맨위로가기

받음각

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

받음각은 항공공학에서 날개골의 시위선과 공기의 상대적인 운동 방향 사이의 각도를 의미한다. 고정익 항공기의 양력 계수는 받음각에 따라 달라지며, 받음각이 커짐에 따라 최대 양력 계수에 도달하고, 임계 받음각을 넘으면 실속이 발생한다. 일부 군용 항공기는 매우 높은 받음각에서도 제어 비행이 가능하며, 돛, 풍력 터빈, 프로펠러 등 다른 분야에서도 유사한 개념으로 사용된다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 연 - 카이툰
    카이툰은 연의 원리를 활용하여 공중에 떠 있는 기구로, 1893년 프로이센에서 개발되었으며, 통신, 광고, 항공 사진 촬영 등 다양한 분야에 활용된다.
  • 연 - 공중 풍력 터빈
    공중 풍력 터빈은 높은 고도의 강한 바람을 활용하여 바람의 운동 에너지를 전기로 변환하는 장치로, 지상 풍력 터빈보다 잠재적으로 높은 발전 효율을 가지며 소음 및 진동 감소, 설치 용이성 등의 장점이 있으나 기술적 안정성, 환경 영향 최소화, 경제성 확보 등의 과제를 해결해야 한다.
  • 날개 설계 - 복엽기
    복엽기는 위아래 두 날개를 가진 항공기로, 초기 항공기 개발과 제1차 세계 대전에서 중요한 역할을 했으나, 공기역학적 단점과 무게로 인해 현재는 훈련기나 특수 목적으로 활용 범위가 축소되었으며, 스태거, 스트럿, 와이어링, 베이 등의 구조적 특징을 갖는다.
  • 날개 설계 - 전익기
    전익기는 날개 전체로 양력을 얻는 고정익 항공기로, 안정성 및 제어의 어려움에도 불구하고 공기 저항 감소, 경량화, 넓은 내부 공간, 스텔스 성능 등의 장점을 가지며 컴퓨터 제어 기술 발전으로 실용적인 항공기로 발전했다.
  • 공기역학 - 항력
    항력은 유체 내에서 움직이는 물체에 작용하여 물체의 운동을 방해하는 유체 저항력이며, 유체의 밀도, 물체의 속도, 기준 면적, 항력 계수 등에 의해 결정된다.
  • 공기역학 - 추력
    추력은 물체를 특정 방향으로 가속시키는 힘으로, 단위 시간당 운동량 변화율과 같으며, 프로펠러 회전, 제트 엔진 배기가스 분출 등 다양한 방식으로 발생하고 이동 및 제어에 필수적인 요소이다.
받음각
개요
정의받음각 (받는 각)은 날개의 시위선과 미방해 기류 사이의 각도이다.
기호α (알파)
관련 용어시위선
미방해 기류
양력
실속 (항공)
설명
원리받음각은 날개에 작용하는 양력의 크기를 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 받음각이 증가하면 일반적으로 양력도 증가하지만, 특정 각도 이상에서는 실속이 발생하여 양력이 급격히 감소한다.
수식받음각은 일반적으로 도 (degree) 단위로 측정된다.
영향받음각은 항공기의 성능, 안정성, 조종성에 큰 영향을 미친다. 조종사는 받음각을 적절히 조절하여 원하는 비행 상태를 유지해야 한다.
측정
방법받음각은 항공기에 장착된 센서 또는 시각적인 방법으로 측정할 수 있다.
주의사항받음각 측정 시에는 센서의 정확도, 기류의 변화 등을 고려해야 한다.

2. 항공공학에서의 받음각

항공공학에서의 받음각은 보통 날개골의 앞전과 뒷전을 잇는 직선인 시위선(chord line)을 기준선으로 삼아, 날개에 대한 공기의 상대적인 운동 방향과 시위선 사이의 각을 말한다. 이전에는 '''영각''' 또는 앙각(仰角: 올림각이란 뜻)이란 표현을 쓰기도 하였으며, 'Angle of Attack'을 그대로 직역하여 공격각이라 쓴 책자도 있다.

