항공기의 기동성에 대해 알아보자

일게이들 안녕? 나는 이제껏 눈팅만 하다가 최근에 가입한 뉴비게이야. 오늘 처음으로 정보글을 써보려하니 필력종범이라도 이해해 주길 바래.

자! 내 소개를 했으니 본격적으로 정보글로 들어가보자. 오늘 설명할 내용은 크게 1. 테일스태빌라이저와 2. 와류(vortex)효과로 나눌수있어.

1.(테일스태빌라이저) 지구상에는 여러종류의 다양한 사이즈의 비행기가 지금도 하늘을 날아다니고있는데 아무리 비행기에 관심없는 게이라도 F-16전투기가 보잉747기보다 기동성이 뛰어나다는 사실 정도는 알고있을거야. 그런데 왜 그렇게 되는지 내가 설명해줄게.

윗짤은 엠브라에르170 여객기의 꼬리날개 중 수평안정판이야. 오른쪽으로 자세히 보면 각도가 적힌 각도기 비스무리한게 보일거야. 스태빌라이저 트림탭이야. 여객

기는 전투기처럼저 수평안정판을 통째로 움직여서 피치각을 바꾸는게 아니라 스태빌라이저에 달린 엘리베이터를 움직여서 피치각을 움직이고 비행 중 연료소모량

등에 따라 달라지는 무게에 대처하여 동체의 받음각을 바꾸기 위해 위의 트림 탭이 자동으로 움직여. 짤을 보면 이해가 쉬울 거야.

세스나같은 작은 비행기는 방식이 조금 달라서

저 위치에 트림탭이 달려있지. 그리고 여객기와는 달리 수동이 많아. 속도를 바꾸거나 연료가 소모되어 가벼워지면 저 트림탭을 건드려줘야 일정한 고도로 비행할수있어.

음.. 그런데 이 설명을 한 근본적인 이유는 여객기를 비롯한 대부분의 민간항공기의 수평안정판의 역할을 설명하기 위해서야. 물론 예외도 있는데 나중에 설명할게. 아래 짤을 보자.

음 게이들 학생때 공부안한거 알아... 그러니 일단 잡다한거는 신경쓰지말고 W와 T라고 지정된 화살표를 봐. W는 주날개의 양력중심이고 T는 수평스태빌라이저의

다운포스라고 할수있어. 저 화살표의 길이가 힘의 크기라고 보면 위의 T값은 물론 너무 과장되어있어. 하지만 여기서 중요한거는 항공기의 무게중심(CG)가 양력중심

(Centrer of Lift, Center of Pressure) 보다 반드시 앞에 위치한다는 거야. 지렛대하고 비슷하노. 물론 실제로는 저렇게 멀리 위치하지는 않아. 그렇지만 항공기가 기수를

내릴때 빼고 수평스태빌라이저는 반드시 아래로 양력을 발생시킨다는점이 중요한 포인트야. 이거설명할려고 여기까지왔노..

만약 비행 중 수평스태빌라이저가 떨어져 나가면 항공기는 즉시 아래로 운지하고 승객들은 단체로 노짱따라가는거지. 러시아성님들이 만든 IL-76비행기는 한쪽스태빌라이저만으로도 떠있을수는 있다하더라. 그렇다 하더라도 그 상태로 급상승은 절대 불가능해..

자... 이쯤되면 조금 똑똑한 일게이는 수평스태빌라이저도 위로 양력을 발생시키도록하면 좋겠다고 생각할지도몰라. 옛날 1920년대 비행사들도 일게이들과 비슷한 생각을 했어. 그래서 노짱보다 더빨리 운지했지.

비행기가 날던 도중 바람이 분다거나 기류가 흐트러진다거나 하면 수평스태빌라이저는 기능을 잃고 실속(Stall)할수가 있어. 거의 반드시 주날개보다 먼저 실속함.

그런데 옛날비행기들처럼 무게중심이 주날개양력중심 뒤에 있거나 하면 수평스태빌라이저가 운지하는 그즉시 기수가 위로 치켜올라가서 회복불가능한 실속에 들가 조종사뿐만아니라 밑에서 헬렐레 하고 구경하던 농부들까지 같이 민주화되는거야.

무게중심이 주날개의 양력중심 앞에 있어야 돌풍시 기수가 아래로 내려가서 속도를 올려 실속을 방지할수있어. (MD-11기는 항력감소한답시고 아주 예외적으로 수평안정판이 다운리프트를 아주 조금만 발생시키거나 위로 양력을 발생시켜. 그런 이유로 자동조종되는데 조종컴퓨터가 비행중 운지하여 불안정해져서 추락한 경우가 몇번있어)

이제까지 설명한 여객기등 항공기의 특징은 '조종안정성이 높다' 로 요약될수있어. 다른말로 하면 무게중심이 양력중심 앞에 있어서 지렛대와 비슷하게 작동하면 안정성이 높지. 반대로 무게중심이 양력중심과 거의 일치하거나 드물지만 심지어 뒤에있으면 안정성은 마이너스 값을 가지게되. (0%로 무게중심과 양력중심이 일치하면 중립안정성이라 불러)

즉 조종안정성과 기동성은 반비례한다는 사실을 도출해낼수 있어. (이 글에서는 종단방향 안정성만 다루는데 횡단방향으로도 불안정할수록 Roll rate 등의 기동성이 높아지지.)

