CHAPTER 7. WHAT THE PLANE WANTS TO DO

 

비행기 자체에 내재된 본능적인 특성에 대해서 얘기를 하면 우선 비행기는 어떤 특정한 자세를 유지하려는 경향보다는 속도를 일정하게 유지하려고 하는 본능이 있다.(speed keeping tendency) 여기에는 수평미익(horizontal stabilizer)이 역할을 하는데 기수가 내려가서 속도가 증가하게 되면 수평미익은 마이너스의 받음각을 가지고 스평미익 아래쪽으로 힘이 작용하게 되어 다시 기수가 들리게 된다. 기수가 들려서 속도가 떨어지게 되는 경우도 수평미익이 작용하게 되어 반대로 회복하게 된다. 실제로 비행기 설계자들이 의도하는 수평미익의 목적은 tail up이 아니고 tail down 이다.겉보기에는 수평미익의 받음각이 양의 값(positive angle of attack)을 갖는 것 같아도 0 내지 음의 값이다! 비행기의 무게는 기수가 낮아지게(nose down tendency), 수평미익은 기수가 높아지게( nose up tendency) 하여 이 둘이 밸런스를 이루는 것이다. 비행기의 본능적 특성은 속도에 관한 것이지만 더 정확한 의미로는 받음각에 대한 것이다! 비행기는 선회 때에도 마찬가지로 같은 받음각을 유지하기 위해 약간 기수가 낮아진다. 이것은 속도가 일정하게 하는 것과는 약간 다르다.(보통 speed와 angle of attack은 같은 목적으로 쓰이지만 이런 경우는 약간 다르다.)

 

 

[TAIL]

 

Tail의 horizontal stabilizer는 어떤 특정한 자세와 속도를 유지하도록 설계되어있다. 즉 일정한 속도로 안정적인 수평비행을 하다가 속도가 떨어지면 비행기는 mushing하기 시작한다. 상대풍은 밑으로부터 오고 받음각은 커져서 꼬리날개가 갖는 받음각은 커진다. tail에 up-force가 작용하여 비행기는 nose-down 되고 일정한 정도로 속도가 증가할 때까지 그 자세는 계속된다.

(이 때 비행기의 nose가 아닌 tail이 무겁다면 어떻게 될까? -- stall에 쉽게 빠지고 회복도 잘 안된다.)

ㆍ반대의 경우도 마찬가지(그림참조)

 

[THE EFFECT OF POWER]

비행기는 대부분 스로틀을 닫아서 파워를 줄이면 speed-up, 열어서 파워를 늘이면 speed-down 하려고 하는 tendency가 있다. 아주 안정적인 한 비행기의 경우 예를 들어보기로 하자. 그 비행기에서 어떤 파워로 스로틀을 셋팅해 놓고 100mph로 수평비행을 할 때 스로틀을 열어서 파워를 증가시키면 상승하면서, 닫아서 파원를 줄이면 하강하면서 일정한 속도를 유지하려고 한다. 하지만 실제로는 슬로틀을 열면 70mph로 상승하고, 닫으면 130mph로 하강한다. 그 이유는 여러 가지인데 그 중 하나가 propeller blast 때문이다. 파워를 증가시킬 떄 프로펠러 후류가 꼬리날개를 치고 down force는 증가. 따라서 nose-up하기 떄문이다. 파워를 줄일 떄는 그 반대로 작용한다. 이러한 이유로 스톨스피드에 가깝게 착륙접근하던 비행기가 갑자기 go around할 때 기수가 갑자기 들려 power stall로 가는 경우가 있다.- 이 경우 조종사가 조종간을 콘트롤해야한다

(stick에 약간의 forward pressure를 줘야한다). 결론적으로 모든 좋은 비행기는 built-in stability 가 있다. 하지만 위의 power effect같은 원하지 않는 효과도 있기 때문에 그것을 조절하는 것이 바로 조종사의 역할이다.

 

 

 

[How Dihedral Works]

 

 

 

Dihedral은 비행기의 정적인 자세에 도움이 된다. 그림의 비행기는 현재 skid하고 있는 중이다. 상대풍은 그림을 보는 우리의 눈쪽에서 가며 오른쪽 비행기는 위에서 본 모습이고 화살표방향으로 진행하고 있다. 이 비행기는 오른쪽 날개의 받음각이 커져 오른쪽이 들려서 왼쪽으로 뱅크를 함으로써 skid를 정지시킨다. 이런 식으로 비행기가 안정된다.

 

 [Spiral Stability]

보통 비행기들은 조종간에서 손을 떼면 똑바로 보다는 선회를 한다. 그런데 이것이 토크(torque)때문은 아닌 것 같다. 왜냐하면 프로펠러가 없는 글라이더도 선회를 하기 때문이다.

그 이유는의 설명에는 두가지 힘이 동시에 작용하는데 예를 들면---gust 때문에 오른쪽으로 날개가 밑으로 기울면서 그 쪽으로 side slip하면 weathercocking 때문에 nose는 오른쪽으로, 이후에는 전에 나온것 같이 오른쪽으로 bank하거나 아니면 오른쪽 날개가 내려가면서 lift가 증가하여 다시 올라오면서 왼쪽으로 rolling 하거나 두 가지 중 하나이다.

