사진은 A310-300의 플랩. 파울러식에 슬롯이 조합된 형태다.
플랩은 항공기의 양력과 항력을 증가시켜 항공기가 빨리 이착륙할 수 있도록 하는 보조 조종장치이다. 양력과 항력이 발생하면 이착륙 시 필요한 활주로의 거리를 단축시킬 수 있다.
플랩(flap)은 항공기의 주날개 뒷전에 장착되어 주날개의 형상을 바꿈으로써 높은 양력을 발생시키는 장치로, 고양력장치의 일종이다. 플랩과 마찬가지의 기능을 하나, 주날개의 앞전에 장착되는 것을 슬랫(slat)이라고 한다.
항공기에 장착되는 고양력장치 중 하나. 이름 처럼 양력 자체를 증가 시키는 것이 아닌 양력 발생능력(Lifting capability) 을 증가시켜 준다. 흔히 양력을 증가시키는 장치라고 알고 있는 사람들이 많지만 실제로 플랩을 사용하는 경우 항공기가 생성해 내는 양력의 양은 사용하기 전과 똑같다. 다만 플랩을 사용 함으로써 더 낮은 속도와 받음각에서 같은 양의 양력을 발생 시킬수 있게 된다.
쉽게 말해 항공기 날개단면(에어포일)의 모양을 필요에 따라 바꿔서 양력 효율성을 늘리는 역할을 하는 장치다. 양력 효율성 늘리는 방식은 플랩에 종류따라 다양하다. 크게는 날개 앞쪽에 있는가, 뒤쪽에 있는가로 구분하는데 앞쪽에 있는 건 앞전플랩(Leading-Edge Flap)라고 부르며 뒤쪽에 있는 것은 뒷전플랩(Trailing-Edge Flap)이라고 부른다. 사실 이 플랩말고도 다른 고양력장치도 몇 종류있긴 하지만 현실적으로 대부분의 항공기는 고양력장치=플랩이기 때문에 그냥 넓은 의미로 앞/뒷전 고양력장치를 전부 플랩의 일종으로 묶어버리기도 한다.
플랩은 비행기 날개의 앞 혹은 뒤쪽 끝에 경첩으로 연결되며 아래 위 등으로 움직일 수 있는 판 같은 부분이다. 대부분의 플랩은 날개의 캠버(옆에서 보았을 때 아래로 휘어진 정도)를 증가시켜 날개의 양력을 높이는 역할을 한다. 이렇게 양력이 효율성이 증가하면 더 낮은 속도에서도 같은 양의 양력을 발생시킬 수 있고 비행을 유지할 수 있게 된다. 다만 플랩이 펼쳐지면 양력 효율성이 커지는 것과 동시에 항력 또한 커지므로 필요 시에만 필요한 정도의 각도로 플랩이 쓰인다.
특히 최근에는 플라이 바이 와이어 시스템과 연동되어 조종사가 일일이 조작할 필요 없이 알아서 그 각도가 최적의 각도로 움직이는 경우도 많다.
엉뚱하게도 배의 뒷전에 장착되는 경우가 최근 생겨나고 있다. 소형선박에서는 트림을 조정해 주어 저항을 줄여주고, 대형선에서는 반류특성등 유동장을 개선하여 연비를 향상시킨다고 알려져 있다고 한다.
아마 소형선의 경우라면 그 특성상 고속으로 올라갈수록 선수가 들려 앞쪽의 저항이 강해지는 현상으로 인해 연비가 급락하는 것을 이 선미플랩이나 비슷한 구조물인 웻지가 선미부를 들어올려 주어 선수가 덜 들려 올라가게 하고, 그 결과 받음각을 낮춰 속력과 연비를 개선하는 식으로 보이며 대형선의 경우엔 선체 표면을 따라 흘러온 저수압 고유속 띠를 선미쪽의 돌출부에 비스듬히 충돌시킴으로서 강제로 약간 감속시켜 고수압 저유속으로 만들고[2], 뒤쪽의 저수압 구역과 잘 섞이게 해 주어 속력과 연비를 개선하는 형태라는 의미로 보인다. 대형선에서의 경우는 사거리 연장탄 방식 중 K-9 자주곡사포에서 사용하는 것으로 알려진 BB(Base Bleed) 탄의 탄두미부 연소기가 연상되는 대목으로, 해당 장치는 연소가스로 탄두미부에 발생되는 저압(혹은 진공에 가까운) 구역에 연소가스를 분사하여 저압 구역에서 발생되는 탄두를 빨아들이려는 힘을 줄여 사거리를 늘려주는 원리로 작동되는 장치로서 두 장치가 사용하는 매개가 되는 물질과 그 발생(혹은 확보) 방식만 다를 뿐 기본적인 작동 기전은 동일하다.
