선미타로 조정합니다
1개의 프로펠라만 가진 프롭기가 빙글빙글 돌지않고 날아다닐 수 있는 이유와 동일하죠

아~ 감사합니다~  나이먹고 갑자기 궁금증이 생겼는데
포동님이 해결해주셨네요^^;;

헬기의 로터의 원리와 함선의 스크류의 원리는 좀 다릅니다.

헬기는 양력을 이용하기 때문에 크든 작든 두 개의 로터가 있어야 하고 각 로터가 서로 반대 방향으로 돌아가 기체가 평형을 유지할 수 있습니다.

우리가 일반적으로 아는 헬기의 예로 메인로터(주회전날개)가 오른쪽으로 돌면 공기를 오른쪽으로 밀어 내면서 가다보니 공기의 회전력이 기체쪽으로 가서 기체가 뜨는 반면에 기체가 왼쪽으로 돌게 되어 있습니다. 그리고는 제자리에 떠 있고 제어가 안 되죠.

그래서 그것을 잡아 주기 위해 꼬리에 회전 날개를 달고 메인로터와 반대로 돌아 편향을 막아주고, 헬기를 조종할 수 있게 해 주는 것입니다.

이런 원리로 헬기의 로터는 큰 로터가 두 개를 돌리는 치누크 형과, 러시아에서 많이 쓰는데 동축반전로터라고 해서 하나의 축에 서로 반대로 회전하는 메인 로터 두 개를 통해 기체 안정을 잡습니다.

하지만 물은 밀도가 커서 공기중에서 회전할 때와 달리 스쿠류 회전에 의한 영향이 함체쪽이 아닌 함체 반대쪽으로 작용하여 추진력을 얻기 때문에 배가 돌지 않는 것입니다.

아~ 잘은 모르지만 저항과 힘의 반작용이라는 말씀같네요..
처음부터 같은 원리라는 제 가정이 틀린 것 같습니다.
야구아제님 감사합니다^^

작용 반작용 맞고요, 원리는 같은데 방식이 반대인게 맞다고 봅니다. 저도 문과다 보니 정확한 설명은 안 된 것 같네요. 더 잘 아시는 분이 잘 설명해 주실 겁니다.

여하튼 헬기의 로터는 회전을 통해 양력을 발생하여 회전방향의 반대로 공기의 밀도차를 만들어 기체가 뜰 수 있게 해주지만 그 힘의 반작용 형태로 기체는 제어가 힘들고 로터의 반대 방향으로 돌게 됩니다.

이를 막아주고 헬기 제어를 위해 로터는 크든 작든 항상 두 개가 필요한 것이고 그 방식은 레인로터 테일로터 방식, 큰 로터 두 개를 서로 반대로 돌리는 방식, 그리고 한 축에 반대로 회전하는 두 개의 로터 방식이 있다는 것입니다.

테일 로터가 없는 헬기도 있다는데 이런 경우 꼬리쪽으로 회전방향과 반대 방향으로 고압 공기를 분사한다고 하네요.

함선 같은 경우 물속에서 회전하여 물의 밀도를 이용해 추진력을 얻는데 헬기와는 반대로 물쪽 방향으로 회전이 생겨서 함선은 돌지 않는 것으로 압니다.

평소에 당연하게 생각하는 것들에게 제가 모르는 많은 법칙이 작용되고 있었네요^^;;
이런 질문이 소싯적 학교 다닐적에 궁금했다면 지금의 직업이 더 좋아 졌을건데 좀 아쉽네요 ㅎㅎㅎ

조금 다릅니다.
축을 회전시키면 반드시 토크가 발생하고,
이 토크를 상쇄시키기 위해 별도의 조치가 필요로 합니다.
이중반전 펠라의 경우 두 축이 반대방향으로 돌기때문에 상쇄가 되는 것이고,
1개의 펠라의 경우 상쇄시킬 방법이 롤이 일어납니다.
진행하는 매질이 공기중이든 물속이든 상관없어요.

때문에 2차대전중의 프롭기를 보면 수직꼬리날개가 약간 비스듬하게 설치되어 있거나,
직선으로 날 때, 러더/엘레베이터가 조금식 어긋난 형태로 비행합니다

토크가 발생하군요. 역시 저는 문과라 한계가 있었습니다.^^;;

포동님 이야기한 걸로 이해하면 됩니다.

여러가지 이야기 섞어 듣게 되면 혼란스럽고 잘못된 사고와 이론으로 오해가 심해질 뿐...

우선 잠수함 초기에는 워낙 무게가 나가서... 돌지 않는 상황이 연출.

