초음속 항공기 이해하기

이강희 , 유재림 지음

비행연구원 2024년 07월 10일 출간

작품소개

책소개

2022년 7월 19일 KAI KF-21 전투기의 초도비행에 성공했다. 이로써 첨단(4.5세대) 초음속 전투기를 자체 개발한 국가가 되었다. 이 전투기의 예상 최대속도는 대략 마하 1.81로 시속 2,200km이다. 일반의 상상을 뛰어넘는 소리의 속도(340m/s)보다 1.81배가 더 빠르다는 것을 의미한다. 초음속 영역에서 항공역학은 아음속과는 전혀 다른 현상이 나타난다. 초음속 공기흐름에서 발생하는 대표적인 현상은 충격파다. 충격파는 엄청난 항력 요인이고, 동시에 폭음을 동반한다. 초음속 항공기 날개는 다이아몬드처럼 앞뒤가 뾰쪽하고 매우 얇다. 이 유형의 에어포일은 양력 발생에는 지극히 불리하지만, 음속을 돌파하기 위한 최적의 설계이다.

항공산업은 전기 항공기에서 초음속 항공기까지 하늘길의 물류 영역은 더 다양해지고 선택의 폭은 더 넓어졌다. eVTOL 항공기가 허브 공항을 중심으로 새로운 교통망을 형성할 것으로 예상하지만, 지구촌을 여행을 위한 더 빠르고 안락한 항공 여행을 위한 기술 개발 역시 계속되고 있다. 제트엔진을 대체할만한 동력장치는 금세기에는 없을 것으로 본다면 제트엔진을 기반으로 한 초음속 항공역학은 미래 항공산업을 주도할 기초 항공지식이다.

이 책은 앞서 발행된 “가스터빈엔진(제트엔진)에 도전하다”, “여객기 전투기 터보팬 엔진”에 이어 제트엔진의 최종 지식인 “초음속 항공기 이해하기”을 집중적으로 다루었다. 초음속 항공기의 공기역학을 이해하기 쉽게 설명하였고, 아울러 210개의 그림과 함께 설명함으로써 이해를 돕고 있다. 초음속 시대에 예비 항공인이 참고할 수 있는 서적이 많지 않다. 전체적인 내용을 이해한 후 세부 항목을 다룬다면 충분한 학습 효과를 달성할 것이다. 콩코드와 같은 이전에 개발된 모델에 적용된 주요 기술을 알아보는 것도 미래 등장하게 될 초음속 여객기를 이해하는 기초가 될 것이다. 초음속 항공기를 설계 제작하는 설계자와 조종사 및 정비사는 물론이고 예비 항공기까지 초음속 항공역학에 대한 기초 지식을 쌓는 데 도움이 될 것으로 기대한다.

목차

제1장 대기와 비행
1.1 개요
1.2 대기
1.2.1 대기의 구조
1.2.2 표준대기
1.2.3 동적 공기역학
1.2.4 공기의 성질
1.2.5 경계층
1.3 고속비행
1.3.1 제트엔진과 고속비행
1.3.2 공기 압축성
1.3.3 고도와 속도의 관계
1.3.4 VMO/MMO
1.3.5 코핀 코너: 마하수 대비 대기속도
1.3.6 교차 고도
1.3.7 마하 버핏
1.4 고고도 비행
1.4.1 고고도 비행 이점
1.4.2 제트엔진과 고고도 비행
1.4.3 상승한도(실링)
1.4.4 최적 순항고도
1.4.5 최대 운용 고도

제2장 초음속 공기역학
2.1 개요
2.2 초음속
2.2.1 초음속 시대
2.2.2 음속장벽
2.2.3 음속
2.2.4 음속의 특성
2.2.5 천음속 흐름 패턴
2.2.6 초음속 흐름 패턴
2.2.7 초음속 흐름의 양력분포
2.3 조파항력
2.3.1 조파항력 발달
2.3.2 면적법칙
2.3.3 초음속과 마하콘
2.3.4 충격파 방지체
2.3.5 마하턱
2.3.6 항력발산 마하수

제3장 초음속 흡입구
3.1 개요
3.2 흡입구 기본 설계
3.2.1 아음속 흡입구
3.2.2 초음속 흡입구
3.2.3 흡입구 효율
3.3 초음속 흡입구
3.3.1 흡입구 설계 요건
3.3.2 인렛 충격파 활용
3.3.3 초음속 흡입구와 충격파
3.3.4 초음속 흡입구의 최적 설계조건
3.4 초음속 흡입구 발달
3.4.1 흡입구와 기계적 복잡성
3.4.2 분리 흡입구 덕트
3.4.3 초음속 흡입구 분류
3.4.4 피토 흡입구
3.4.5 원뿔형 흡입구
3.4.6 램프형 흡입구(가변 기하 덕트)
3.5 초음속 인렛 사례
3.5.1 F-16 전투기
3.5.2 SR-71(다중원뿔 경사충격파 흡입구)
3.5.3 F-22(내부 슬롯과 슬랫에 의한 공기흐름 제어)
3.5.4 경계층 제어
3.5.5 F-35(무변환기 초음속 흡입구)