참고로 보잉747이나 A380찡은 33%전후의 값을 가지고 F-16초기형은 기동성을 높이려 -1%라 컴퓨터의 도움없이는 조종이 거의 불가능해. 후기형으로 가서 무게중심을 몇인치 앞으로 이동시키면서 +값의 안정성을 만들어냈어. 여객기는 기동성보다 안정성이 훨씬 중요하고 움직임도 둔하므로 +값을 가질수밖에 없어..

공중전을 중시하는 경량전투기는 중립안정성 혹은 약간 네거티브안정성을 채택하고 F-15E등의 전폭기는 여객기만큼은 아니지만 +안정성을 보이고 있지.

그리고 미라지 2000같은 전통적인 수평스태빌라이저가 없는 비행기도 델타익 뒤쪽의 엘레본으로 엘리베이터와 에일러론의 기능을 겸해서 상관없어.

보잉747은 이륙할때 자세히 보면 상승하는 내내 엘리베이터가 꺽여있는걸 볼수있어.

반면 미라지2000은 일단 피치업자세에 들어가면 엘레본을 원위치해야 그 자세를 유지해.

마지막으로 조금 자세히 정리하면:

1. +안정성(Statically Stable): 기류에 의해 자세가 흐트러져도 알아서 원래 자세로 돌아감--대부분의 민간항공기

2. 중립안정성(Statically Neutral): 자세가 흐트러지면 흐트러진자세를 어느정도 유지함--기동성높은 전투기(미라지 2000)

3. -안정성(Statically Unstable):자세가 흐트러지면 가만히두면 점점 더 흐트러짐--F-16초기형 등 기동성 ㅆㅅㅌㅊ 전투기들 (단점: 조종컴퓨터 운지시 비상탈출 필수)

자! 지금까지 1.(테일스태빌라이저)의 내용을 알아보았어. 지금까지 읽느라 수고 많았노 게이들아.

2. (와류vortex 효과로 인한 불안정성)

음 2번은 할까말까 망설였는데.. 일단 알아보자!

1번에서 알아보았듯이 전투기들은 의도적으로 안정성을 낮춰서 플라이바이와이어로 조종하는 경우가 많아. 그건 유로파이터찡이나 라팔, 미라지3등 델타익을 가진

전투기들도 해당되는 이야기야. 오히려 델타익 적투기들은 대부분 카나드라는걸 날개 앞에 달아서 그걸로 여러가지효과를 내지.

라팔 카나드찡 ㅍㅌㅊ?

윗짤처럼 앞부분 양력을 발생시켜 효율 ㅅㅌㅊ 이륙하기도하고

동그라미친부분이 vortex generator 즉 와류발생기야. 우리가 주목할 부분이지.

이짤에서 주날개위의 와류를 잘 감상할수있어

그럼 일단 이런 델타익 전투기들에서 와류의 역할을 알아보자!

게이들도 알다시피 요즘 전투기는 날개를 비롯해 동체 전체가 고속비행에 적합하도록 설계되어있어.

그런데 착륙할때도 고속비행해야되면 허구한날 노짱따라기 딱좋지않겠노?

F-15, F-16, F-18 등 천조국 전투기는 센츄리시리즈를 제외하면 일반적인 주날개+수평안정날개 방식이 기본이야.

그래서 높은 받음각과 플랩을 사용하여 착륙속도를 줄일수 있어. 플랩을 사용하면 기수내림모멘트가 생기기때문에 수평안정판은 필수야.

그런데 유럽의 전투기메이커찡들은 전통적으로 델타익을 선호하고 요즘 트렌드는 거기에 카나드를 추가하는거야.

그리고 착륙할때에는 높은 받음각과 더불어 카나드의 각도를 조절하여 주날개위에 와류를 왕창 흘리는거지. 와류로 인해 양력이 50%이상 늘어나기도해.

그런데 호옹이? 와류를 흘렸더니 항공기 조종안정성이 불안정해지노?

사브 드라켄 전투기에서 발견된 이 현상을 유럽성님들은 옳타꾸나 무릎을 치며 향후 전투기에 접목하게되.

원래 미라지3에 카나드가 없었는데 이후 착륙속도를 낮추고 기동성을 높이려 고정형카나드를 설치하지.

원래 이상태에서....

호옹이??

KIA~ 카나드를 뙇! 박아놓고 플라이바이와이어 전자식 조종을 결합하니 기동성이 ㅅㅌㅊ되노!

기술의 발전으로 카나드로 불안정해졌다가도 조종컴퓨터가 맛이가면 수동모드로 전환하고 카나드를 고정해서 조종안정성을 높이는 그리펜NG도 등장ㄷㄷ하노

아 글이 길었네

게이들아 여기까지 읽어줘서 너무고맙다. 재미있었으면 좋겠다음에 기회가되면 다른 정보글도 풀어볼게.

안묻히면좋겠다.