에어포일: 비행기 날개는 어떻게 양력을 만드는가

 (ciechanow.ski)
2P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • 비행은 날개 주변 공기 흐름이 만드는 압력 분포와 힘의 결과이며, 에어포일은 그 힘을 만들어내는 날개 단면 형상임
  • 공기 흐름은 분자 하나하나의 무작위 운동보다 작은 영역의 평균 속도로 이해해야 하며, 물체 기준의 상대 속도가 정지한 공기도 바람처럼 만들 수 있음
  • 압력은 공기 분자가 표면에 충돌하며 생기고, 물체 주변의 압력 차이가 공기와 고체 표면을 밀어 속도와 방향을 바꿈
  • 받음각이 커지면 양력이 늘어나지만, 임계각을 넘으면 경계층이 분리되어 실속으로 양력이 줄어듦
  • 점성, 경계층, 난류, 두께와 비대칭 형상은 양력과 항력을 함께 바꾸므로, 실제 날개 설계는 필요한 양력을 만들면서 항력을 줄이는 압력·속도 분포를 찾는 문제임

비행을 만드는 날개 단면

  • 인간은 오래전부터 새처럼 하늘을 나는 꿈을 품었고, 현대에는 항공 운송이 당연해졌지만 비행의 물리는 여전히 직관적이지 않을 수 있음
  • 비행기가 나는 원리는 항공기 날개 주변의 공기 흐름이 만드는 힘으로 이해할 수 있음
  • 날개의 단면 형상이 에어포일이며, 이 형상과 방향이 비행기가 공중에 머무는 데 중요한 역할을 함
  • 설명은 공기 흐름 시각화에서 시작해 분자 수준의 속도와 압력, 에어포일 주변 흐름, 점성, 경계층, 다양한 에어포일 형상으로 이어짐

흐름을 보는 방법

  • 공기는 투명해 직접 움직임을 보기 어렵기 때문에, 바람이 풀잎·낙엽·먼지·연기 같은 물체에 미치는 효과로 흐름을 추적함
  • 화살표는 고정된 위치에서 공기 흐름의 방향과 속도를 나타냄
    • 화살표가 길수록 그 위치의 흐름이 빠름
    • 모든 지점에는 자기 속도가 있으며, 전체 흐름은 속도장(vector field)으로 볼 수 있음
  • 마커는 매우 작고 가벼운 물체처럼 흐름을 따라 움직이며, 공기 덩어리가 실제로 이동한 경로를 보여줌
    • 마커의 궤적은 해당 공기 덩어리가 어디서 왔는지 보여주는 시간적 흔적이 됨
  • 색상 기반 시각화는 방향 대신 속도 크기를 밝기로 표시함
    • 더 빠른 흐름은 더 밝은 색으로 나타남
    • 방향 정보가 필요할 때는 화살표를 겹쳐 볼 수 있음
  • 이후 흐름은 2차원으로 다루며, 글에서 설명하는 공기 흐름에는 평면 그림만으로도 충분함
  • 시간에 따라 성질이 변하지 않는 흐름은 정상 흐름이며, 화살표가 고정되어 보여도 공기 덩어리의 위치는 계속 바뀜

공기 속도와 상대 속도

  • 작은 80나노미터 크기의 정육면체 안에도 1만 2천 개가 넘는 공기 입자가 움직이며, 실제 공기는 훨씬 많은 입자로 구성됨
  • 정지한 공기에서도 입자들은 무작위 방향으로 빠르게 움직임
    • 실온에서 공기 입자의 평균 속도는 약 1030mph, 즉 1650km/h
    • 각 입자는 초당 약 100억 번 충돌함
  • 공기 흐름의 속도는 개별 분자 속도가 아니라, 특정 영역 안 입자들의 평균 속도임
    • 정지한 공기에서는 입자들의 무작위 운동이 평균적으로 0에 가까움
    • 바람이 불면 많은 입자의 평균 운동에서 질서 있는 방향성이 드러남
  • 자동차나 비행기처럼 물체가 움직이면, 물체 기준에서는 정지한 공기도 반대 방향으로 흐르는 바람이 됨
    • 창밖으로 손을 내밀었을 때 느끼는 바람은 물체에 대한 공기의 상대 운동임
    • 일반적인 바람과 움직이는 물체가 경험하는 바람은 모두 공기와 물체 사이의 상대 운동임
  • 비행기 기준에서는 공기가 날개 쪽으로 흘러오며, 비행기가 떨어지지 않으려면 중력을 상쇄하는 위쪽 힘이 필요함
    • 자동차는 지면 반작용이 중력을 상쇄함
    • 비행기는 날개가 만드는 양력이 중력을 상쇄함

