비행

비행 또는 비행은 물체가 대기 내(즉, 항공 비행 또는 항공) 또는 외부 공간의 진공(즉, 우주 비행)을 통해 행성 표면에 접촉하지 않고 공간을 이동하는 과정이다.이는 활공 또는 추진 추력과 관련된 공기역학적 양력을 발생시키거나 부력을 사용하여 공기 정적으로 또는 탄도 운동을 통해 달성될 수 있습니다.

새, 박쥐, 곤충과 같은 동물 비행사부터 패타지얼 동물, 풍향성 씨앗, 탄도포자 같은 자연 글라이더/낙하산자, 그리고 우주선과 우주선을 추진시킬 수 있는 항공기, 비행선, 풍선 등 인간의 발명품에 이르기까지 많은 것들이 날 수 있다.

비행의 공학적인 측면은 항공 공학, 대기를 통과하는 비행체에 대한 연구, 그리고 우주를 여행하는 비행체에 대한 연구인 우주 공학, 그리고 발사체 비행에 대한 연구인 탄도학의 영역이다.

비행의 종류

부력 비행

인간은 공기 중의 부력 덕분에 지상에서 이륙하여 나는 공기보다 가벼운 자동차를 만들 수 있었다.

에어로스탯은 항공기에 공기와 동일한 전체 밀도를 제공하기 위해 부력을 사용하여 상공에 유지되는 시스템입니다.에어로스타트에는 무료 풍선, 비행선, 계류된 풍선이 포함됩니다.에어로스탯의 주요 구조 구성요소는 엔벨로프이며, 부력을 제공하기 위해 부피의 가스를^[1][2] 감싸는 가벼운 표면이며, 다른 구성요소가 부착되어 있습니다.

에어로스타트는 "에어로스타틱" 리프트를 사용하기 때문에 붙여진 이름으로, 에어로스타트는 리프팅 힘에 영향을 미치기 위해 주변 기단을 통해 측면으로 이동할 필요가 없는 부력이다.이와는 대조적으로, 에어로딘은 주로 공기역학적 리프트를 이용하는데, 이는 항공기의 적어도 일부가 주변 공기량을 통해 횡방향으로 움직여야 한다.

공기역학 비행

무동력 비행과 동력 비행

하늘을 나는 다람쥐와 같이, 하늘을 나는 어떤 것들은 공기를 통해 추진력을 발생시키지 않는다.이를 활공이라고 합니다.랩터(활공할 때)나 인공 범선 활공기와 같은 상승 공기를 이용하여 상승할 수 있는 것도 있습니다.이것을 치솟는다고 한다.그러나 대부분의 다른 새들과 모든 동력 항공기는 오르기 위해 추진력을 필요로 한다.이를 동력 비행이라고 합니다.

동물 비행

동력 비행을 사용하는 유일한 생물 집단은 새, 곤충, 박쥐이며, 반면 많은 집단은 활공하는 것을 진화해 왔다.공룡과 동시대의 파충류 목인 멸종 익룡 또한 매우 성공적인 비행 ^[3]동물이었다.이들 그룹의 날개는 각각 독립적으로 진화했고 곤충은 비행을 ^[4]진화시킨 최초의 동물군이다.날으는 척추동물 그룹의 날개는 모두 앞다리에 기초하고 있지만, 구조가 상당히 다릅니다; 곤충의 날개는 대부분의 다른 절지동물 ^[3]그룹에서 아가미를 형성하는 매우 변형된 형태의 구조라고 가정됩니다.

박쥐는 수평 비행을 유지할 수 있는 유일한 포유동물이다.^[5]하지만, 몇몇 활공 포유동물들은 그들의 사지 사이의 다육질 막을 사용하여 나무에서 나무로 활공할 수 있습니다; 어떤 것들은 매우 작은 높이 손실 없이 수백 미터까지 이동할 수 있습니다.하늘을 나는 개구리는 비슷한 목적으로 매우 큰 물갈퀴 발을 사용하며, 한 쌍의 평평한 활공 표면으로 이동식 갈비뼈를 펼치는 날도마뱀도 있다."날아다니는" 뱀들은 또한 그들의 몸을 공기역학적인 모양으로 납작하게 만들기 위해 이동식 갈비를 사용하며, 앞뒤로 움직이는 움직임은 땅에서 사용하는 것과 거의 같다.

