유투브 등에 영상이 넘친다.
그 작동원리를 이해하기 위해 먼저 몇가지 간단한 기초과학을 알고 가자.
1)작용반작용의 법칙 = 내가 힘을 준만큼(=작용) 나도 똑같이 힘을 받는다(=반작용)는 법칙.
즉 내가 벽을 밀면 분명히 벽은 내가 미는 힘을 그대로 받아 밀리고 있는 상태지만
동시에 그것은 그대로 벽이 나를 미는 힘이 되는 것이다.
증거로...내가 벽을 밀었는데 나도 뒤로 밀린다. 내가 세게 밀면...내가 세게 밀린다.
벽이란 넘이 강해서 버티는 거지..약한넘이면 나도 밀리고 그넘도 밀리는 것이다.
벽에 공을 차면..반작용으로 공이 튀어 나오는 것이다.
물론 벽도 뒤로 밀린다. 강해서 티가안나는 것뿐이지.
공이 벽을 때리는 것은 곧 벽이 공을 때리는 것이기 때문이다.
내가 가만히 있는 상대에게 달려가는 것은...내가 가만히 있고 상대가 달려오는 것과
똑같다. 부딪혀 봐라. 누가 달려오든 충격은 똑같지
똑같은 원리로..
선풍기 날개는 공기입자들을 때려 공기입자들을 앞으로 날려보내지만..(그게 곧 바람)
그 때리는 힘만큼 선풍기도 반대방향 즉 뒤로..
똑같은 크기의 힘을 받는 것이다.
만약 이때 선풍기가 가벼우면 당연히 선풍기가 뒤로 날아 간다.
(바로 그게 비행기가 전진하는 힘의 원리다)
2)베르누이 원리
이것은 그냥 직접...비행기 날개로 설명해 보자.
(비행기 날개는 반드시 ..위는 둥글고, 아래는 평평하다. 즉 윗쪽면이 둥근만큼 더 길다)
비행기 날개에 공기나 유체를 던져 위 아래로 반씩 가르면
그 공기나 유체가 비행기 날개의 면을 타고 흐르다 , 날개 뒤에서 다시 만나는데..
(밝혀진 법칙에 따르면)
이때 윗쪽이 길이가 더 긴데도 불구하고
날개 위 아래로 갈라진 공기나 유체는 날개 뒤에서 동시에 만나려는 성질이 있다는 것이다.
(이 엄청난 발견이 곧 베르누이 원리다)
당연히 윗쪽 공기가 더 빨리 흘러야 아랫쪽 공기와 ..동시에 만날 거 아닌가.
근데 같은 양으로 위 아래가 갈린 이 공기가.....날개 위와 아래면을 덮으며 뒤로 흐를 때..
같은 양으로 더 넓은 윗쪽면을 덮으려면 당연히,
공기입자가 더 넓게 펴져야 한다.
즉 희박해진다는 건 공기 압력(즉 기압) 이 약하다는 뜻이다...
반대로 아랫쪽은 상대적으로 공기입자들이 더 조밀하다.
기체든 유체든
압력이나 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘러 평준화시키려는 성질이 있다.
실제로..공기 가득찬 풍선안쪽 공기는 항시 압력이 약한 밖으로 세어 나오려 하듯.
같은 원리로 ...기압이 강한 날개 아랫쪽 공기가 약한 위로 올라가려 하게 된다.
그 덕분에 ...덩달아 비행기 날개가 위로 들리는 것이다.
이걸 양력이라 하는데..물론 일정 속도 이상되어야 느낄 수 현상이다.
비행기가 양력을 받기 위해서는 빠른 속도를 얻어야 하는데... 긴 활주로가 필요한 이유다.
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이제 프로펠러 비행기를 만들어 보자.
비행기 주둥이에 선풍기 날개를 달아 회전시켜...바람을 뒤로 보내자.
이때 선풍기 날개는 앞으로 나가려 한다.
(=즉 공기를 때렸으니... 그 반작용으로)
비행기는 그 날개에 달린 거니까...날개가 나가면 비행기동체도 당연히 따라간다.
(참고로 대형항공기는 무게만 수백톤인데 그걸 움직이는 프로펠러의 하나 하나의 힘은
수십톤트럭을 바람으로 날릴 정도다)
이때 뒤로 보내는 바람을 아깝게 그냥 버리지는 말고 기왕이면...날개로 보낸다.
날개로 인해... 위 아래로 갈린 바람은 베르누이 원리로 뜨는 힘이 생긴다.
날개 각도를 조절하면 수평.하강.상승 다 가능케 된다.
꼬리날개로는 좌우 방향을 조정한다.