압력은 어떻게 힘을 만드는가

  • 압력은 공기 입자들이 표면과 충돌하며 만드는 힘의 집합적 효과임
    • 입자 하나의 충돌은 매우 작지만, 엄청난 수의 충돌이 평균화되어 표면에 균일한 힘처럼 작용함
    • 압력의 크기는 단위 면적당 충돌의 강도에 의존함
  • 같은 크기의 압력이 물체 모든 방향에 균형 있게 작용하면 물체는 움직이지 않음
    • 한쪽 압력이 더 크면 힘이 불균형해져 물체가 반대쪽으로 밀림
    • 물체에 작용하는 순힘은 절대 압력보다 공간적 압력 차이에 의해 결정됨
  • 압력 차이는 고체뿐 아니라 공기 자체도 움직임
    • 입자는 평균적으로 고압 영역에서 저압 영역으로 이동함
    • 자유롭게 놓인 압력 차이는 시간이 지나면 빠르게 사라짐
  • 압력은 입자 수가 많아져도 증가하고, 평균 입자 속도가 빨라져도 커짐
    • 온도가 올라가 입자가 빨라지면 충돌이 더 강해지고 압력도 커짐
  • 실제 압력은 음수가 될 수 없음
    • 입자 충돌이 없는 상태가 가능한 최저 압력인 0임
    • 여기서 쓰는 “음압”은 정압보다 낮은 압력이라는 뜻의 편의적 표현임

압력장과 에어포일 주변 흐름

  • 압력 분포는 색과 등고선으로 나타낼 수 있음
    • 빨간색은 정압보다 높은 압력, 파란색은 정압보다 낮은 압력으로 표현됨
    • 등고선이 가까울수록 압력이 더 빠르게 변함
  • 압력 변화의 방향과 빠르기는 기울기(gradient) 로 볼 수 있으며, 이 압력 기울기가 공기 덩어리의 속도와 방향을 바꿈
    • 압력 “언덕”을 오르는 공기는 느려짐
    • 압력 “내리막”을 따라가는 공기는 빨라짐
  • 임의로 만든 압력장은 물리적으로 맞지 않을 수 있음
    • 마커 경로가 서로 교차하거나, 공기가 에어포일 내부를 통과하는 결과가 생길 수 있음
    • 정상 흐름에서는 같은 위치의 공기가 동시에 두 속도를 가질 수 없으므로 마커 경로가 교차하면 비현실적임
  • 실제 흐름에서는 공기 흐름, 압력장, 물체 형상이 서로 연결됨
    • 주어진 유입 속도와 물체 형상에서 압력장은 임의로 배치되지 않고 흐름과 함께 형성됨
    • 에어포일 주변의 실제 압력장은 공기가 물체를 통과하지 않고 표면을 따라 돌아가게 만듦