항공기는 엔진이 발생시키는 추력과 이 추력에 의해 주날개에서 발생하는 양력에 의해 공중에 뜨게 된다. 양력은 커다란 추력 또는 주날개의 형상에 의해 그 크기가 달라질 수 있다. 그런데, 높은 양력을 만들어 내는 주날개 형상은 항력을 발생시킨다. 높은 항력은 그 항공기가 비행하기 위해서 커다란 추력을 가질 것을 요구하게 되고, 이는 곧 엔진의 효율성 저하로 이어지는 모순에 다다르는 것이다. 따라서, 항공기의 주날개 형상은 그 항공기에 요구되는 적당한 양력과 항력을 절충하는 선에서 설계된다.
그런데, 이·착륙시에는 특히 낮은 속도에도 불구하고 항공기가 큰 양력을 가질 것이 요구된다. 이륙시에는 랜딩 기어와 지면의 마찰로 높은 속도를 내기가 어려우며, 착륙시에는 낮은 속도로 활주로에 접근할수록 안전한 랜딩이 가능해지기 때문이다. 따라서, 이·착륙(take off,landing)시와 같이 특히 높은 양력이 요구되는 경우에만 주날개의 형상을 변화시켜 커다란 양력을 발생시킬 수 있다면 바람직할 것이다.
플랩의 기능 및 사용[편집]
플랩은 주날개에 장착되어 주날개의 형상을 변화시키는 효과를 만들어낸다. 플랩이 전개됨으로써 날개의 형상이 변한다. 예컨대 날개 뒷면에서 플랩이 미끄러져 나와 전개됨으로써 주날개의 면적과 받음각이 커지는 효과가 발생하고, 이에 따라 주날개는 플랩이 전개되지 않았을 때에 비해 커다란 양력을 발생시켜 항공기가 낮은 속도에서도 안전하게 비행할 수 있게 해준다. 낮은 속도에서 충분한 양력을 발생시켜주는 플랩의 이러한 특징으로 인해, 항공기들은 이·착륙시에 플랩을 전개하게 된다.
그러나, 플랩은 양력을 증대시키는 순기능을 가진 반면 항력 또한 증대시키는 역기능을 가지고 있다. 따라서 충분한 추력이 발생하여, 추력만으로도 충분한 양력이 발생되는 항공기의 순항 도중에는 고속과 효율성 증대를 위해 플랩을 전개하지 않는다. 또한 전개된 플랩을 지지하는 구조물의 내구성이라는 측면에서도, 고속 비행 중의 공기의 저항은 플랩 구조물의 붕괴를 가져올 수 있다. 따라서, 플랩의 파손을 막기 위해 일정한 속도 이상에서 조종사는 반드시 플랩을 접어야 한다.
이론상으로는 플랩의 구조가 다단계이고 복잡할수록 그 효율이 뛰어나다고 한다. 그러나, 실제로는 플랩의 구조가 복잡해질수록 그 중량이 늘어나 비행의 효율을 떨어뜨리게 된다. 따라서, 항공기의 설계 과정에서는 플랩의 복잡성에서 얻어지는 효율성과 무거운 플랩의 비효율성을 절충하여 플랩의 구조를 결정하게 될 것이다. 대체로 대형 항공기일수록 복잡한 구조의 플랩을 가지고 있고, 소형의 것일수록 간단한 구조의 플랩을 가지고 있다.
앞전플랩(Leading Edge Flap)[편집]
주 날개 앞부분에 장착되는 기동장치이다. 이 장치를 통해 주 날개의 전체적인 평면이라고 불리는 캠버(Camber)의 면적을 늘려서 양력을 더 많이 얻게 하는 역할을 한니다. 앞전플랩은 아래와 같은 종류로 구성되어 있다.
- 크루거 플랩(Krueger Flap) : 앞전플랩이 위아래로 움직이며 접혀지는 구조를 가졌으며 이것은 특히 아래로 내렸을 경우 양력을 증가시켜 항공기가 상승하도록 도우며, 날개 겉 부분이 양파처럼 벗겨지는 박리현상을 방지해준다. 주로 민간 국제 여객기에 사용된다.
- 드루프 플랩(Droop Flap) : 아주 신속하게 위아래로 움직이도록 만들어져 있다. 이러한 빠른 움직임은 항공기 기동성을 빠르게 조절해주며, 주로 전투기에 사용된다.