날개가 뒤틀린 모양을 하고 있어 날개 부분에 따라 시위선이 달라지는 경우 다른 기준선을 골라야 한다. 이때는 날개뿌리(날개와 동체가 연결되는 부분)의 시위선, 동체 위의 한 가로선, 또는 양력이 0이 될 때의 받음각(영양력 받음각)이 0도가 되도록 하는 선 따위를 기준으로 한다.

고정익기의 양력 계수는 받음각에 따라 달라진다. 받음각이 커짐에 따라 양력 계수는 최대 양력 계수에 다다를 때까지 함께 커지다가 그 뒤로는 줄어든다. 고정익 항공기에서는 받음각이 커질수록 날개 윗면에서 경계층이 분리되려는 현상이 강해지고, 이에 따라 양력 계수가 커지는 속도가 점점 줄어들게 된다.[7]

2. 1. 받음각과 양력 계수의 관계

고정익기의 양력 계수는 받음각에 따라 달라진다. 받음각이 커짐에 따라 양력 계수는 최대 양력 계수에 다다를 때까지 함께 커지다가 그 뒤로는 줄어든다. 고정익 항공기에서는 받음각이 커질수록 날개 윗면에서 경계층이 분리되려는 현상이 강해지고, 이에 따라 양력 계수가 커지는 속도가 점점 줄어들게 된다.[7]

받음각에 따른 항력 및 양력 계수. 실속 속도는 최대 양력 계수(CLMAX)에서 받음각에 해당한다.


받음각이 증가하면 날개 윗면에서 기류의 흐름 박리가 더 두드러져 양력 계수의 증가율이 감소한다. 캠버된 직선 날개에 대한 전형적인 곡선을 위의 그림에서 볼수 있다. 캠버된 에어포일은 작은 음의 받음각에서도 어느 정도의 양력을 생성하도록 곡선으로 되어 있다. 대칭 날개는 0도의 받음각에서 양력이 0이다. 양력 곡선은 에어포일 단면 및 날개 평면형을 포함한 날개 모양의 영향을 받는다. 후퇴익은 더 낮은 임계각을 갖는 낮고 평평한 곡선을 갖는다.

2. 2. 최대 양력 계수와 임계 받음각

고정익기의 양력 계수는 받음각에 따라 달라진다. 양력 계수는 받음각이 커짐에 따라 최대 양력 계수에 다다를 때까지 함께 커지다가 그 뒤로는 줄어든다. 고정익 항공기에서는 받음각이 커질수록 날개 윗면에서 경계층이 분리되려는 현상이 강해지고, 이에 따라 양력 계수가 커지는 속도가 점점 줄어들게 된다.

받음각이 큰 상태에서 날개 위쪽 공기의 흐름이 박리되는 모습


받음각이 커짐에 따라 양력 계수가 커지는 속도가 점점 줄어들다가 0이 되는 순간의 양력 계수를 '''최대 양력 계수'''(maximum lift coefficient)라고 부르고, 이 때의 받음각을 '''임계 받음각'''(critical angle of attack)이라고 부른다. 임계 받음각은 실속 받음각(stall angle of attack)이라고도 부른다.[7]

공기와 날개 사이의 점성으로 인해 공기의 흐름은 날개에 가까울수록 느려지는데, 이렇게 점성의 영향을 받는 공기층을 경계층이라고 부른다. 또한 날개 윗면에서는 공기 흐름의 진행 방향을 따라 갈수록 압력이 커지는 역압력 구배(adverse pressure gradient)가 발생하여 뒤쪽으로 갈수록 공기의 흐름이 느려지며, 받음각이 커질수록 역압력 구배도 커진다. 날개 윗면 경계층의 공기는 점성의 영향과 역압력 구배의 영향을 모두 받기 때문에, 역압력 구배가 충분히 커지면 이 경계층의 공기가 느려지다가 아예 주위 공기와 반대 방향으로 흐르며 소용돌이를 일으켜 경계층의 흐름을 날개 표면에서 박리시키는 현상이 발생한다. 이러한 현상을 유동 박리(flow separation) 혹은 경계층 박리(boundary layer separation)라고 부르며, 유동 박리가 일어나면 양력은 감소하고 항력은 증가하게 된다.

