이 교재는 항공우주공학을 공부하는 학부 4학년 학생을 대상으로 비행동역학이란 교과목의 교재로 활용할 수 있도록 저술하였습니다. 일반적인 시스템의 동적 특성을 해석하기 위한 원리를 학습하는 동역학, 항공기가 대기를 비행하는 원리를 학습하는 공기역학, 공학수학, 그리고 제어원리에 대한 기본적인 지식을 습득한 학생들은 큰 어려움 없이 이 교재를 이용하여 비행동역학 및 제어에 대한 기본 원리를 학습할 수 있을 것입니다. 

이 교재는 크게 네 부분으로 나누어져 있습니다. 2장에서는 기본 비행역학 이론을 다루고 있는데, 항공기를 안정하게 설계하기 위한 기본적인 내용으로 이루어져 있습니다. 항공기의 예비 형상설계나 비행동역학을 공부하기 위해서 요구되는 내용입니다. 3장부터 5장까지는 비행동역학에 관련된 내용을 다루고 있습니다. 항공기 운동방정식을 유도하고, 항공기 운동특성을 해석하기 위한 선형화 과정과 전달함수 유도 및 동특성 해석 과정을 다루고 있습니다. 6장에서 8장까지는 항공기 제어시스템을 다루고 있습니다. 항공기가 일정한 수준의 안정성을 보유하도록 하기 위한 안정성/조종성 증대 시스템, 자동조종을 위한 자동조종 시스템, 그리고 원하는 비행경로를 비행하도록 하기 위한 유도 및 항법을 다루었습니다. 그리고 마지막으로 9장에서는 항공기 비행특성 해석이나 비행시험 등의 과정에 정량적인 평가에 사용되고, 비행제어시스템을 설계할 때 기준으로 제공되는 비행성에 대해서 간략하게 다루었습니다. 각 장에서 다루고 있는 내용 중에서 너무 기본적인 내용이라고 생각되거나 혹은 너무 깊은 내용이라고 생각되는 내용 중에서 독자들이 필요할 지도 모르겠다고 판단되는 부분은 교재의 흐름을 방해하지 않도록 하기 위해서 부록으로 정리하였습니다. 비행동역학 및 제어에 관련된 주된 내용은 3장부터 8장까지 기술되어 있습니다. 항공기의 정적 안정성에 대한 기본적인 지식이 없는 사람은 비행동역학 및 제어에 대한 공부를 하기 위해서 본 교재의 2장부터 공부하여야 할 것입니다. 그러나 관련 지식을 이미 습득하고 있는 사람은 본 교재의 3장부터 학습하여도 됩니다. 또한, 비행성을 다루고 있는 9장 내용은 비행동역학 및 제어의 모든 부분에 밀접하게 관련된 내용으로, 본 교재를 학습하고 있는 도중에 독립적으로 숙독함으로 관련 지식을 습득할 수 있다고 생각됩니다. 이 교재는 학부 4학년 과정의 비행동역학 및 제어 교과목에서 한 학기 또는 두 학기에 걸쳐서 다루기 위한 교재로 저술 되었습니다. 항공기 정적 안정성에 대한 부분을 항공기 성능에 관련된 타 교재와 함께 한 학기에 걸쳐서 다른 교과목에서 미리 다루고 있는 경우에는, 비행동역학 및 제어 교과목에서는 이 교재의 3장에서 8장까지의 내용을 다루면 충분할 것입니다. 또는, 이 교재의 2장에서 5장까지의 내용을 비행동역학 교과목에서 다루고, 이어지는 학기에 비행제어시스템의 교과목으로 6장에서 9장까지의 내용을 다루어도 좋을 것입니다. 

-머리말 중에서-





이 교재는 항공우주공학을 공부하는 학부 4학년 학생을 대상으로 비행동역학이란 교과목의 교재로 활용할 수 있도록 저술하였다. 일반적인 시스템의 동적 특성을 해석하기 위한 원리를 학슴하는 동역학, 항공기가 대기를 비행하는 원리를 학습하는 공기역학, 공학수학, 그리고 제어원리에 대한 기본적인 지식을 습득한 학생들은 큰 어려움 없이 이 교재를 이용하여 비행동역학 및 제어에 대한 기본 원리를 학습할 수 있을 것이다.