제4장 고속 및 초음속 에어포일
4.1 개요
4.2 공기역학적 효과
4.2.1 초음속 에어포일 형상
4.2.2 속도에 따른 영향
4.2.3 충격파 각도와 날개
4.2.4 날씬비
4.2.5 초음속 에어포일 단면
4.2.6 두께비
4.2.7 가로세로비와 임계 마하수
4.3 후퇴익
4.3.1 설계 개념
4.3.2 후퇴익의 효과
4.3.3 후퇴각의 선택
4.3.4 후퇴익과 항력계수
4.3.5 장점
4.3.6 단점
4.3.7 후퇴익과 측방흐름
4.3.8 가변 후퇴익 날개
4.4 날개끝 마하콘
4.4.1 날개끝 공기역학
4.4.2 압력분포
4.5 꼬리날개 조종면
4.5.1 초음속 조종면
4.5.2 전가동 꼬리날개 조종면(스태빌레이터)
4.5.3 엘리본 또는 테일러론

제5장 소닉 붐
5.1 개요
5.2 음속폭음
5.2.1 음속폭음의 특징
5.2.2 고속비행과 음속폭음
5.2.3 음속폭음 형태
5.2.4 음속폭음의 잠재적 피해
5.2.5 음속폭음 영향 요소
5.2.6 회피기동
5.2.7 요약

제6장 초음속 항공기 소개
6.1 개요
6.2 초음속 실험 항공기
6.2.1 Bell X-1
6.2.2 X-15(North American X-15)
6.3 초음속 전투 항공기
6.3.1 Convair XF-92
6.3.2 F-86(North American F-86 Sabre)
6.3.3 MiG-21(Mikoyan-Gurevich MiG-21)
6.3.4 SR-71(Lockheed SR-71 Blackbird)
6.3.5 F-100(North American F-100 Super Sabre)
6.3.6 F-4(McDonnell Douglas F-4 Phantom)
6.3.7 F-14(Grumman F-14 Tomcat)
6.3.8 F-15(McDonnell Douglas F-15 Eagle)
6.3.9 F-16(F-16 fighting falcon)
6.3.10 Eurofighter Typhoon
6.3.11 J-20(Chengdu J-20)
6.3.12 F-22(Lockheed Martin/Boeing F-22 Raptor)
6.3.13 Su-57(Sukhoi Su-57)
6.3.14 F-35(Lockheed Martin F-35 Lightning II)
6.3.15 슈퍼크루즈(supercruise)
6.3.16 B-1(Rockwell B-1 Lancer)
6.4 민간 초음속 항공기
6.4.1 초음속 운송용 항공기 개발
6.4.2 콩코드
6.4.3 Tu-144
6.4.4 X-59 QueSST
[단원복습]
[부록] 초음속 항공기 목록
[참고문헌]

작가정보

저자(글) 이강희

[학력 및 경력] 청주대학교 영문과, 육군3사관학교, (학점제) 심리학, 장교영어반, (미)항공고등군사반 수료, 육군항공학교 헬리콥터 이론 및 비행교관, FAA 이론 및 비행교관(비행기), 비행연구원 설립 및 집필활동(1996~현재)
[주요저서] 운항학 개론, 계기비행, 계기절차 지침서, 항공우주용어사전, 제트엔진, 항공기 I, 항법개론, 조종실에서 글라스 칵핏까지, 항공상식, 항공교육, 항공기상, 항공정보지침서(AIM), 조종사 입문서, 헬리콥터 비행과 역학, 항공무선통신, 가스터빈엔진(제트엔진)에 도전하다, 비행착각, 드론기술 Q&A와 전문용어, VFR 항공도 범례집, IFR 항로도 범례집, 기타 문제집저자는 항공교육에 뜻을 두고 실무 비행경력을 바탕으로 실제와 이론에 관한 항공인의 지식 함양을 위해 계속 집필하고 있다. 현재까지 약 60여 권의 참고서와 문제집을 집필하여 항공지식의 이론적 토대를 마련하였다. 아울러 자격증명을 위한 시험문제집 집필로 제도권에서 공정한 학습권과 경쟁을 위해 체계화했다.

저자(글) 유재림

[학력 및 경력]
공군사관학교, 경희대학교, 충북대학교 대학원에서 안전공학 및 방재공학(재난관리) 전공. 청주대학교 항공운항학과 교수, 공군 비행교관 및 민항기 기장, 공군항공안전관리단 교육처장, 공군대학 비행안전관리 교관, 미공군 비행안전장교과정 수료, 미 SCSI(SOUTHERN CALIFORNIA SAFETY INSTITUTE)의 SMS(SAFETY MANAGEMENT SYSTEMS) 및 AAI(AIRCRAFT ACCIDENT INVESTIGATION) 과정 수료, 저서 및 역서 『비행착각』 『조종사의 책무』