정체압과 에어포일 앞뒤의 압력 균형

  • 에어포일 앞쪽의 공기는 물체를 통과할 수 없기 때문에 앞부분에서 양압이 형성되고, 이 압력이 유입 공기를 늦추며 방향을 바꿈
  • 유입 속도가 빠를수록 공기를 멈추고 돌리기 위한 압력이 커져야 함
    • 특정 속도의 공기를 멈추는 데 필요한 압력은 정체압임
    • 정체압은 속도의 제곱에 비례하므로 속도가 2배면 필요한 압력은 4배가 됨
  • 에어포일 위아래에는 음압 영역이 형성되어 공기가 표면을 따라 흐르도록 도움
    • 음압이 너무 작으면 흐름이 올바르게 붙지 않음
    • 너무 낮으면 공기가 다시 물체 쪽으로 끌려 비현실적인 흐름이 됨
  • 뒤쪽에는 공기가 위아래 표면을 지나 같은 영역으로 모이며 일부 양압이 형성됨
    • 이 압력은 공기 덩어리들이 뒤쪽에서 서로 부딪히는 흐름을 줄이는 데 관여함
  • 이러한 균형은 Navier–Stokes equations로 수학적으로 정식화할 수 있음
    • 방정식은 액체와 기체 같은 fluids의 운동을 압력·중력 같은 힘과 함께 다룸
    • 해석적으로 풀기 어렵지만, 다양한 복잡도의 컴퓨터 시뮬레이션으로 유체 행동에 대한 통찰을 얻을 수 있음
  • 글의 시뮬레이션은 단순화된 모델이며, 실제 비행 가능한 비행기를 설계하는 근거로 쓰기에는 부족함

양력, 항력, 받음각

  • 에어포일 표면의 압력 힘을 모두 합치면 물체에 작용하는 순힘이 됨
    • 흐름에 수직인 성분은 양력
    • 흐름 방향 성분은 압력 항력 또는 form drag
  • 대칭 에어포일이 0° 받음각에 놓이면 위아래 압력 힘이 평균적으로 균형을 이루어 지속적인 양력을 만들지 않음
  • 에어포일을 기울이면 흐름이 보는 형상이 비대칭이 되고, 속도장과 압력장이 새 비대칭 분포로 바뀜
    • 위로 기울인 대칭 에어포일은 위쪽 양력을 만듦
    • 아래로 기울이면 아래쪽 힘이 생김
  • 받음각(angle of attack) 은 물체의 기준선과 유입 흐름 방향 사이의 각도임
    • 받음각이 커질수록 양력도 증가함
    • 대칭 에어포일에서는 양의 받음각과 음의 받음각 결과가 거울상처럼 대응함
  • 받음각을 계속 키워도 양력이 끝없이 증가하지는 않음
    • 일정 지점에서 양력이 정체됨
    • 임계 받음각을 넘으면 실속(stall) 이 발생해 양력이 감소함

점성과 흐름 분리

  • 점성은 유체의 운동량이 퍼지는 속도를 제어함
    • 고점도 유체에서는 서로 다른 속도의 층이 빠르게 섞여 평균화됨
    • 저점도 유체에서는 속도 차이가 오래 유지되고 파동·불안정성이 커질 수 있음
  • 고체 표면 가까운 흐름도 점성의 영향을 받음
    • 표면 바로 옆 유체는 움직이지 않는 것처럼 붙어 있음
    • 이 no-slip condition은 일상적인 대부분의 유체 흐름에서 성립함
  • 표면에 붙은 느린 흐름과 바깥의 빠른 흐름 사이가 섞이면서 경계층(boundary layer) 이 생김
    • 경계층은 표면에서 속도 0으로 시작해 바깥 흐름 속도에 가까워지는 영역임
    • 보통 바깥 흐름 속도의 99%에 도달하는 지점을 경계층 끝으로 잡을 수 있음
  • 경계층 안 속도 기울기는 피부 마찰 항력을 만듦
    • 표면 근처 속도 프로파일이 더 가파를수록 피부 마찰 항력이 커짐
    • 많은 공기역학적 형상에서 일반 조건의 총항력 주요 성분은 피부 마찰 항력임
  • 압력 기울기는 경계층이 표면에 붙어 있을지, 떨어져 나갈지를 바꿈
    • 흐름 방향으로 압력이 낮아지는 유리한 압력 기울기는 공기를 가속해 경계층 성장을 억제함
    • 흐름 방향으로 압력이 높아지는 불리한 압력 기울기는 느린 경계층 흐름을 되돌릴 수 있음
    • 경계층 흐름이 되돌아가면 표면에서 분리되어 흐름 분리가 발생함

