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[이 단락 편집] 프로펠러 비행기에 대한 기본 이해
프로펠러 비행기는 공기 프로펠러를 말합니다. 엔진 출력을 공기로 변환하는 항공기 추진.
첫 번째 항공기 탄생부터 제2차 세계대전이 끝날 때까지 거의 모든 항공기는 프로펠러 항공기였습니다. 현대 항공기 중에서는 초음속 항공기와 고아음속 본선 여객기 외에도 프로펠러 항공기가 여전히 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 지역 여객기와 일반 항공에 사용되는 대부분의 항공기의 공통적인 특징은 항공기의 무게와 크기가 작고, 비행 속도가 낮고 고도가 낮아서 좋은 저속 성능과 이착륙 성능이 요구된다는 점입니다. 프로펠러 항공기는 이러한 요구 사항에 더 잘 적응할 수 있습니다.
[이 단락 편집] 프로펠러 항공기의 기본 분류
프로펠러 항공기는 엔진 유형에 따라 피스톤 프로펠러 항공기와 터보프롭 항공기로 구분됩니다. 인력 항공기와 태양열 항공기는 일반적으로 프로펠러에 의해 추진되며 프로펠러 항공기 범주에 속합니다. 터보프롭 엔진의 중량 대비 출력비는 피스톤 엔진보다 2~3배 더 크며, 동일한 중량에서도 더 큰 출력을 제공할 수 있으며, 더 빠른 속도에서는 피스톤 엔진보다 연료 소비율이 낮습니다. 등유는 가격이 저렴하므로 시속 600~800km의 속도를 내는 대부분의 여객기와 수송기는 프로펠러 항공기입니다.
프로펠러와 엔진의 상대적인 위치에 따라 풀인 프로펠러 항공기와 푸셔 프로펠러 항공기로 구분됩니다. 전자의 프로펠러는 엔진 앞에 설치되어 엔진을 앞으로 "당깁니다". 후자의 프로펠러는 엔진 뒤에 설치되어 엔진을 앞으로 "밀어냅니다". 초기 항공기는 푸셔형이 많았는데, 이 형식은 풀인형 프로펠러 앞쪽에 있는 엔진나셀에 의한 방해가 없어 프로펠러 효율이 풀인형만큼 높지 않았다. 또한, 특히 동체에 장착된 푸셔 프로펠러 항공기에서는 엔진과 프로펠러의 적절한 위치를 찾는 것이 어렵습니다. 반대로, 풀인 프로펠러 항공기에서는 엔진을 동체의 앞 부분이나 날개 나셀 앞쪽에 설치하는 것이 편리합니다. 날개에 장착하면 프로펠러 뒤의 고속 기류를 이용해 날개 양력을 높이고 항공기의 이륙 성능을 향상시킬 수 있어 풀인 항공기가 지배적으로 자리 잡았습니다. 몇몇 대형 항공기와 수상비행기에는 8~12개 이상의 엔진이 장착되며, 엔진은 나셀에 직렬로 배치되어 하이브리드 형태의 견인력과 추진력을 형성합니다.
[이 단락 편집] 프로펠러 항공기의 구조적 특성
프로펠러 항공기의 구조는 비교적 복잡합니다. 회전 속도를 줄이고 프로펠러 효율을 높이기 위해 대부분의 엔진에는 감속기가 장착되어 있습니다. 이러한 항공기의 엔진에는 오일 라디에이터가 장착되어 있습니다. 수냉식 피스톤 엔진에는 냉각수 라디에이터도 있습니다. 프로펠러 허브와 엔진 모두 유선형 커버를 사용하여 항력을 줄였습니다. 동체 전면에 있는 엔진과 프로펠러는 조종사의 시야에 영향을 미치는 경우가 많으며, 미국의 P-39 전투기와 같이 일부 항공기는 조종석 아래에 엔진을 배치하고 이를 장축으로 기수에 있는 프로펠러에 연결합니다. 일부 항공기는 전방 시야를 개선하기 위해 조종석을 날개 한쪽으로 오프셋하여 독일 BV-141 항공기와 같은 특수 비대칭 항공기가 되었습니다. 머리에 기관총을 장착한 풀인 전투기에는 회전하는 프로펠러 블레이드의 중앙에서 총알이 발사되도록 조정 메커니즘이 필요합니다. 일부 항공기에는 프로펠러 샤프트에 대포 배럴이 설치되어 있으며 포탄은 프로펠러 샤프트의 배럴에서 발사됩니다. 프로펠러가 회전하면 반작용 토크가 생성됩니다. 고출력 엔진이 장착된 항공기는 종종 더 큰 수직 꼬리 또는 오프셋된 수직 꼬리에서 생성된 토크를 사용하여 균형을 유지합니다. , 소련의 22 항공기와 같은.