임계 받음각은 유동 박리에 의해 양력이 감소하기 시작하는 받음각으로, 받음각이 임계 받음각을 넘으면 양력이 급격히 감소하는 스톨이 발생한다. 임계 받음각의 값은 날개골에 따라 다르지만 대체로 10도에서 15도 정도이다. 임계 받음각 아래에서 받음각이 감소함에 따라 양력 계수는 감소한다. 반대로, 임계 받음각 이상에서는 받음각이 증가함에 따라 공기가 에어포일의 윗면 위로 덜 부드럽게 흐르기 시작하고 윗면에서 분리되기 시작한다. 대부분의 에어포일 형태에서 받음각이 증가함에 따라 흐름의 윗면 분리점은 후연에서 전연 방향으로 이동한다. 임계 받음각에서 윗면 흐름은 더 많이 분리되고 에어포일 또는 날개는 최대 양력 계수를 생성하고 있다. 받음각이 더 증가함에 따라 윗면 흐름이 더 완전히 분리되고 양력 계수가 더 감소한다.[7]

임계 받음각 이상에서는 항공기가 실속 상태라고 한다. 고정익 항공기는 정의상 특정 대기 속도 이하가 아닌 임계 받음각에서 또는 그 이상에서 실속된다. 항공기가 실속하는 대기 속도는 항공기의 무게, 하중 계수, 항공기의 무게 중심 및 기타 요인에 따라 달라진다. 그러나 항공기는 결빙 상태가 발생하지 않는 한 일반적으로 동일한 임계 받음각에서 실속된다. 임계 또는 실속 받음각은 일반적으로 많은 에어포일의 경우 약 15° - 18°이다.

일부 항공기에는 조종사의 조작과 관계없이 최대 받음각에 도달하면 항공기가 받음각을 더 이상 증가하지 않도록 자동으로 방지하는 내장형 비행 컴퓨터가 장착되어 있다. 이것을 '받음각 리미터' 또는 '알파 리미터'라고 한다. 플라이 바이 와이어 기술을 갖춘 최신 여객기는 비행 제어 표면을 제어하는 컴퓨터 시스템의 소프트웨어를 통해 임계 받음각을 피한다.[8]

해군 항공 모함 작전 및 STOL 오지 비행과 같이 짧은 활주로 (STOL)에서의 이착륙 작업에서 항공기에는 받음각 또는 양력 예비 지시계가 장착될 수 있다. 이러한 지시계는 받음각(AOA) 또는 날개 양력 잠재력(POWL 또는 양력 예비)을 직접 측정하고 조종사가 더 정확하게 실속 지점 가까이에서 비행하도록 돕는다. STOL 작전은 항공기가 착륙 중에는 임계 받음각에 가깝게 작동할 수 있어야 하고 이륙 중에는 최적의 상승 각도로 작동할 수 있어야 한다. 받음각 지시계는 대기 속도 정보가 실속 거동과 간접적으로만 관련되어 있기 때문에 조종사가 이러한 기동 중에 최대 성능을 발휘하는 데 사용된다.

2. 3. 흐름 박리 현상

받음각이 커짐에 따라 양력 계수가 커지는 속도가 점점 줄어들다가 0이 되는 순간의 양력 계수를 '''최대 양력 계수'''라 하고, 이때의 받음각을 '''임계 받음각''' 또는 실속 받음각이라고 한다.[7]

날개 윗면에서는 공기 흐름의 진행 방향을 따라 압력이 커지는 역압력 구배가 발생하여 공기의 흐름이 느려진다. 받음각이 커질수록 역압력 구배도 커진다. 날개 윗면 경계층(점성의 영향을 받는 공기층)의 공기는 점성과 역압력 구배의 영향을 모두 받기 때문에, 역압력 구배가 충분히 커지면 경계층의 공기가 느려지다가 반대 방향으로 흐르며 소용돌이를 일으켜 경계층의 흐름을 날개 표면에서 박리시키는 현상이 발생한다. 이러한 현상을 유동 박리 또는 경계층 박리라고 하며, 유동 박리가 일어나면 양력은 감소하고 항력은 증가하게 된다.[7]

임계 받음각은 유동 박리에 의해 양력이 감소하기 시작하는 받음각으로, 받음각이 임계 받음각을 넘으면 양력이 급격히 감소하는 스톨이 발생한다. 임계 받음각의 값은 날개골에 따라 다르지만 대체로 10도에서 15도 정도이다.

thumb에서 에어포일의 일반적인 양력 계수 곡선.]]