난류 경계층과 실속

  • 높은 속도, 긴 거리, 높은 Reynolds 수에서는 경계층이 층류에서 난류로 전이될 수 있음
  • 난류 경계층은 혼합이 강해 층류 경계층보다 두껍고 더 빠르게 성장함
    • 표면 가까이에 빠른 바깥 흐름을 끌어와 불리한 압력 기울기에 더 잘 버팀
    • 대신 피부 마찰 항력은 층류보다 큼
  • 골프공의 딤플은 경계층을 난류화해 분리를 늦추는 예임
    • 분리 지연이 압력 항력을 줄임
    • 줄어든 압력 항력이 늘어난 피부 마찰 항력을 상쇄해 매끈한 공보다 더 멀리 날아감
  • 에어포일에서도 난류 경계층은 흐름 분리를 늦춰 높은 받음각에서 실속을 지연시킬 수 있음
    • 정상 순항 조건에서는 증가한 피부 마찰이 중요한 단점이 됨
  • 실속은 높은 받음각에서 위쪽 표면 경계층이 크게 분리될 때 나타남
    • 위쪽 압력장이 불안정해짐
    • 소용돌이와 떨어져 나가는 와류가 생김
    • 복잡한 분리 흐름이 압력장을 바꿔 양력을 감소시킴

Reynolds 수와 유체별 점성

  • 흐름 행동은 점성 μ뿐 아니라 속도 u, 밀도 ρ, 물체나 용기 크기 L에도 의존함
  • Reynolds number는 Re = ρ · u · L / μ로 정의됨
    • 같은 Reynolds 수를 가진 흐름은 비슷한 행동을 보임
    • 장애물 크기 L을 2배로 키우고 흐름 속도 u를 절반으로 줄이면 Reynolds 수는 변하지 않음
  • Reynolds 수가 커질수록 난류가 발생할 가능성이 높아짐
    • 속도를 높이면 Reynolds 수가 증가함
    • 점성을 낮추면 Reynolds 수가 증가함
  • 20°C에서의 점성 값은 유체마다 크게 다름
    • 꿀: 약 10000 mPa·s
    • 올리브유: 약 100 mPa·s
    • 물: 1.0 mPa·s
    • 공기: 0.018 mPa·s
  • 공기의 점성은 물보다 약 50배 낮지만, 낮은 점성도 흐름과 고체 벽의 상호작용에는 영향을 미침

에어포일 형상 변화

  • 작은 받음각에서는 평평한 판도 양력을 만들 수 있음
    • 에어포일 모양은 양력 생성의 필수 조건이 아님
    • 양력은 흐름이 만들고 유지하는 압력 분포의 결과임
  • 잘 설계된 에어포일은 단순한 형상보다 더 많은 양력을 만들거나 더 낮은 항력을 낼 수 있음
  • 대칭 에어포일은 0° 받음각에서 지속 양력을 만들지 않지만, 위쪽과 아래쪽 형상을 다르게 만들면 0°에서도 양력이 생김
    • 비대칭 형상은 비대칭 압력 분포를 만듦
    • 일반 항공기는 대체로 비대칭 에어포일을 사용함
    • 곡예비행기처럼 뒤집힌 비행이 필요한 경우 대칭 에어포일이 쓰이기도 함
  • laminar flow airfoil은 음압의 최저점을 더 뒤쪽으로 옮기도록 형상화될 수 있음
    • 앞쪽에서 최저 압력점까지 유리한 압력 기울기가 더 길게 이어짐
    • 원리상 경계층을 층류로 유지해 피부 마찰을 낮추는 데 도움이 됨
  • 둥근 앞전과 날카로운 뒷전은 여러 에어포일에서 반복되는 특징임
    • 둥근 앞전은 다양한 받음각에서 공기가 앞쪽을 부드럽게 돌아가게 도움
    • 날카로운 뒷전은 흐름 분리를 피하고 압력 항력을 줄이는 데 도움

