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『항공기 개념설계』는는 항공공학을 전공하는 학생들을 주 대상으로 기초과목인 항공역학, 비행역학, 구조재료역학, 추진기관 및 비기동력학 등을 이수한 전공심화과정 학생들의 항공기 개념설계에 대한 교재를 주목적으로 집필되었으며 해당분야의 수행내용과 설계과정이 한 학기 교재에 적합하도록 집필하였으나 내용이 너무 방대하여 한 학기에 수행하기에 무리인 경우 교육자의 입장에서 각 장별 내용의 취사선택에 의해 진행하면 될 것으로 보인다. 또한 산업체 현장의 설계엔지니어 뿐만 아니라 민간항공분야와 군용항공분야의 항공기운영 관리자 그리고 항공공학적 지식을 어느 정도 가진 일반인도 충분히 참고할 수 있을 것으로 생각된다.

머리말

항공선진국에 비해서는 일천하지만 우리나라도 1970년대 중반부터 면허생산을 시작으로 초등훈련기와 고등훈련기 같은 고정익 항공기의 개발생산뿐만 아니라 수리온과 같은 회전익 항공기의 개발 경험을 통하여 범국가적 항공기 설계개발체계를 수립하여 경험을 축적하였으며 더 나아가 세계시장진입장벽을 무너뜨리고 항공선진국과 경쟁을 할 수 있는 단계에 이르렀고 이를 위해 국가적인 역량을 기르고 있다. 그동안 설계교재들은 대부분 외국 교재들로 교육을 하는 입장이나 받는 입장에서 어려움을 느끼던 바 전국의 항공우주공학과 설계담당교수들이 항공기 설계교육을 위한 국문판 교재개발을 위해 서울대학교 정밀기계공동연구소에서 1997년 추운 겨울날 최초의 미팅를 한 후 항공기설계교육연구회를 결성하여 최초로 항공기개념설계라는 제목으로 국문판 교재를 2001년 출간한 이래 개정판을 거듭하여 왔다. 이때까지는 주로 고정익항공기에 국한하여 왔으나 이번 출판의 방향을 회전익항공기의 설계까지 범위를 확장하는 것이 바람직하다는 결론을 내리고 지난 2년 반에 걸쳐 모임을 거듭하고 숙의한 후 집필을 수행하여 개정증보판이라는 이름으로 출판하였다. 효율이 좋은 항공기를 설계하기 위해서는 공기역학적 효율뿐만 아니라 추진기관의 고효율, 좋은 재료의 선택, 효율적인 구조설계 등이 모두 합목적적으로 어우러져야 하는데 이를 종합하여 체계적으로 수행하는 과정이 항공기설계이다. 이러한 항공기 설계과정은 개념설계 기본설계 상세설계로 단계별로 수행되는데 본 교재는 이중 개념설계에 해당되는 교육을 목적으로 출간되었다. 이 책은 항공공학을 전공하는 학생들을 주 대상으로 기초과목인 항공역학, 비행역학, 구조재료역학, 추진기관 및 비기동력학 등을 이수한 전공심화과정 학생들의 항공기 개념설계에 대한 교재를 주목적으로 집필되었으며 해당분야의 수행내용과 설계과정이 한 학기 교재에 적합하도록 집필하였으나 내용이 너무 방대하여 한 학기에 수행하기에 무리인 경우 교육자의 입장에서 각 장별 내용의 취사선택에 의해 진행하면 될 것으로 보인다. 또한 산업체 현장의 설계엔지니어 뿐만 아니라 민간항공분야와 군용항공분야의 항공기운영 관리자 그리고 항공공학적 지식을 어느 정도 가진 일반인도 충분히 참고할 수 있을 것으로 생각된다.
제1편은 항공기 설계라는 거대한 일을 어디서부터 시작하고 풀어가야 하는지에 대한 이해를 돕는데 주안점을 두었으며 개념설계 전반에 대한 흐름을 이해하도록 현재 현장에서 사용하는 개념과 용어들을 서술하였다. 제1장에서는 항공기설계의 과정 그리고 수행내용이 기본설계 상세설계를 염두에 두고 체계개발이 어떻게 이뤄지는지 이에 대해 설명하고 이에 대한 관련법규와 규정에 대해 설명하였다. 제2장에서는 개발대상항공기의 운용임무를 충족하는 설계요구도를 정의하고 이를 만족하는 임무형상의 도출하는 과정이 기술되었다. 제3장에서는 앞에서 도출된 설계요구도와 임무형상을 만족하는 공학적 요소들의 판단을 통계에 근거를 둔 항공기의 계열별 흐름 속에서 취사선택하여 이륙총중량을 결정한다. 그 후 임무를 수행하기 위한 비행단계별 요구성능을 모두 만족하는 설계변수인 날개하중과 추력대중량비를 결정하는 과정, 즉 설계점을 정하는 과정이 기술되고 예제를 통해 그 과정을 습득할 수 있도록 하였다.