그것은 곧 배의 스쿠류, 헬기의 날개...다 같은 것인데
모두 선풍기인 것이다.
외국에선 참고로 개인들이 제트엔진도 취미로 만드는 정도인데
역시 같은 원리인 제트엔진도 만들어 보자.
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제트엔진을 만들기 위해
길다란 파이프 한개와 그 구멍에 맞는 선풍기 6대를 준비하자.
왜 여섯대냐 하면..
걍 파이프 안쪽에 선풍기를 일렬로 끼우고 돌려...바람을 매우 세게 하려고 하는 것이다.
물론 더 숫자를 늘려도 혹은 줄여도 된다.
파이프 앞쪽에 연달아 선풍기를 세대 끼우고...중간은 좀 띄우고
뒷쪽에 연달아 세대를 끼워 넣자.
파이프 중간쪽은 연소실(폭발하는 공간) 으로 써야 하니 말이다.
그리고 일단 선풍기 여섯대를 동시에 같은 방향으로 돌려보면...엄청나게 강한
공기의 흐름이 파이프 안에 형성이 된다.
(이때 공기가 파이프구멍의 뒤로 흐르니까..당연히 선풍기 날개는
반작용으로 당연히 앞으로 나가려 할 것이다. 당연히 파이프도 앞으로 가려 할 것이다)
그런데 그냥 선풍기만 돌리지 말고 (이 정도만 해도 충분히 세서 비행기가 날 수 있지만)
중간에 위치한 연소실에서 폭발을 일으켜 또 다른..엄청난 힘을 얻어보자.
빨아들인 공기를 연소실에 모이도록 한 후 (즉 공기입자를 꽉 조밀하게 채운다는 것)
연료를 뿌려대서... 폭발(=연소) 시켜 보자는 거다.
그런데 그냥 똑바른 파이프로 하는 것보단..힘을 더 증가시키기 위하여..
파이프 모양을 좀 변형시켜보자.
공기가 들어가는 최초 구멍은 가장 넓게 하고(그래서 공기가 잘 들어 가도록)
연소실로 갈수록 파이프를 좁게 만든다. 동시에 그 중간에 강력팬을 여러대 돌린다.
그러면 빨려들어가지는 그 공기는 ...선풍기를 통과해 연소실로 갈수록
기압이 엄청나게 세진다. 즉 엄청나게 압축이 일어 난다.
(빈병의 주둥이에 선풍기를 달고 팬을 돌리면..병속엔 공기가 가득차서 공기폭탄이 된다
팬을 반대로 회전시키면 병속은 진공이 된다.
물론 파이프는 앞뒤가 다 뚫려 있으니...
그에 맞추기 위해..
그 빈병의 밑부분도 조그마하게 구멍을 낸 후
역시 팬을 돌려 공기를 넣어 보자. 공기는 분명 일부가 밑으로 빠져나가지만...
나가는 양보다 더욱 세차게 공기를 주입시키면 역시 공기폭탄이 된다.
마찬가지로 ..파이프 직경을 갈수록 좁게 하면 같은 효과를 얻는다)
즉...파이프 모양을 그렇게 만들고, 선풍기 여러대로 강하게
돌리니..엄청난 공기의 압축이 생성된다. 일명 공기폭탄이 되는 것이다
즉 공기가 연소실안에 매우 짙게 쌓인다.
물론 연소실은 불도 잘 붙게 하고..공기도 많이 모아야 하니까..
파이프보단 좀 넓게 방으로 만든다.
공기가 압축되면 고압고온이 된다.
여기에 항공연료를 뿌리면 알아서 폭발(=연소=산화=불 붙음)한다.
그 폭발력이 연소실둘레를 때리면서...뒤로 빠져 나가면 엄청난 반작용의 힘이 생겨
마하 2,3 으로 전투기가 앞으로 ...날아 가게 된다.
그럼...도대체 왜 폭발력이 뒤로만 가냐고?
즉 앞으로도 옆으로도 사방으로 다 ..가야지 왜 꼭 뒤로만 가느냐고?
정확히 맞는 말이다.
예로.. 수류탄으로 설명할 수 있다.
꽉 밀봉된 수류탄은 터지면 사방으로 파편이 튄다.
그러나 한쪽을 튀어 놓으면..얘기가 달라진다. (실제 모든 폭발력은 결국..가장 약한 곳으로만
빠져 나가려 한다.) 즉 한쪽을 튀운 수류탄을 터추면..
이제 수류탄이 아니라 로켓이 되는 것이다.
