항공기 기초상식

 

항공기 기초상식

비행기에 작용하는4가지 힘

양력

먼저 양력은 비행기에 있어서 가장 중요한 위로 뜨는 힘입니다. 이 힘은 날개에서 발생합니다. 비행기의 날개를 보면 윗면은 볼록하고 아랫면은 오목하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것입니다. 즉 윗면에 흐르는 공기는 지나가야 할 길이가 길기 때문에 빠르게 흘러야 하고 밑면에 흐르는 공기는 상대적으로 지나가야 할 길이가 짧아 느리게 흐릅니다. 유체가 빠르게 흐르면 그 압력이 낮아지고 유체가 느리게 흐르면 그 압력이 높아지는데 (베르누이의 정리) 바로 여기에서 날개 위와 아래면의 압력 차가 발생하여 비행기를 뜨게 하는 양력이 얻어집니다.

중력

중력은 비행기의 무게로 나타나는 힘입니다. 이 힘은 지구가 비행기를 아래로 끄는 힘으로 양력과 정반대로 작용합니다. 이 힘보다 더 큰 양력이 작용해야만 비행기는 이륙할 수가 있습니다

추력

추력은 비행기가 앞으로 나아가는 힘을 말하며, 이 힘으로 인해 비행기는 앞으로 전진하며 바람이 날개를 지나가게 해 양력을 발생시킬 수 있습니다. 하지만, 이 힘에도 반대로 작용하는 힘이 있으니 항력이 바로 그것입니다.

항력

항력은 비행기 표면에서 발생하는 마찰력이 그 주된 힘이며 이 힘을 가능한 줄이기 위해 비행기는 마찰이 적은 유선형으로 설계됩니다.

ㅁ '전폭(Wing Span)'  항공기의 전체폭을 나타내는 것으로 고정익 항공기의 경우 주익의 상반각이나 하반각, 후퇴각이나 전진각이 있을 경우에는 동일하게 최단직선거리로 나타내며, 전폭을 익폭이라고 하기도 한다. 군용기의 경우 주익끝에 연료탱크나 미사일 발사대, 포드 등을 장탁하는 경우가 많으며 이 경우 보통은 전폭에 포함한다. 헬리콥터의 경우는 전폭이라고 하지 않고 로터직경으로 표시한다.   ㅁ'전장(Length Overall)'   항공기의 기수나 프로펠러의 스피너에서 동체의 꼬리끝 또는 미익의 끝까지 가장 뒷쪽에 위치한 기체부위까지의 직선거리를 의미한다. 후퇴각을 가진 미익의 경우 수평미익의 끝부분이 동채의 끝보다 뒤로 돌출한 경우가 많다. 무미익기나 헬리콥터의 경우에는 동체의 길이(로터제외)로 표시한다.   ㅁ '전고(Height Overall)' 지상에 착륙하여 정지한 상태에서 지면과 항공기의 가장 높은 부분과의 �이를 나타내며, 대개의 경우 수직미익의 끝부분이 해당된다. 안테나 또는 레이돔이 동체의 가장 높은 곳에 위치할 경우, 수직미익 윗부분에 안테나 페어링 등이 설치된 경우에도 가장 높은 곳을 기준으로 나타낸다. 헬리콥터의 경우 로터해드의 윗부분, 테일로터의 회전부의 가장 윗부분등 헬리콥터의 기종에 따라 가장 높은 곳을 기준으로 한다.   ㅁ '자중(Weight, Empty)'