현대 프로펠러 항공기는 대부분 블레이드 각도를 조절할 수 있는 가변 피치 프로펠러를 사용합니다. 이 프로펠러는 비행 요구에 따라 블레이드 각도를 조정하고 프로펠러의 작동 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 프로펠러가 회전할 때 프로펠러 루트와 프로펠러 팁의 원주속도가 다르기 때문에 블레이드의 각 부분을 최상의 공기역학적 상태로 유지하기 위해 프로펠러 루트의 블레이드 각도를 가장 크게 설계한 후, 프로펠러 팁의 블레이드 각도가 가장 작게 설계되었습니다. 블레이드 루트는 가장 크게 설계되었습니다.
항공기의 블레이드 수는 엔진의 출력에 따라 2블레이드, 3블레이드, 4블레이드, 5블레이드, 6블레이드가 있습니다. 항공기의 기수 부분에 설치된 프로펠러는 텐션 프로펠러이고, 항공기 뒤쪽에 설치된 프로펠러는 스러스트 프로펠러인 텐션 프로펠러와 추력 프로펠러를 모두 갖춘 항공기도 있다.
[이 단락 편집] 프로펠러 항공기의 개발과 진화
대부분의 초기 항공기는 날개 각도가 고정된 프로펠러를 사용했지만 구조는 단순했지만 비행 중 변화에 적응할 수 없었습니다. 속도. 비행 속도가 200km/h를 초과하는 경우 프로펠러의 효율성을 향상시키기 위해 가변 피치 프로펠러가 필요합니다. 그러나 이러한 종류의 프로펠러는 구조가 복잡하고 가격이 높기 때문에 속도가 더 빠르고 출력이 더 높은 일부 항공기에만 사용됩니다.
제2차 세계대전 이전 항공기는 기본적으로 프로펠러를 구동하는 동력 장치로 피스톤 엔진을 사용했습니다. 현대에는 터보제트 엔진을 기반으로 터보프롭 엔진과 터보프롭 엔진이 개발되었다. 이 두 엔진을 사용하여 프로펠러를 구동하면 프로펠러의 작동 효율이 크게 향상되고 항공기 성능도 향상됩니다.
제2차 세계대전 당시 항공기의 고고도 성능을 더욱 향상시키기 위해 일부 항공기에는 배기가스를 이용해 흡입 공기의 압력을 높이는 배기가스 터보차저가 장착되기도 했다. American B-24 , P-47 및 기타 항공기. 1970년대 후반에는 일부 일반 항공기도 비행 성능을 향상시키기 위해 배기가스 터보차저를 사용했습니다.
[이 문단 편집] 프로펠러 항공기의 작동 원리
항공기 프로펠러는 엔진에 의해 구동되어 고속으로 회전하여 당기는 힘을 발생시켜 항공기를 앞으로 끌어당깁니다. 이것은 상식입니다. 그러나 어떤 사람들은 프로펠러를 당기는 힘이 프로펠러가 회전할 때 블레이드가 앞쪽의 공기를 빨아들여 뒤로 밀기 때문이라고 생각하는데, 공기 흐름의 반력을 이용하여 항공기를 앞으로 당기는 것이라고 생각하는 사람들이 있다.
그렇다면 항공기 프로펠러는 어떻게 당기는 힘을 발생시키는 걸까요? 자세히 관찰해보면, 항공기의 프로펠러 구조가 매우 특수하다는 것을 알 수 있습니다. 그림에서 볼 수 있듯이 단일 블레이드는 비틀림 각도(블레이드 각도)를 갖는 가느다란 에어포일 블레이드입니다. 에 항공기 날개의 받음각. 단, 블레이드 각도는 블레이드 끝이 회전 평면과 평행하고 블레이드 루트를 향해 점차적으로 변하는 비틀림 각도입니다.
블레이드의 단면 형상은 날개의 단면 형상과 매우 유사하며, 전면 블레이드 표면은 날개의 상부 날개 표면과 동일하며 곡률이 더 큽니다. 후방 블레이드 표면은 날개 하부 표면과 동일하며 거의 평평한 곡률을 가지고 있습니다. 직선형이며 각 블레이드의 앞쪽 가장자리는 엔진 출력 샤프트의 회전 방향과 일치하므로 항공기 프로펠러는 수직으로 장착된 한 쌍의 날개와 같습니다. .
블레이드가 고속으로 회전할 때 두 가지 힘이 동시에 발생하는데, 하나는 블레이드를 앞으로 당기는 공기역학적 힘이고, 다른 하나는 블레이드의 비틀림 각도에 의해 발생하는 반력이다. 공기를 뒤로 밀어냅니다.
