임계 마하 수
Critical Mach number
공기역학에서 항공기의 임계 마하 수(Mcr 또는 M*)는 항공기의 특정 지점을 지나는 기류가 음속에 도달하지만 이를 초과하지 않는 최저 마하 수이다.[1] 임계 마하 수치가 낮을 때 전체 항공기 주위의 기류는 아음속이다. 콩코드 등 초음속 항공기와 전투기도 전체 항공기 주변의 기류가 초음속인 임계 마하 수치가 높다.[2]
항공기 비행
비행 중인 항공기의 경우, 항공기 주위의 공기 흐름 속도는 항공기의 공기 속도와 상당한 차이가 있다. 이는 기류가 항공기의 구조 주위를 돌면서 속도를 높이고 속도를 줄여야 하기 때문이다. 항공기의 비행속도가 임계 마하 수치에 도달하면, 항공기 자체의 비행속도가 마하 1.0보다 낮음에도 불구하고, 기체 근처 일부 지역의 기류속도는 음속에 도달한다. 이것은 약한 충격파를 만든다. 항공기가 임계 마하 수를 초과하면 항력 계수가 갑자기 증가하여 항력이 급격히 증가하며,[3] 트랜스닉 또는 초음속 속도용으로 설계되지 않은 항공기에서 비행 제어 표면 위의 기류 변화가 항공기 제어의 저하로 이어진다.[3]
임계 마하 수 이상으로 비행하도록 설계되지 않은 항공기에서, 날개와 꼬리 평면의 공기 흐름에서 형성되는 충격파는 날개가 정지하거나, 제어 표면을 비효율적으로 만들거나, 또는 항공기의 제어력 상실로 이어질 수 있다(예: 엘리베이터 상공의 공기 흐름에서 충격파가 항공기를 안으로 보내는 경우). 걷잡을 수 없는 급강하). 임계 마하 수 또는 그 이상에 나타나는 이러한 문제적 현상은 압축성이라고 알려지게 되었다. 압축성은 1930년대와 1940년대에 고속 군용기와 실험용 항공기와 관련된 많은 사고로 이어졌다.
당시에는 알려지지 않았지만 압축성은 음속 장벽으로 알려진 현상의 원인이었다. 1940년대 슈퍼마린 스피트파이어, Bf 109, P-51 무스탕, 글로스터 유성, 헤 162, P-80과 같은 군용 아음속 항공기는 상대적으로 두께가 두껍고 약하지 않은 날개를 가지고 있으며, 제어된 비행에서 마하 1.0에 도달할 수 없다. 1947년 척 예거가 벨 X-1(또한 미완성 날개가 있지만 훨씬 더 얇은 날개)을 띄워 마하 1.06 이상에 이르렀고 마침내 음속의 장벽이 허물어졌다.
호커 헌터나 F-86 사브르와 같은 초기의 초기의 트랜소닉 군용기는 그들의 중요한 마하 수보다 더 큰 속도에서도 만족스럽게 비행하도록 설계되었다. 수평 비행에서 음속 장벽을 깨기에 충분한 엔진 추력을 보유하지 않았지만, 제어 가능한 상태로 다이브에서 마하 1.0을 초과할 수 있었다. 에어버스나 보잉 항공기와 같은 현대의 제트 여객기는 최대 운용 마하 수치가 마하 1.0보다 느리다.
콩코드, Tu-144, 잉글리시 일렉트릭 라이트닝, 록히드 F-104, 다쏘 미라지 III, MiG 21과 같은 초음속 항공기는 수평 비행에서 마하 1.0을 초과하도록 설계되어 매우 얇은 날개로 설계되었다. 그들의 중요한 마하 수치는 아음속 및 트랜소닉 항공기보다 높지만 여전히 마하 1.0보다 적다.
실제 임계 마하 수는 날개마다 다르다. 일반적으로 두꺼운 날개는 임계 마하 수치가 낮을 것이다. 왜냐하면 두꺼운 날개는 얇은 날개가 지나가는 공기 흐름을 더 많이 비껴서 공기 흐름을 더 빠른 속도로 가속화시키기 때문이다. 예를 들어, P-38 번개의 꽤 두꺼운 날개는 약 .69의 중요한 마하수를 가지고 있다. 그 항공기는 때때로 다이빙으로 이 속도에 도달하여 많은 충돌로 이어질 수 있다. 슈퍼마린 스피트파이어의 훨씬 얇은 날개는 훨씬 더 높은 임계 마하 수(약 0.89)를 주었다.
참고 항목
참조
- L. J. 클랜시(1975) 런던 핏만 출판 유한회사 공기역학 ISBN0-273-01120-0
메모들
- ^ Clancy, L.J. 공기역학, 섹션 11.6
- ^ E. Rathakrishnan (3 September 2013). Gas Dynamics. PHI Learning Pvt. Ltd. p. 278. ISBN 978-81-203-4839-4.
- ^ a b 클랜시, 엘제이, 공기역학, 11장