기체구조의 중량에 엔진, 연료배관, 필터 및 고정위치에 항상 장착 되어 있는 장비를 포함하며 사용하지 않는 연료, 윤활유, 유압작동유 등을 포함한다. 또한 고정 밸러스트, 내부 장비풀, 승객과 승무원용 좌석, 침대, 식료품 수납갤리 구조, 옵션 장비들의 중량을 포함하거나 승객, 화문, 연료의 무게는 포함하지 않는다. 군용기의 경우 자중에는 고정무장(기관총, 기관포)을 포함하여 승무원, 탄약, 링크, 고정파일런, 로켓탄팩 들을 포함한다. 자중은 기본중량(Basic Weight)라고도 한다.   ㅁ '주익면적(Wing Area)' 전폭과 같이 평면으로 내려다 볼 때 주익의 수평면적을 나타내며 플랩이나 슬래트 들은 격납된 상태를 기준으로 한다. 주익과 동체가 교파하는 부분은 주익의 앞전과 뒷전을 연장하여 동체 중심선과 교파하는 부분까지를 주익면적에 포함시킨다.   ㅁ '운항자중(Operating Weight)' 주로 민간기에 사용하는 중량 표시 방법으로 승무원, 수화물, 긴급용 장비등 운항에 필요한 장비 및 인원을 포함시켜 나타낸 중량이다. 운항자중에 승객, 수화물, 화물, 우편 들의 페이로드의 중량을 더한것이 Zero연료 중량이며, 영연료 중량에 연료의 중량을 더하여 실제 이륙중량 (Actual Take Off Weight)을 표시한다.   ㅁ '페이로드(Payload)' 여객기의 경우에는 승객, 수화물, 화물 등 요금을 받는 대상의 중량의 합계를 나타내며 군용기의 경우는 무장병, 공수대원, 화기, 차량 등 탑재 인원이나 화물등 운반의 목적대상을 나타낸다. 폭탄, 로켓탄, 미사일, 탕약 등 임무중에 소모되는 것은 연료와 같이 탑재량으로 표시하며 페이로드에는 포함하지 않는다.

