[항공우주] Airfoil 용어 정리

참고자료 : John D. Anderson, Introduction to Flight, 3rd Edition

• Airfoil : 날개에 수직한 평면이 만드는 cross-sectional shape

 

이 airfoil에는 특징을 나타내는 용어가 많으므로 쭉 쓰도록 하겠습니다.

 

• mean camber line : airfoil의 surface의 위 아래의 중간점을 연결해서 만든 선을 (mean) camber line이라고 함 (위 그림에서 파란색 점선)
• leading edge : airfoil의 camber line에서 맨 앞에 위치한 점
• trailing edge : airfoil의 camber line에서 맨 뒤에 위치한 점
• chord line : leading edge와 trailing edge를 이은 직선 (위 그림에서 빨간색 점선)
• chord of the airfoil (symbol c) : chord line의 길이
• camber : camber line과 chord line 사이 거리를 chord line에 수직한 선을 그어서 쟀을 때 가장 긴 길이
• thickness : chord line에 수직하게 선을 그을 때 위 surface와 아래 surface의 거리

 

camber, shape of the mean camber line, (정도는 덜하지만) thickness distribution of the airfoil이 lift, moment characteristics of the airfoil을 결정합니다.

 

airfoil에서 freestream velocity $V_{\infty}$은 the velocity of the air far upstream of the airfoil입니다.

The direction of $V_{\infty}$는 relative wind로 정의됩니다. (wind coordinate을 생각할 때 굉장히 중요한 부분. 비행체가 주변 공기에 대해 상대적으로 움직이는 방향으로 생각할 수 있다. 부호는 반대로 생각해야 바람의 입장이 될 수 있다.)

 

• Angle of Attack (AoA) : chord line과 relative wind 사이의 각도

 

aerodynamic force R은 바람의 상대 벡터와 수직하는 방향과 평행하는 방향으로 분해할 수 있습니다.

 

• Drag (symbol D) : 정의 상 component of the aerodynamic force parallel to the relative wind.
• Lift (symbol L) : component of the aerodynamic force perpendicular to the relative wind.

 

aerodynamic force에 의해 발생하는 모멘트는 어떤 점을 기준으로 잡느냐에 따라 다릅니다.

일반적으로 leading edge에서 chord line을 따라 c/4 지점에서 moment를 구한 것을 moment about the quarter chord를 $M_{c/4}$라고 합니다.

또한 angle of attack이 바뀌면 lift, drag, moment 모두 바뀌는데 angle of attcak에 관계없이 모멘트가 일정한 점이 있습니다. 그 점을 aerodynamic center이라고 하며, the moment about the aerodynamic center를 $M_{ac}$라고 합니다.

 

aerodynamic center는 실험을 통해 알 수 있습니다. 느린 아음속 airfoil일 때는 보통 aerodynamic center가 quarter-chord point에 가까운 것으로 알려져 있습니다.

 

그리고 airfoil에 대해 다룰 때 Center of pressure를 고려해야합니다.

center of pressure는 pressure의 중심으로, 다음과 같이 구합니다.

 

$\text{Center of pressure : }\displaystyle \frac{\int x\cdot p(x) dx}{\int p(x) dx}$

 

모든 pressure가 center of pressure에 작용한다고 했을 때 airfoil 전체 모멘트를 합친 것과 동일합니다. 그래서 공력으로 인해 얻은 압력을 하나의 힘 벡터로 표현한 다음에 그 힘 벡터가 center of pressure에 작용한다고 봐도 무방합니다.

 

무게중심으로부터 Center of pressure의 위치에 대해서 모멘트 암을 만든 다음에 계산하면 무게중심을 기준으로 전체 모멘트를 구할 수 있을 것입니다.

Center of pressure에 대한 자세한 내용은 https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/cp.html 에서 확인하면 좋을 것 같습니다.