날치들은 날개처럼 커진 지느러미를 이용해 활공할 수 있으며, 수백 미터까지 치솟는 것이 관찰되었다.이 능력은 수중 포식자들로부터 탈출할 수 있는 효과적인 수단이었기 때문에 자연 도태에 의해 선택되었다고 생각된다.날치 비행의 가장 긴 기록은 45초였다.^[6]

대부분의 새는 날지만 예외는 있다.가장 큰 새인 타조와 에뮤는 지금은 멸종된 도도새와 신생대 남아메리카의 지배적인 포식자였던 포러스라시드새처럼 흙에 갇힌 날지 못하는 새이다.날지 않는 펭귄들은 물속에서 사용하기 위해 적응된 날개를 가지고 있고 대부분의 다른 새들이 ^{[citation needed]}비행할 때 사용하는 것과 같은 날개 움직임을 수영할 때 사용합니다.대부분의 날지 못하는 작은 새들은 작은 섬들이 원산지이며, 비행이 거의 이점을 제공하지 않는 생활방식을 가지고 있다.

나는 살아있는 동물들 중에서, 떠돌이 알바트로스는 최대 3.5미터(11피트)의 가장 큰 날개 폭을 가지고 있고, 거대한 부스타드는 21킬로그램(46파운드)^[7]의 무게를 가지고 있습니다.

대부분의 곤충 종은 성인이 되어 날 수 있다.곤충의 비행은 두 가지 기본적인 공기역학 모델 중 하나를 이용한다: 대부분의 곤충에서 볼 수 있는 첨단 소용돌이를 만드는 것과 ^[8][9]번데기와 같은 아주 작은 곤충에서 볼 수 있는 박수나 튕김을 사용하는 것이다.

기계

기계 비행은 비행하기 위해 기계를 사용하는 것이다.이 기계들은 비행기, 글라이더, 헬리콥터, 오토요시, 비행선, 풍선, 조류 탐지기, 우주선 같은 항공기들을 포함한다.글라이더는 동력 없이 비행할 수 있다.또 다른 형태의 기계 비행은 낙하산 같은 물체가 보트에 의해 당겨지는 패러세일링이다.비행기에서, 양력은 날개에 의해 생성된다; 비행기의 날개 모양은 원하는 비행 유형을 위해 특별히 설계된다.날개에는 다양한 종류가 있다: 담금질, 반성질, 뒤로 쓸림, 직사각형, 그리고 타원형.항공기 날개는 때때로 에어포일이라고 불리는데, 이것은 공기가 에어포일 위를 흐를 때 양력을 만들어 내는 장치이다.

초음속

초음속 비행은 음속보다 빠른 비행이다.초음속 비행은 ^[10]지상에서 들을 수 있는 소닉 붐을 형성하는 충격파의 형성과 관련이 있으며 종종 놀라게 된다.이 충격파는 생성하는데 꽤 많은 에너지가 필요하고, 이것은 일반적으로 초음속 비행을 음속의 약 85%로 아음속 비행보다 덜 효율적이게 만듭니다.

극초음속

극초음속 비행은 공기를 통한 운동으로 인해 공기가 압축되면서 발생하는 열이 공기에 화학적 변화를 일으키는 매우 빠른 비행이다.극초음속 비행은 주로 우주왕복선과 소유즈 같은 우주선에 재진입함으로써 이루어진다.

탄도

대기권

어떤 것들은 거의 또는 전혀 양력을 일으키지 않고 운동량, 중력, 공기 끌림, 그리고 경우에 따라서는 추력의 작용에 의해서만 또는 대부분 움직인다.이것은 탄도 비행이라고 불립니다.예를 들어 공, 화살, 총알, 불꽃놀이 등이 있습니다.