고속 흐름과 실제 날개

  • 에어포일 위쪽 흐름은 유입 흐름보다 빨라질 수 있음
    • 같은 줄에서 시작한 마커들이 에어포일 위쪽에서 더 앞서 나가는 모습으로 확인할 수 있음
    • 받음각이 클수록 이 효과가 더 뚜렷함
  • 여객기는 음속보다 빠르게 비행하지 않지만, 날개 위쪽에서 가속된 흐름은 음속을 넘을 수 있음
    • 이때 충격파가 생겨 항력을 만들 수 있음
    • 현대 여객기는 이 충격파 항력을 줄이기 위해 supercritical airfoils를 사용함
  • 초음속 항공기에는 supersonic airfoils가 쓰임
    • 초음속 에어포일은 얇고 앞전이 둥글지 않고 날카로움
    • 초음속 흐름에서는 밀도와 온도 변화가 흐름 행동의 중요한 요소가 됨
  • 오늘날 많은 에어포일은 특정 항공기에 맞춰 설계됨
    • 날개 길이 방향으로 단면 형상이 달라질 수 있음
    • 실제 항공기는 3차원 물체이며 wing configuration도 양력과 항력에 큰 영향을 줌
  • 최종적인 모든 힘은 공기 흐름과 물체 형상의 상호작용에서 나옴

더 읽고 볼 자료

함께 보면 좋은 글 β

GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 항공기 설계에 쓰인 많은 익형이 1920~1930년대 NACA에서 나왔다는 점이 꽤 흥미로움 https://en.wikipedia.org/wiki/NACA_airfoil
    현대 컴퓨터 소프트웨어가 있으면 더 나은 익형을 설계할 수 있을 것 같지만, 그 형상들은 이미 수학과 실험으로 상당히 최적화된 듯함
    그래서 지금 비행기를 설계하려면 필요한 속도, 기압 등에 맞춰 표에서 원하는 NACA 익형을 찾아 쓰면 된다는 식으로 보임

    • 꼭 그렇지는 않음. 현대 항공기는 훨씬 복잡하고, 우선 대부분 초임계 익형을 쓰는데 이는 1960~1970년대에 나온 것임
      또 날개 뿌리 쪽 익형과 날개 끝 익형이 보통 다르고, 최신 복합재 날개는 비행 중 적응적으로 변형되어 효율을 높이도록 형상이 조금씩 바뀜
    • NACA 익형은 검증된 표준 설계의 번호 목록이라기보다, 익형 같은 형상을 만들고 매개변수로 설명하기 위한 유용한 수학적 곡선 공식에 가까움
      NACA는 일부 매개변수 조합에 대해 풍동 실험 성능 수치를 발표했는데, 이는 유용한 연구 결과였지 “이 값들이 좋은 값이니 이것만 써라”는 선언은 아니었음
      모든 위성이 1950년대 NASA/NORAD가 만든 TLE 궤도를 따른다고 말하는 것과 비슷함. 실제로는 특정 타원을 설명하는 궤도 요소를 적는 표준 형식일 뿐, “검증된 좋은 궤도” 목록이 아님
    • 실험 항공기 설계에서는 더 “나은” 익형도 쓰임. 예를 들어 Mark Drela는 MIT의 인간 동력 장거리 비행기 Project Daedalus 날개 설계를 위해 xfoil을 만들고 사용했음
      형제 댓글처럼 성능 특성을 몇 퍼센트라도 더 끌어내야 하는 경우에 해당함. 지금도 xfoil을 돌릴 수 있고, 꽤 매력적인 구식 Fortran 프로그램임
    • NACA와 다른 공개 익형들[1]은 취미나 RC 쪽에는 보통 좋은 출발점임 http://airfoiltools.com
      다만 마지막 5% 성능까지 짜내야 하는 회사나 기관이라면, 이런 익형 중 하나에서 시작해 비행 영역과 임무 프로필에 맞게 최적화할 것임
      둥근 형상을 초음속에 최적화된 익형으로 바꿔 가는 영상도 있음 https://www.youtube.com/watch?v=FHYTBguMfWc
    • 글라이더에서는 1970년쯤 첫 유리섬유 복합재 글라이더가 나오면서 NACA 익형을 거의 버렸음
      주로 독일 교수 Wortmann(FX), Quabeck(HQ), Boermans(DU)의 익형을 씀. 다만 풍력 터빈에서는 NACA 익형이 아직 쓰임

