제1장 기초 공기 역학 1-1. 날개와 에어포일에 작용하는 힘 ... 1 1) 대기의 성질 ... 1 A. 정압 ... 1 B. 온도 ... 1 C. 밀도 ... 2 D. 점도 ... 2 E. 표준 대기 ... 3 2) 베르누이의 원리와 이음속 흐름 ... 5 A. 베르누이 방정식 ... 6 B. 대기 속도 측정 ... 9 3) 공기 역학적 힘의 발달 ... 14 A. 유선 형태와 압력 분포 ... 14 B. 양력의 발생 ... 16 C. 에어포일의 용어 ... 22 D. 공기 역학적인 힘의 계수 ... 23 E. 기본적인 양력 공식 ... 24 F. 양력 공식의 이해 ... 26 G. 에어포일 양력 특성 ... 28 H. 항력 특성 ... 30 I. 에어포일 항력 특성 ... 33 4) 고양력 상태에서의 비행 ... 35 A. 중량의 영향 ... 37 B. 방향 조종 비행의 영향 ... 37 C. 고양력 장치의 영향 ... 39 5) 고양력 장치 ... 41 A. 고양력 장치의 사용 ... 46 6) 공기 역학적인 피칭 모멘트의 발달 ... 49 7) 마찰 영향 ... 55 A. 레이놀즈 수 ... 57 B. 공기 흐름 분리 ... 60 C. 스케일 효과 ... 63 1-2. 윤곽 영향과 항공기 항력 ... 65 1) 날개 윤곽의 영향 ... 65 A. 용어의 정의 ... 65 B. 날개에 의한 양력의 발생 ... 67 2) 유도 항력 ... 71 A. 양력의 영향 ... 73 B. 고도의 영향 ... 74 C. 속도의 영향 ... 75 D. 종횡비의 영향 ... 75 3) 테이퍼와 후퇴의 영향 ... 79 4) 실속 형태 ... 82 5) 유해 항력 ... 93 6) 형태의 영향 ... 96 7) 고도의 영향 ... 97 8) 속도의 영향 ... 97 9) 항공기 전체 항력 ... 99 연습 문제(Ⅰ) ... 101 연습 문제(Ⅱ) ... 111 1. 비점성 흐름과 점성 흐름 ... 111 2. 피토 튜브에서 공기 속도 측정 ... 112 3. 에어포일의 특성 ... 115 4. 최근의 저속 에어포일 ... 119 5. 유한 날개의 공기 역학적 특성이 에어포일의 특성과 다른 점 ... 120 6. 종횡비의 효과 ... 124 7. 면적 법칙 ... 129 8. 점성 흐름의 질적인 면 ... 130 9. 모멘텀 ... 137 10. 형태 항력 ... 137 11. 표면 마찰 ... 138 12. 주어진 조건에서 항력 ... 140 13. 무양력선 ... 140 14. 압력 중심의 이동 ... 141 15. 에어포일의 실속 ... 142 16. 층류 흐름 에어포일 ... 143 17. 유도 항력 ... 144 18. 플랩과 슬롯 ... 149 19. 공기 속도와 받음각과의 관계 ... 154 20. 날개 하중 ... 157 21. 스케일 효과와 레이놀즈 수 ... 157 22. 전단 응력 ... 161 23. 상당 대기 속도 ... 162 24. 윙렛(winglet) ... 163 25. 경계층 ... 164 26. 양력에 기인한 항력 ... 167 27. 에어포일의 특성 ... 170 28. 에어포일의 종류 ... 172 29. 최근의 에어포일 ... 174 30. 에어포일 단면과 날개 설계 ... 177 31. 초음속 에어포일 ... 181 32. 표준 진대기 속도와 상당 대기 속도 ... 182 연습문제(Ⅲ) ... 185 제2장 항공기 성능(Airplane Performance) 2-1. 필요 추력과 필요 출력 ... 201 1) 정의 ... 201 2) 필요 추력과 필요 출력의 변화 ... 205 2-2. 이용 추력과 이용 출력 ... 210 1) 추진 원리 ... 210 2) 터보 제트 엔진 ... 214 A. 구성품의 기능 ... 216 B. 터보 제트의 작동 특성 ... 224 C. 터보 제트의 작동 관계 ... 235 D. 추력 증가 ... 240 E. 개스터빈-프로펠러의 조합 ... 243 3) 왕복 엔진 ... 245 A. 작동 특성 ... 245 B. 작동 한계 ... 256 4) 항공기 프로펠러 ... 257 2-3. 항공기 성능 요소 ... 263 1) 직선 수평 비행 ... 264 2) 상승 성능 ... 264 3) 항속 거리 성능 ... 272 A. 일반적인 항속 거리 성능 ... 273 B. 프로펠러 항공기의 항속 거리 ... 