- 슬랫과 슬롯(Slat & Slot) : 이 두 가지로 나뉘어진 부분은 사실 하나의 플랩의 부착 부위가 주 날개와 약간의 공간을 두었기에 나뉘어진 명칭이다. 두 개의 기동장치가 아니다. 슬랫이라는 플랩과 슬롯이라는 약간의 공간으로 나뉘어져 있다. 이러한 슬롯과 슬랫은 반드시 같이 존재하므로 이 방식을 사용하는 플랩을 슬롯티드 플랩(Slotted Flap)이라고 하며, 이 플랩은 앞전과 뒷전 둘 다 사용된다.
- 슬랫(Slat) : 기동장치인 플랩을 의미하며, 양력을 증가시키기 위해 공기의 흐름 방향을 위쪽으로 유도하며 박리현상을 방지한다. 이는 기류 이탈 현상을 방지하는 역할을 하기도 한다.
- 슬롯(Slot) : 이것은 플랩이 아닌 공간 명칭이다. 슬랫이 탄생하면서 만들어진 일종의 공간 명칭인데, 슬랫을 전방 위아래로 내밀어야 하는 과정에서 주 날개와 슬랫 사이의 공간이 발생하므로 붙여진 이름이다. 주 날개와 슬랫의 사이에 존재하는 공간으로써 슬랫을 통해 공기가 위로 올라올 때 해당 공기들이 재빨리 드나드는 통로 역할을 하며, 따라서 기류 이탈을 방지한다.
| 드루프 플랩 / 출처 Technology Images - Thumbnails
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뒷전플랩(Trailing Edge Flap)[편집]
항공기의 뒷부분에 장착하여 주요 기동성을 담당한다. 영화나 게임 등에서 항공기가 움직일 때 가장 큰 영향을 주는 기동 장치이다. 캠버의 넓이를 확장시켜 양력과 항력을 크게 조절한다. 주력 플랩인 만큼 종류가 다양하며 아래에 나열되어 있다.
- 플레인 플랩(Plain Flap) : 가장 기본적이며 단순한 구조를 지닌 기동장치이다. 경첩을 이용하여 플랩을 조작하는 구조인데, 한국에서는 단순플랩 혹은 평 플랩이라고도 부른다. 간단한 구조이므로 제작 비용이 저렴하고 공간을 적게 차지하기 때문에 현재 많이 사용되고 있으나, 타 플랩에 비해 기동성이나 효율성이 떨어진다. 주로 경항공기나 전투기에 사용한다.
- 스플릿 플랩(Split Flap) : 날개 일부 끝이 다른 조각으로 갈라져서 내려오는 형태를 가졌다. 분할플립이라고도 부르며, 이 플랩은 1920년 라이트형제 중 한 명인 오빌 라이트(Orville Wright)와 제임스 M.H. 제이콥(James M. H. Jacobs)이 함께 발명한 초창기 플랩이며 1930년 더글라스 DC-1외의 다른 항공기에 첫 적용되었다. 항력이 양력보다 클 정도로 심하여 급선회에 유리한 면이 존재하므로 주로 2차 세계대전 전투기에 많이 사용되어 왔으나, 현대에 들어서 기동력이 떨어지게 한다는 이유로 쓰이지 않게 되었다.
- 슬롯티드 플랩(Slotted Flap) : 뒷전플랩용 슬롯티드 플랩이다. 뒷전플랩을 아래로 기동할 때 발생하는 곡률 변동에 의해 공기가 한 쪽에만 집중적으로 흐르는 현상이 발생하게 되어 박리현상이 나타나게 된다. 이를 방지하고자 뒷전플랩과 주 날개 사이에 슬롯이라는 공간을 낸 것을 의미한다. 이 플랩은 1920년 핸들리 페이지(Handley-Page)로부터 시작된 초창기 연구였으나 기술적 한계로 현대에 들어와서 널리 사용하게 되었다. 이 플랩은 구조가 좀 더 복잡해지며 무게가 증가하므로 기동성을 감소시키면서 짧은 이착륙을 유도할 수 있다. 전투기나 소형 여객기에는 잘 쓰이지 않으나, 빠른 이착륙을 요구하는 대형 여객기에 주로 사용된다.
- 더블-슬롯티드 파울러 플랩(Double-Soltted Fowler Flap) : 특히 대형 여객기용 슬롯티트 플랩은 파울러 플랩을 같이 사용하는 더블-슬롯티드 파울러 플랩을 사용하며 이를 통해 2~3개의 슬롯을 만들어내어 더 빠른 이착륙 성능을 향상시킨다.