  • 지금까지 본 것 중 손꼽히게 잘 설계된 UX임. 배치가 매우 좋고 탐색이 단순하며, 단위 변환 같은 UI 요소도 필요할 때 인라인으로 제공됨
    콘텐츠 자체도 훌륭해서 참고하려고 메모 중임

  • 오리 사냥을 하며 자라서, 오리가 물에 착륙하려고 감속할 때 날개를 어떻게 쓰고 속도별로 형상이 어떻게 달라지는지 꽤 체감적으로 배웠음
    보트와 수영도 하며 자라서 노 젓기, 카누를 곧게 진행시키기, 보트 모터 트림으로 활주 상태에 올리는 감각도 비슷하게 이해하고 있음
    그래서 이런 글은 공기와 유체역학이 섞인 직관으로 이미 보이는 부분이 많아 오히려 어렵게 느껴짐. 고정 익형은 오리가 할 수 있는 일을 보면 지루할 정도임
    https://www.youtube.com/watch?v=-3CVZYY8xS4
    거창한 물리 이야기를 빼면 이 오리는 말 그대로 날개로 공기를 젓고 있음. 수영할 때 물에 떠 있으려고 쓰는 생리 구조와 같아 보임

    • “오리가 날개로 공기를 젓는다”는 표현은 크게 보면 맞지만, 흥미로운 부분을 너무 많이 단순화한 느낌임
      카누에서 노 젓는 것처럼 단순하지 않음. 왜 오리 날개는 하필 그런 모양이고, 왜 그런 방식으로 움직일까?
      초파리 날개가 퍼덕이면서 공기에서 에너지를 다시 회수한다는 분석이 떠오름 https://www.nature.com/articles/s41598-021-86359-z
      오리도 비슷한 일을 하는지는 모르겠지만, 수백만 년의 진화 덕분에 이런 동물들이 쉬워 보이게 만드는 것임
    • 고정 익형 물리는 매우 높은 속도에서 정말 중요해짐
    • 직관이 있다는 것과, 그것을 모델링할 수 있을 정도로 이해한다는 것 사이에는 큰 차이가 있음

  • 모형비행기에서 충분히 잘 동작하고 NACA 계열 익형보다 만들기 쉬운 평평한 편의 익형 예로는 KFm 익형 계열이 있음
    https://en.wikipedia.org/wiki/Kline%E2%80%93Fogleman_airfoil
    폼보드로 모형비행기를 만들 때 매우 유용함

    • 이상함. 후퇴익이나 델타익 종이비행기에서는 위쪽 표면을 매끈하게 해서 흐름 부착을 유도하고, 단차는 아래쪽에 둬서 디칼라주를 만드는 게 좋다고 알고 있었음
      즉 단차 앞쪽 영역이 카나드 같은 면처럼 작용한다는 뜻임. 이 익형은 꼬리날개가 있는 항공기에는 맞지만 무미익에는 안 맞는 걸까?
      수정: KF의 종이비행기 책을 훑어보니 실제로 종이비행기에는 아래쪽에 단차가 있는 변형을 쓰고 있었음
      오히려 더 놀랍게도, 델타익에 반사 캠버를 줘서 무미익 비행기에 안정성을 주는 아이디어를 어떻게 특허로 냈는지 모르겠음. 사람이 타는 초기 글라이더 때부터 알려져 있었고, 종이비행기를 많이 접는 사람이라면 암묵적으로 발견했을 법한 것임. 책을 더 자세히 읽어봐야겠음