276 C. 터보 제트 항공기의 항속 거리 ... 280 4) 체공 성능 ... 288 A. 고도의 영향(프로펠러 항공기) ... 289 B. 고도의 영향(터보제트 항공기) ... 289 5) 최적 상승 거리와 체공 시간 ... 291 A. 왕복 엔진 항공기 ... 291 B. 터보 프롭 항공기 ... 292 C. 터보 제트 항공기 ... 292 6) 방향 조종 성능 ... 294 A. 선회 성능 ... 296 B. 전략적 성능 ... 297 7) 이륙과 착륙 성능 ... 301 A. 이륙 성능 ... 303 B. 이륙 성능에 영향을 미치는 요소 ... 307 C. 착륙 성능 ... 315 D. 착륙 성능에 영향을 미치는 요소 ... 320 연습 문제(Ⅰ) ... 325 연습 문제(Ⅱ) ... 331 1. 노즐을 지나는 압축성 흐름 ... 331 2. 디퓨저의 원리 ... 339 3. 윙 볼텍스의 추가의 영향 ... 331 4. 종횡비 ... 345 5. 전단 응력 ... 346 6. 볼텍스 제너레타 ... 347 7. 항공기 상승 ... 350 8. 상승 성능 ... 351 9. 수평 비행 성능 ... 359 연습문제(Ⅲ) ... 367 제3장 고속 공기 역학(High Speed Aerodynamics) 3-1. 일반적인 개념과 초음속 흐름 형태 ... 381 1) 압축성의 본질 ... 381 2) 초음속 흐름의 일반적인 형태 ... 386 A. 경사 충격파(oblique shock wave) ... 386 B. 정상 충격파(normal shock wave) ... 390 C. 팽창파(expansion wave) ... 391 3) 초음속 흐름의 성질 ... 393 3-2. 형태 효과(Confiruration Effect) ... 396 1) 천음속과 초음속 비행 ... 396 A. 힘의 확산(force divergence) ... 399 B. 천음속 비행의 현상 ... 399 C. 초음속 비행의 현상 ... 401 2) 천음속과 초음속 형태 ... 404 A. 에어포일 단면 ... 404 B. 윤곽 효과(planform effect) ... 407 C. 종횡비와 팁 모양의 영향 ... 416 D. 조종면(control surface) ... 407 E. 초음속 엔진 흡입구 ... 420 F. 초음속 형태(supersonic configuration) ... 422 3) 공기 역학적 가열(supersonic configuration) ... 424 연습 문제(Ⅰ) ... 425 연습 문제(Ⅱ) ... 428 1. 압축성 흐름과 비 압축성 흐름 ... 428 2. 마하수의 분류 ... 428 3. 덕트에서 비압축성 흐름과 벤투리와 저속도와 윈드터널 ... 431 4. 압축성 ... 437 5. 초음속 흐름의 일부인 충격파 ... 439 6. 흐름과 압축성 ... 441 7. 압축성 흐름에서 속도 측정 ... 442 8. 경사 충격과 팽창파 ... 445 9. 초음속 윈드터널 ... 449 10. 임계 마하수(critical mach number) ... 453 11. 항력 확산 마하수와 음속 장벽(sound barrier) ... 457 12. 초임계 에어포일(supercritical airfoil) ... 459 13. 극 초음속 흐름의 질적인 면 ... 461 14. 충격파와 압력 분포 ... 464 15. 충격파와 마하수 ... 467 16. 초음속 에어포일에서 양력과 항력 ... 471 연습문제(Ⅲ) ... 474 제4장 안정성과 조종(Stability & Control) 4-1. 정안정과 조종 ... 477 1) 정적 안정성(static stability) ... 477 2) 동적 안정성(dynamic stability) ... 477 3) 트림과 조종성 ... 481 4) 항공기 기준축 ... 483 4-2. 종안정과 조종 ... 484 1) 정적 종안정(static logitudinal stability) ... 484 A. 일반적인 고려 사항 ... 484 B. 구성품 표면의 기여 ... 487 C. 날개 ... 487 D. 동체와 나셀 ... 491 E. 수평 꼬리 날개 ... 491 F. 무동력 안정성 ... 494 G. 출력 효과 ... 496 H. 조종력 안정성 ... 499 I. 방향 조종 안정성 ... 503 J. 