- 파울러 플랩(Fowler Flap) : 플랩이 평상시에는 주 날개의 옆면인 에어포일(Airpoil) 뒤쪽 하단 안쪽에 있다가 비행할 때는 주 날개 뒤로 미끄러지듯 스르륵 나오는 방식이다. 이는 마치 책상 서랍을 열고 닫는 것처럼 묘사된다. 따라서 날개 면적과 캠버를 증가시킬 수 있어 양력 출력에 있어 매우 우수하다. 1924년 하란 D. 파울러(Harlan D. Fowler)가 고안하여 1932년 프레드 위크(Fred Weick)에 의해 실험되었으며, 1937년 록히드마틴의 슈퍼 일렉트라 여객기에 처음으로 적용하였다.
- 다이브 플랩(Dive Flap) : 세계 2차 대전부터 만들어진 이 플랩은 고속으로 기동하거나 급강하하는 항공기의 기체 제어 불가 현상을 해결하고자 만들어졌던 일종의 속도 제어 및 브레이크 역할용 플랩이다. 이를 통해 고속에서의 주 날개 기동 효율을 증가시키고 주 날개의 후방 기류를 이용하여 꼬리날개의 양력을 감소시켜 전체적인 기동성을 향상시키는 효과가 있다. 그래서 다이브 브레이크(Dive Brake)라고도 부른다. 급강하할 때 마치 다이빙을 하는 것 같다고 했으며 이러한 상태에서 안정적인 비행을 위한 다이브라는 명칭이 붙여졌다. 2차 세계대전부터 급강하 폭격기에 주로 장착하여 정밀폭격을 할 수 있도록 유도되었다. 또한 글라이더에는 공기를 활용하여 기체를 감속시키는 에어브레이크(Air Brake)를 적용하여 보조 착륙 장치로 활용했는데, 이것이 다이브 플랩보다 더 효율적인 면을 발견하여 현재의 모든 전투기에 다이브 플랩보다는 에어브레이크를 적용하고 있다.
- 융커 플랩(Junkers Flap) : 날개의 하단에 약간의 공간을 두는 상태로 장착되어 회전하는 슬롯형 플랩이다. 미 사용 시 다른 플랩보다 비행 반경이 커지는 단점이 존재하지만 사용 시 플레인 플랩이나 스플릿 플랫보다 더 높은 상승효과를 가져다 준다. 1920년 후반에 독일 융커(Junkers) 사에서 오토 매더(Otto Mader)에 의해 개발되었으며 융커 Ju 52 및 융커 Ju 87 스투카 급강하 폭격기에서 목격되었다.
- 구지 플랩(Gouge Flap) : 스플릿 플랩의 또 다른 형태 플랩으로 날개 가장자리 하단에 장착되어 마치 파울러 플랩처럼 뒤로 나오면서 스플릿 플랩처럼 작동하여 주 날개와 분리되는 모습을 통해 캠버를 가장자리에서 증가시켜 양력을 제공한다. 이 플랩은 영국 쇼트 브라더스(Short Brothers) 사의 아서 구지(Arthur Gouge)에 의해 발명되어 쇼트 엠파이어 비행정과 선더랜드 비행정에 장착되어 사용되었으나 다른 항공기에 사용된 사례가 발견되지 않아 유일하게 쇼트 브라더스만이 이 플랩을 사용했을지도 모른다고만 기록되어 있다.
- 페어리-영맨 플랩(Fairey-Youngman Flap) : 이 플랩의 작동 방식은 먼저 플랩을 아래로 하강시킨 후, 비행기 날개의 뒤쪽으로 미끄러지듯 나온 뒤, 일반 플랩처럼 위아래로 작동한다. 이는 결과 적으로 파울러 플랩과 유사한 작동 방식이지만 전체 작동 과정은 그저 뒤쪽으로 슬라이딩되어 나오는 파울러 플랩보다 더 복잡하면서도 플랩을 위로 올렸을 때 슬롯이 사라지면서 주 날개와 통합되어 공기흐름을 유도할 수 있는 효과가 있다. 이 플랩의 장점은 항공기의 수평비행자세를 유지시켜주는 트림(Trim)의 과도한 변경 없이 곧바로 수직으로 하강을 하도록 돕는데, 영국 페어리 플라이와 페어리 바라쿠다에 적용된 몇 안 되는 기동장치이다.