고정익 항공기의 받음각이 증가함에 따라, 날개 윗면에서 기류의 흐름 박리가 더 두드러져 양력 계수의 증가율이 감소한다.

받음각은 최대 양력 계수를 생성하는 받음각이며. "실속 받음각"이라고도 한다. 임계 받음각 아래에서 받음각이 감소함에 따라 양력 계수는 감소한다. 반대로, 임계 받음각 이상에서는 받음각이 증가함에 따라 공기가 에어포일의 윗면 위로 덜 부드럽게 흐르기 시작하고 윗면에서 분리되기 시작한다. 대부분의 에어포일 형태에서 받음각이 증가함에 따라 흐름의 윗면 분리점은 후연에서 전연 방향으로 이동한다. 임계 받음각에서 윗면 흐름은 더 많이 분리되고 에어포일 또는 날개는 최대 양력 계수를 생성하고 있다. 받음각이 더 증가함에 따라 윗면 흐름이 더 완전히 분리되고 양력 계수가 더 감소한다.[7]

이 임계 받음각 이상에서는 항공기가 실속 상태라고 한다. 임계 또는 실속 받음각은 일반적으로 많은 에어포일의 경우 약 15° - 18°이다.

일부 항공기에는 조종사의 조작과 관계없이 최대 받음각에 도달하면 항공기가 받음각을 더 이상 증가하지 않도록 자동으로 방지하는 내장형 비행 컴퓨터가 장착되어 있다. 이것을 '받음각 리미터' 또는 '알파 리미터'라고 한다. 플라이 바이 와이어 기술을 갖춘 최신 여객기는 비행 제어 표면을 제어하는 컴퓨터 시스템의 소프트웨어를 통해 임계 받음각을 피한다.[8]

3. 고받음각 (Very High Alpha)

높은 받음각에서의 Su-27M / Su-35


Very High Alpha영어

일부 군용 항공기는 매우 높은 받음각에서도 제어 비행이 가능하지만, 막대한 유도 항력이라는 대가를 치러야 한다. 이는 항공기에 뛰어난 기동성을 제공한다. 유명한 예시로는 푸가초프 코브라가 있다. 항공기는 기동 내내 높은 받음각을 경험하지만, 기동이 끝날 때까지 공기역학적 방향 제어 또는 수평 비행 유지가 불가능하다. 코브라는 항공기 날개가 기동 대부분에서 임계 받음각을 훨씬 넘어서는 초기동의 예시이다.[9][10]

선단 날개 뿌리 연장부를 포함한 "고양력 장치"로 알려진 추가적인 공기역학적 표면은 이러한 장치가 없는 항공기의 약 20°와 비교하여 전투기가 45° 이상까지 훨씬 더 큰 비행 가능한 '진정한' 받음각(알파)을 가질 수 있게 해준다. 이는 상층 대기의 낮은 공기 밀도로 인해 약간의 기동에도 높은 받음각이 필요할 수 있는 고고도에서, 그리고 수평 비행 받음각과 실속 받음각 사이의 여유가 줄어드는 저고도 저속에서 유용할 수 있다. 항공기의 높은 받음각 능력은 조종사에게 항공기 실속(임계 받음각 초과 시 발생)을 더 어렵게 만드는 완충 역할을 한다. 그러나 군용 항공기는 일반적으로 전투에서 그렇게 높은 받음각을 얻지 못하는데, 이는 유도 항력으로 인해 항공기의 속도를 매우 빠르게 감소시키고, 극단적인 경우 전면 면적 및 기생 항력이 증가하기 때문이다. 이러한 기동은 항공기의 속도를 늦출 뿐만 아니라 고속에서 상당한 구조적 스트레스를 유발한다. 현대 비행 제어 시스템은 전투기의 받음각을 최대 공기역학적 제한보다 훨씬 낮게 제한하는 경향이 있다.