최대 페이로드의 결정 방법은 기체의 제한중량으로부터 결정되는 중량(중량제한 페이로드)과 승객 좌석수 및 화물실의 크기로 결정하는 중량(용적제한 페이로드)등 2가지가 있으며 항공기의 능력을 표시하는 제원으로 많이 사용된다. 일반적으로 중량제한 페이로드는 최대Zero연료 중량에서 운항자중을 뺀 값을 많이 사용한다. 반면 용적 제한 페이로드는 승객의 평균체중(66~77kg)에 승객수를 곱하여 산출한 값에 화물실 용적에 160kg/㎥을 곱하여 산출한 값을 더하여 나타낸다.   ㅁ '최대영연료 중량(Max Zero-Fuel Weight)' 대형 주송기에 설정되어 있는 제한중량 으로 주익의 연료를 적재하지 않는 상태에서 중량의 한계값을 나타낸 것이다. 수송기의 경우 연료턍트가 주익 내부에 설치되어 있는 경우가 대부분 이며, 비행중에는 주익에 작용하는 양력으로 주익자체가 윗쪽으로 꺾여 올라가는 힘이 작용한다. 이때 주익내부에 연료가 탑재되어 있을 경우 꺾여 올라가는 힘을 줄이는 효과가 있으므로 주익내부에 연료가 없을 때 꺾여 올라가는 힘(모멘트)도 최대로 작용한다. 따라서 굽힘 모멘트에 견디는 주익의 강도가 한계중량을 결정하며, 이것은 페이로드의 최대량으로 연계된다. 결국 최대 이룩중량과 최대 Zero 연료 중량으로 연료탑제량을 계산할 수 있고 항속거리의 크기도 결정된다. 즉 항속거리 연장에 필요한 연료와 페이로드는 서로 반비례 관계에 있으므로 연료탑재량을 줄일경우 그만큼 페이로드가 증가하게 된다.   ㅁ '총중량(Total Weight/Max Weight)' 기체의 가장 무거운 상태를 나타내는 중량으로 보통 최대 이륙중량 (Max Take-off Weight)으로 표시한다. 이 중량을 초과할 경우 이륙이나 착륙을 할 수 없으며 특히 랜딩기어의 강도를 결정하는데 중요하다. 군용기의 경우 항공기에 고정무장, 승무원, 연료, 표준무장, 미사일을 포함하여 기준 중량을 표시하며, 최대중량은 외부장비를 만재한 중량제한(파일런에 매달 수 있는 능력, 기체의 랜딩기어 강도를 결정한다.)으로 표시한다.   ㅁ '엔진(Engine)' 메이커의 이름, 향식, 명팅, 출력(터보프롭, 왕복) 또는 추력(제트), 장비수량을 표시하였다. 같은 엔진을 장비한 항공기라도 형식번호의 끝비호가 다소 다를 수 있으나 형식이 같은 경우 성능에는 큰 차이가 없는 것이 보통이다. 현재 같은 형식의 엔진이라고 해도 시리즈 번호에 따라 출력이 다른 경우가 있다. 출력은 피스톤, 터보 프롭 터보 샤프트엔진의 경우 틀히 이륙 최대출력이라고 하여 5분간 낼 수 있는 한계출력을 따로 표시하기도 한다. 제트엔진의 경우 최대정지추력이라고 하여 5분간 낼 수 있는 한계추력을 표시한다. 제트엔진은 이륙시 추력증가를 위하여 물을 분가하거나 애프터버너를 사용하는데 제한시간은 2.5~3분정도로 최대정지추력에 포함된다. 애프터 버너를 사용할 경우 A/B로 따로 표시하였다. 터보 프롭의 경우는 제트추력을 포함하여 유효 축 마력(eht)으로, 터보 샤프트와 왕복엔진은 축 마력(shp 또는 PS)로 표시한다. 제트엔진의 경우 kg으로 표사하였는데 정확히 질량단위인 kg이 아니라 중력 가속도(g)가 곱해진 kg.f이다. 현재 세계적으로 도량형의 단위가 국제 단위계인 SI계로 통일되어 가고 있으므로 마력(hp)의 표시도 KW (카로와트), 추력은 kg대신 KN(킬로 뉴튼)으로 표시해야 하나 종전부터 사용해 오던 관습상 hp와 kg으로 표시하였다.   종전의 단위와 SI단위계의 환산값은 다음과 같다. 1KW = 1.3410hp, 1KN = 101.97kg 엔진 메이커의 경우 지면관계상 약자로 표시하였다. RR:롤즈 로이스 GE:제너럴 일렉트릭 Lyc:텍스트론 라이카밍 Cont:콘티넨탈 P&W:프래트 앤드 휘트니 P&WC:프래트 앤드 휘트니 캐나다 IHI:이시가와지마 하리마 중공업   ㅁ '연료중량(Max Fual Weight)' 항공기가 실을 수 있는 연료탱크의 용량을 표시하며, 외부에 보조연료탱크를 장착할 경우 시리즈에 따라서 연료탱크의 용량의 다른 경우도 있다.   