[항공기체기술사 제140회 2교시 6번] 항공기가 정상선회(Coordinated Turn), 수평선회(Level … 답안 개요

2교시 6번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

항공기가 정상선회(Coordinated Turn), 수평선회(Level Turn) 비행시 운동방정식, 선회비행속도 등 아래 물음에 답하시오.

(단, 선회경사각: $ϕ$ , 무게: W, 양력: L, 선회반경: R, 양력계수: C_L,
최대양력계수: C_LMAX, 기준면적: S, 중력가속도: g, 추력: T, 저항: D,
선회비행속도: V_$ϕ$, 등속 수평비행 속도: V_수평, 하중배수: n(등속수평비행), n_$ϕ$(선회비행))

비행 각방향에 대한 운동방정식을 쓰시오.
선회비행속도를 양력계수함수로 구하시오.
하중계수를 구하시오.
선회반경을 속도와 선회각으로 구하시오.
선회비행 실속속도와 등속수평비행 실속 속도비를 구하시오.

답안 개요 보기

답안 구조

개요
비행 각방향 운동방정식
선회비행속도 유도
하중계수 산출
선회반경 유도
선회비행 실속 속도비
결론

용어 정의

정상선회(Coordinated Turn): 항공기가 선회 중 수평 미끄럼(skidding)이나 옆놀림(slipping)이 없이 안정적으로 선회하는 상태. 뱅크각과 선회율이 적절히 조화된 비행.
수평선회(Level Turn): 항공기가 선회하는 동안 고도의 변화 없이 일정한 고도를 유지하며 선회하는 비행. 양력의 수직 성분이 중력과 평형을 이룸.
하중계수(Load Factor): 항공기에 작용하는 양력(L)을 항공기 무게(W)로 나눈 값(n=L/W). 비행 중 항공기 구조물이 받는 부하의 정도를 나타냄.
실속(Stall): 항공기의 양력이 최대 양력 계수(C_{LMAX})에 도달하여 날개의 공기흐름이 박리되고 양력이 급격히 감소하는 현상.

핵심 내용

1)

항공기 작용 4가지 힘(양력, 중력, 추력, 항력)
좌표계 설정 (지구 고정 또는 항공기 고정)
수직 방향 힘의 평형/운동방정식
수평 방향 힘의 평형/운동방정식
선회비행 시 구심력 고려

공식: $L cos \phi - W = m \ddot{z}$ , $L sin \phi = m V^2 / R$ , $T - D = m \dot{V}$

풀이 순서: 항공기에 작용하는 양력(L), 중력(W), 추력(T), 항력(D)을 표시 → 선회경사각 \phi 를 고려한 각 힘의 성분 분해 → 수직 방향 (z축) 힘의 평형 또는 운동방정식 작성 → 수평 방향 (선회 중심 방향) 힘의 운동방정식 작성 (구심력 = m V^2 / R) → 진행 방향 (x축) 힘의 평형 또는 운동방정식 작성

2)

양력 정의식 활용
수평선회(Level Turn) 조건 적용
양력계수(C_L), 선회경사각(\phi)과의 관계
선회비행속도 V_{\phi} 유도

공식: $L = (1/2) \rho V_{\phi}^2 S C_L$ , $L cos \phi = W$ , $V_{\phi} = \sqrt{2 W / (\rho S C_L cos \phi)}$

풀이 순서: 양력(L)의 일반적인 정의식 제시 → 수평선회 조건인 '수직 방향 힘의 평형 (L cos \phi = W)'을 활용 → L = W / cos \phi 를 양력 정의식에 대입 → 선회비행속도 V_{\phi} 에 대하여 최종 정리

3)

하중계수(n_{\phi})의 정의
선회비행 시 양력과 중력의 관계
선회경사각(\phi)과 하중계수
수평선회 조건에서의 하중계수 유도

공식: $n_{\phi} = L / W$ , $L cos \phi = W$ , $n_{\phi} = 1 / cos \phi$

풀이 순서: 하중계수 n_{\phi} 의 정의를 제시 (n_{\phi} = L/W) → 수평선회 조건에서 수직 방향 힘의 평형식 (L cos \phi = W)을 활용 → 위 식을 통해 양력 L을 중력 W와 선회경사각 \phi 로 표현 → 표현된 L을 하중계수 정의에 대입하여 최종 유도

4)

선회 시 수평 방향 운동방정식 활용
구심력과 양력의 수평 성분 관계
속도(V), 선회경사각(\phi), 중력가속도(g) 사용
선회반경(R) 유도 과정

공식: $L sin \phi = m V^2 / R$ , $L cos \phi = W = mg$ , $tan \phi = V^2 / (gR)$ , $R = V^2 / (g tan \phi)$

풀이 순서: 수평선회 조건에서 수평 방향 힘의 평형식 (L sin \phi = m V^2 / R) 제시 → 수직 방향 힘의 평형식 (L cos \phi = W = mg) 제시 → 두 식을 연립하여 양력 L을 소거하고 tan \phi 에 대한 식 유도 → 선회반경 R에 대해 최종 정리

5)

실속 정의 및 최대양력계수(C_{LMAX}) 활용
등속수평비행 실속 속도(V_{stall}) 유도
선회비행 실속 속도(V_{\phi, stall}) 유도 (하중계수 고려)
두 실속 속도 간의 비율 계산
하중계수와 실속 속도 관계

공식: $V_{stall}^2 = 2W / (\rho S C_{LMAX})$ , $V_{\phi, stall}^2 = 2n_{\phi} W / (\rho S C_{LMAX}) = 2 (W / cos \phi) / (\rho S C_{LMAX})$ , $V_{\phi, stall} / V_{stall} = \sqrt{n_{\phi}} = \sqrt{1 / cos \phi}$

풀이 순서: 등속수평비행 실속 시 양력(L=W)과 최대양력계수(C_{LMAX}) 조건 정의 → 등속수평비행 실속 속도 V_{stall} 를 양력 방정식으로부터 유도 → 선회비행 실속 시 양력(L=n_{\phi}W)과 최대양력계수(C_{LMAX}) 조건 정의 → 선회비행 실속 속도 V_{\phi, stall} 를 양력 방정식으로부터 유도 → 두 실속 속도 V_{\phi, stall} 와 V_{stall} 의 비율을 계산하고 최종 정리

AI 작성 답안 개요 · 검수 전 · 채점기준과 기준답안은 공개되지 않습니다. 참고용 개요입니다.

출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)