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✈ 비행과 공부/비행이론

(Cessna172S ✈) Principles of Flight - Turning Tendencies

by 하고싶은게비행 2020. 5. 6.

안녕하세요.

하고싶은게 비행✈ 인 사람입니다. 

 

Turning Tendencies 에 대해서 이야기 하기 전에 기본적으로 Cessna 172에 대해서 이야기 하려고 합니다. 

 

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.

 

 

 

Cessna의 엔진은 자동차의 엔진 처럼 왕복동 엔진을 사용하게 됩니다. 

엔진의 Shaft에 Propeller 가 바로 붙어 있죠.

이것을 Direct-driven 이라고 이야기 하며

Shaft 가 한 바퀴 돌 때 Propeller 도 한 바퀴 돌게 됩니다. 

그리고 이 엔진은 비행기와 붙어 있게 됩니다. 

이 엔진과 이 엔진에 붙어있는 프로펠러에서 

터닝텐던시는 나오게 됩니다.

 

 


 

가장 간단한 내용에서 부터 조금 복잡한 순서로 이야기할게요. 

(Torque, Corkscrew, Gyroscopic, P-factor)

 

 

Turning Tendencies의 발생은 

Spining Propeller에 그 원인이 있습니다. 

 

(Cessna 172 Round gauge 에서 자이로가 몇 개 있냐고 물을 때 보통

3개(Attitude Indicator, Turn coordinator, Heading indicator) 라고 말하지만 누군가는 4개 (+Propeller) 라고 말하기도 합니다. 맞는 말이죠 ㅎㅎ)

 

 

 

1. Torque : Roll to Left

Propeller는 엔진(+shaft) 에 의해서 돌게 되고 엔진 내부에서는 직선 운동을 회전 운동으로 바꾸는 일이 일어나게 됩니다.  엔진에 대해서는 자세히 할 필요가 없을 것 같고, 중요한 것은 Propeller 를 돌리기 위해 열심히 뛰고 있는 Engine 이 있다는 말입니다. 이 Engine 은 Aircraft에 붙어있죠. 그리고 뉴턴의 제3법칙에 의하여 시계방향으로 회전하는 Prop. 그리고 그 Prop. 의 반작용으로 반 시계 방향으로 기체는 Roll 하려는 힘이 발생하게 됩니다. 이것이 Torque로 인한 Turning Tendency 입니다. 

그리고 이는 High power + Slow speed 에서 두드러지게 됩니다.

 

2. Corkscrew (Spiral slipstream) : Yaw to Left, Roll to right

회전하는 Prop. 의 뒤로 와류가 발생하게 됩니다. 통돌이 세탁기와 비슷합니다. 통돌이 세탁기가 회전할 때 안에서 와류가 발생하죠. 이와 비슷한 와류가 회전하는 Prop 뒤에서 발생하게 됩니다. (저번에 Wake turbulence 에서 보였던 그런 와류가 생기게 되는 것이죠.) 이 와류는 기체 주변을 따라 뒤로 가게 됩니다. 이 와류는 주로 왼쪽 윙을 밑에서 위로 치고(Roll to right), Vertical stabilizer 를 왼쪽에서 오른쪽으로 치게 됩니다(Yaw to Left).

그리고 이는 High power + Slow speed 에서 두드러지게 되죠.

 

3. Gyroscopic action : 가해지는 힘의 90도 뒤

Gyroscopic action 에는 두 가지가 있는데 1) Rigidity in space 와 2) Precession 입니다.. 

여기서 주로 2)에 의하여 발생하는 것이 Turning tendancy 입니다.

회전하는 원판에 힘이 가해질 경우 그 힘은 90도 뒤에 일어난다 라는 것이죠. 

 

 

일상 생활에서의 예는

자전거 탈 경우 핸들에 손을 떼고 타며 오른쪽으로 꺾기 위해 몸을 오른쪽으로 기울이면

앞바퀴에서는 윗부분을 왼쪽에서 미는 힘이 가해지고, 이는 90도 뒤에 일어나 앞바퀴의 앞쪽을 왼쪽에서 미는 효과가 일어나 앞바퀴는 오른쪽으로 돌게 됩니다. 