(Dihedral이 무지 크고 vertical fin이 아주 작다면 후자이고 반대로 vertical fin이 무지 크고 dihedral이 없다면 전자이다.) ( 이 두 가지는 이미 전에 기술 한 내용인데 저자가 책을 쓸 당시 전 세계에서 겨우 수십명 정도만 정확히 이해하며 저자 자신도 잘 모른다고 하였음. 이점 고려하여 새로운 비행기 설계시 안정적인 비행기를 참고삼아서 실수를 반복해가면서 한다고 함.)

 

 [Over-banking tendency]

예를 들어 오른쪽으로 날개가 기울면 그쪽으로 slip한다. Dihedral에 의해 오른쪽 날개가 복원되기 전 약간 오른쪽으로 yawing되고 왼쪽 날개가 빨라지므로 lift 증가, 따라서 banking. Banking 되면 slip되고 아까와 같은 일이 반복. Bank가 크게 증가하면 yawing effect의 결과는 nose가 땅쪽으로.(bottom rudder를 밟는 효과)

 

 

CHAPTER 8. THAT THING CALLED TORQUE

 

우리가 토크(torque)라고 부르는 것은 프로펠러 때문에 생긴다. 토크의 영향은 비행기의 속도가 작을수록 더 크기 때문에 이륙이나, 상승, 급선회(steep turn) 등의 경우에 그영향이 커서 조종사가 보기에 시계방향으로 회전하는 프로펠러인 경우에 오른쪽 러더의 사용이 필요하며 반대로 하강(dive)시에는 왼쪽러더의 사용이 필요하다. 비행기의 기수가 한쪽으로 돌아가려고 하는 이유 몇가지를 살펴보도록 하겠다.

 

[Gyroscopic Precession]

비행기가 왼쪽으로 기울려고 하는 몇 가지 이유가 있는데 그중 하나가 세차(gyroscopic precession) 이다. 엔진과 프로펠러는 커다란 회전하는 덩어리인데 이 축이 움직일 때 운동의 방향은 축의 움직임 방향과 직각으로 작용한다.

조종사가 볼 때 시계방향으로 회전하는 프로펠러의 경우 조종간을 뒤로하여 nose up되면 오른쪽으로, 오른쪽 러더를 사용하여 기수를 오른쪽으로 돌리려 하면 nose-down으로, nose-down을 유도하면 왼쪽으로, 외쪽 러더를 사용하면 nose-up 방향으로 움직인다. 하지만 보통 비행기에서 이러한 영향은 미미하다. (1, 2차 대전 전투기에서는 전투시 문제가 발생하곤 했다. 또한 Twin engine tail dragger 에서 take-off run 때 tail을 갑자기 들면 left turn 한다. single rudder 일 경우 심각한 문제가 될 수 있다.)

 

[Action & Reaction]

프로펠러가 시계방향이면 비행기는 시계반대방향으로 회전 → Left wing low → 이것을 방지하기 위해 Left wing에 좀더 high angle of attack → left wing에 more drag → nose-left 이상과 같은 문제가 생길 수 있다. 이것은 nose left tendency라기 보다는 left wing low tendency라고 보아야 하며 미미하다. 하지만 2차대전 때의 스핏파이어같이 wing span이 짧고 프로펠러는 크면서 아주 출력이 좋은 경우는 위험할 수 있다. (스톨에 가까운 상태에서 스로틀을 완전히 열어서 풀파워를 낼 때, 또한 랜딩기어가 짧은 비행기가 지상에 있을 때도 위험할 수 있다.)

 

 

[The Spiraling Slipstream]

프로펠러의 후류가 비행기를 타고 돌면서 꼬리부분의 수직미익(vertical stabilizer)를 때려서 왼쪽으로 치우치려는 경향이 있음을 보여준다. 이것이 비행기의 기수가 왼쪽으로 치우치려하고 조종사가 이를 바로잡기 위해서 오른쪽 러더를 써야하는 현상이 생기는 것을 설명할 수 있는 가장 중요한 원인이다. 비행기 제작자들은 이러한 현상을 줄이기 위해 꼬리부부을 약간 기울이기도 하는데 그렇게 하면 파워를 증가시킬 때에는 효력이 있겠으나 파워를 줄이고 하강할 때에는 반대의 영향이 생기므로 비효율적인 것이라 생각된다. 그래서 대부분의 비해기 제작자들은 꼬리의 방향은 순항시의 조건에 맞추어서 제작한다.

 

아래 그림은 파워온스톨(power on stall)에 가깝게 비행하는 비행기가 커다란 left yaw tendency 때문에 오른쪽 러더를 밟고 있는 상태에서 스톨에 걸리면 급격한 하강 때문에 left yaw tendency가 없어지는 것을 나타낸다. 조종사는 습관적으로 계속 오른쪽러더를 밟고있어 트러블이 생길 수도 있다.

