음속과 항공기 특성
음속은 온도에 비례한다. 온도가 내려가면 음속도 내려간다. 해수면에서의 음속이 TAS 661kt 라면 FL 380에서는 TAS 574kt 이다.
항공기가 음속을 넘는 비행을 할때 여러 항공역학적인 특성이 나타난다.
마하 0.75-마하1.2(천음속)의 속도영역을 비행시 mach tuck이 발생한다.
발생기전은 항공기가 임계마하수(critical mach number)에 도달하게 되면 날개 위를 지나는 공기의 속도가 부분적으로 음속을 넘게 된다 - 이때 shock wave와 airflow separation이 발생한다. * buffet은 airflow seperation이 horizontal stabilizer에 일어날 때 나타난다 .
또한 임계마하수보다 10% 가 높은 속도에서 drag는 급격히 증가한다. ( drag divergence drag rise )
-이 shock wave 뒤로 흐르는 공기일부는 에너지를 잃고 분리되어 seprates 되고 turbulent 하게 되며 이 shock wave에 따른 항력을 wave drag라고 한다.
- 이 wave drag는 많은 항력을 발생시켜 양력을 줄인다.
-wave drag가 커질수록 꼬리날개의 downwash도 줄이고 항공기 압력중심( center of pressure )의 위치를 뒤 쪽으로 이동시켜 mach tuck 현상이 나타나는 것이다. ( 임계마하수를 넘긴 속도에서 속도가 증가하면서 cp는 계속해서 뒤로 이동한다. )
-air flow seperation이 항공기 꼬리날개에서 일어나면 elevator에까지 영향을 미쳐 elevator는 dead air 영역에 들어가 elevaor가 제 역할을 하지못하게 되고, 동시에 항공기는 elevator의 사용이 제한되고 , shock wave에 의한 center of pressure가 뒤쪽으로 이동되어 mach tuck 현상이 나타난다. mach tuck 현상으로 하강하게되면 항공기 속도는 더욱 증가하여 mach tuck 현상이 더욱 가속화 되어진다.
이러한 mach tuck 을 방지하기위해 항공기는 stabilizer 와 elevator를 장착하는 대신 stabilator를 장착한다.
또한 elevator에 voltex generator를 부착해 공기흐름의 분리를 지연시키고, 공기흐름에 에너지를 부여한다. 혹은 이 airflow separation에 영향이 없는 T-tail 항공기를 사용한다.
여담으로 stabilator의 단점은 예민한 조종성이다. 항공기 조종을 더욱 어렵게 만든다. 이를 보완하고자 fly by wire 혹은 anti servo tab(stabilator가 움직이는 방향으로 더
많이 전개됨)을 장작해 보완한다.
ref. phak 5-46~48 , 조종사표준교재 57p -58p , https://www.boldmethod.com/blog/lists/2019/05/mach-tuck-explained-in-eight-steps/