ㅁ '최대운용 한계 마하수(Never-exceed Mach Number)' 제트엔진을 장비한 항공기의 최대속도를 나타내는 방법으로 마하수를 많이 사용한다. 마하수는 항공기의 속도(실제대기속도-TIAS)를 비행고도에 따른 음속으로 나눈 값으로 마하수는 순항면의 속도한계를 알 수 있고, 고도 및 중량과 관련된 속도가 표시되는 장점이 있다. 항공기가 고공을 비행할 때는 기온이 내려 가면서 음속이 낮아지므로 음속에 근접하게 되어 주익의 표면에 박리현상이 일어나면서 충격파가 발생하게 되어 조종이 어려워지고 쾌적성이 떨어지는 경우가 쉽게 발생한다. 따라서 이러한 현상이 발생하지 않는 여유 범위에서 속도(마하수:M)를 제한하게도 된다. 군용기의 경우 민간 여객기보다 속도와 고도성능이 우수한 경우가 많은대 마하수(M)로 표시하는 경우 고고도로 올라갈수록 기온이 낮아지므로 음속도 느려지는 현상이 발생한다. 따라서 같은 마하수라고 하여도 고도 얼마에서 낼 수 있는 속도인가를 반드시 비교할 필요가 있다. 예를 들면 해면고도에서 M1.0은 불과 265.378m/sec이지만 고도 19.00m/sec에서 M1.0은 불과 265.378m /sec이다. 따라서 F-14가 M2.34를 낼 수 있고 F-15가 M2.5를 낼 수 있다고 단적으로 말하는 것은 별로 의미가 없다. 편의를 위하여 고도에 따른 대기의 상태를 나타내는 표준 대기표는 마지막에 올림.   ㅁ '최대속도(Max Speed)' 기종간의 속도를 비교를 표시하는 방법에는 마하수로 표시하는 방법 이외에 구체적으로 속도를 표시하는 방법도 널리 사용된다. 속도로 표시할 경우 표중대기표에 의하여 고도에서 마하수가 얼마인지 계산할 수 있는 장점도 있다. 그러나 표준대기표는 음속을 m/sec로 표시하고 있기 때문에 직접 km/h로 구하기는 어렵고 단위 환상을 해주어야 한다. 대개 음속이하로 비행하는 수송기의 경우 최대속도를 km/h로 표시하고 있다. 제트수송기의 경우 최대운용한계속도(Never-Exceed Max Speed)를 사용 하는데 이 속도는 항공기의 기체에 가해지는 공기의 압력의 제한속도로, 기체의 구조물이 견딜 수 있는 강도의 한계 속도를 표시한 것이다. 대개의 경우 기체의 강도보다 엔진의 출력에 여유가 있기 때문에 속도를 초과할 가능성이 높다. 에프터버너를 장비한 군용기의 경우 애프터버너의 사용시간은 최대 5분 이상 유지하기 어려우며 속도를 내기 위해서는 외부장비를 떼어낸 클린 상태로 내부연료를 반으로 줄인 중량 상태에서 최대속도를 구하게 된다. 무장을 장착한 전투행동이 가능한 퇴대 속도는 전투속도라고 따로 구분 한다.   ㅁ '순항속도(Cruising Speed)' 이속도는 엔진의 수명과 경제성을 결정하며, 수송기의 경우 순항방식에 따른 비행속도가 매우 정황하며, 실제 운용상태를 소려하여 고도와 중량 및 순항방식을 산정한 속도이다. 따라서 순항속도에 탑재중량과 고도를 같이 표시하게 되며, 지면 관계상 생략한 경우도 있다. 중소형 프로펠러 기의 경우 기체중량이 총중량의 55~70%정도일 경우 속도를 표시한다. 제트수송기는 충격파가 급속하게 증가하므로 순항속도를 대개 마하수로 표시하죠. 보통 마하수 0.08~0.86정도이다. 군용기의 경우 애프터버너를 사용하자 않는 최적속도를 순항속도로 표시한다.   ㅁ '착륙속도(Landing Speed)' 어떤 항공기에 대하여 주어지는 속도로서 보통 활주로 끝부분의 15m(50ft) 지점을 통과할 때의 속도를 나타낸다. 