  • 이런. 예전에 이 사람의 기계식 시계 글을 우연히 봤는데, 전혀 관심 없던 주제였는데도 그날 남은 시간을 시계 공부에 다 써버렸음

  • 비행기가 어떻게 나는지 설명하는 모든 발표가 실제 평평한 판에서 시작했으면 좋겠음. 단면이 평평한 날개 말임
    날개의 익형 형상이 사람들의 이해를 방해하는 산만한 요소라고 봄. 달리는 차 창밖으로 평평한 물체를 내밀어 본 사람은 양력을 얻는 데 화려한 형상이 필요 없다는 걸 알고 있음
    많은 사람이 익형 모양 때문에 비행기가 난다고 생각하는데, 흔히 날개 위쪽 공기가 아래쪽보다 더 긴 길을 가야 해서 베르누이 법칙으로 압력 차가 생기고 그게 비행기를 띄운다고 여김. 하지만 비행기가 뒤집혀서도 날 수 있다는 점에서 거의 틀린 설명임
    글은 대충 훑었고 애니메이션은 아름답지만, 무슨 일이 일어나는지 이해하는 핵심이 빠져 보임
    내가 보고 싶은 건 날개를 훨씬 멀리서 크게 보고, 날개 뒤쪽 공기에 무슨 일이 일어나는지 보여주는 설명임
    실제로 비행기는 앞으로 날아가며 큰 질량의 공기를 아래로 돌려 보내고, 공기를 밀어내며 떠 있음
    일부 공기는 날개 아래쪽이 돌려 보내지만, 양력의 더 큰 부분은 날개 위와 뒤쪽의 더 큰 공기 덩어리에서 생김. 정지한 공기 덩어리 관점에서 보면 그 공기가 날개 뒤로 빨려 내려간다고 볼 수 있음
    익형의 주된 역할은 가능한 넓은 받음각과 속도 범위에서 그 뒤쪽 공기 덩어리가 익형에 붙어 있게 하는 것임. 평판은 이 일을 매우 못함

    • 동의함. 친구들에게도 이런 식으로 설명하려고 함. 익형은 도움이 되지만, 결국 핵심은 날개가 공기를 아래로 미는 것이고 그래서 비행기가 뒤집혀서도 날 수 있음
      참고로 항공우주공학 학위가 있고 xFoil도 써봤고 유체 시뮬레이션도 많이 해봤음
    • 가장 직관적이고 실용적인 심상은 날개 위에 있는 저압 거품 두 개가 흡입력으로 날개를 들어 올린다고 상상하는 것임
      특정 조건에서는 응결로 그 모습을 실제로 볼 수 있음. 받음각을 키우면 거품이 더 커지고 강해지다가, 각도가 너무 커지면 거품이 “떨어져 나가며” 날개가 실속함
    • 익형 모양이 어떻게 양력을 만들 수 있는지 처음으로 명확하게 이해하게 해준 설명이 있었음
      전형적인 날개 단면에서는 위쪽 공기가 더 긴 거리를 가야 하므로 아래쪽보다 빠르게 움직이고, 또한 날개를 떠날 때 아래로 움직임
      이 아래로 움직이는 더 빠른 공기 흐름이 아래쪽의 더 느린 흐름과 만나면 공기 덩어리가 아래로 밀려남. 말한 것처럼 비행기를 들어 올리는 데 필요한 일이 바로 그것임
      글에서도 대칭 익형의 기울기만 바꿔 양력을 만들 수 있다고 하고, 비대칭 익형은 기울기 없이도 더 낮은 항력으로 양력을 만들 수 있다고 설명함
      곡예비행기가 대칭 단면을 쓰는 이유도 뒤집혀서도 쉽게 날아야 하기 때문이라고 설명함
    • 그 설명은 완전히 틀렸음. “공기가 더 긴 길을 가야 한다”는 부분은 어린이용 단순화 설명을 공격하는 것에 가깝다고 봄
    • 에어컨 바람 방향을 조절하는 그릴과 더 비슷하다는 뜻으로 들림. 다만 표면이 하나뿐이면 받음각이 너무 커지는 문제가 생김
      다음에 차를 탈 때 안전하게 손을 내밀어 손의 실속각을 확인해봐야겠음

