물리학과 교수도 모른다는 비행기 원리

나도 말이 안된다 생각했음
위쪽 공기가 왜 빨리 흐르는지 설명이 너무 두리뭉실했음

날개가 마주오는 공기 받음각을 크게 할수록 비행기가 위로 붕 떠오르는데
기체가 붕 떠오르지 않고 수평으로 움직이는 받음각으로 쭉 가는거 아님?
엔진 힘이 워낙 쎄니까 받음각이 매우 작아서 우리 눈에는 날개가 수평으로 공기를 받아주는 것처럼 보이는거고

추력(추진력) - 항력(저항력)>중력 인 시점에서 부력이 생겨서 뜨기 시작하는거지~어려울거 없음.

간단하게 얘기해서 앞바람을 충분히 맞으면서 날개를 살짝 상향하면 뜨게 됨. 날개 위를 아무리 굴곡을 줘도 날개 아래쪽 기울기가 없으면 절대 뜨지 못 함. 비행기가 이무리 빠른 속도로 달려도 이륙속도에서 날개 아래쪽에 저항을 줘서 앞머리를 들지 않으면 이륙이 안 됨.

뭔 농담삼아 얘기한 걸 댓글은 진지하게 밝혀지지 않은 것 마냥 생각하네
이미 양력은 엔지니어링 가능한데 뭔 미지냐 미지는

교수는 고전물리학 자체가 대부분 직관적으로 이해가능한 영역인데 유체역학에서 양력이 직관적으로 이해가능하기 힘들다는 걸 표현한것 뿐인데

그리고 유체역학은 뉴턴의 법칙에서 시작한 고차 미방의 해를 푸는 문제이지만
실제로 수많은 비선형조건에서 물리학자처럼 모든 현상의 해답을 구할 수가 없음.
이미 연구를 통해 알려진 조건 하에서만 문제를 풀 수 있는 엔지니어링의 영역임.

그런 배경에서 물리학자가 말하는 걸 이해해야함

베르누이의 원리는 결국 뉴턴의 법칙으로부터 성립하는거지 서로가 별개의 것이 아님.
기본적으로 날개가 뜨는 원인은 항공기가 전진하면서 날개가 공기를 아래로 가속 (downwash)를 생성하기 때문이야.
뉴턴의 제3법칙인 작용반작용 생각해보면 아래로 가속된 공기가 그 반작용인 양력을 만들어내는거고, 날개는 반작용을 전달하는 매개체의 역할을 하는거야.

그리고 양갈래로 갈라진 공기가 날개 끝단에서 만나며, 윗면의 공기가 더 먼거리를 이동하기 때문에 더 빨라서 베루누이 법칙에 의해 압력이 더 낮다라고 설명하는 이론을 베루누이 법칙이라고 명하지 않는다. 그건 잘못된 가설이야.

비행기 날개에 베루누이의 법칙이 실제로 적용이 된다. 하지만 일반인이 알고있는 방법으로 적용되지 않을 뿐이야. 앞서 설명했듯이 날개가 아래로 공기를 가속하기 때문에 양력이 발생한다했는데, 날개윗면을 지나는 공기가 밑면을 지나는 공기보다 속도가 빨라. 다만 동시간에 출발한 공기가 날개 끝단에서 만나지 않을 뿐이야.

그럼 이게 왜 이런 현상이 발생하냐? 가장 근원적인 이유는 공기의 점성때문이야.

공기의 점성으로 인해 외력이 발생하면 순환이 발생하게 돼. 즉, 공기는 순환하는 물질이기 때문에 한쪽 방향의 흐름만 발생하는것은 자연상태에서 있을 수 없는 일이야. 공기가 날개를 지나면서 아래로 가속이 되면, 날개를 지나기전의 공기는 위로 가속이되 (upwash), 결국에는 날개를 주변으로 순환하는 형태이고, 윗면의 순환 방향은 흐름의 정방향, 밑면의 순환방향은 흐름의 역방향이야. 이 순환이 항공기가 빠르게 전진하면서 날개에 계속 발생하는데, 항공기 속도에 공기의 날개 윗면과 밑면의 순환 속도를 고려하면 윗면이 상대적으로 밑면을 지나는 공기의 속도보다 빨라지게 되는거야. 매그너스 효과 (Magnus effect) 생각하면 쉬움. 이것을 베루누이 방정식에 적용하면 윗면과 밑면의 압력차를 설명할수 있게 되. 그렇다고 날개 윗면과 아랫면의 속도차로 인해 압력차 발생하는거라고 말하는 것은 아니야.

그런데 공기의 점성때문에 항력도 발생하지. 그러나 항공기 양력을 계산할때에는 공기를 비점성으로 가정하고 풀기도 해. 비점성일 경우 오일러 방정식으로 유동의 패턴을 분석할 수 있어. 참고로 오일러 방정식 적분한게 베루누이 방정식이다. 그대신, 유도항력을 계산할수는 있지만 점성으로 인해 발생하는 유해항력은 고려할 수가 없다. 유해항력의 중요도가 큰 다면 내비어-스톡스 방정식을 써서 항공기 주변의 유동의 패턴을 고려한다.

어쨋든, 내비어-스톡스던, 오일러 방정식이던 이것들이 날개 주변의 속도변화가 압력차를 만드는지, 압력변화가 속도차이를 만드는지를 알려주는건 아니야. 이
두 식 어느것이던 날개 주변의 유동장에 대해서 풀때에는 주어진 경계조건 (초기속도, 초기압력 등) 을 토대로 속도 및 압력을 푸는 도구일 뿐이야.

정리하면,

날개가 움직인다 -> 날개 위아래면에 압력 변화 및 속도 변화가 생긴다 -> 그로인해 날개를 지나는 공기가 아래로 가속된다 -> 그것의 반작용으로 양력이 날개에 생긴다

이렇게 되는데, 결국엔 로켓이 날아가는 원리와 같은거야. 부수적인 현상이 다를 뿐이지.

물리학자들은 웃기게도 유체역학을 잘 몰라. 공학적으로는 이미 끝난 분야임. 웃긴거는 날개가 저런 형태일 필요도 없음. 그냥 판때기로도 추력만 충분하면 날 수 있음. 효율이 낮을 뿐.

날아가는것도 날아가는건데 미국이나 유럽 13시간 중간 급유 없이 한번에 날아가는것도 신기함

승객을 다 태우고 그 무거운 비행기가

이거 무슨 프로그램이야?

배움이 짧아 잘 모르겠다만

난 그 큰 쇳덩이로 만든 배가 물위에 떠있는게 더 신기하다.

물 위에 뜬것만도 신기한데 그 배에 화물을 막 5만톤씩이나 싣는게 더 신기하고.

날개없는 로켓도 옆으로 잘만 날아가던데
모든건 다 엔진 힘이지

F-22 보면 중력과 유체역학 따위는 다 무시하는 기동을 보여주지
엄청난 엔진힘과 플라이바이와이어 덕분에

난 물이나 공기나 같은 유체로 이해하고 있음
배도 특정한 형태가 되면 쇳덩이라도 뜨니까 비행기도 마찬가지 아닐까 하고