 

Left yaw tendency를 줄이거나 없애기 위해 테일 밑에 커다란 vertical fin을 붙일 수도 있지만 랜딩기어의 높이에 따라 제한적이므로 쉽지않다. 또한 수평미익의 양쪽 끝에 H-tail 모양으로 두 개의 작은 tail을 만들거나 엔진의 방향을 약간 기울일 수도 있다.(과거의 조종사들은 이런 스타일의 비행기는 비행기같지 않다고 해서 별로 좋아하지 않았다.)



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McGraw-Hill 사 출판의 Wolfgang Langerwiesche 의 저서의 내용을 직역한 것은 아니고 그냥 알량한 지식으로 제가 이해하였다고 생각한 내용을 추가, 요약 하였습니다. 혹시 오류가 있거나 그림의 문제가 있다해도 너그럽게 이해해 주시고 지적하여 주시면 감사하겠습니다. 이곳에 대해 언급하실 경우에는 게시판을 이용해 주시기 바랍니다. Chapter 1. 비행기는 어떻게 나는가 비행을 배우는 조종사로서 ...

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CHAPTER 9. THE FLIPPERS AND THE THROTTLE ☆☆☆☆☆ Elevator는 speed control, Throttle은 up & down control ☆☆☆☆☆ 조종간을 어떤 특정한 위치로 놓고 특정한 속도로 비행할 때 파워를 올리면 그 속도로 상승하고 파워를 줄이면 그 속도로 하강한다. 엔진을 끄면 그 속도로 글라이딩한다. 즉, up and down control은 조종간이 아니라 스로틀이다. (상승하기 위해서는 조종간을 위로 당기는 것이 아니라 파워...

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CHAPTER 11. THE RUDDER [Use of Rudder] 러더의 사용에 대해 알아보자. 다음 몇가지를 생각할 수 있다. 1. Taxiing시 방향전환--independent brake, twin engine, steerable nose gear등 다른 방법이 있다. 2. Take-off run시 방향전환--tail dragger에서는 아주 중요, tricycle 에서는 별로. 3. Against torque 4. Sideslip: Cross-wind landing 5. Forward slip 6. Stall 시 중요 7. Turn 위의 그...

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PART 8. STRAIGHT AND LEVEL CRUISING

CHAPTER 13. STRAIGHT AND LEVEL CRUISING Straight level flight는 시험관이 조종사의 조종능력을 시험할 때 기준으로 삼는 중요한 조종능력이자 크로스컨트리를 효율적으로 하게 하는 중요한 조종술이다. Straight & level flight를 잘 못하면 끊임없는 skid 와 slip으로 멀미와 피로가 생긴다. 나침판 바늘이 출렁거릴 때 당신의 뱃속과 내이(inner ear-귀의 평형감각담당부위)도 같이 출렁거린다는 것을 알아...

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CHAPTER 14. THE GLIDE 급한 경사로 글라이딩을 하고 싶으면 비행기를 기수의 위치를 덜 급하게하고, 완만하게 글라이딩 하고싶으면 nose를 급한 경사로 유지해라. 왜냐하면 급경사로 글라이딩하면 속도가 붙어서 수평길이가 연장된다. 또 글라이딩시에 속도가 너무 느리면 조종능력이 떨어지고 스톨의 위험이 있으며 속도가 너무 빠르면 랜딩시에 문제가 생긴다. 정상 글라이딩 속도(normal glide speed)라 함은 특정한 ...

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CHAPTER 15. THE APPROACH 보통 학생조종사의 경우 착륙접근을 연습할 때 어떤 나무를 지날 때 고도가 얼마고 어떤 건물을 지날 때는 고도가 얼마이다는 식으로 절대적인 기준으로 연습하지만 이것은 잘못된 방법이다. 익숙하지 않은 공항이나 익숙하지 않은 비행기를 조종할 때 이런 방법은 무용지물이다. 이러한 방법이 아니고 훈련에 의하여 지각을 향상시켜 착륙접근 훈련에 도움을 가져올 수 있다. ...

PART 11. LANDING

CHAPTER 16. THE LANDING 착륙시 테일드래거(tail dragger)에서 three point landing은 착륙속도를 줄이기 위한 결과로 나타나는 것이다. ㆍSlow speed landing의 장점은 1. 비행기에 stress가 덜하고 2. Landing 조작이 쉽고 3. Emergency 등 때 좁은 공간에서 착륙이 가능하다는 것 등이다. ㆍ거의 stall에 갈 정도로 nose up 하면 3 landing gear가 동시에 닿도록 설계를 한다. (tail dragger 내용이니까 ...

PART 12. LANDING RUN

CHAPTER 17. THE LANDING RUN 비상착륙(forced landing)시 나무와 충돌을 방지하거나 다른 비행기와의 충돌을 방지하기 위한 의도적인 ground loop 이외의 ground loop는 조종사의 부주의 때문이다. 윗 그림은 미끄럽지 않은 곳에서 발생한 ground loop로 원심력에 의해 바깥 쪽의 날개가 전복되었으며 아랫 그림은 미끄러운 곳(grass, ice)에서 발생한 것으로 tail 쪽으로 나간다. 이러한 ground loop는 강력한 le...