  • 이 글을 포함해 거의 모든 자료가 날개 단면 형상을 과하게 강조한다는 데 동의함. 두께보다 길이가 긴 어떤 형상이든 적절한 받음각에서는 양력을 제공함
    이 글에도 헛간 문 같은 모델이 나오긴 하지만 꽤 뒤쪽에 있음
    형상은 주로 효율과 유효 받음각 범위를 늘리는 문제이고, 그다음이 더 세부적인 차이임

    • 글은 평평한 판이 어떻게 양력을 만들 수 있는지 보여줌. 다만 거기서 시작하지 않고, 익숙한 익형에서 시작해 양력을 만드는 평판까지 분해한 뒤, 다시 단순한 평판도 양력을 만들 수 있는데 왜 익형 형상을 쓰는지 보여주는 방식임

  • 세세한 반박들과 별개로, 이 글은 최근 몇 년간 본 주제 설명 중 가장 놀라운 축에 듦. 아름답게 전달되고, 인터랙티브하기까지 함

  • 첫 번째 큐브 슬라이더가 조절하는 “한 가지 속성”이 무엇인지 왜 말하지 않는지 궁금함. 점성인지, 공기 속도인지?

    • 둘 다 어느 정도 맞음. 점성을 바꿔도, 공기 속도를 바꿔도 그런 변화가 생길 수 있음
      뒤에서 더 설명하지만, 실제로 바꾸는 것은 레이놀즈 수임. 속도, 유체 밀도, 점성, 길이로 계산되는 값임
      레이놀즈 수의 멋진 점은 예를 들어 공기 속도가 달라도 레이놀즈 수가 같으면 이론적으로 동일한 공기 흐름 특성이 나온다는 것임
    • 의도적인 선택으로 보임. Bartosz의 글들은 단순한 기본 원리에서 쌓아 올리는 방식이고, 특정 기술 용어를 피하는 것은 배경이 다른 독자들을 겁주지 않고 끌어들이는 좋은 방법임
      실제로 점성이라는 단어는 전체의 대략 4분의 3쯤 지나서 처음 나옴
    • “this substance”라고 해서 처음에는 바로 앞 문장에서 언급된 큐브를 가리키는 줄 알았음. 아마 유체를 뜻하는 것 같음

  • 꽤 인상적임. 전체를 어떻게 만들었는지 궁금해서 이미지 소스를 봤는데, 대부분은 그래픽을 JS로 그리는 1만 줄짜리 JS 파일 하나에 있고, 이해하기 어려운 WebGL도 꽤 있음
    코드에는 이런 식의 곡선 좌표가 들어 있음
    function draw_car(ctx, rot) { ... ctx.bezierCurveTo(...) ... }
    작업 흐름이 궁금함. 저 곡선들을 전부 손으로 프로그래밍했을 리는 없을 것 같음

    • 무엇을 보고 있는지 모르겠지만 https://ciechanow.ski/js/airfoil.js가 그래픽/시각화를 담은 JS이고, 완전히 읽을 수 있게 되어 있음
      다만 2D 부분은 아마 생성된 코드일 가능성이 큼
    • 공개로 볼 수는 없는 것 같지만, Patreon에 제작 과정 글이 있음 https://www.patreon.com/posts/on-airfoil-99289324
    • 작은 참고로, 저 코드는 코드의 다른 부분을 본 게 아니라면 WebGL보다는 Context2D처럼 보임
답변달기