KR100454589B1 - 난기류에 견디는 날개 형상 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난기류 속을 비행하는 항공기 날개가 받는 공기역학적인 충격하중을 경감, 완화시켜주는 뒷전(trailing-edge)을 갖는 난기류에 견디는 날개 형상에 관한 것이다.

본 발명은 항공기 날개의 뒷전 부위를 기존의 날개에서와 같이 구조적으로 강건하게 하는 대신에 부드럽고 탄력성 있게 함으로써 공기의 난기류나 돌풍을 만났을 경우 뒷전의 형상이 기류변화에 따라 변형되게 함으로써 날개에 걸리는 순간적인 공기역학적 하중을 완화시켜주는 것으로서, 구조적으로 강건한 날개와 구조강도를 담당하지 않는 부드러운 뒷전(trailing-edge)으로 구성된다

Description

난기류에 견디는 날개 형상{Turbulence-Resistant Wing}

본 발명은 항공기가 운항 중에 난기류나 돌풍을 만났을 경우에 날개에 순간적으로 걸리는 과도한 공기역학적 하중을 경감시킬 수 있는 난기류에 견디는 날개 형상에 관한 것이다..

종래의 항공기의 경우 날개의 뒷전은 날카롭고 구조적으로 강건하여 난기류나 돌풍을 만날 경우 순간적으로 과도한 공기역학적인 하중이 걸림으로써 이를 견딜 수 있도록 구조설계를 한다.

그러나 난기류나 돌풍이 날개 구조물의 뒷전에 설계된 하중보다 많이 작용되는 경우, 또한 국부적으로 난기류가 작용하는 경우에는 공기역학적인 하중이 걸린다.도 6에 나타낸 양력-받음각 곡선(lift vs. angle of attack curve)과 같이 항공기의 날개에 작용하는 양력은 상대풍(relative wid)이 불어오는 각도 즉, 받음각(angle of attack)의 변화량에 따라 증감이 된다.일반적인 항공기의 경우 주로 운항하는 받음각은 도 6에 나타낸 곡선의 선형적인 구간의 한 점에 위치하게 되는데, 비행 중에 대기의 난기류(turbulemce)에 의하여 도 7a, 도 7b, 도 7c와 같이 상향 또는 하향의 돌풍(gust)을 만나게 되면 순간적인 받음각의 변화를 일으키게 되어 도 8과 같이 날개에 걸리는 양력이 순간적으로 변화하게 되며, 그 결과 날개에 걸리는 힘이 증가 또는 감소하게 된다.하향 돌풍을 만나는 경우는 항공기가 하향으로 휘청거리는 동작을 일으켜 탑승감을 떨어뜨리는 요인이 됨과 동시에 돌풍이 지나간 후에는 다시 원래의 양력 상태로 회복되는 과정에서 상향의 운동을 유발하고 날개에는 이에 따른 관성 하중을 야기시킴으로써 피로하중을 누적시키는 결과를 초래하게 되며, 상향 돌풍을 만나는 경우는 날개에 갑작스런 하중 증가가 발생함으로써 필요 이상의 과도한 하중을 유발시킴과 동시에 항공기를 상향으로 휘청거리는 동작을 일으켜 탑승감 또한 떨어뜨리는 요인이 된다.그래서 모든 항공기들은 이러한 돌풍하중에 대비하여 날개의 구조물을 충분히 강하게 설계하고 있기 때문에 이에 따른 중량의 증가가 수반되고 있다. 일부 첨단 여객기와 같은 특수한 항공기의 경우 이러한 돌풍에 의한 갑작스런 공기역학적인 하중에 의한 날개의 응력을 경감시키기 위하여 날개의 뒷전(trailing- edge)에 있는 조종면(control surface)을 능동적으로 움직여 주는 능동적 돌풍 하중 완화 장치(active gust-load alleviation system)을 채택하기도 한다.

본 발명은 항공기가 난기류나 돌풍을 만났을 경우에 날개 뒷전(trailing-edge)의 형상이 기류에 대응하여 부분적으로 변형함으로써 날개에 걸리는 공기역학적 하중의 급격한 증가를 완화시킴으로써 날개의 구조적 안전성을 향상시키는 것이며, 궁극적으로는 항공기의 안전을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 구조적으로 강건한 날개 구조물의 일측으로 형성되는 뒷전을 부드럽고 탄력성 있는 재질로 성형하며, 날개 구조물과 뒷전을 일체형으로 형성하거나 날개 길이방향에 대하여 여러 조각으로 분할시키는 분할된 뒷전으로 성형함을 특징으로 하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 날개 구조에 대한 정면도