후에 엔진이 발전하면서 많은 변화가 일어납니다.
뭐 동축반전 2겹프로펠러 부터 5겹까지 한 경우도 있었기에.. 프로펠러의 날개수 는 극비인경우도 있었습니다.
지금도 그렇지만,

선미방향타  를 십자에서 x자로 변형되기도 하고, 
토크상쇄를 위해서 많은 부분이 발전되었지만,  그와는 반전인 경우는
공기를 분출해서 소음상쇄 도 하는 경우를 이용해서 토크도 상쇄합니다. 이래저래 복합적으로 발전하죠.
수중에서는  공기중과는 다르게 생각보다 동체의 역회전에 대해서
동체안정화기술이 조금 덜 한면도 있었죠.

그러나 2차대전이후에 많은 부분이 변화하기 시작합니다.
우선 은 선체자체가 일반 보트형에서 원통형으로 바뀌면서  이래저래 신경쓰는 부분도 많아지게 되었죠.
가장  최고점은 x 방향타 겠죠.

도나님 답변 감사합니다^^
중량에 의한 토크상쇄, 혹은 저항에 의한 토크상쇄로 대충 이해하겠습니다.
중요한 것은 제 기초지식이 부족하여 설명을 해주셔도 제가 이해를 잘 못하겠습니다^^;;

쉽게 생각하면 됩니다.

1. 프로펠라가 왼쪽으로 회전(= 토크 발생)

2. 작용-반작용으로 반대방향인 오른쪽으로 힘이 발생
  (=이 힘으로 기체가 오른쪽으로 회전하려는 롤이 발생)

3. 롤을 막기 위한 방법들 
  ⓐ 이중반전 펠라를 사용( 반대반향의 토크로 상쇄  ​)
  ​ⓑ 반대방향으로 회전하는 엔진을 추가 (쌍발엔진기 + 탠덤 헬기 등 )
  ⓒ 방향타로 롤의 반대편으로 제어(프롭기의 방향타를 비스듬하게 설치)
  ⓓ 꼬리 로터로 롤의 반대편을 제어( 일반적인 헬기 )
  -> ⓐ, ⓑ 는 토크 자체를 상쇄시켜 롤을 방지/ ⓒ,ⓓ는 롤이라는 결과를 방지

포동님 감사합니다^^
이해는 가는데 설명은 못하겠네요..ㅎㅎㅎ
꼭 혹을 떼려다가 혹을 하나 더 붙인 느낌이네요..^^;;;
암튼 모두 감사합니다 전 이제 자러갑니다^^

다른분들이 대략적인 부분을 설명했기 때문에 추가적인 부분만 설명하자면

어뢰의 경우는 동축반전스크류를 사용해야 합니다. 동체에 비해 스크류의 토크가 매우 크기 때문에 여기서 발생하는 토크는 방향타로 제어하기 힘듭니다.

잠수함의 경우는 스크류의 토크에 비해 잠수함 자체의 회전관성이 매우큽니다. 이런 경우는 반전토크는 그렇게  크지 않기 때문에 동기화된 방향타로 제어가 가능합니다. 항공기의 에일러론을 생각하시면 됩니다.

일반선박의 경우는 어뢰나 잠수함과 달리 자유표면의 위와 아래에 동체가 걸려있는 형태가 되기 때문에 무한의 회전력을 선체에 가할수 없게 됩니다. 기울어진 쪽으로 부력이 커지기 때문에 일정이상으로 기울어질수 없죠.  선박의 경우는 방향타보다는 Stablizer로 조정을 하면 됩니다.  Stablizer 자체가 선박의 측면으로부터 오는 파도에 의한 기울어짐도 조절해주는 기능도 가지고 있으니까요.

한마디로 수상선박이 안 뒤집어지는 이유와 동일합니다.
부력이 받는 힘이 스쿠류의 회전력보다 큽니다. 그래서 수상의 선박이 안 뒤집힙니다.
잠수함은 힘의 작용이 수상선박의 반대라고 보시면 됩니다.
(일반적으로 수상선박은 스쿠류 회전으로 뒤집히는게 없다고 생각하는데, 잠수함은 아닐 것 같은 느낌이 들죠...)

하지만 헬리콥터는 부력과 같은 힘이 없기 때문에 별도의 조치가 필요하고요.

그리고 잠수함의 질량에 비해 스쿠류가 과도하게 크면 잠수함도 뒤집힙니다.

잠수함에.. 마스트가 있어서 그 구조물이 발생시키는 부력에 무게중심을 뚫고 회전시 필요한 힘의 크기가
발생하는 저항 보다 클것 같지가 않네요. 상쇄할 수준의 힘이 존재하지 않는 이상에야..
가운데 마스트인가?? 그 널쩍한 구조물이 물속에서 받는 회전시 받는 저항과 무게중심을 스크류가 발생시키는
회적력이 상쇄할 것 같지가 않는..? 또 해당 마스트에 전방 자세제어 수평타도 존재하져.


