Thrust (추력)

 항공기에 작용하는 힘 중 하나인 Thrust, 추력에 대해서 Propeller 항공기 기준으로 알아보자

 

Thrust (추력), 항공기가 앞으로 나아가는 힘

 

항공기의 작용 하는 4가지의 힘중 하나인 Thrust 는 쉽게 표현 해서 Drag 와 반대 방향으로 작용 하여 앞으로 나아가는 힘이다. 대부분의 일반적인 항공기 에서는 Engine 이 Propeller 를 돌려 만들어 진다. 

Thrust 는 Lift 의 생성과 같은 이론이 적용 된다. 

(F=ma, F=force, m=mass, a=accelerate)

Engine 내에서 연료가 폭발된 힘이 Propeller 를 돌려 제공 된다. Propeller 가 공기의 질량(mass) 을 가르며 회전 하면서 가속이 되면, 뉴턴 3법칙으로 (작용반작용) 앞으로 나아가게 된다.

 

Straight-and-Level Flight (수평비행) 을 하는 동안 항공기는 가속 되지 않는다.

이때는 Thrust 와 Total Drag 가 동일 하기 때문에 가속 되지 않는 것이다. (Thrust = Total Drag)

 

가속을 하려면 Thrust > Drag (throttle 을 조작하여 increase power)

감속을 하려면 Thrust < Drag 여야 한다. (decrease power)

항공기 power 가 증가 하면 Thrust 가 drag 보다 크기 때문에 가속 되다가

다시 Drag 와 동일 해지면 constant airsped (등속 비행) 상태가 된다. (이때는 이전 보다 power 가 많은 상태이므로 이전보다 속도도 빠른 상태)

 

Piston 엔진을 사용하는 항공기는 Propeller 를 사용 하여 Power 를 Thrust 로 변환 시킨다. 

엔진의 Power 가 Propeller 와 연결된 Shaft 를 통해 변환 되는데 Torque (토크) 또는 Turning Effect 라고 한다. 이 Power 는 Propeller 를 돌리는데 사용된다. Propeller 를 돌려서 만들어지는 Aerodynamic force 를 Thrust 라고 부른다.

 Propeller 의 Blades 는 Airfoil 의 형상을 하고 있어서 Aerodynamic forces 를 만들어 내는데 날개에서 Lift 가 생성되는 원리와 같다. 

 Propeller 의 Blade 가 공기를 회전 하며 빠르게 통과 할 때, Blade 의 앞쪽의 static pressure 의 감소를 초래한다.  (베르누이 이론)  그 결과 항공기를 앞쪽으로 당기는 Forward Thrust force 가 생성된다. 공기의 밀도가 날개에서 처럼 propeller 의 효율에 영향을 미친다. 낮은 밀고의 공기에서는, 적은 양의 공기가 propeller 를 통과 하기 때문에 propeller 의 효율이 떨어진다. (고고도 or 더운 날씨)

 

Propeller 의 Blade Angle

 Blade 관점에서 살펴 볼 필요가 있는데, Blade Section 에는 다른 airfoil 처럼, airfoil, leading edge, trailing edge, chord line, camber 가 있다.

 Propeller 의 Chord line 의 angel 을 Blade Angle 이라고 한다. Blade angle 은 Propeller 의 Hub 근처인 Root 쪽은 크고, Tip 쪽으로 갈수록 Blade angle 이 낮다. 회전하는 Blade 는 Thrust 만 만드는 것이 아닌데 후술 하도록 하겠다.