KR20050064675A - 후연 상부가 불룩한 익형 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 후연 상부가 불룩한 익형에 관한 것이다.

특히, 상면으로 커브곡면이 형성된 상부스킨이 형성되고, 하부로 하부스킨이 형성되는 익형에 있어서, 익형의 높은 받음각 영역에서 항력계수가 감소토록 상기 상부스킨의 후연방향으로 후연방향을 따라 익형길이와 대비하여 적어도 50% 이후 지점에서부터 수직 최대 두께의 10% 이내의 두께를 갖도록 불룩하게 불룩돌기가 돌출 형성되는 구성으로 이루어진다.

이에따라, 높은 받음각 및 실속 받음각 이후의 영역에서 오히려 항력계수가 상당히 감소하게 되어 익형의 양항비가 높은 받음각 영역에서 증가하고, 익형 구조물의 경량화나 구조물의 강도를 향상할 수 있는 특징이 있다.

Description

후연 상부가 불룩한 익형{AIRFOILS WITH HUMPED TRAILING EDGES}

본 발명은 후연 상부가 불룩한 익형에 관한 것으로서 보다 상세하게로는, 익형의 높은 받음각 영역에서 항력계수가 감소토록 상기 상부스킨의 후연방향으로 불룩돌기가 상부로 불룩하게 돌출형성되어 낮은 받음각에서는 항력계수가 미세하게 증가하지만, 높은 받음각 및 실속 받음각 이후의 영역에서 오히려 항력계수가 상당히 감소하게 되는 후연 상부가 불룩한 익형에 관한 것이다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 일반적으로 익형이란 그 표면을 흐르는 공기로부터 유효한 반작용을 받는 것과 같은 장치로서 상부스킨(11)과 하부스킨(12)에 의해 이루어지는데, 주익, 수평미익, 수직미익 및 프로펠러등 모두가 익형의 예라 할 수있다.

이러한, 익형은 전연과 후연의 각기 최선단 부분을 연결하는 직선인 익현선에 따라 양력의 발생량이 달라지고 항력의 발생량 또한 달라지며 임계양각의 각도도(critical angle of attack) 달라지는데, 영각 0도의 상태에서는 익형 하면의 압력은 대기압과 같고, 이 경우 모든 양력을 주익 상면의 압력의 감소(대기압보다 낮은)에 의해 발생한다. 영각이 적은 상태에서는 익형 하면인 하부스킨(12)에 부딪히는 공기의 충격이나 압력(대기압보다 높은)의 영향은 거의 무시할 수 있으므로 양력의 대부분은 주익 상면의 압력 감소에 의해 발생한다.

그리고, 영각이 증가함에 따라 주익하면의 공기의 충격이나 정(正)압이 증가하는데, 익형 상면에서도 공기가 주익의 커브를 따라 흐르고 있는 한 익형의 유효만곡도가 증가하여 익상면의 기류는 보다 긴 거리를 흘러야 하므로 상면의 압력은 감소돼 간다. 이것은 베르누이 정의에 의해 보다 긴 거리를 흐르기 위해서는 보다 빨리 흘러야 하므로 보다 큰 압력감소 현상이 발생하기 때문인데, 익형 하면의 압력증가와 익형 상면의 압력감소와의 두가지 이유로 주익의 상면과 하면에서 큰 압력차이가 발생한다. 이와같은 큰 압력차이에 의해 커다란 위로 향하려는 힘 즉 양력이 발생하는 것이다. 동시에 이것은 보다 큰 항력을 발생한다.

그러나, 영각이 약 18도에서 20도까지 증가하면 대부분의 익형의 익상면에서는 공기가 유연하게 흐를 수 없게 된다. 이것은 흐름의 방향에 과도한 변화를 필요로 하기 때문이다. 기류는 주익 상면의 캠버(camber:위로 튀어 오른 부분) 최대위치 근처에서 이탈하여 곧바로 후방으로 흐른다. 그리하여 기류가 날개표면에 따라 흐르려고 하면 소용돌이나 기포(氣泡)가 발생하게 된다.

