비행과 조종의 여러가지 요소
비행기에 작용하는 네 가지 힘
여러 세기 동안 발명가들과 과학자들은 비행의 기본원리를 이해하기 위해 노력해 왔으며 지금도 비행 전문가들은
항공 역학의 세부적인 내용에 대한 논의를 계속하고 있습니다. 조종사들은 몇 가지 기본 개념을 이해하고 있어야
합니다. 우선 비행에 영향을 주는 네 가지 힘인 양력 중력 추력 및 항력에 대해 알아보겠습니다.
이 네 가지의 힘은 쌍을 이뤄 작용합니다. 양력(위로 작용하는 모든 힘의 합)은 중력(아래로 작용하는 모든 힘의
합)과 반대입니다. 마찬가지로 추력(앞으로 끄는힘)은 항력(뒤로 당기는 힘)과 반대입니다. 서로 반대되는 힘들은
안정 상태 비행에서 각각 균형을 이룹니다. 안정 상태 비행에는 직진 수평 비행과 일정한 대기 속도에서 수행하는 정률 상승 및 강하가 포함됩니다.
네가지 힘은 무게 중심(CG)이라는 한 점을 기준으로 작용한다고 생각하면 됩니다.
양력
양력은 비행기가 날 수 있도록 해 주는 힘입니다. 비행기 양력의 대부분은 날개로 부터 발생합니다. 대기 속도와
받음각(AOA), 즉 날개가 앞에서 날아오는 항공기의 대기 속도 또는 각도를 조절함으로써 날개에 의해 생성되는 양
력의 양을 조절할 수 있습니다. 일반적으로 항공기의 대기 속도 또는 받음각이 증가함에 따라 날개에 의해 생성되는 양
력의 양도 증가합니다. 비행기의 속도가 빨라지면 일정한 고도를 유지하기 위해서는 받음각의 크기를 줄여야 합니다.
기수를 약간 낮추면 받음각이 작아집니다. 비행기의 속도가 느려지면 더 많은 양력을 발생시켜 고도를 유지하기 위해서는
받음각의 크기를 늘려야 합니다. 기수를 약간 들면 받음각이 커집니다.
상승 또는 강하 중에도 본질적으로 양력의 크기는 중력의 크기와 같습니다. 항공기의 상승률과 강하율은 무엇보다도
엔진에 의해 발생하는 추력의 양과 관련이 있는 것이지 날개에 의해 생성되는 양력의 양과 관련이 있는 것이 아닙니다.
중력
중력은 양력과 반대입니다. 실제로 중력은 언제나 비행기의 무게 중심과 지구의 중심을 연결한 선을 따라 작용한다고 볼 수 있습니다.
처음에는 단지 연료가 소모되면서 중력이 변한다고 생각할 수 있습니다. 그러나 실제로 비행기가 기동함에 따라 부하율, 즉 G-force가 변합니다.
이는 날개에 의해 지탱되는 부하가 변화함을 의미 합니다. 예를 들어 비행기가 60도의 뱅크(bank)로 수평 선회를 할 경우 부하율은 2가 됩니다. 즉,
지상에서 측정한 비행기의 중량이 2000파운드(907kg)라면 선회중 이 비행기의 유효 중량은 4000파운드(1814kg)가 되는 것입니다.
기동중 양력과 중력 간의 균형을 유지하려면 받음각을 조절해야 합니다. 예를 들어 깊은 뱅크 각도로 선회 중이라면 더 많은 양력을 생성하여 증가한 중력과 균형을
이루기 위해서는 기수를 약간 들어 받음각의 크기를 늘려야 합니다.
추력
항공기의 동력 장치에 의해 생성되는 추력은 항공기가 공기를 뚫고 나아가게 합니다. 추력은 항력과 반대입니다.
안정 상태 비행에서 추력의 크기는 항력의 크기와 같습니다. 고도를 유지하면서 추력을 증가시키면 순간적으로
추력이 항력보다 커져 비행기의 속도가 빨라집니다. 그러나 항력도 함께 증가하여 곧 다시 항력이 추력과 균형을 이룹니다.
비행기는 더 이상 속도가 빨라지지 않고 이전보다는 더 빠른 일정한 대기 속도로 다시 안정 상태 비행을 하게 됩니다.
또한 추력은 비행기의 상승 능력을 결정하는 가장 중요한 요인이기도 합니다. 실제로 비행기의 최대 상승률은 날개에 의해 생성되는 양력의 양과 관련있는 것이 아니라
수평 비행을 유지하기 위해 필요한 파워 외에 사용 가능한 잉여 파워의 양과 관련이 있습니다.
항력
비행기에 영향을 미치는 항력에는 두 가지가 있습니다. 기생항력은 공기와 랜딩 기어, 버팀대, 안테나와 같은 항
공기 구조 사이에 발생하는 마찰입ㄴ다. 기생 항력은 항공기 속도의 제곱에 비례하여 증가합니다. 대기 속도를 두
배로 높이면 기생 항력은 네 배가 됩니다.
유도 항력은 양력의 부산물로 공기가 날개 아래 고기압 부분에서 날개 위 저기압 부분으로 이동하면서 발생합니다.
이 효과는 느린 대기 속도에서 중력과 균형을 이룰 충분한 양력을 생성하기 위해 큰 크기의 받음각이 필요할 경우에
가장 두드러집니다. 실제로 유도 항력은 대기 속도의 제곱에 반비례합니다. 대기 속도를 반으로 줄이면 유도 항력은
네 배로 늘어납니다.