우주 비행

본질적으로 탄도 비행의 극단적인 형태인 우주 비행은 우주선의 우주 진출과 우주 통과 비행을 달성하기 위해 우주 기술을 사용하는 것이다.예로는 탄도 미사일, 궤도 우주 비행 등이 있다.

우주 비행은 우주 탐험과 우주 관광이나 위성 통신과 같은 상업 활동에도 이용된다.우주 비행의 추가적인 비상업적 사용으로는 우주 관측소, 정찰 위성 및 기타 지구 관측 위성이 있다.

우주 비행은 보통 중력을 극복하기 위한 초기 추진력을 제공하고 지구 ^[11]표면에서 우주선을 추진하는 로켓 발사와 함께 시작된다.일단 우주에 도착하면, 우주선이 추진되지 않을 때와 추진될 때 모두, 우주 역학이라고 불리는 연구 영역에서 다루어진다.어떤 우주선은 우주에 무한정 남아 있고, 어떤 우주선은 대기권 재진입 중에 분해되며, 다른 우주선은 착륙이나 충돌을 위해 행성이나 달 표면에 도달한다.

고체 추진

2018년 매사추세츠공대(MIT)의 연구원들은 전기 공기역학 ^[12][13]추력으로도 알려진 "이온 바람"에 의해 움직이는 부품이 없는 비행기를 가까스로 날렸다.

역사

많은 인류 문화는 돌과 창,^[14][15] 호주의 부메랑, 뜨거운 공기 콩밍 랜턴, 그리고 연과 같은 최초의 발사체로부터 나는 장치를 만들었다.

항공

조지 케일리는 19세기 ^[16][17][18]전반기에 비행을 과학적으로 연구했고, 19세기 후반에는 오토 릴리엔탈이 200회 이상의 활공 비행을 했고, 또한 비행을 과학적으로 이해한 최초의 사람 중 한 명이었다.그의 작업은 활공 비행을 한 라이트 형제에 의해 복제되고 확장되었으며, 마침내 최초의 제어되고 확장된 유인 동력 ^[19]비행이 이루어졌다.

우주 비행

우주 비행, 특히 인간 우주 비행은 콘스탄틴 치올코프스키와 로버트 H. 고다드의 이론적이고 실용적인 발견으로 20세기에 현실이 되었다.최초의 궤도 비행은 ^[20]1957년이었고 유리 가가린은 ^[21]1961년 최초의 유인 궤도 비행에 실려 갔다.

물리

비행에는 여러 가지 방법이 있다.만약 물체가 공기보다 밀도가 낮다면, 그것은 부력이 있고 에너지를 소비하지 않고 공중에 떠다닐 수 있다.에어로다인이라고 알려진 보다 무거운 항공기는 비행하는 동물과 곤충, 고정익 항공기, 회전익 항공기 등을 포함한다.공기보다 무겁기 때문에 무게를 극복하기 위해서는 양력을 발생시켜야 한다.공기 중에 움직이는 기체에 의한 바람 저항은 드래그라고 불리며, 활공하는 경우를 제외하고 추진 추진 추진력으로 극복된다.

로켓이나 Harrier Jump Jets와 같은 몇몇 차량들은 또한 비행에 추력을 사용한다.

마지막으로 탄도는 탄도 비행물체의 비행을 지배한다.

폭력

비행과^[22] 관련된 힘은 다음과 같다.

• 추진력(활공기 제외)
• 기류에 대한 반응에 의해 생성되는 리프트
• 공기역학적 마찰에 의해 생성되는 드래그
• 중력에 의해 생성되는 중량
• 항공편보다 가벼운 부력

안정적인 비행이 이루어지기 위해서는 이러한 힘이 균형을 이루어야 합니다.

추력

고정익 항공기는 공기가 비행과 반대 방향으로 밀릴 때 전진 추력을 발생시킨다.이것은 프로펠러의 회전하는 날개, 제트 엔진 뒤쪽에서 공기를 밀어내는 회전 팬, 또는 로켓 ^[23]엔진에서 뜨거운 가스를 배출하는 방법 등 여러 가지 방법으로 수행될 수 있습니다.전진 추력은 기류의 질량에 기류의 속도 차이를 곱한 값에 비례합니다.역추력은 가변 피치 프로펠러 블레이드의 피치를 역전시키거나 제트 엔진의 스러스트 리버서를 사용하여 착륙 후 제동을 돕기 위해 발생할 수 있습니다.회전익 항공기와 추력 벡터링 V/STOL 항공기는 엔진 추력을 사용하여 항공기의 무게를 지탱하고 전진 속도를 제어하기 위해 추력 전방과 후방의 벡터 합계를 사용한다.