이와 마찬가지로 Pitch를 들게 되면 Yaw to right 가 일어나고, 오른쪽 rudder 만을 차주게 되면 Pitch down 의 효과가 일어나게 됩니다.

Gyroscopic action 는 Slow speed 에서 큽니다.

 

4. P-factor

많은 사람들이 난해 하는 부분입니다.  

 

1) P-factor 란?

PHAK에는 이렇게 설명 되어 있죠. 

Positive pitch 일 경우 Descending blade 는 Ascending blace 보다 많은 air 를 bite 한다. 

AOA 가 크다고 이해할 수 있다. 

이게 다죠. 

 

P-factor 를 이해 하기 위해서 Vector를 그리면 쉽습니다. 그렇게 하여 Relative wind 를 구하거나, Velocity 를 나누어 forward 인지 reward 인지 알아 보면 됩니다. 

 

 

 

 

 이렇게 Descending Blade 의 thrust 가 Ascending blade보다 크기 때문에 Center of thrust 는 오른쪽(Descending)으로 가게 됩니다.(Yaw to left) 

 

 참고로 Descending 할 때는 pitch가 negative 가 되면 Right yaw 를 만들 수 도 있긴 하나,

 우리가 approach 할 때 RPM을 그렇게 높게 가져가지 않으며, negative pitch 도 그렇게 크지 않아 P-factor 로 인한 RIght turning tendancy 는 보기 힘듭니다.

 

 그러나 Tail wheel 의 경우 Take off 할 때 Pitch를 negative 로 하고 가기 때문에 Right turning tendancy 를 만든다고 하죠.

 

 

2) 중요한 점

Takeoff 또는 Landing 할 때 특히 중요합니다.

랜딩할 때 항상 RWY 끝을 보라고 하는데 그 중요한 이유가 여기에도 있습니다.. 

Flare 를 하면서 power 는 거의 idle 이라 800RPM 정도 밖에 되지는 않으나, Slow speed 에 High pitch를 유지하게 됩니다. 만약 Aiming marker 에 초점을 두고 있으면 쉽사리 비행기가 돌아가는 것을 느끼지 못해 Rudder input 에 신경을 덜 쓰게 되고 그렇게 되면 side load landing 을 하게 되죠. 

그러니 항상 Landing 때는 RWY 끝 단을 보며 비행기가 돌아가는 것을 잘 확인 하는 것이 좋습니다.

 

 

3) 체크에는 필요없고, 추가적인 내용입니다.

PHAK에 있는 내용을 조금 더 가져 오면, 속도의 합에 의하여 Descending blade 에서는 (Pitch high) Propeller 가 아래+앞 쪽으로 가고, Ascending blade 에서는 Propeller 가 위+뒤 쪽으로 가게 됩니다.. 

앞쪽으로 가게 될 경우 뒤쪽으로 가는 prop 보다 Relative wind 는 커지게 되고 이는 Velocity 자체가 더 크게 된다는 말이다. 

 예를 들어 20노트로 앞으로 항해하는 배에서 40노트 속력으로 뛸 경우, 배 밖에서 뛰는 나를 볼 때 60노트 속력으로 위치변화를 가지는 나를 볼 것이고, 20노트로 뒤로 항해하는 배에서 40노트 속력으로 뛸 경우, 20노트의 속력으로 위치변화를 가지는 나를 보게 되죠.. 

 Lift 공식에서 오로지 velocity 만 제곱승에 비례하고 이 말은 작은 값이라도 상당히 큰 변화를 만들어 낸다는 말입니다.

 

 

 


 

정리하자면 

Torque : Roll to Right

Corkscrew : Yaw to Left, Roll to Right

Gyroscopic action : 90도 뒤 (Pitch 들 때는 Roll to Right)

P-factor : (Pitch high) Yaw to Left

 

 

 

 

잘하고 계시고

좋은 결과 나올 거에요.

항상 열심히 하시는거 알고 있어요.

 

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