도 2 는 본 발명 중 상향 돌풍을 만난 경우의 뒷전 변형 상태도

도 3 은 본 발명 중 하향 돌풍을 만난 경우의 뒷전 변형 상태도

도 4 는 본 발명 중 일체형 뒷전의 사시도

도 5 는 본 발명 중 분할형 뒷전의 사시도도 6 은 종래의 날개에 대한 받음각과 양력을 나타낸 곡선도표도 7a 는 종래의 날개에 대한 정상 비행상태의 받음각과 양력도 7b 는 종래의 날개에 대한 상향 돌풍 비행상태의 받음각과 양력도 7a 는 종래의 날개에 대한 하향 돌풍 비행상태의 받음각과 양력도 8 은 종래의 날개에 대한 받음각과 양력을 나타낸 곡선도표도 9 는 본 발명에 대한 받음각과 양력을 나타낸 곡선도표

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 날개 구조물 2, 3, 4 : 날개 뒷전

5 : 일체형 뒷전 6 : 분할형 뒷전

본 발명은 도 1에서와 같이 기존의 날개와 같은 구조하중을 담당하는 강건한 날개 구조물(1)과 부드럽고 탄력성 있는 재질로 구성된 뒷전(2)으로 구성된다.

항공기의 날개 형상은 정상적인 순항조건에서는 도 1에서와 같이 뒷전(2)에 변형이 거의 없다.

그러나 순간적인 돌풍이 아래에서 위로 쳤을 경우 기존의 날개는 도 1과 같은 형상이 그대로 유지되기 때문에 급격한 받음각 증가로 인한 공기역학적 하중의 증가분이 추가적으로 날개에 전달되는데, 그 원리는 도 8과 같다.

그러나 본 발명에서와 같은 날개 구조물(1)에서는 이 경우 도 2와 같이 날개의 뒷전(3) 형상이 변형되어 날개 끝의 흐름각을 바꾸기 때문에 날개 구조물(1)에 걸리는 순환(circulation)의 급격한 증대가 발생하지 않는데, 그 원리는 도 9와 같다. 즉, 상향 돌풍을 만나면 날개의 뒷전이 위로 휘어서 날개 단면의 형상이 도 2와 같이 바뀌게 되며 그 결과 양력곡선의 특성이 도 9의 '상향돌풍시'와 같은 형태로 바뀌게 된다. 하향 돌풍을 만나면 날개의 뒷전이 아래로 휘어서 날개 단면의 형상이 도 3과 같이 바뀌게 되며, 그 결과 양력곡선의 특성이 도 9의 '하향돌풍시'와 같은 형태로 바뀌게 된다. 결과적으로 날개에 걸리는 공기역학적 하중이 급격하게 증가되지 않기 때문에 날개의 구조물을 보호할 수 있다.

반대로 돌풍이나 난기류에 의한 공기흐름이 위에서 아래로 향하는 반대의 경우 도 3에서와 같이 날개 구조물(1)의 뒷전(3)은 변형되므로 역시 날개에 걸리는 공기역학적 하중의 급격한 변동을 막을 수 있다.

도 4와 도 5는 날개의 3차원적 형상으로써, 뒷전의 모양을 설명하는 것으로서 도 4 에서는 날개 구조물(1)의 길이(span)가 짧을 경우 탄력성 있는 뒷전부분이 일체로 연결될 수 있도록 하는 일체형 뒷전(5)으로 구성할 수 있는 것이다.

또한 도 5와 같이 날개 구조물(1)의 길이가 길 경우 날개 구조물(1)의 가로방향(spanwise)으로 걸리는 돌풍의 분포가 일반적으로 다르기 때문에 각각의 국부 기류에 대응하여 뒷전이 변형될 수 있도록 하기 위하여 뒷전을 여러 조각으로 분할한 모양인 분할형 뒷전(6)을 구성하는 것이다.

본 발명은 항공기의 날개가 난기류나 돌풍을 만났을 때 순간적으로 걸리는 공기역학적인 하중의 급격한 변동을 경감시킴으로써 날개의 구조적 안정성을 향상시키는 것이다.

본 발명은 날개 구조물이 짧을 경우에는 일체형 뒷전으로 형성하고, 날개 구조물이 길 경우에는 뒷전에 일정한 간격으로 분리되도록 하는 분할형 뒷전에 의하여 국부에 발생되는 기류에 대응할 수 있도록 하는 것이다.

Claims (3)

1. 구조하중을 담당하는 뒷전이 설치된 항공기용 날개 구조물(1)에 있어서,

   구조적으로 강건한 날개 구조물(1)의 선단으로 부드럽고 탄력성 있는 뒷전(2)을 구성함을 특징으로 하는 난기류에 견디는 날개 형상.
2. 제1항에 있어서, 날개 구조물(1)과 뒷전(5)이 일체형으로 구성됨을 특징으로 하는 난기류에 견디는 날개 형상.
3. 제1항에 있어서, 날개 구조물(1)의 뒷전이 여러 조각으로 분할된 뒷전(6)으로 구성됨을 특징으로 하는 난기류에 견디는 날개 형상.