[항공역학] 양력과 항력

항공역학이란?

항공역학은 공기와 다른 물체와의 상호작용을 연구하는 과학입니다. 이는 주로 비행기나 로켓 등의 설계와 성능 개선에 사용되며, 물리학, 수학 등의 원리를 기반으로 합니다. 항공역학은 크게 정적항공역학과 동적항공역학으로 나뉩니다. 정적항공역학은 비행체가 공기 중에서 움직이지 않을 때의 힘을 다루며, 동적항공역학은 비행체가 움직일 때의 힘을 연구합니다. 이 중 핵심 개념으로는 '리프트'와 '드래그'가 있습니다. '리프트'는 비행체를 공중에 띄우는 힘으로, 날개의 형태와 공기의 흐름에 의해 생성됩니다. 이는 '양력'이라고 말합니다. '드래그'는 비행체가 전진할 때 반대 방향으로 작용하는 저항력을 의미합니다. 이는 '항력'이라고 말합니다. 항공역학은 이러한 힘을 이해하고 최적화함으로써, 비행체의 연료 효율, 속도, 안정성 등을 향상시킬 수 있습니다. 따라서, 비행기의 설계 및 제작, 우주선의 발사 등에 필수적인 분야입니다.

즉 항공역학은 공기나 기체의 운동을 다루며, 구체적으로 유체를 지나는 물체와 유체의 상호작용을 다루는 학문입니다.

 

리프트, 양력이란?

'리프트' 혹은 '양력'은 비행체가 공중에 뜨는데 필요한 힘을 의미합니다. 앞으로 양력이라 칭하겠습니다. 이는 비행체의 날개와 공기의 상호작용에 의해 발생하며, 비행체가 공중에 머무르거나 상승하는 데 필수적입니다. 양력은 베르누이의 원리와 관련이 있습니다. 이 원리에 따르면, 공기가 빠르게 흐를수록 그 부분의 압력은 낮아집니다. 날개의 모양(에어포일)은 위쪽 표면이 아래쪽 표면보다 길게 설계되어 있어, 공기가 위쪽 표면을 따라 더 빠르게 흐르게 됩니다. 이로 인해 날개 위쪽의 압력은 아래쪽보다 낮아지고, 이 차이로 인해 위로 향하는 힘인 양력이 발생합니다. 또한, 양력은 공기의 밀도, 비행체의 속도, 날개의 면적, 날개의 피치각 등에 의해 영향을 받습니다. 이 요소들을 적절히 조절함으로써 비행체는 효과적으로 상승하고, 공중에서 안정적으로 머무를 수 있습니다. 즉 양력이란 항공기나 비행체를 중력을 극복하여 뜰 수 있게 하는 힘이라고 생각하시면 됩니다. 그러나 이 항력만으로는 비행체를 완벽하게 제어할 수 없습니다. 말 그대로 공중에 뜰 수 있게 만들어주는 원리이자 힘일 뿐 이니까요. 항력 외에도 중력, 추력, 그리고 저항력(드래그)과 같은 다른 힘들이 비행체에 작용하기 때문입니다. 이 모든 힘들이 균형을 이루어야 안정적인 비행이 가능합니다.

 

드래그, 항력 이란?

'드래그' 또는 '항력'은 비행체나 자동차 등이 진행 방향과 반대로 작용하는 저항력을 말합니다.

앞으로 항력이라 칭하겠습니다. 이는 비행체가 공기 중을 움직일 때 발생하는 힘으로, 비행체의 속도, 형태, 크기, 공기의 밀도 등에 의해 영향을 받습니다. 항력은 크게 두 가지 종류로 나뉩니다. '형상 항력'은 비행체의 모양이 공기의 흐름을 방해함으로써 발생합니다. 이는 비행체의 전면적인 부분이 공기와 접촉하면서 발생하는 저항력입니다. '마찰 항력' 또는 '표면 항력'은 비행체 표면과 공기 사이의 마찰로 인해 발생합니다. 비행체의 설계 및 운영에서는 이러한 항력을 최소화하는 것이 중요합니다. 항력을 줄이면, 비행체는 더 적은 에너지를 사용하여 더 빠르고 효율적으로 움직일 수 있습니다. 이를 위해 비행체는 aerodynamic, 즉 공기 역학적으로 효율적인 형태로 설계되며, 표면 처리 등 다양한 기술을 활용합니다. 이처럼 드래그는 항공역학에서 중요한 개념으로, 비행체의 성능과 연료 효율에 큰 영향을 미칩니다. 즉, 항력이란 항공기가전진하면서 생기는 힘으로, 항공기 또는 비행체의 표면에 가해지는 공기의 압력, 밀도등에 의해 부정적 효과를 주는 요소입니다.