들어 올리다

비행체에 상대적인 공기 흐름의 맥락에서 리프트력은 ^[24]흐름 방향에 수직인 공기 역학적 힘의 구성요소입니다.공기역학적 양력은 날개가 주변의 공기를 비껴가게 할 때 발생합니다. 그러면 공기가 뉴턴의 운동 제3법칙에 따라 반대 방향으로 날개에 힘을 줍니다.

리프트는 일반적으로 항공기의 날개와 관련이 있지만, (항공기가 공기를 통해 전진할 필요 없이 효과적으로 회전하는 날개) 회전익에 의해 생성된다."리프트"라는 단어의 일반적인 의미는 리프트가 중력에 반대한다는 것을 암시하는 반면, 공기역학적 리프트는 어떤 방향으로든 있을 수 있습니다.예를 들어 항공기가 정속 주행 중일 때 리프트는 중력에 반대하지만 상승, 하강 또는 뱅킹 시 각도로 발생합니다.고속 자동차에서는 리프트 힘이 아래로 향해서("다운포스"라고 함) 도로에서 차량을 안정적으로 유지합니다.

드래그

유체 속을 이동하는 고체 물체의 경우 항력은 이동 ^{[25][26][27][28]}방향과 반대로 작용하는 순 공기역학적 또는 유체역학적 힘의 구성요소입니다.따라서, 끌림은 물체의 움직임에 반대하며, 동력 차량에서는 추력에 의해 극복되어야 합니다.양력을 만드는 과정도 약간의 항력을 일으킵니다.

리프트 대 드래그 비율

공기역학적 리프트는 공기역학 물체(날개)가 공기를 통해 움직이면서 생성되며, 그 모양과 각도로 인해 공기가 편향됩니다.지속적인 직선 및 수평 비행의 경우, 리프트는 무게와 동일하고 반대여야 한다.일반적으로, 길고 좁은 날개는 느린 속도로 많은 양의 공기를 비껴갈 수 있는 반면, 작은 날개는 동등한 양의 공기를 비껴서 그에 상응하는 양의 양력을 발생시키기 위해 더 높은 전진 속도를 필요로 합니다.대형 화물기는 공격 각도가 높은 긴 날개를 사용하는 반면 초음속 항공기는 짧은 날개를 가지고 양력을 발생시키기 위해 빠른 전진 속도에 크게 의존하는 경향이 있다.

그러나 이 리프트(편향) 프로세스는 필연적으로 드래그라고 하는 지연력을 발생시킵니다.양력과 항력은 모두 공기역학적인 힘이기 때문에, 양력과 항력의 비율은 비행기의 공기역학 효율을 나타냅니다.리프트 대 드래그 비율은 "L over D ratio"로 발음되는 L/D 비율입니다.비행기는 많은 양의 양력이나 적은 양의 항력을 발생시키면 높은 L/D 비율을 갖는다.리프트/드래그 비율은 리프트 계수를 드래그 계수 CL/CD로 나누어 결정합니다.^[29]

리프트 계수 Cl은 리프트 L을 (밀도 r 곱하기 속도 V 제곱 곱하기 날개 면적 A)로 나눈 값과 같다.[Cl = L / (A * .5 * r * V^2)]또한 리프트 계수는 고속에서 훨씬 큰 공기의 압축률의 영향을 받기 때문에 속도 V는 선형 함수가 아닙니다.압축성은 항공기 표면의 형태에 의해서도 영향을 받는다.^[30]

드래그 계수 Cd는 드래그 D를 (밀도 r 곱하기 속도 V의 절반 곱하기 기준 영역 A)로 나눈 값입니다.[Cd = D / (A * .5 * r * V^2)]

실용 항공기의 리프트 대 드래그 비율은 비교적 짧은 날개를 가진 새와 차량의 경우 약 4:1에서 글라이더와 같이 매우 긴 날개를 가진 차량의 경우 최대 60:1까지 다양하다.전방 이동에 대한 공격 각도가 클수록 편향 범위도 증가하므로 추가 양력이 발생합니다.그러나 공격 각도가 클수록 드래그도 증가한다.

