✈ 양력을 생성하는 나사(NASA)의 이론 - Downwash, Flow turning, 등 (2/2)

안녕하세요.

하고싶은게 비행✈ 인 사람입니다. 

 

잠은 잘 주무셨나요?

 

어제 포스팅 했던 것은

2020/05/18 - [▷ 비행/정보] - ✈ 우리가 배우는 양력 생성 원리가 잘 못 되었다고 말하는 나사(NASA) (1/2)

나사가 말하는

우리가 배우는 기본적인 양력 생성 원리가 잘못되었다고 

하는 세 가지에 대하여 포스팅 해 보았습니다. 

 

그러면 나사는 어떻게 해서 

양력이 생성된다고 이야기 할까요?

 

 

1. Lift From Flow Turning

가장 중요하다고 생각하는 Downwash 의 작용과 반작용입니다. 

이것이 가장 많은 부분의 양력을 생성한다고 이야기 합니다

 

유체의 이동 속도는 표면에서 0입니다. 붙어 있죠. 멀어질 수록 속도가 증가하게 됩니다. 

Leading edge 에서 생성된 Upwash 는 이러한 이유로

유선형의 Airfoil 을 따라 공기는 흐르게 됩니다. 

아래쪽으로 말이죠. Downwash 입니다. 

아래쪽으로 밀어내는 힘이 생기는 겁니다. 

 

And if either the speed or the direction of a flow is changed, a force is generated.

 

For a body immersed in a moving fluid, the fluid remains in contact with the surface of the body. If the body is shaped, moved, or inclined in such a way as to produce a net deflection or turning of the flow, the local velocity is changed in magnitude, direction, or both. Changing the velocity creates a net force on the body. It is very important to note that the turning of the fluid occurs because the molecules of the fluid stay in contact with the solid body since the molecules are free to move. Any part of the solid body can deflect a flow. Parts facing the oncoming flow are said to be windward, and parts facing away from the flow are said to be leeward. Both windward and leeward parts deflect a flow.

 

어느정도 생기느냐

Force (힘) 은 뉴턴의 제2법칙에 의하여

F=ma (질량 * 가속도) 가 됩니다. 

이것은 F = m * dV/dt 

의 형태가 되겠죠. 

 

그리고 이정도의 힘만큼

뉴턴의 제 3 법칙에 의하여 

반대방향으로 Lift 를 생성하게 됩니다. 

 

 

이런 것을 주변에서 볼 수 있는 것이 야구공, 골프공 등의 회전의 원리를 설명하는

 

2. Magnus Effect

Magnus effect 라고 하는 것입니다. 

만약 물체가 시계방향으로 회전하며 앞으로 나아간다고 하면

공은 맞바람을 맞으면서 앞으로 갈 것입니다 (시계방향으로 공은 회전하면서)

이 때 뒤 아래에서 공 주변 공기의 속도는 어떻게 될까요? 

위에서 언급한 물체 표면의 유속은 0이라는 것을 토대로

공이 시계방향으로 돌 경우

(아래 그림에서) 위쪽면은 회전방향과 바람 방향이 반대기 때문에 속도가 느리고

아래쪽은 같은 방향이기 때문에 속도가 빠를 것입니다.

(태풍의 위험반구와 덜위험반구?로 생각하시면 될 것 같네요)

 

 

 

 

그렇게 되면 아래쪽은 상대적으로 속도가 빠르기 때문에 저압이 되고

위쪽은 속도가 느려 상대적으로 고압이 됩니다. 

물체는 고압에서 저압으로 흐르기 때문에 이 물체는 아래쪽 으로 움직이며 앞으로 나아가겠네요. 

 

 

이렇게 말이죠. 

 

그리고 Downwash 가 생성됩니다.

Downwash 생기는 곳에 가장 빠른 유속이 생기는게 보이시나요?? (라고 하면 좀 어렵겠죠?)

 

이렇게

속도차이가 만들어낸 압력차이와

Downwash 와 그 반작용으로 인하여

 

회전하는 공은 굴절하게 됩니다. 

양력의 생성으로 말이죠. 

 

그리고 양력이 생긴다는 말은

날아다니는 물체를 만들 수도 있다는 말이겠죠? 

 

 

https://youtu.be/hlmvHfIAszo?t=20

 

앞으로 가는 것 보면

Lift 가 대각선 앞으로 만들어지는 것 같죠?

위의 gif 와 같이 볼 때

Downwash 가 오른쪽 아래로 만들어 지니 

그 반작용은 왼쪽 위 (상승 + 전진) 로 양력이 만들어 지는 것이겠죠?

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정리하겠습니다. 

1. 베르누이 정리에서 윗쪽으로 더 긴 Path 를 가기 때문에 속도가 빠르고 이게 저압을 만든다는 것은 잘못되었습니다.

2. 벤츄리 효과라고 이야기 하기에는 개방되어 있는 것이기 때문에 잘못되었습니다. 

3. 물수제비 효과 아니구요. 

4. 위의 이론들이 100% 틀렸다고 할 수 없습니다. 맞는 것들이 많다고 이야기 합니다. 전제가 틀렸다고 하는 것이 많습니다. 

 

 

5. Angle of Attack (받음각) 으로 Airflow의 velocity (direction + speed) 의 변화가 생기고

이 가속도의 차이가 생겨 양력(F=lift=m*a, 뉴턴 제 2법칙)의 변화가 생깁니다. 

아래쪽이 더 길어도 Airflow 속도는 윗면이 빠릅니다.

 

6. Airfoil 위와 아랫면의 속도차이는 압력 차이이고 그것이 Lift 를 형성한다는 것은 맞습니다.

7. Downwash 가 Lift 생성에 가장 큰 영향을 끼칩니다 (작용 반작용)

 - 

  - Airfoil 을 부채를 든 손이라고 생각하고 그 부채를 흔들었을 때 생기는 것이 Downwash

  그리고 제 몸에 작용되는 반작용으로 앞으로 나아가게 됩니다. 만약 얼음판 위에

  바퀴 달린 의자에 앉아 엄청 강한 선풍기를 들고 있으면

  선풍기로 Downwash 를 만들고 저는 앞으로 나가게 되는 것이겠지요. 

  (공기의 표면에서 기체의 속도는 0이고, 내가 잡고 있다고 생각하시면 됩니다)

 

8. 체크를 위한 대답은 책에 나오는 것이고

 이것은 베르누이의 정리와 뉴턴 법칙에 의한 것입니다. 

 

 

 

 

> References

1. PHAK 4-5~4-6

(아래는 전부 NASA site)

2. Incorrect theory 1 : https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong1.html
3. Incorrect theory 2 : https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong2.html

4. Incorrect theory 3 : https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong3.html

5. Lift from Flow turning : https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/right2.html

6. Conservation of Mass : https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/mass.html

7. Phases of matter : https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/state.html

8. Mass Flow rate : https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/mflow.html

9. Gas density : https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/fluden.html

 

 

Airfoil Aerodynamic force

확인 할 수 있는 사이트

 

https://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/foil3.html

FoilSim Student JS

끝으로 PHAK 에서는 마지막에 이렇게 설명하고 있습니다. 

Although Newton, Bernoulli, and hundreds of other early 
scientists who studied the physical laws of the universe did 
not have the sophisticated laboratories available today, they 
provided great insight to the contemporary viewpoint of how 
lift is created. [PHAK 4-6]

대단한 분들이시죠.

 

 

 

 

잘하고 계시고

좋은 결과 나올 거에요.

항상 열심히 하시는거 알고 있어요.