도 2a 내지 2c에서 도시된바와 같이, 익형(10)의 상부스킨(11) 뒷전 부근에서 부분적으로 이탈한 공기흐름의 범위가 점점 전연쪽으로 확장되어 받음각이 더욱 증가함에 따라 익형 윗면에서 이탈한 공기흐름의 범위가 전연쪽으로 계속 확장되어(S1') 항력계수가 높은 받음각에서는 상당히 높아져 받음각이 더욱 증가함에 따라 익형(10)의 윗면에서 이탈한 공기흐름이 범위(S2')가 전연쪽으로 계속 확장될 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 익형은 뒷전 밑면을 오목하게 만들어 주면 익형의 양력계수는 증가하지만, 모멘트계수도 함께 증가하여 항공기 전체의 Trim Drag가 증가하게 되는 단점과 함께 익형의 모멘트계수는 감소되지만 양력계수가 감소하게 되는 문제점이 발생되었다.

이를 개선하기 위한 본 발명의 목적은 실속이 시작되는 높은 받음각 및 그 이후의 더 높은 받음각에서 익형의 양항비가 일반적인 익형보다 더 높게 유지되도록 함과 동시에 익형의 모멘트계수가 감소토록 하는 후연 상부가 불룩한 익형을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상면으로 커브곡면이 형성된 상부스킨이 형성되고, 하부로 하부스킨이 형성되는 익형에 있어서,

익형의 높은 받음각 영역에서 항력계수가 감소토록 상기 상부스킨의 후연방향으로 불룩돌기가 상부로 불룩하게 돌출형성되는 구성으로 이루어진다.

예컨데, 본 발명에 따른 상기 불룩돌기는, 익형의 후연방향을 따라 익형 길이와 대비하여 적어도 50% 이후 지점에서부터 익형 수직 최대 두께의 10% 이내의 두께를 갖도록 불룩하게 후연의 상부로 돌출 연장형성 후 곡률이 감소되며 후미의 하부스킨과 연결된다.

바람직한 일례로, 본 발명에 따른 상기 불룩돌기는, 익형의 후연에 곡률선을 따라 라운딩되는 라운딩부가 형성되며 상부로 돌출 연장 형성된 후 곡률이 감소될 수 있다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 도 3에서 도시된 바와 같이, 일정곡률을 이루어 형성되는 하부스킨(120)과 상기 하부스킨(120)의 상부에 불룩 형성되는 상부스킨(110)의 후연으로 불룩돌기(130)가 상부로 불룩하게 돌출형성된다.

예컨데, 상기 상부스킨(110)은 익형(100)의 높은 받음각 영역에서 항력계수가 감소토록 불룩돌기(130)가 상부스킨(110)의 후연방향으로 형성되는데, 상기 불룩돌기(130)는 익형(100)의 후연방향 연장길이로 익형(100) 길이와 대비하여 적어도 50% 이후 지점에서부터 상부로 돌출되고, 그 돌출되는 두께는 익형(100) 수직 최대 두께의 10% 이내의 두께를 갖도록 불룩하게 후연의 상부로 돌출 연장형성 후 곡률이 감소되며 후미의 하부스킨(120)과 연결된다.

이때, 상기 상부스킨(110)에서 불룩돌기(130)과 연결되는 지점에는 일정 곡률이 곡률선을 따라 라운딩되는 라운딩부(131)가 형성되어 공기의 흐름이 원할하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 도 4a 내지 도 4d는 불룩한 익형(100)의 받음각이 순차적으로 변화할 때 익형(100) 주위의 공기가 순차적으로 박리하는 현상을 나타낸 것으로, 항공기의 날개는 양력을 발생시키기 위해 날개의 상부 표면에서 공기 흐름을 가속시키게 되며, 이러한 공기의 흐름은 날개의 하부 표면에서 발생하는 공기 흐름보다 상대적으로 빠르게 되는데, 받음각 0도 부근에는 본 발명이 제시하는 뒷전 윗면이 불룩한 익형(100)의 공력 특성이 종래의 익형(100)과 유사해진다.

받음각이 점차 증가하면 본 발명이 제시하는 뒤전 윗면이 불룩한 익형(100)의 뒷전 부근에서 부분적으로 공기흐름(S1)이 먼저 이탈하여 일반적인 익형(100)보다 항력계수가 약간 증가하게 된다.