- 잽 플랩(Zap Flap) : 구동 방식은 파울러 플립과 비슷하지만 날개의 하단에 장착되며, 플랩의 절반만 뒤로 나오며 주날개 하단에 플랩의 중심점이 서로 와이어로 연결된 상태로 위아래로 구동한다. 차이점이 있다면 파울러 플랩은 완전히 뒤로 나오지만 잽 플랩은 절반만 나와서 구동한다는 것이다. 이 플랩은 에드워드 F. 자파카(Edward F. Zaparka)가 발명하여 1932년 항공기 회사인 아리스토크라트(Aristocrat) 사에서 시험되었으며, 노스롭 P-61 블랙 위도우 외에 어떠한 기종에 적용된 사례가 나오지 않았다.
- 거니 플랩(Gurney Flap) : 주 날개의 에어포일 시점에서 가장 후방의 하단에 장착되는 일종의 고정 수직 탭으로 이는 다른 플랩처럼 기동하지 않고 고정되어 공기의 흐름을 안정화 시켜서 항공기의 불안정 현상을 해결하는 데 사용되었다. 이 플랩은 1930년에 만들어진 것으로 파악되오나, 거의 사용되지 않아 잊혀지다가 1971년 자동차 레이서인 댄 거니(Dan Gurney)가 발견하여 자동차의 날개 후방에 장착하기도 하여 그의 이름을 본따 명명하게 되었다. 이후, 미국 헬리콥터 제조사인 시코르스키(Sikorsky) 사에서 거니 플랩을 시코르스키 S-76B에 적용하였는데, 이 헬리콥터는 도날드 트럼프 대통령이 2대를 보유하고 있을 정도의 안정적인 기동을 이 플랩을 통해 보여주고 있다.
- 플렉시블 플랩(Flexible Flap) or 플렉스포일(FlexFoil) : 주 날개의 에어포일 자체의 모양을 변형시켜서 플랩처럼 작용하는 방식으로 주 날개 후방에 내장된 구동장치인 엑츄에이터에 의해 에어포일이 뒤틀리도록 구부러지면서 유연하게 움직여진다는 의미로 명명된 플랩이다.
- 분출플랩(Blown Flap) or 제트플랩(Jet Flap) : 이 플랩은 저속으로 비행하는 특성을 가진 항공기의 강력하고 신속한 고도 상승을 위해 고안된 기동장치이다. 주 날개에서 흐르는 공기가 날개의 뒤쪽으로 흘렀을 때 이러한 공기를 제트엔진을 통해 압축시켜 아래 방향으로 유도하는 방식으로 양력을 강력하게 증가시킨다. 따라서 제트처럼 공기를 강하게 부는 현상이 일어나므로 제트플랩 혹은 분출플랩이라고 한다. 이러한 강력한 양력 제공을 통해 신속하게 선회나 회피기동을 할 수 있으므로 주로 전투기에 사용되었다. 이 플랩은 2차 세계대전 이전에 실험용 플랩으로 사용된 바 있다. 독일에서 전쟁을 치르는 도중 아라도 232, Do-24, Bf 109를 포함한 전투기에 적용하여 실험을 진행했다. 특히 아라도와 도르니에 플랩에는 공기를 폭발시켜 분출시키는 실험 방식을 채택하였다. 이러한 실험은 1950년까지도 이어졌으며, 1958년 2월에 록히드마틴의 F-104 스타파이터에 정식으로 적용되어 이후 다양한 전투기에 적용하고 있다.
- 플래퍼론(Flaperon) : 항공기의 회전 기동성과 위아래 기동성을 둘 다 수행시키기 위해 만들어진 플랩이다. 보통 항공기의 회전 기동(롤 제어)에 사용되다가 플랩을 전개할 때는 플랩의 역할로 사용되도록 고안되었다. 즉, 에일러론(Aileron)과 플랩을 같이 활용하기 위한 기동장치이다.
| 스플릿 플랩 / 출처 Wikimedia Commons
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| 더블-슬롯티드 플랩 / 출처 Dinero en Imagen
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| 파울러 플랩, 대형 여객기는 주로 슬롯티드 파울러 플랩을 사용합니다. / 출처 Boldmethod
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| 융커 플랩이 장착된 융커 Ju 52 / 출처 Пикабу
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| 구지 플랩이 장착된 쇼트 엠파이어 비행정 / 출처 AviaDejaVu
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| 페어리-영맨 플랩의 슬라이딩 후, 기동하는 과정 / 출처 Rich and Greg's Airplane Page
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| 잽 플랩이 장착된 노스롭 P-61 블랙 위도우 / 출처 Jan Hermkens
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| 플랩들 사이에 있는 플래퍼론 / 출처 Business Insider
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동영상[편집]
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
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