항공지식/aerodynamics

STALL &COMPRESSOR STALL & SPIN

띠디기 2022. 6. 10. 20:39

STALL

STALL의 단계

  • STALL이란 항공기가 CRITICAL AOA를 넘을 때 항상 발생한다.
  • STALL 상황에서는 양력이 줄어들어 항공기가 지속적으로 수평비행을 유지하지 못한다.
  • STALL이 발생하면 airflow separation 때문에 양력이 감소되어 항공기가 실속에 빠지는 것.
  • STALL은 STALL SPEED에서 일어나는 것이 아니다. CRITICAL AOA 을 넘을 때 일어난다.
  • STALL SPEED란 항공기가 수평비행을 하기위한 CRITICAL AOA 받음각 이전의 최소 속도이다. 즉, STALL SPEED는 조건에 따라 달라지고 , 조건에 따라 임계받음각에 도달하게 되는 속도인 것이다.
  • STALL 에서의 프롭엔진과 터빈엔진은 차이가 있다. 차이는 다음과 같다.

1. 프롭엔진은 상당한 lift를 발생시킬 수 있다. high power setting을 통해 프로펠러 후류( dynamic pressure )로 인한 공기의 가속이 lift 를 제공한다.
2.터빈엔진은 power setting에 상관이 없다. 프롭엔진은 프롭이 기체 앞에 달려있어 후류가 날개 airfoil로 흐르지만 , 터빈엔진은 엔진이 날개 아래에 달려있어 영향을 끼치지 못한다. thrust와 power의 개념차이에 유의하자.
3. stall strip을 날개에 장착함으로써 stall이 wing root에서부터 wing tip으로 발생하게 만든다.

  • STALL 의 종류는 다음과 같다.

1. POWER ON STALL은 take off 상황에서 나타나는 실속 상황이다.
2. POWER OFF STALL은 approach 상황에서 나타나는 실속 상황이다.
3. CROSS CONTROL STALL은 base to final leg 에서 overshooting 하면서 나타나는 실속 상황이다. overshooting 상황에서는 skidding으로 인한 stall이 발생할 수 있다. skidding 상황에서의 stall은 더욱 위험하다 ( blanket effect 때문 )
4. ACELLERATED STALL은 선회중 깊은 bank angle에서 고도를 유지하려다 나타나는 실속 상황이다.
5. ELEVATOR TRIM STALL은 elevator trim이 pitch up 되어 있는 상황에 power를 넣으면서 나타날 수 있는 실속 상황이다.
6. SECONDORY STALL은 stall recovery가 제대로 이루어지지 않아 일어나는 2차 실속이다. Agressive한 회복조작으로 발생하는 스톨
7. DEEP STALL - t-tail항공기에서 발생 박리된 공기흐름이 T-tail에 작용하여 dead air에 들어가 elevator rudder가 충분한 공력을 형성하지 못함

  • STALL이 발생할 떄 warning는 다음과 같다.

1. buffet
2. wing rocking
3. nose drop
4. warning signal of AOA senser ( 설치시 )

  • STALL RECOVERY는 다음과 같다.

1.break AOA
2. full power
3. increase airspeed

  • 실속은 항상 ONLY CRITICAL AOA 받음각을 넘을 때 발생한다.
  • 실속 속도 ( indicated STALL SPEED )에 영향을 주는 요소는 다음과 같다.

1. load factor
2. weight
3. power
4. aircraft configuration
5. cg
6. bank

* AOA 과 air density는 실속속도 에 영향을 주지 않는다. 실속 속도와 실속은 다른 개념임을 유의하자.

  • 실속을 예방하는 방법은 다음과 같다.

1. wing twist -  wing twist는  날개뿌리의 받음각보다 날개 끝의 받음각을 작게하여 날개 뿌리가 먼저 실속에 빠지도록 고안한것이다. full stall을 예방한다.

2. slot - slot은 날개 아랫면의 high pressure air flow를 날개 윗면에 공급하여 airflow seperation을 지연시킨다.

3. voltex generator - voltex를 의도적으로 생성하여 boundary layer에 에너지를 공급하므로써 airflow seperation을 지연시킨다.