4. 받음각 제어 시스템

일부 항공기에는 조종사의 조작과 관계없이 최대 받음각에 도달하면 항공기가 받음각을 더 이상 증가하지 않도록 자동으로 방지하는 내장형 비행 컴퓨터가 장착되어 있다. 이것을 '받음각 리미터' 또는 '알파 리미터'라고 한다.[8] 플라이 바이 와이어 기술을 갖춘 최신 여객기는 비행 제어 표면을 제어하는 컴퓨터 시스템의 소프트웨어를 통해 임계 받음각을 피한다.[8]

해군 항공 모함 작전 및 STOL 오지 비행과 같이 짧은 활주로(STOL)에서의 이착륙 작업에서 항공기에는 받음각 또는 양력 예비 지시계가 장착될 수 있다. 이러한 지시계는 받음각(AOA) 또는 날개 양력 잠재력(POWL 또는 양력 예비)을 직접 측정하고 조종사가 더 정확하게 실속 지점 가까이에서 비행하도록 돕는다. STOL 작전은 항공기가 착륙 중에는 임계 받음각에 가깝게 작동할 수 있어야 하고 이륙 중에는 최적의 상승 각도로 작동할 수 있어야 한다. 받음각 지시계는 대기 속도 정보가 실속 거동과 간접적으로만 관련되어 있기 때문에 조종사가 이러한 기동 중에 최대 성능을 발휘하는 데 사용된다.

5. 다른 분야에서의 받음각

항공공학에서 받음각은 보통 날개골의 앞전과 뒷전을 잇는 직선인 시위선(chord line)을 기준선으로 삼아, 날개에 대한 공기의 상대적인 운동 방향과 시위선 사이의 각을 말한다. 이전에는 '''영각''' 또는 앙각(仰角: 올림각이란 뜻)이란 표현을 쓰기도 하였으며, Angle of Attack을 그대로 직역하여 공격각이라 쓴 책자도 있다.

날개가 뒤틀린 모양을 하고 있어 날개 부분에 따라 시위선이 달라지는 경우 다른 기준선을 골라야 한다. 이때는 날개뿌리(날개와 동체가 연결되는 부분)의 시위선, 동체 위의 한 가로선, 또는 양력이 0이 될 때의 받음각(영양력 받음각)이 0도가 되도록 하는 선 따위를 기준으로 한다. 범주에서는 돛의 시위선과 바람이 만나는 각도를 받음각이라고 부른다.[11]

5. 1. 요트

요트에서 관련된 물리적 원리는 항공기와 동일하다. 돛은 익형이다.[11] 돛의 '''받음각'''은 돛의 시위선과 상대 풍향 사이의 각도이다.

5. 2. 풍력 터빈 및 프로펠러

풍력 터빈이나 프로펠러의 경우, 회전축에 가까운 날개 안쪽보다 날개 바깥쪽의 속도가 빠르기 때문에 날개의 부분별로 공기의 흐름의 상대적인 방향이 달라진다. 따라서 날개를 길이 방향을 중심으로 약간 꼬인 모양으로 만들어 날개의 모든 부분에서 일정한 양력이 발생하도록 한다.

참조

[1] 웹사이트 Inclination Effects on Lift https://www1.grc.nas[...] 2018-04-05
[2] 논문 Summary of Methods of Measuring Angle of Attack on Aircraft https://ntrs.nasa.go[...] NASA Technical Reports 2024-02-22
[3] 웹사이트 See How It Flies http://www.av8n.com/[...]
[4] 서적 Stick and Rudder: An Explanation of the Art of Flying McGraw-Hill Professional 1990-09-01
[5] 서적 Stick and Rudder: An Explanation of the Art of Flying
[6] 서적 Mechanics of Flight Pitman Publishing Limited 1972
[7] 웹사이트 NASA Lift Coefficient http://www.grc.nasa.[...]
[8] 웹사이트 Fly-by-Wire Systems Enable Safer, More Efficient Flight https://spinoff.nasa[...] 2022-01-04
[9] 서적 Timothy Cowan https://books.google[...]
[10] 웹사이트 DTIC https://web.archive.[...] 2022-06-02
[11] 웹사이트 HOW A SAIL BOAT SAILS INTO THE WIND http://web.mit.edu/2[...] Massachusetts Institute of Technology 2012-01-14
[12] 웹사이트 航空実用辞典 http://www.jal.co.jp[...]


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com