제2편은 항공기 형상설계에 대한 구체적인 내용으로 제4장에서는 항공기 외부형상의 설계와 통합을 내용으로 항공기의 요소별 형상설계결과들이 어떻게 이뤄져야 하는지를 설명하고 이를 바탕으로 배치도면과 삼면도를 작성하는 과정이 기술된다. 제5장은 동체형상설계시 내부탑재물을 수용할 내부공간의 고려사항과 이를 만족하는 내부설계와 이를 만족하는 외부형상설계과정을 설명한다. 제6장에서는 엔진의 선정기준과 크기 및 배치를 결정하는 과정이며 현실에서 접합한 엔진이 없는 경우 이를 만족하는 가상의 엔진을 결정하는 방법이 기술된다. 이울러 전체적인 효율의 극대화를 위한 공기흡입구와 배기가스노즐의 요소도 다뤄졌다. 제7장에서는 공기역학적 효율의 극대화와 조종성의 확보를 위한 주날개, 꼬리날개 및 조종면의 형상과 배치 설계요소를 결정하는 과정을 다뤘다. 제8장에서는 착륙장치의 설계과정과 함께 비행조종계통, 항공전자계통, 연료계통, 유공압계통, 전기계통, 환경제어계통, 이차동력계통, 무장계통과 같은 세부계통의 설계요소를 기술하였다.
제3편은 제2편의 설계내용을 확인하기 위한 설계해석과정이 기술되었다. 제9장에서는 결정된 외부설계형상의 공기역학적인 해석과정으로 양력항력 및 모멘트의 특성을 도출하여 항공기 성능과 안정성 및 조종성의 해석을 위한 자료를 구축하는 과정을 기술하고 또한 예제를 통하여 습득할 수 있게 하였다. 제10장은 기체 추진기관 탑재물의 중량을 추정하는 방법과 과정을 제시하였으며 항공기 무게중심을 구하는 방법 그리고 최소중량과 최대중량사이의 무게중심 포위선도를 작성하는 과정을 기술하였다. 제11장에서는 항공기의 세로방향과 가로방향의 안정성과 조종성을 확보하는 과정을 기술하였으며 제12장에서는 이착륙 상승 순항 선회 하강 등의 비행성능을 해석하는 과정이 기술되었으며 이 과정을 통해 앞에서 정한 설계임무의 달성여부를 검증하는 과정을 기술하였다. 제13장에서는 항공기 개발비용 추정방법과 판매단가를 계산하는 방법을 기술하였고 제14장에서는 설계항공기의 초기설계점을 재설계하여 중량과 성능을 극대화하는 최적화 과정이 기술되었다.
제4편은 고정익항공기기와 비행원리가 전혀 다른 회전익항공기의 설계교육을 위해 추가된 것으로 제15장에서는 헬리콥터의 특징을 설명하고 제자리 비행부터 전진비행까지 성능해석을 위한 개념을 설명하였다. 제16장에서는 회전익항공기의 개념설계를 수행하기 위한 전산응용 설계도구들을 설명하고 국내에서 개발된 헬리콥터 개념설계도구인 RISPECT의 개요 및 해석기법을 설명하고 최적화과정 및 사용예제를 설명하였다.
부록으로 설계에 사용되는 물리적인 값들의 단위환산표, 표준대기표, Airfoil Data를 실었으며 설계요구조건에서는 적용되는 각종 법규들을 실었고, 제4편의 이해를 돕고자 로터공력성능해석(운동량이론), RISPECT 사용설명서, RISPECT 경험적 파라미터, RISPECT 검증결과를 실었으며, 끝으로 Nomenclature, Subscript를 실었다.
본 교재를 한 학기에 개념설계의 교재로 사용하려면 2편까지의 내용이 설계이므로 형상설계까지 절반 그리고 설계를 검증하는 단계를 나머지로 하면 될 것이나 일정은 조절이 필요할 것이며 이를 위해 각 장들의 선택적 운용이 필요할 것이다. 회전익항공기의 설계는 과제수행 과정이 고정익 항공기와 같으나 세부 이론과 결과만 다를 뿐 유사한 과정과 결론을 가질 것으로 보인다.