조종력의 결정 ... 505 2) 종적조종 ... 511 A. 방향 조종의 필요 사항 ... 511 B. 이륙 조종 요구 사항 ... 511 C. 착륙 조종 요구 사항 ... 512 3) 종적 동안정 ... 514 4) 현대식 조종 계통 ... 517 4-3. 방향 안정과 조종 ... 520 1) 방향 안정성(directional stability) ... 520 A. 정의 ... 520 B. 항공기 구성품의 기능 ... 522 C. 위험한 상태 ... 525 2) 방향 조종 ... 527 A. 방향 조종 요구 조건 ... 529 4-4. 횡안정성과 조종 ... 532 1) 횡안정성 ... 532 A. 정의 ... 532 B. 항공기 구성품의 기여 ... 533 2) 횡방향 동적 영향 ... 537 3) 롤 조종 ... 539 A. 항공기 롤링 운동 ... 539 B. 롤링 성능 ... 541 C. 임계 요구 조건 ... 544 4-5. 기타 안정성 문제점 ... 544 1) 랜딩기어 형태 ... 545 2) 스핀과 스핀 회복의 문제점 ... 547 3) 피치업 ... 550 4) 큰 마하수의 영향 ... 551 5) 조종사가 유도하는 요동 ... 553 6) 롤 커플링 ... 554 7) 헬리콥터의 안정과 조종 ... 558 연습문제(Ⅰ) ... 565 연습문제(Ⅱ) ... 568 1. 리딩 에이지와 트레일링 에이지에 사용하는 장치 ... 568 2. 후퇴(sweepback)의 효과 ... 573 3. 항공기의 선회 성능 ... 577 4. 선회 반경과 거리 ... 583 연습 문제(Ⅲ) ... 585 제5장 운용 강도 한계 1) 일반적인 정의와 요구 조건 ... 589 A. 정적 강도 ... 589 2) 사용 시간 ... 592 A. 피로의 고려 ... 592 B. 크리프의 고려 ... 593 3) 공기 탄성의 영향 ... 593 5-1. 항공기 하중과 운용 한계 ... 594 1) 비행 하중(방향 조종과 돌풍에 기인한 것) ... 594 A. 방향 조종 하중 계수 ... 594 B. 돌풍 하중 계수 ... 595 2) V-n 혹은 V-g 다이아그램 ... 597 3) 고속 비행의 효과 ... 602 4) 착륙 하중과 지상 하중 ... 606 연습 문제(Ⅰ) ... 611 연습 문제(Ⅱ) ... 612 제6장 비행의 특수한 문제점과 공기 역학 6-1. 속도와 고도의 이차 조종 ... 613 1) 받음각과 각도 ... 613 2) 상승율과 강하율 ... 615 3) 비행 기술 ... 616 6-2. 받음각 지시계 ... 617 1) 받음각 지시계 ... 617 6-3. 접근과 착륙 ... 619 1) 접근 ... 619 2) 착륙 플레어와 접지 ... 622 3) 일반적인 오차 ... 623 6-4. 이륙 ... 624 1) 이륙 속도와 거리 ... 624 2) 일반적인 오차(실수) ... 626 6-5. 가스트와 윈드쉐어 ... 626 6-6. 무동력 활공 성능 ... 628 1) 활공각과 양항비 ... 629 2) 활공 성능에 영향을 미치는 요소 ... 631 6-7. 얼음과 서리가 항공기 성능에 미치는 영향 ... 633 6-8. 다발 엔진에서의 엔진 결함 ... 635 6-9. 지면 효과 ... 639 1) 지면 효과의 공기 역학적 영향 ... 639 2) 특정 비행 상태에서의 지면 효과 ... 640 6-10. 비행중인 항공기에서 발생하는 간섭 ... 643 6-11. 제동 성능 ... 646 1) 제동 기술 ... 649 2) 제동 기술에서의 일반적인 실수 ... 651 6-12. 이륙 포기 속도, 활주로상의 속도 ... 652 6-13. 소닉붐 ... 658 6-14. 헬리콥터 문제점 ... 661 1) 후진 브레이드 실속 ... 666 2) 압축성 효과 ... 667 3) 오토로테이션 특성 ... 668 4) 출력 안정 ... 673 연습 문제(Ⅰ) ... 676 1. STOL과 VTOL ... 676 2. 레이놀즈 수의 영향 ... 680 3. 추진 양력 ... 682 4. 측풍 이륙 ... 685 5. 측풍 착륙 ... 686 6. 턱언더(tuckunder) ... 686 7. 공기 역학적 중심(a,c)과 압력 중심(c,p)의 비교 ... 687 8. 웨이크 나류 ... 688 9. 힘 확산 ... 691 연습 문제(Ⅱ) ... 692