충격파의 종류와 특징에 대해 서술하시오

목차

1. 충격파의 발생
2. 충격파의 분류
3. 충격파에 대한 잘못된 상식

본문내용

항공기가 비행하면서 생기는 항력은 크게 마찰항력, 압력항력, 조파항력, 유도항력을 들 수 있다. 이 글에선 조파항력에 의해 발생하는 충격파에 대해 알아보고자 한다.

충격파의 발생
충격파는 공기가 응축되다 더 이상 압축력을 이기지 못하고 터져 버릴 때 발생하는 에너지의 파동이다. 압축현상이 필요한 만큼 이론적인 비압축성 흐름에서는 일어나지 않는다. 충격파가 발생하기 위해서는 음속과 같은 속도 혹은 그 이상의 이동물체가 필요하다. 충격파의 발생 원리를 이해하기 위해서는 마하파 혹은 팽창파라 불리는 소리의 범위를 알아야 한다.

1) 마하파(팽창파)
마하파는 마하라는 단어가 들어간다고 해서 초음속일 때만 생성되는 파장이 아니다. 무언가 물체가 움직여 아주 미소한 압력과 밀도의 변화를 나타내는 교란이 발생하면 이것을 우리는 소리라 말하고 이것이 전파되는 속도를 음속이라 부른다. 그리고 마하파란 고요한 구역과 작용 구역 사이의 경계라 정의한다. 우리의 소리도 마하파라 할 수 있는 것이다.
충격파는 이 마하파가 중첩되어 발생하는 압축현상이 폭발하는 형태로 부른다. 이 현상을 발생시키기 위해서는 마하파와 같은 속도로 이동할 필요가 있고 실제로 구조만 잘 만든다면 음속이 되기 전에도 충격파를 발생시킬 수 있다.

2) 마하수
마하수는 비행속도/음속으로 나타낸다. 마하수는 유체 흐름의 특성을 나타내는 지표로서 사용되는데, 0.3, 0.75. 1.2, 5.0을 기준으로 나뉘게 된다. 0.75 이상에선 천음속 흐름이라 부르며 부분적 충격파가 발생하고 1.2 이상부턴 초음속 흐름으로 무조건 충격파가 발생하게 된다.
마하수는 비행속도가 바뀌지 않더라도 온도에 따른 음속의 변화로 바뀔 수 있다. 온도가 낮을수록 음속이 낮아져 마하수는 커지게 된다. 즉, 고도가 낮을수록 마하수는 작아지게 된다는 것이다.
마하수를 따질 때에는 임계마하수와 항력발산 마하수라는 것이 있는데, 임계마하수는 비행기의 표면 중 가장 빠른 공기 흐름 속도를 가지는 곳에서 충격파가 발생하기 시작하는 비행기 전체의 속도이다.

참고자료

· http://blog.naver.com/qkrguswns42?Redirect=Log&logNo=50164927326
· 즐비의 항공story 비행원리 대한 교과서(주) (1992)