제1편 항공기 설계의 개요
제1장 항공기 설계의 개요
1.1 항공기 개발 과정
1.2 항공기 설계 과정
1.3 항공기 설계 관련 규정
제2장 설계 요구
2.1 운용 요구도의 결정
2.2 주요 요구항목
2.3 주요 요구항목의 예
제3장 설계 파라미터의 초기 추정
3.1 항공기 중량 예측
3.2 익면하중, 추력 대 중량비의 선정
3.3 예 제

제2편 항공기 형상설계
제4장 형상설계 및 통합
4.1 개 요
4.2 형상설계 순서
4.3 형상설계 관련 분야
4.4 항공기 형상별 특성
4.5 형상설계시 주요 고려사항
4.6 형상설계 결과
4.7 형상설계에서 사용되는 소프트웨어
제5장 동체 형상설계
5.1 개 요
5.2 동체의 설계 순서
5.3 동체 형상의 설계
제6장 추진 계통 설계
6.1 개 요
6.2 추진 기관의 종류 및 선정 기준
6.3 분사 추진 계통
6.4 프로펠러 추진 계통
6.5 추진 계통 설계 예(예제)
제7장 주날개, 꼬리날개 및 조종면 설계
7.1 개 요
7.2 날개 설계시 고려사항
7.3 익형 선정
7.4 날개 형상 선정
7.5 꼬리날개 형상 결정
7.6 고양력장치
7.7 조종면의 크기 결정
제8장 착륙장치 및 세부 계통
8.1 개 요
8.2 착륙장치
8.3 세부 계통

제3편 항공기 설계해석
제9장 항공기 공력해석
9.1 개 요
9.2 양력해석
9.3 항력해석
9.4 피칭 모멘트 해석
9.5 전산 공력해석 기법
9.6 공력해석 예
제10장 항공기 중량 및 무게중심 추정
10.1 개 요
10.2 항공기 중량의 정의 및 구분
10.3 항공기 중량추정 방법
10.4 무게중심 추정과 포위선도
제11장 안정성 및 조종성 해석
11.1 개 요
11.2 세로 정안정성
11.3 가로 정안정성
11.4 예 제
제12장 비행성능
12.1 개 요
12.2 항공기 운동방정식
12.3 순 항
12.4 이·착륙 및 상승, 하강, 선회
12.5 성능선도
제13장 비용분석
13.1 개 요
13.2 순기비용
13.3 항공기 비용
13.4 직접 운용비/간접 운용비
제14장 비교분석연구 및 설계 최적화
14.1 개 요
14.2 설계변수 비교분석연구
14.3 사이징 매트릭스/카펫 선도 기법
14.4 설계 최적화 기법
14.5 설계요약 및 보고서 작성
14.6 사이징 매트릭스 선도를 이용한 개념설계 예

제4편 헬리콥터 설계해석
제15장 헬리콥터 공력해석
15.1 개 요
15.2 헬리콥터의 종류
15.3 헬리콥터 성능 해석
제16장 헬리콥터 개념설계 설계기법
16.1 개 요
16.2 헬리콥터 개념설계 도구의 종류
16.3 헬리콥터 개념설계도구 RISPECT

부록
1. 단위환산표
2. 표준 대기표
3. Airfoil Data
4. 설계 요구조건
5. 로터 공력성능해석(운동량이론)
6. RISPECT 사용설명서
7. RISPECT 경험적 파라미터
8. RISPECT 검증결과
9. Nomenclature
10. Subscript

참고문헌
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