블레이드 단면을 보면 블레이드의 앞쪽 블레이드 표면과 뒤쪽 블레이드 표면의 곡률이 다르기 때문에 블레이드가 회전할 때 공기의 흐름이 어떻게 발생하는지 알 수 있습니다. 곡률이 큰 블레이드에 영향을 미치게 되는데, 앞날개에 가해지는 압력은 작지만 직선에 가까운 뒷날개에 가해지는 압력이 크기 때문에 앞날개와 뒷날개 사이에 압력차가 생기고 이로 인해 날을 앞으로 당기는 공력이 발생하게 된다. . 이 힘은 항공기를 앞으로 끌어당기는 힘입니다.
항공기를 당기는 또 다른 힘은 블레이드 비틀림 각도가 공기를 뒤로 밀 때 발생하는 반력에서 파생됩니다. 블레이드는 엔진 샤프트와 직각으로 설치되어 비틀림 각도를 가지며, 블레이드가 회전할 때 블레이드의 비틀림 각도에 따라 전방에서 공기를 흡입하고 흡입된 공기에 후방으로 미는 힘을 더해줍니다. 동시에 공기의 흐름은 블레이드에 반력을 주기도 하며, 이 반력은 항공기를 앞으로 당기는 원동력이기도 합니다.
블레이드의 특수한 형태의 곡면에서 발생하는 공력과 공기를 뒤로 밀어내는 블레이드의 비틀림 각도에 의해 발생하는 반력이 동시에 발생하는 힘이 합쳐진 힘입니다. 공기가 항공기의 힘을 앞으로 당기는 것.
[이 단락 편집] 프로펠러 항공기의 세 가지 효과
세차, 후류 비틀림 및 프로펠러 반작용. 다중 엔진 프로펠러 항공기인 경우 당기는 힘에 비대칭이 있을 수도 있습니다.
지상에서 고정익 항공기의 균형은 주로 프로펠러의 후류 비틀림 효과에 의해 영향을 받습니다. 비행 중 프로펠러의 뒤틀린 기류가 항공기의 수직 꼬리 부분에 부딪힐 때, 항공기의 방향이 바뀌게 됩니다.
프로펠러가 오른쪽으로 회전하면 비틀림 기류의 상층부가 왼쪽에서 오른쪽으로 비틀려 왼쪽에서 수직 꼬리에 작용해 꼬리가 오른쪽 방향 공력을 발생시켜 왼쪽 편향을 형성하게 된다. 항공기의 무게 중심에서의 순간, 즉 항공기 기수가 왼쪽으로 편향됩니다. 프로펠러 속도가 클수록 비틀림 공기 흐름이 항공기의 방향 편향에 미치는 영향이 더욱 분명해집니다. 따라서 지상에서 이륙할 때는 오른쪽 방향타를 사용하여 방향을 수정해야 합니다. 공중에서 항공기 자체의 속도가 증가하면 후류 효과가 약해지므로 방향타를 사용하여 트리밍하면 됩니다.
[이 단락 편집] 터보프롭 항공기
700km/h 미만의 속도에서는 공기 프로펠러 추진 효율이 높습니다. 속도는 계속 증가하고 추진 효율은 급격히 떨어집니다.
동시에, 항공기에 필요한 동력은 속도의 세제곱에 비례하여 증가합니다. 피스톤 엔진은 기술적 한계로 인해 소형, 경량, 고출력 엔진을 제공할 수 없습니다. 터보프롭 엔진의 중량 대비 출력비는 피스톤 엔진에 비해 2~3배 더 크며, 동일한 중량으로 더 큰 출력을 제공할 수 있으며, 엔진 단면적은 더 작습니다. 등유 가격이 상대적으로 저렴하기 때문에 600~800km/h 속도 범위의 여객기, 수송기, 해안초계기, 대잠수함 항공기는 대부분 터보프롭 엔진을 사용한다. 항공기. 속도를 더욱 높이고 연료 소비를 줄이기 위해 미국은 1970년대에 8~10개의 스위프 얇은 단면 블레이드를 사용하여 프로펠러 허브와 엔진 나셀을 공기역학적으로 최적화하여 저항과 소음을 최소화하는 고급 터보프롭 시스템을 제안했습니다. 이러한 종류의 추진 장치를 사용하면 항공기가 마하 0.8의 속도에 도달할 수 있으며, 이는 터보팬 엔진을 장착한 일반 항공기보다 연료 효율성이 30~40% 더 높습니다. 고속 프로펠러 항공기는 터보제트 항공기보다 연료 효율이 높으며 연구 및 테스트 단계에 있습니다.