또한 리프트/드래그비는 활공비와 활공 범위를 결정합니다.활공비는 항공기에 작용하는 공기역학 힘의 관계에만 기초하기 때문에 항공기 중량은 항공기에 영향을 미치지 않습니다.유일한 영향 중량은 항공기가 활공하는 시간을 변경하는 것이다. 즉, 더 높은 비행 속도로 활공하는 무거운 항공기는 더 짧은 ^[32]시간 내에 동일한 착륙 지점에 도착한다.

부력

공기 중의 물체에 작용하는 공기압은 밀어내리기 위의 압력보다 큽니다.부력은, 두 경우 모두, 옮겨진 유체의 무게와 같다 - 아르키메데스의 원리는 물과 마찬가지로 공기를 유지한다.

상압과 실온에서 1입방미터의 공기는 약 1.2킬로그램의 질량을 가지고 있기 때문에 그 무게는 약 12뉴턴입니다.따라서 공기 중에 있는 1입방미터 물체는 12뉴턴의 힘으로 부력을 받는다.1입방미터 물체의 질량이 1.2kg 이상일 경우(따라서 무게가 12뉴턴 이상일 경우) 방출 시 지상으로 떨어진다.만약 이 크기의 물체가 1.2킬로그램 미만의 질량을 가지고 있다면, 그것은 공중으로 떠오른다.같은 부피의 공기 질량보다 작은 질량을 가진 물체는 공기 중에서 상승합니다. 다시 말해, 공기보다 밀도가 낮은 물체는 상승합니다.

추력 대 중량비

추력 대 무게 비는 이름에서 알 수 있듯이 순간 추력 대 무게의 비율입니다(여기서 무게는 지구의 표준 $가속도{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {g\mathrm{}}_{}}$ 0$(\$^[33]에서 무게를 의미합니다).이는 로켓 및 기타 제트 엔진 및 그러한 엔진(일반적으로 우주발사체 및 제트 항공기)에 의해 추진되는 차량의 특성인 무차원 매개변수이다.

추력 대 중량비가 국소 중력 강도(gs로 표시)보다 클 경우, 전방 운동이나 공기 역학적 리프트 없이 비행이 발생할 수 있습니다.

추력 대 중량 비율 곱하기 리프트 대 드래그 비율이 국부 중력보다 크면 공기역학적 리프트를 이용한 이륙이 가능하다.

비행 역학

비행 역학이란 항공 및 우주선의 방향과 3차원 제어에 관한 과학입니다.세 가지 중요한 비행 역학 매개 변수는 피치, 롤링 및 요로 알려진 차량의 질량 중심을 중심으로 한 3차원 회전 각도입니다(자세한 내용은 타이-브라이언 회전 참조).

이러한 치수의 제어에는 수평 안정 장치(즉, "꼬리"), 보조 장치 및 각 안정성을 제어하는 기타 가동 공기역학 장치(즉, 고도, 방향에 영향을 미치는)가 포함될 수 있습니다.날개는 종종 약간 위쪽으로 기울어져 있습니다. 날개는 고유한 롤 안정화를 제공하는 "양의 이면체 각도"를 가집니다.

에너지 효율

높이를 높일 수 있도록 추력을 만들고, 공기를 통해 양력과 관련된 항력을 극복하는 것은 모두 에너지를 필요로 한다.비행할 수 있는 물체나 생물에 따라 근육, 모터의 효율, 그리고 이것이 얼마나 잘 전진하는지를 알 수 있다.

추진 효율은 차량이 ^[34][35]연료 단위에서 발생하는 에너지 양을 결정합니다.