잠수함이 정박중일때 보면.. 일단 구조 자체가 잠수함의 무게 중심이 아래에 존재함을 알수있어서..
그 무게중심이 스크류 회전만으로 돌아가기에는.... 무게 중심이 아래가 아니였다면 정박중일때
마스트 무게 때문에 스크류 회전이 아니라 자체 마스트 무게 때문이라도 한쪽으로 돌아가지 않았을까.

잘못된 설명과 질문자의 질문관 상관없이 헬기 설명하는 쓸데없는 글이 많이 제가 답변을 드리겠습니다.



프롭기, 헬리콥터, 배, 잠수함 뭐든 외부에 회전체가 있고 이 회전체가 힘을 받는다면 모든 물체는 그 힘과 같은 양의 토크를 반대로 받습니다.

그런데 유독 헬기만 꼬리 날개가 있고 다른 기체에는 없는 이유는 간단하게 받는 힘을 상쇄 시킬 수단이 없어서 입니다.

프롭기를 보죠. 프롭기의 경우 프로펠러 회전 방향과 역 방향으로 기체가 회전하려면 양 날개가 90도 반향으로 회전을 해야 합니다. 그런데 이 날개에는 속도에 의한 양력이 발생 중이고 이 때 발생되는 양력의 힘이 프로펠러가 만드는 토크보다 압도적으로 쎕니다.

쉽게 생각해 양력 100인데 토크는 2가 생긴다고 가정을 해보죠. 그럼 비행기의 한쪽은 101만큼 다른 쪽은 99만큼의 양력이 발생하여 2라는 토크의 힘이 상쇄되어 버립니다.

즉, 회전력 보다 더 강한 양력을 발생하는 날개가 존재하면 그 물체는 회전하지 않습니다. 화살도 꼬리에 깃을 붙이기 때문에 회전이나 휘지 않고 똑바로 날아가죠. 이는 다른 힘보다 깃에서 생기는 힘이 더 강해 평행을 유지해주기 때문입니다.

잠수함이나 배의 경우도 조타나 기타 날개와 비슷한 장치가 진행 방향으로 붙어 있습니다. 이 날개에 가해지는 물의 힘이 스크류에서 생기는 토크보다 더 강하기 때문에 회전하지 않습니다.

왜 영화나 게임을 하다 보면 프롭 비행기도 적의 공격으로 주익 하나가 절단 될 경우 비행기가 회전하면서 추락하는 것을 봤을 것입니다. 이는 엔진의 토크와 비행기 날개에서 생기는 양력이 한쪽만 작용하여 상쇄 되지 않기에 회전을 하기 시작하는 것입니다.

헬기의 경우 주 프로펠러와 수직이 되는 모습으로 엄청나게 큰 날개나 거대한 몸집이 있어 공기 저항을 받을 수 있다면 별도의 꼬리 날개 없이 토크를 상쇄 시킬 수 있습니다. 그러나 그런 모양은 매우 비효율적이고 구조 상 만들기도 힘들죠. 그래서 간단하게 꼬리 날개 하나로 해결 하는 것입니다.



https://youtu.be/pn8AzBeNiHk

이 유투브 영상은 헬기가 꼬리 날개 파손 시 착륙하는 것을 게임으로 시뮬레이션 하는 것입니다.

여기서 보면 헬기를 낙하 시켜 가속을 합니다.

헬기의 속도가 빨라지면 헬기 몸통이 공기를 가르면서 생기는 저항이 강해지고 이 저항이 로터의 토크보다 강하다면 헬기는 회전하지 않습니다.

그래서 이론적으로 빠르게 하강하여 속도를 올려 헬기의 안정성을 찾고 이때 조작을 잘 하면 착륙 시킬 수 있습니다.

단지 이런 방법은 헬기의 속력이 느려지면 다시 회전하게 됩니다.


이런 원리를 간접 체험하는 방법은 유속이 빠른 천이나 계곡에서 나무 널판지를 물이 진행하는 방향과 평행하게 넣어 물을 가르고 있으면 좌우로 이동 시키는 데 생각보다 많은 힘이 들어갑니다.

이는 합판을 기준으로 좌우로 물이 갈리면서 저항을 일으키고 이런 저항에 의해 나무는 그 위치를 고수하려는 힘이 생깁니다. 그래서 기울이거나 이동 시키는데 조금 더 많은 힘이 필요합니다. 그리고 이런 힘이 프로펠러의 토크를 상쇄 시키는 힘입니다.

