rosén, Johan Bäckman, Per G. P Ericson, Olof Hellgren (17 July 2007). "Flight Speeds among Bird Species: Allometric and Phylogenetic Effects". PLOS Biology. 5 (8): e197. doi:10.1371/journal.pbio.0050197. PMC 1914071. PMID 17645390.{{cite journal}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
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^ "Sport 2 / 2C". Wills Wing.
^ "Sporting Code Section 3: Gliding". Fédération Aéronautique Internationale. 12 October 2016.
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^ 앤더슨, 1999, 페이지 201-3
^ Spick, 1986, 페이지 24
^ Laurence K. Loftin, Jr. (1985). "Chapter 11 - Aircraft Maneuverability". Quest for Performance - The Evolution of Modern Aircraft. NASA Scientific and Technical Information Branch.
^ Spick, 1986. 페이지 84~87.
^ 앤더슨 1999, 30-1페이지

참고 문헌

Anderson, John D. Jnr. (1999). Aircraft Performance and Design. Cambridge: WCB/McGraw-Hill. ISBN 0-07-116010-8.
Spick, Mike (1986). Jet Fighter Performance-Korea to Vietnam. Osceola, Wisconsin: Motorbooks International. ISBN 0-7110-1582-1.

메모들

^ 작은 행인부터 백조, 두루미까지 10g에서 10kg까지 138종
^ 최대 무게로
^ 제정된 법률
^ 2인승 육상 비행기용
^ 최대 무게로

외부 링크

Laurence K. Loftin, Jr. (1985). "Chapter 7:Design Trends - Stalling Speed, Wing Loading, and Maximum Lift Coefficient". Quest for Performance - The Evolution of Modern Aircraft. NASA Scientific and Technical Information Branch.
Earl L. Poole (1938). "Weights and wing areas in North American birds" (PDF). The Auk.

[1] "Wing Loading Definition". Merriam Webster.

[2] Hendrik Tennekes (2009). The simple science of Flight: From Insects to Jumbo Jets. MIT Press. ISBN 9780262513135., "Figure 2: The great flight diagram".

[4] Thomas Alerstam, Mikael Rosén, Johan Bäckman, Per G. P Ericson, Olof Hellgren (17 July 2007). "Flight Speeds among Bird Species: Allometric and Phylogenetic Effects". PLOS Biology. 5 (8): e197. doi:10.1371/journal.pbio.0050197. PMC 1914071. PMID 17645390.{{cite journal}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

[5] Meunier, K. Korrelation und Umkonstructionen in den Grö grenbezhungen zwischen Vogelflugel und Vogelkörper-Biologia Generalis 1951년 페이지 403-443. [독일어 기사]

[6] Gérard Florit (23 January 2016). "Ozone Buzz Z3". P@r@2000.

[7] "Sport 2 / 2C". Wills Wing.

[9] "Sporting Code Section 3: Gliding". Fédération Aéronautique Internationale. 12 October 2016.

[13] "Microlights". UK Civil Aviation Authority. or a stalling speed at the maximum weight authorised not exceeding 35 knots calibrated speed

[14] 앤더슨, 1999, 58 페이지

[15] 앤더슨, 1999, 페이지 201-3

[16] Spick, 1986, 페이지 24

[NASA-Maneuverability-17] Laurence K. Loftin, Jr. (1985). "Chapter 11 - Aircraft Maneuverability". Quest for Performance - The Evolution of Modern Aircraft. NASA Scientific and Technical Information Branch.

[18] Spick, 1986. 페이지 84~87.

[19] 앤더슨 1999, 30-1페이지

[3] 작은 행인부터 백조, 두루미까지 10g에서 10kg까지 138종

[8] 최대 무게로

[10] 제정된 법률

[11] 2인승 육상 비행기용

[12] 최대 무게로

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