범위

동력 비행 기구가 도달할 수 있는 범위는 궁극적으로 기내에 저장할 수 있는 에너지의 양과 그 에너지를 얼마나 효율적으로 ^[36]추진력으로 바꿀 수 있는지에 따라 제한된다.

동력 항공기의 경우, 유용한 에너지는 연료 비율(이륙 중량의 몇 퍼센트)과 사용된 연료의 특정 에너지에 의해 결정된다.

중량 대비 전력비

지속 비행이 가능한 모든 동물과 장치는 이륙을 달성하기에 충분한 양력 및/또는 추력을 발생시키기 위해 상대적으로 높은 동력 대 중량비가 필요하다.

이착륙

날 수 있는 자동차는 이착륙하는 방법이 다를 수 있다.기존 항공기는 이륙을 위한 충분한 양력이 생성될 때까지 지면을 따라 가속하고 착륙을 위한 과정을 거꾸로 한다.몇몇 항공기는 저속 이륙이 가능하다; 이것은 짧은 이륙이라고 불린다.헬리콥터와 해리어 점프 제트기와 같은 일부 항공기는 수직으로 이착륙할 수 있다.로켓도 보통 수직으로 이착륙하지만 일부 디자인은 수평으로 착륙할 수 있다.

안내, 내비게이션 및 제어

내비게이션

항법(Navigation)은 현재 위치를 계산하는 데 필요한 시스템입니다(예: 나침반, GPS, LORAN, 스타 트래커, 관성 측정 장치 및 고도계).

항공기에서 성공적인 항공 항법에는 길을 잃지 않고, 항공기에 적용되는 법을 어기거나, 탑승자나 지상에 있는 사람들의 안전을 위태롭게 하지 않고 항공기를 이곳저곳 조종하는 것이 포함된다.

공중 항법에 사용되는 기법은 항공기가 시각 비행 규칙(VFR) 또는 계기 비행 규칙(IFR)에 따라 비행하는지에 따라 달라진다.후자의 경우 조종사는 비콘과 같은 계기 및 무선 항법 보조 장치를 사용하거나 항공 교통 관제 레이더에 의해 지시된 대로 항행합니다.VFR의 경우 조종사는 주로 적절한 지도를 참조하여 시각적 관찰(조종사로 알려져 있음)과 결합된 데드 어카운팅을 사용하여 항행한다.이는 라디오 내비게이션 보조 장치를 사용하여 보완할 수 있습니다.

지침.

유도 시스템은 선박, 항공기, 미사일, 로켓, 위성 또는 기타 움직이는 물체의 항해에 사용되는 장치 또는 장치 그룹입니다.일반적으로 지침은 목표를 향한 벡터(즉, 방향, 속도)의 계산을 담당한다.

통제

기존의 고정익 항공기 비행 제어 시스템은 비행 제어 표면, 각 조종석 제어 장치, 연결 링크 및 비행 중인 항공기의 방향을 제어하기 위해 필요한 작동 메커니즘으로 구성됩니다.항공기 엔진 제어는 또한 속도 변화에 따라 비행 제어로 간주됩니다.

교통.

항공기의 경우 항공 교통은 항공 교통 관제 시스템에 의해 제어된다.

충돌 회피는 충돌을 막기 위해 우주선을 제어하는 과정이다.

비행 안전

항공 안전은 규제, 교육 및 훈련을 통한 비행 실패의 이론, 조사 및 분류, 그리고 그러한 실패의 예방을 포괄하는 용어이다.항공 여행의 안전성에 대해 대중에게 알리는 캠페인의 맥락에서도 적용될 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

• 공기역학
• 공중부양
• 천이(비행)

레퍼런스

메모들

참고 문헌

외부 링크

Wikivoyage 항공 여행 가이드

• Pettigrew, James Bell (1911). "Flight and Flying" . Encyclopædia Britannica. Vol. 10 (11th ed.). pp. 502–519. 초기 항공기 등의 이력 및 사진
• 진화생물학자이자 훈련된 엔지니어 존 메이나드-스미스 프리뷰가 베가 사이언스 트러스트에서 제공한 'Birds in Flight and Airplanes' 비디오.