어느 한분을 제외하곤 이미 위에 다른 사람들이나 제가 다 설명을 한 내용입니다. 님 얘기가 별로 특별한건 없어요.

그리고 님 얘기에도 더 설명할 부분이 있습니다. 단발프로펠러기의 경우 양력을 차등해서 적용하는 방법은 보다 고전적인 방법입니다. 그것보다 더 이후의 방법은 주익의 에일러론과 수직꼬리날개의 러더를 이용하는 방식을 사용합니다. 쌍발은 이런걸 고려할 필요가 없고 한쪽이 망가지기 전에는.

다만  이러한 것도 비행기가 일정정도 속도를 유지할때는 문제가 안되는데 이착륙시나 속도를 줄였다 갑자기 늘릴때는 문제가 발생합니다. 역시나 프로펠러에 문제가 생기면 즉 활공상태라면 반대로 고려해야 하구요.

무엇보다도 이 토크문제를 줄이기 위해서 엔진을 정확히 중심축에 놓지 않습니다.

이외에도 단발프로펠러기는 쌍발에 비해 몇가지 문제들이 더 있어서 조종성이 떨어집니다.

https://www.youtube.com/watch?v=o8sc3VlZPUc&t=125s


이건 그대로 잠수함에게도 적용됩니다. 위에 짜증나는 인간이 적어놓긴 했지만 초기 스크류를 작동시켜서 일정한 속도를 내기까지는 공기분출을 통해서 토크를 상쇄시키는 방식을 사용해야 합니다. 아니면 잠수함이 따로 롤 스태블라이저를 장착하고 있거나. 방향타로 회전을 막으려면 일정정도 속도가 나야하는데 초기엔 그런속도를 낼수 없기 때문입니다.

"엔진을 정확히 중심축에 놓지 않습니다"는 이해가 안 됩니다.

무게 중심을 말씀하시는 것인가요 아니면 회전중심... ?

동력이 여러 전달장치를 거쳐서 회전체로 이어질 것으로 봅니다만...
그 중심축이란 것의 의미가 이해가 가지 않는 군요.

둘 다죠
토크 때문에 회전체의 중심축은 기체 또는 선체의 방향과 정확하게 일치하지 않습니다
회전축이 비틀어져있기때문에 전달장치나 동력장치의 위치도
정중앙일 수 없고 약간 틀어질 수 밖에 없죠
결국 무게 중심이 바뀝니다
바뀐 무게중심은 토크에 영향을 주고 회전축을 비틀고 배치변경하고 중심바뀌고 반복이죠
지구 자북(힘의방향)과 정북(회전방향)이 다르듯 자연스러운 세상의 규칙이죠.

정확히 말해서는 프로펠러를 약간 오른쪽으로 편향되게 해서 회전하도록 하는 것입니다.

이렇게 만드는 이유는  여러가지가 있습니다.

정확히 어떤 상황인지는 아래 영상을 참조하시기 바랍니다.

Why is aircraft propeller offset to the right?
https://www.youtube.com/watch?v=v_5PRSndKYo

이 영상에서 앞에 두개는 주로 좌측으로의 요잉편향성을 만드는 요인이고(수직꼬리날개 좌측의 더 높은 압력, 프로펠러날개의 우측부분에 더 높은 추진력), 세번째가 이 게시물의 주제와 연결하는 반시계방향 롤링을 유도하는 요인입니다. 이러한 영향을 줄이기 위해서입니다.

다만 이 영상에서는 왜 롤링밸런스를 높여주는지 구체적인 설명을 안하고 있는데 이유는 간단합니다.

예를들어 럭비공이 있습니다. 삐죽하게 긴축(장축)방향으로 정확히 회전시킬때와 그 방향에서 약간 어긋나게 해서 그 회전축이 무게중심을 통과하지 않는 축으로 비스듬하게 회전시킬때로 나눈다면 동일한 토크가 주어진다고 할때 후자가 더 적게 회전하려고 합니다. 이는 후자가 회전관성이 더 크기 때문입니다.

보통 주축방향일때 회전관성이 가장 작습니다. 주축방향이란 회전시키고 싶은 어떠한 기하학적 물체가 존재할경우 축대칭 내지 좌우대칭을 만드는 선이라고 생각하시면 됩니다. 정확히 프로펠러가 이 선방향으로 회전하지 않으면 이 선방향으로 회전할때보다 그로인해 발생하는 반전토크에 의한 동체의 회전관성 즉 회전저항이 더 커집니다.

Propeller offset 정확히 이해했습니다.
감사합니다.