크기가 양력에 미치는 영향

공기력은 물체 면적에 좌우한다.

물체에 발생하는 양력은 물체의 크기에 좌우한다. 양력은 물체가 공기 중을 이동할 때 물체 주위에 있는 공기의 압력 변화에 좌우되는 공기력이다. 총 공기력은 압력에 물체의 표면적을 곱한 값과 같다. 비행 방향에 수직인 공기력 성분이 양력이다. 다른 공기력인 항력이 마찬가지로 양력은 물체의 면적에 정비례한다. 면적이 두 배이면 양력도 두 배가 된다.

양력 공식과 양력 계수 (Lift coefficient)

양력 공식에 사용할 기준 면적을 계산할 때 선택하는 면적이 몇 개 있다. 양력의 대부분은 날개에서 발생하고 양력은 비행 방향에 수직이므로 날개의 평면 면적을 선택하는 것이 논리적이다. 평면 면적은 날개 위쪽에서 봤을 때 보이는 날개의 면적이다. 이 면적은 비록 대부분 날개에서 전체 표면적의 거의 절반에 해당하는 평면 면적이다.

 

이론적으로 전체 표면적을 기준 면적으로 사용할 수 있다. 전체 표면적은 날개 평면 면적에 비례한다. 양력과 면적을 측정하고 계산을 통해서 실험적으로 양력 계수를 결정하므로, 쉽게 측정할 수 있는 어떤 면적을 사용해도 상관없다. 전체 표면적을 사용할 때의 양력 계수는 날개 평면 면적을 선택했을 때 사용한 값과 다르다. 그러나 양력 계수는 면적에 관련된 값이므로 양력은 동일하다.

날개의 플랩과 슬랫은 표면적(Surface Area)을 증가시킨다.

위 그림은 다른 비행기 두 개의 투영 면적을 나타낸 것이다. 왼쪽 비행기는 순항 중이고, 오른쪽 비행기는 이륙이나 착륙 중이다. 이륙과 착륙할 때의 속도는 상대적으로 많이 느리고 높은 양력을 유지하기 위해 날개 면적을 늘리도록 설계한다. 플랩을 금속 트랙을 따라 뒤로 이동시키고 슬랫을 앞으로 움직여 날개 면적을 증가시킨다. 다음에 비행기를 탄다면 이륙과 착륙하는 동안 날개의 면적이 변하는 것을 관찰하라.

 

항공기의 모양과 크기가 다양하므로 항공역학자는 여러 형태의 날개 면적을 계산할 수 있어야 한다. 이 방법 대부분은 고등학교에서 배운다.

 

원문 보러가기

Effect of Size on Lift - Glenn Research Center | NASA

가상 실험(Simulation)

해당 자바 가상 실험이 없어졌다. 아래 그림을 참조하자.

 

시위를 5피트, 길이를 50피트로 설정하고 양력의 크기를 주목하자. 이제 날개 길이를 100ft로 증가시키자. 양력은 얼마인가? 이전 양력과 비교하면 어떠한가?

 

이제 길이를 50피트, 시위를 10피트로 설정하자. 양력은 얼마인가? 이전 값과 비교하면 어떠한가?