1장 서론
1.1 비행동역학 1
1.2 비행제어: 유도항법제어 3
1.3 교재의 구성 5


2장 기본 비행역학 이론
2.1 비행동역학 개요 7
2.2 항공기의 기하학적/공기역학적 특성 8
2.3 단위와 표준대기 12
2.4 비행안정성 개요 15
2.5 안정성 이론 17
2.5.1 정적 안정성의 정의 18
2.5.2 동적 안정성 18
2.6 항공기에 작용하는 모멘트 19
2.7 종방향 정적 안정성 및 제어 20
2.7.1 종방향 정적 안정성 20
2.7.2 항공기의 부분별 영향 23
2.7.3 종운동 안정성을 위한 방정식 28
2.7.4 정적 종운동 제어(Static Longitudinal Control) 30
2.7.5 엘리베이터 힌지 모멘트 34
2.7.6 자유조종간 정적 안정성 36
2.8 횡방향 정적 안정성 및 제어 38
2.8.1 방향 안정성에 대한 항공기 부분별 영향 41
2.8.2 방향 제어 46
2.8.3 횡운동 안정성(Lateral Stability) 47
2.8.4 횡방향 안정성에 대한 상반각의 영향 47
2.8.5 횡방향 안정성에 대한 후퇴각의 영향 50
2.8.6 동체와 날개의 간섭효과 51
2.8.7 수직 꼬리날개의 영향 52


3장 운동방정식
3.1 서론 57
3.2 좌표축 (Coordinate Axis) 58
3.2.1 관성 좌표계 58
3.2.2 지구중심 지구고정(Earth Centered Earth Fixed: ECEF) 좌표계 59
3.2.3 지면좌표계 59
3.2.4 기체고정 좌표계 60
3.3 오일러각과 좌표변환 62
3.4 항공기 운동방정식 유도 66
3.4.1 선형 운동량(Linear Momentum) 보존법칙 67
3.4.2 회전 운동량 보존법칙 70
3.5 지구중력 성분 73
3.6 각속도와 오일러각의 시간변화율 사이의 관계식 74
3.7 쿼터니언 76
3.8 항법 방정식 79
3.9 공기역학적 힘과 모멘트 80


4장 운동방정식의 선형화
4.1 서론 83
4.2 운동방정식의 선형화 85
4.3 섭동항의 표현 90
4.3.1 유차원 미계수 91
4.3.2 무차원 미계수 95
4.3.3 무차원 미계수와 유차원 미계수의 관계 99
4.3.4 공력미계수와 공력특성과의 관계 101
4.4 정상기동 비행상태의 운동방정식 107
4.4.1 정상 직선비행 107
4.4.2 정상 선회 108
4.4.3 정상 피칭 비행 108
4.4.4 정상 롤(스핀) 기동 109
4.5 추가적 운동 변수 109


5장 종운동 및 횡운동 전달함수
5.1 서론 113
5.2 상태방정식과 출력방정식 114
5.2.1 상태방정식 114
5.2.2 종운동 상태방정식 115
5.2.3 횡운동 상태방정식 118
5.3 운동의 근사화 120
5.3.1 단주기 종운동 근사화 121
5.3.2 장주기 종운동 근사화 123
5.3.3 횡운동 근사화 125
5.4 항공기의 전달함수 129
5.4.1 종운동의 전달함수 130
5.4.2 근사화된 운동방정식의 전달함수 134
5.4.3 횡운동 전달함수 136
5.4.4 근사화된 횡운동 전달함수 139


6장 안정성/조종성 증대 시스템
6.1 서론 143
6.2 종축 단일루프 SAS 146
6.2.1 단주기 모드의 감쇠 증대 147
6.2.2 단주기 모드의 고유진동수 증대 150
6.2.3 장주기 모드의 안정화 153
6.3 횡/방향축 단일 루프 SAS 157
6.3.1 더치 롤의 감쇠 증가 158
6.3.2 롤 모드 시정수 감소 161
6.3.3 장주기 모드 안정화 163
6.3.4 균형선회 166
6.3.5 역요의 감소 169
6.4 구동기 효과 170


7장 자동조종 시스템
7.1 서론 175
7.2 피치자세 유지 176
7.3 고도 유지 183
7.4 롤 자세 유지 186
7.5 방위각 유지 190
7.6 속도/마하 유지 191


8장 유도 및 항법
8.1 개요 197
8.2 전파항법과 항공기 유도 199
8.3 자동착륙장치 설계 205
8.3.1 대기속도 제어 205
8.3.2 자세각 제어를 바탕으로 한 비행경로각 제어 210
8.3.3 속도 제어를 바탕으로 한 비행경로각 제어 213
8.3.4 Glide Slope 추종기 214
8.4 자동 비행경로 추종 218
8.5 항법 시스템 개요 227
8.6 관성항법 229
8.7 위성항법 시스템 235
8.7.1 위성항법 시스템 개요 235
8.7.2 위성항법 시스템의 종류 239
8.7.3 위성항법 시스템의 오차 241
8.8 통합항법 시스템 243


9장 항공기 비행성
9.1 서론 245
9.2 조종사 의견 및 쿠퍼-하퍼 평점 247
9.3 비행성 규정 250
9.4 비행성 평가를 위한 분류 251
9.5 비행성 요구도 258
9.5.1 종축 비행성 요구도 259
9.5.2 횡-방향축 비행성 요구도 263
9.6 기타 비행성 요구도 267

부록 A 6자유도 운동방정식 유도 269
부록 B 벡터 미분 281
부록 C 쿼터니언 288

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