이때, 받음각이 더 증가하게 되면 본 발명이 제시하는 뒷전 윗면이 불룩한 익형(100) 윗면 뒷전 부근에서 부분적으로 이탈한 공기흐름(S2)의 범위가 점점 전연쪽으로 확장된다.

받음각이 더욱 증가하면, 상기 익형(100) 윗면에서 이탈한 공기흐름(S3)의 범위 확장이 익형(100) 후연에 형성된 불룩돌기(130) 때문에 지연되게 된다.

즉, 도 5a는 본 발명의 익형의 받음각의 변화에 따른 양력계수를 도시한 것이고, 도 5b는 받음각의 변화에 따른 항력계수를 도시한 것이고, 도 5c는 받음각의 변화에 따른 양항비를 도시한 것이며, 도 5d는 받음각의 변화에 따른 모멘트계수를 도시한 것으로서, 이를 종합하면 본 발명의 뒷전 윗면이 불룩한 불룩돌기(130)에 의해 익형(100)의 실속받음각이 약 2도 정도 증가하고, 실속받음각 이후의 양력계수도 약간 더 높아진다. 그리고, 낮은 받음각에서는 익형(100)의 항력계수가 미세하게 높으나 높은 받음각에서는 상당히 낮아짐을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 상기 상부스킨의 후연방향으로 불룩돌기가 상부로 불룩하게 돌출 형성함으로서, 낮은 받음각에서의 미세한 양항비 감소를 감수하는 대신, 높은 받음각 및 실속 받음각 이후의 영역에서 상당한 양향비의 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 높은 받음각에서 비행시 모멘트계수를 감소시킴과 동시에 뒷전쪽 날개구조물의 깊이가 증가되어 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 장점이 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화 될 수 있다는 것을 밝혀 두고자 한다.

이와같이 본 발명에 의하면 뒷전 윗면이 불룩한 익형을 비행체의 날개에 적용함으로서, 낮은 받음각에서는 항력계수가 미세하게 증가하지만, 높은 받음각 및 실속 받음각 이후의 영역에서 오히려 항력계수가 상당히 감소하게 되어 익형의 양항비가 높은 받음각 영역에서 증가하는 잇점이 있다.

또한, 본 발명은 받음각이 변화한다고 해도 모멘트계수가 거의 일정한 값을 가지게 되고, 이와 함께, 뒷전 윗면이 불룩한 익형의 뒷전쪽에 배치할 수 있는 구조물의 깊이가 증가하므로 구조물의 경량화나 구조물의 강도를 향상할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 익형을 도시한 측면도.

도 2a 내지 도 2c는 종래의 익형에서 공기가 순차적으로 박리하는 현상을 도시한 상태도.

도 3은 본 발명에 따른 후연 상부가 불룩한 익형를 도시한 측면도.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 후연 상부가 불룩한 익형에서 공기가 순차적으로 박리하는 현상을 도시한 상태도.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 후연 상부가 불룩한 익형의 받음각에 따른 상태를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

100...익형 110...상부스킨

120...하부스킨 130...불룩돌기

Claims (3)

1. 상면으로 커브곡면이 형성된 상부스킨(110)이 형성되고, 하부로 하부스킨(120)이 형성되는 익형(100)에 있어서,

   익형(100)의 높은 받음각 영역에서 항력계수가 감소토록 상기 상부스킨(110)의 후연방향으로 불룩돌기(130)가 상부로 불룩하게 돌출형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 후연 상부가 불룩한 익형.
2. 제 1항에 있어서, 상기 불룩돌기(130)는, 익형(100)의 후연방향을 따라 익형(100) 길이와 대비하여 적어도 50% 이후 지점에서부터 익형(100) 수직 최대 두께의 10% 이내 두께를 갖도록 불룩하게 후연의 상부로 돌출 연장형성 후 곡률이 감소되며 후미의 하부스킨(120)과 연결되는 것을 특징으로 하는 후연 상부가 불룩한 익형.
3. 제 1항에 있어서, 상기 불룩돌기(130)는, 익형(100)의 후연에 곡률선을 따라 라운딩되는 라운딩부(131)가 형성되며 상부로 돌출 연장 형성된 후 곡률이 감소되는 것을 특징으로 하는 후연 상부가 불룩한 익형.