2.3 비행 영역(The flight envelope) (2)

2023.03.21 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 2장 운용 영역(Chapter 2 The Operational Envelope)

2023.03.23 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 2.1 환경 포락선(The environmental envelope) (2)

2023.03.27 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 2.2 설치 압력 손실 - 2.3 비행 영역(1)

 

2.3.3 레이놀즈비(Reynolds number ratio)

흐르는 가스의 모든 조건에서 레이놀즈수는 점성력(마찰 압력 손실을 유발하는)에 대한 체적력(속도 및 운동량 효과 반영)의 비율을 나타냅니다. 레이놀즈수는 점성 효과의 증가로 인해 낮은 값에서 엔진 성능에 2차 영향을 상당하게 미칠 수 있습니다. 레이놀즈 비는 일반적으로 램 조건에 따라 레이놀즈수가 어떻게 변화하는지 보여줍니다. 이 값은 ISA 해수면 정적 상태값으로 나눈 값입니다. 차트 2.12는 운용 범위 전체에 걸쳐 고도, 마하수 및 주변 온도에 따라 어떻게 변화하는지를 보여줍니다. 최소 레이놀즈 비는 그림 2.1에 제시된 일반적인 비행 영역에 나와 있습니다.

차트 2.12에 제시된 레이놀즈 비는 자유 유동 조건에 기초하지만, 흡기 및 압축기 레이놀즈수는 운용 범위 근처에 상응하는 변화를 보여줍니다. 자유 유동 조건은 엔진 입구 조건과 유사합니다. 그러나 터빈의 경우 레이놀즈수는 추가적으로 출력 또는 추력 수준에 따라 달라지며, 이는 램 조건과 관련된 터빈 압력 및 온도의 변화를 결정합니다. 그럼에도 불구하고 차트 2.12는 여전히 이러한 '핫 엔드' 성분과 관련하여 레이놀즈수 변동에 대한 유용한 1차 지시 값을 제공합니다.

.

2.3.4 비행 속도의 정의(Definitions of flight speed)

전통적으로 항공기 속도는 날개 또는 동체 코에서 앞쪽으로 돌출된 긴 튜브에 위치한 피토 정양정을 사용하여 측정되었습니다. 전 압력과 정 압력의 차이는 속도를 평가하는 데 사용되며, 이는 조종석의 시각 디스플레이 장치 또는 게이지에 표시됩니다. 이 장치는 일반적으로 해수면에 대해서 보정되며, 이에 따라 비행 속도에 대한 여러 정의가 생성되었습니다:

 

. 지시 대기 속도(VIAS)는 위의 보정을 기준으로 조종석에 표시된 속도입니다.

. 보정 대기 속도(VCAS)는 VIAS와 거의 동일하지만 유일한 차이는 피토 정압 프로브 주변의 정 압력장의 항공기 교란을 포함하는 미세한 조정입니다.

. 등가 대기 속도(VEAS)는 해수면에서 수행되는 프로브 보정이 내포된 것과 비교하여 고도에서 낮은 주변 압력에 대한 VCAS를 보정하는 과정에서 발생합니다. 즉, 특정 마하수에 대해 동양정은 일정 고도에서 더 작습니다. 해수면의 경우에는 VEAS가 VCAS와 동일합니다.

. 진 대기 속도(VTAS)는 대기를 기준으로 한 항공기의 실제 속도입니다. VEAS에 그림 2.5와 같이 상대 밀도의 제곱근을 곱하여 계산합니다. 이와 같은 보정은 해수면의 공기 밀도가 VIAS를 제공하는 프로브 보정에 포함되기 때문입니다. 밀도와 속도 모두 동압력을 구성합니다.

. 마하수(M)는 음속에 대한 실제 공기 속도의 비율입니다. 대지 속도는 풍속에 따라 조정된 VTAS입니다.

 

VEAS 및 VCAS는 압력 고도 및 마하수의 함수입니다. VEAS와 VCAS 간의 차이는 스케일 고도 효과(SAE)라고 하며 주변 온도와 무관합니다. 반대로, VTAS는 압력 고도와 무관한 주변 온도와 마하수의 함수입니다. 이러한 서로 다른 비행 속도 정의 간의 수학적 관계의 복잡한 특성은 관련 공식을 통해서도 분명해집니다. 

조종사에게 마하수와 대지 대기 속도는 모두 중요합니다. 전자는 충격 또는 정지와 같이 치명적인 항공기 공기역학적 조건을 지시하는 반면, 후자는 항법에 필수적인 요소입니다. 가스 터빈 엔지니어의 경우 마하수는 대기 정적 상태로부터 흡입구 전체 조건을 결정하는 데 가장 중요한 요소입니다. 그러나 비행 시험에서 엔진 성능 데이터를 분석할 때 VCAS 또는 VEAS만 사용할 수 있는 경우가 많습니다. 다음 차트를 사용하면 한 가지 형태의 비행 속도를 다른 형태에 대한 수치로 도출할 수 있습니다:

 

. 차트 2.13 – VCAS 대 압력 고도 및 마하 수치

. 차트 2.14 – VEAS 대 압력 고도 및 마하 수치

. 차트 2.15 – VTAS 대 압력 고도 및 마하 수치

. 차트 2.16 – SAE 대 압력 고도 및 마하 수치

 

 

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