비행역학 항공기 성능 산출

소개글

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목차

1. 개요

2. 관련이론
1) 상승비행(climbing flight)
2) 상승 비행 운동방정식
3) 상승각(climb angle)
4) 상승률(climb rate)
5) Range
6) Ceiling

3. 결론 및 고찰

4. 참고문헌

5. Matlab code

본문내용

1. 개요
주어진 항공기의 제원을 바탕으로 항공기 c.g가 20%, 25%, 30%MAC에 있을 경우의 성능을 계산한다. 제원은 다음과 같다.

항공기 제원
Weight = 5000 lb
Swing = 167ft^2
Engine = sea level에서 최대출력이 1000hp인 turbo prop engine

c.g.가 20%, 25%, 30%MAC에 있을 경우 다음의 성능을 계산하라.
a) Sea level, 10,000ft, 20,000ft에서 최대 속도
b) Sea level, 10,000ft, 20,000ft에서 최대 상승률과 그 때의 속도
c) 연료 1,500lb로 얻을 수 있는 고도 20,000ft에서의 최대 Range
d) Service ceiling

단 모든 경우 propeller efficiency는 0.85로 같다.
또한 bsfc(brake specific fuel consumption)을 0.4 (lb/hr/hp)를 사용하라.

2. 관련이론
1) 상승비행(climbing flight)
등속상태로 이루어지는 상승비행은 항공기의 위치 에너지를 증가시키기 위해서 운동 에너지를 줄이는 것이 아니라 추력(thrust)에 의한 잉여 에너지를 이용하여 일정한 상승속도를 유지하면서 고도를 높이는 비행형태이다.

2) 상승 비행 운동방정식
Figure 1 에서 등속으로 상승비행하는 비행기에는 양력, 항력, 추력, 그리고 무게의 힘들이 작용하며 상승각(climb angle)과 상승속도가 일정하게 유지된다. 힘의 균형조건을 상승속도의 수직방향과 평행방향에 대한 식과 비행경로에 대한 속도성분을 식으로 나타낸다.

Figure 1. 상승 비행시 항공기에 작용하는 힘








3) 상승각(climb angle)
상승각에 관한 식을 다음과 같이 나타낼 수 있다.



상승비행에서 추력은 이용추력이며 항력은 필요추력과 같으므로 이다. 이것을 잉여추력(excess thrust)이라 한다. 상승각이 이내의 작은 범위에서는 , 이므로 위의 상승각의 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

,

위의 식에서 상승각은 라디안의 각단위이며 추력 대 무게비와 양항비에 관계된다는 것을 알 수 있다. 또한, 무게에 대한 잉여 추력비()를 비잉여추력이라고 정의하며 상승각의 크기를 나타낸다. 따라서 최대 상승각()은 무게 대 추력비()가 최대이거나 최대 양항비인 공력조건에서 얻어진다.

참고 자료

비행역학 강의노트, 이승수, 2015년 2학기
항공우주공학개론, 경문사
비행역학, 윤용현, 경문사