(Cessna172S ✈) Principles of Flight - Ground effect & Wingtip Vortices

안녕하세요.

하고싶은게 비행✈ 인 사람입니다. 

 

이번에 이야기 할 내용은 

Ground Effect 와 Wingtip Vortices 에 관한 것입니다. 

 

II. Technical Subject Areas

Task D : Principles of Flight

References : FAA-H-8083-3 (PTS) , FAA-H-8083-25 (PHAK)

Objective : To determine that the applicant exhibits instructional knowledge of the elements of principles of flight by describing : 

 

1. Airfoil design characteristics.

2. Airplane stability and controllability.

3. Turning tendency (Torque effect)

4. Load factors in airplane design.

5. Wingtip vortices and precautions to be taken.

 

 

 

일단 Wingtip Vortices 가 뭔지 보고 본론으로 들어가 보겠습니다.

 

 

굉장히 멋있죠? 

비행기가 만들어내는 공기의 흐름입니다. 

 

1. Wingtip Vortices

Wake turbulence. (> PHAK)

Wingtip vortices that are created when 
an airplane generates lift. When an airplane generates lift, 
air spills over the wingtips from the high pressure areas 
below the wings to the low pressure areas above them. This 
flow causes rapidly rotating whirlpools of air called wingtip 
vortices or wake turbulence.

 

Wingtip vortices 의 경우 빠르게 회전하는 와류로 양력이 생성할 때 만들어 지는 것입니다. 

1) Wingtip vortices 의 생성

: Wing의 아랫면은 고압, 윗면은 저압입니다.  실제로 공기의 흐름은 2D 차원으로만 흐르는 것이 아니라

3D 차원으로 흐르게 되죠. 

 

Wing tip 쪽은 어떨까요? 

Wing tip 을 기준으로 아래는 고압, 위는 저압인데

Tip 은.. 두 개가 만날 수 있는 지점이 되겠네요. 

고압에서 저압으로

그래서 아래쪽에서 위쪽으로 Wing tip 을 타고 공기는 흐르게 됩니다

 

 

 

이렇게 말이죠. 

 

2) Wing tip vortices 가 어떤 영향을 줄까요? 

a. Induced Drag 의 생성

> PHAK 5-7

 Downwash points the relative wind downward, so the more downwash you have, the more your relative wind points downward. That's important for one very good reason: lift is always perpendicular to the relative wind.  when you have more downwash, your lift vector points back more, causing induced drag. 

 

추가로 Spanward airflow over the wing 은

Ralative wind를 바꾸어 Wingtip vortices 가 일어날 때

Rearward Lift를 생성한다고 이야기 합니다.

위와 비슷한 말이죠. 

 

 

 

b. 다른 항공기에게 위험을

 

https://youtu.be/KXlv16ETueU

 

Wing tip vortices 는 Rotating air that spills over an airplane's wings

라고 나와 있습니다. 

 

이런 와류는 뒤 따르는 비행기에게 굉장히 치명적일 수 있습니다. 

위의 영상과 같이 말이죠. 

 

일단 Wake turbulence 는 

Heavy weight, Slow airspeed, Clean configuration 일때 심하게 일어납니다. 

큰 AOA 을 가지고 있기 때문이죠. 

이것은 Take off 때나 Landing 할 때를 이야기 하기도 합니다. 

 

이런 Wake turbulence 는 

흐르는 방향은 아래쪽으로 바깥쪽으로 그리고 뒤로 흐르게 됩니다. 

기체의 아래 옆에 있는 모든 비행기에게 위험을 줄 수도 있는 것이지요. 

 

 

 

3) 이런 사고를 막기 위해서는 어떻게 해야 할까요? 

- 앞에 비행기가 Touch down 하는 지점 다음에 랜딩하거나

Lift off 한 지점 전에 이륙하는 것입니다. 

- ATC 가 Caution Wake turbulence 라고 이야기 해줍니다. 그것을 잘 듣고

- 만약 터치타운 지점이나 이륙한 지점이 어딘지 잘 모르겠으면 2~3분 대기 후

Landing 이나 Takeoff 를 합니다. 

 

이런 Wake turbulence 는 Light quatering head wind 때 심합니다 (앞쪽 대각선에서 약하게 불어오는 바람)

Wake turbulence 가 제자리에 머물 수도 있기 때문이죠. 

그리고 하나 더하면 

Parallel runway의 경우

옆에 있는 RWY 에서도 Wake turbulence 를 맞을 수도 있습니다. 

 

 

이것을 막기 위한 대안으로 사용되는 것이

Wing tip 을 얍실하게 만들거나

Wing let 을 올리는 것이죠. 

그렇지만

> Advisory Circular 90-23G

을 보게 되면 Winglet이 Wake turbulence 를 유의미하게 줄이는 효과는 없다 라고 나와 있습니다. 

14. 
WINGLETS. Winglets have been developed as a means to reduce the induced drag of a wing, making it more efficient during cruise. There is a common misperception that winglets are a means to decrease the wake vortex hazard. Studies conducted during approach and landing show no discernible differences between aircraft with or without winglets.

 

 

 

 

2. Ground Effect

Ground effect. (> PHAK)

The condition of slightly increased air pressure 
below an airplane wing or helicopter rotor system that increases 
the amount of lift produced. It exists within approximately one 
wing span or one rotor diameter from the ground. It results 
from a reduction in upwash, downwash, and wingtip vortices, 
and provides a corresponding decrease in induced drag.

 

Ground Effect 에서 중요한 것은 Induced Drag 를 줄여준다는 것입니다. 

 

보통 에어쿠션 이라고 많이 표현을 합니다.  (the air that is trapped between the wing and the landing surface)

에어쿠션이 있어서 쉽게 가라앉지 않는다고 말하죠. 

에어쿠션으로써의 이유 하나와

Wingtip vortices 를 막아주게 됩니다. 

위에서 설명한 것에서 이것이 Induced drag 를 커지게 한다고 했는데

이 커지는 것을 막아줌으로써 Drag를 작게 해 버립니다. 

그렇게 되면 비행기는 더 낮은 속도에서 또는 더 낮은 AOA 에서

동일한 Lift 를 만들어 낼 수 있게 되죠. 

이 Ground Effect 는 Wing span 하나에서 시작된다고 하고 half wingspan 높이에서부터 급격하게 커진다고 이야기 합니다. 

 

 

 

Ground Effect를 항상 잘 이용하셔야 합니다. 

 

비행 초반에 정말로 많이 하는 실수가

Landing 할 때 또는 Em'cy Landing (또는 Power off 180) 를 할 때

거리를 맞추겠다고 Pitch를 드는 경우가 있습니다. 

그렇게 되면 Drag가 커지고

속도는 낮아지고

결국 더 짧게 가게 되죠. 

 

Additional force 를 얻을 수 있는 유일한 방법은

Ground effect 입니다. 

그리고 속도의 제곱에 비례하여 힘은 커지게 됩니다. 

오히려 Pitch를 낮게해서 Ground effect를 받으면서 비행하는 것이 훨씬 멀리 가게 됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

잘하고 계시고

좋은 결과 나올 거에요.

항상 열심히 하시는거 알고 있어요.