(느린영상으로 보면 이 폭발력도 결국은 공기입자를 통한 힘의 퍼짐인데
야구공이라고 보면 된다. 엄청난 숫자의 매우 강한 힘의 야구공들이..
벽쪽으로 가서 벽을 때리면(=즉 수류탄 안쪽면들)
벽도 밀리지만..야구공도 반사되어 튀어 나온다...반작용으로..튀어 나온 입자들은
다른 벽을 여기 저기 때리다가.....결국은
뻥 뚫린 곳으로 다 나가게 된다. ....
그런데 이 과정들이 거의 순식간에 일어 나는 현상이다.
즉 한쪽이 뚫린 수류탄은
수류탄 안쪽을 때린 입자들 때문에 앞으로 발사되게 되는 것이다. 폭발이 아닌 발사
실제로 수류탄안쪽에서 폭발력을 받은 입자들은 수류탄안쪽 곳곳을 균등하게 때리는데
이걸 한번 따져보자.
직접 뚫린쪽으로 나간넘은 그냥 아무런 영향력 없이 빠져나간다.
수류탄옆을 때리는 넘들은 수류탄의 운동에 영향을 안 준다. 지들간에 힘이 상쇄되니까.
수류탄 머리를 때린 넘이 수류탄을 발사시키는넘들이다. 머리를 때리니까
수류탄은 앞으로 나간다. 반대로 입자들은 반작용으로 튀어 나와 밖으로 나간다.
그런데 이 모든 과정이 거의 순식간에 일어 난다. 수류탄이 터지기에 필요한 힘이
뚫린 곳으로 힘이 빠져나가서..분산되었다. 대신 발사가 된다.
이건 제트엔진폭발에서도 그대로 일어 나는 현상이다.)
(그렇다고 실제로 실험하다간 큰일난다)
마치 총노리쇠가 총알의 화약을 터트려도 그 모든 화력이 총구쪽으로만 나가서
총 자체는 무사한 것과 같은 원리다.
물론 총은 뒤로 밀려 어깨를 치는 반작용이 있다.
사실은 제트니 로켓엔진이니 따지고 보면 폭탄인 것이다.
한쪽이 트인 폭탄.
즉 이 폭발력의 입장에서 보면...
앞쪽에서는 엄청난 압력의 공기가 계속 쏟아져 들어오니까 강력한 벽이나 마찬가지고,
더구나 폭발력을 둘러 싼..연소실방은 아예 티타늄 등.. 합금으로 매우단단하니...
연소실 곳곳을 때리고 나갈 곳은 결국은..바로 뒷쪽 뿐이다.
이렇게 얻어 맞은 연소실은 앞으로 밀린다. 그 속도가 마하로 나타난다.
(여기서...총은 화약을 터출 때 그 힘의 일부를 아껴...다시 방아쇠 장전하는데 쓰는데
이 제트엔진에도 그대로 적용된다.)
이 엄청난 폭발력이 뒤로 빠져 나가면서 연소실 뒷쪽의 팬을 돌린다.
(즉 선풍기 날개가 먼저 돌아 가야 바람이 생기지만,
반대로 먼저 바람이 생겨도..당연히 날개가 돌아간다)
그럼 뒷쪽팬과 축이 연결된 앞쪽 팬도 같이 돌아 간다.
이게 자동으로 계속 된다.(최초 시동 걸 때만..앞쪽 팬을 돌려주면 되는 것이다)
연료만 넣어 주면 ...엔진이 고장만 안 나면..얼마든 하늘을 날 수 있게 된다.
그 연소실에서의 폭발은 쉬지 않고 계속 일어 난다. 흡입하고 동시에 폭발하고
동시에 배출하고......
이게 바로 제트 엔진이다.
그럼 에프터버너는 무엇인가..
연소폭발되어 배출되는..그 가스를 한번 더 이용해 먹자는 것이다. 즉 연소된 가스는...
우선 연소실을 때려 비행기를 앞으로 가게 하고 뒤로 빠지면서...
뒷쪽 날개를 돌리고는 밖으로..배출 되는데...그냥 버리기엔 아까우니
즉 배출된 고온의 가스를 한번 더 연소시킬 연소실을 뒷쪽에 하나 더 만든다.(=에프터 버너)
이 가스는 고온이기는 하지만 산소 등이 부족하니 애초 파이프흡입구쪽에
조그마한 파이프를 따로 만들어 에프터버너에 공기를 공급하고 여기에 연료도 분사하는
것이다.
그러면 추가로 엄청난 폭발로 힘을 얻지만..
기체에 손상이 갈 수 있고 연료소모가 극심하니..비상시 등에만 쓴다.
작성일 : 14-02-06 21:21
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