4. stall fence - wing fence라고도 하며 후퇴각이 큰 항공기에 설치되는 것으로 날개 윗면에 fence를 장착하여 전체날개가 한번에 full stall이 일어나는 걸 예방한다. 후퇴익에서는 spanwise airflow가 날개뿌리부터 시작하여 날개끝으로 흐르는데, spanwise airflow를 wing fence가 막아 aileron이 위치한 wingtip쪽의 airflow를 보호해준다. 후퇴익에서 spanwise airflow가 발생하는 이유는 leading edge의 받음각이 공기흐름을 날개 끝쪽으로 밀어내면서 발생된다.
즉, spanwise airflow를 방지하여 , 공기가 더 상대풍과 평행하게 흐르도록 한다.
* spanwise airflow는 후퇴익에서 나타나는 특성이며 , 점진적으로 커진다.
spanwise flow는 날개를 지나는 공기가 흐르는 시간을 길게 한다. 이 흐름은 wingtip 쪽으로 흐르므로 wingtip에서 스톨이 먼저 발생하게 되는것.

5. BLC - boundary layer control device를 이용하여 airflow seperation을 지연시킨다.

6. compressor bleed air - boundary layer에 에너지를 주입하므로써 공기분리를 지연시킨다.


TURBINE STALL

compressor blade

  • 터빈엔진의 compressor blade에 부분적으로 실속이 발생하는 것으로 compressor stall 이라고도 한다.
  • compressor에서 공기를 안쪽으로 보내지 못할 때도 발생한다.
  • 터빈엔진의 compressor 또한 airfoil의 형태이다.
  • compressor surge는 compressor blade가 모두 실속에 빠진 현상이다.
  • compressor stall ( turbine stall )의 원인은 다음과 같다.

1. 흡입속도가 낮을 때 - compressor로 들어오는 공기의 흡입속도가 적을수록 compressor blade의 받음각은 커지게 된다. 받음각이 커지면서 압축비는 증가하지만 일정 받음각 이상 증가되면 compressor stall이 발생한다.
2. 연료량이 너무 많을 때 - combustion chamber의 압력이 너무 높아 반대방향으로 공기가 흘러 실속이 발생한다.
3. 입축기 입구의 공기 온도가 높거나 , 와류현상이 있을 때 ( 다른항공기의 gas 나 다른항공기의 wake turbulence ) - compressor blade의 받음각이 커져 실속이 발생한다.
4. FOD( foreign object damage )
5. 고고도에서 저속으로 높은 받음각일 때
6. compressor blade의 AOA ( 받음각 ) 가 커질 때

  • compressor stall의 증상은 다음과 같다.

1. back fire
2. bang sound
3. strong vibration
4. loud roar

  • compressor stall recover는 다음과 같다.

1. EPR을 줄인다.
2. throttle을 줄인다.
3. 받음각을 줄인다
4. airspeed 를 증가시킨다

  • compressor stall 예방은 다음과 같다.

1. compressor bleed valve를 통해 예방한다. compressor bleed valve는 engine RPM의 갑작스러운 변화가 없도록, distress가 없도록 RPM을 조절한다.
2. compressor bleed valve 가 유량을 급격하게 변화되지 못하도록 방지하여 compressor stall을 방지한다 .
3. 1. 저속 회전 2. 갑작스러운 RPM 변화 시 압축된 bleed air를 공급하여 1. stall 방지 역류방지 ( 유량 증가 ) 2. RPM 조절


 

SPIN

  • SPIN이란 autorotation이라고도 하며 , vertical axis 축으로 회전하며 실속상태이기 때문에 추락하게 된다.
  • Cg를 중심으로 회전하며 고도를 상실하는 스톨형태
  • SPIN이 일어나는 기전은 다음과 같다.

1. STALL 발생
2. 부적절한 조작이나 항공기 비대칭 특성 ( 내려가는 prop blade가 더 많은 양력을 생산 ) 으로 인해 rolling이 발생
3. rolling 과 yawing이 같은 방향으로 발생
4. cockscrew path를 따라 spin 발생

  • SPIN은 BASE TO FINAL 시 OVERSHOOTING 할때 SKIDDING TURN에 많이 발생하므로 주의를 요한다. BLanket effect 때문
  • SPIN RECOVERY는 PARE 로써 다음과 같다.

P power idle
A aileron neutral
R rudder full opposite
E elevator full forward

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