이 속도는 실속속도의 1.2~1.3배의 속도이며 민간의 경우 1.3배로 정해져 있다.   ㅁ '실속속도(Stall Speed)' 플랩의 위치와 중량에 따라 결정되며 보통 플랩을 올리고 최대 착륙중량일 경우의 속도와 플랩을 내릴경우를 나란히 표시하게 된다. 이 속도는 지시대기속도로 표시하며 약 3,000m이하의 고도에서는 랜딩기어의 위치가 실속속도에 영향을 주게 된다. 수송기의 경우 오래된 성능기준으로 FAA실속속도가 있는데 이 속도는 절대적인 실속속도를 표시한 것이며 실제적 으로 요즘은 1G실속속도(보통 체험하는 실속속도)를 채택하는 경향이 늘고 있다.   ㅁ '실용 상승한도(Servixe Ceiling)' 상승률이 30m/min에 달하는 고도이며 다발기의 경우 모든 엔진이 가동할때와 하나의 엔진이 꺼졌을 경우를 구분하며, 대개의 경우 모든 엔진이 가동할때를 기준으로 삼는다. 여압이 실시되는 민간 여객이의 경우 별도로 운용고도한계 라고 하여, 여압에 대하여 동체가 견디는 강도와 10m/min의 상승률에 기초로 한 고도한계를 설정하며, 성능상 출분한 여유를 가지고 운할할 수 있는 고도를 설정한다. 따라서 민간여객기의 경우 실용상승한도가 실제적인 표시값은 아니다. 군용기의 경우 어느 고도에서 급속하게 운동조작이 불가능해지는 실제적인 값으150m/min의 상승률에 기초로 한 전투상승한도를 많이 사용한다.   ㅁ '호버링 한도(Hovering Ceiling)' 헬리콥터가 공중에서 정지 비행을 할 수 있는 최대의 고도를 나타낸다. 헬리콥터의 경우 성능비행을 할 때 특정중량에 대한 호버링 가능성능을 비교하는 기준으로 호버링 한도를 많이 사용하며 지면효과가 있는경우(IGE)와 지면효과가 없는 경구(IGE)를 구분하여 표시한다.   ㅁ '최대항속시간(MAX Endurance)' 탑재한 연료를 사용하여(공중급유를 받지 않고)비행 할 수있는 최대의시간을 나타낸다. 항속거리와는 차이가 있으며, 제트기의 경우 항속시간을 최대로 하려면, 이론 양항비가 최대로 작용하는 속도를 사용하며 항속 거리를 고려하면 최대 양항비 속도의 1.19배~1.32배의 속도로 비행한다. 프로펠러의 경우는 양향비 최대의 속도로 비행하면 항속거리도 최대가 된다. 군용기의 경우 장시간 비행을 요구하는 정찰기나 초계기에 많이 사용된다.  ㅁ '해면상승률(Max Rate of Climd S/L)' 항공기의 상승능력을 상승비행중의 수직속도로 환산한 것으로, 이 값이 클수록 짧은 시간안에 고도를 높일 수 있다는 것을 나타낸다. 고도상승의 경우에도 기준도고가 있어야 하는데 대게의 경우 해면고도(Sea Level)를 기준으로 삼는다. 다발기의 경우 모든 엔진이 작동할 때와 한쪽 엔진이 꺼졌을 경우가 틀리며, 대개는 모든엔진이 작동할 경우를 표시한다. 단위는 1분간 상승하는 고도를 m로 표시하는 m/min를 사용한다. 해면고도(Sea Level)대기압이 최대로 작용하는 고도 0m를 표시한다. 애프터 버너를 사용하는 군용기의 경우 애프터 버너를 사용하는 경우 초기상승률을 표시한다.   ㅁ '최대항속거리(Max Range)'   대개의 항공기는 구조강도 문제로 페이로드를 최대로 탑재한 상태에서 연료도 동시에 만재하기는 어렵다. 따라서 연료를 만재하면 페이로드가 줄어들고 항속거리도 짧아지게 된다. 최대 항속거리를 표시할 때는 페이로드와 탑재 연료량을 같이 표기해주어야 정확한 값을 나타낼 수 있다. 군용기의 경우 최적속도했을 때의 항속거리와 외부 보조탱크를 모두 사용했을 때의 페리항속거리(Ferry Range)로 표시한다. 페리항속거리란 A란 지점에서 B란 지점까지 편도로 운용할 경우의항속거리를 나타낸다. 한편 에프터 버너를 사용하는 조건, 저공을 비행하는 조건, 외부무장을 장착한 조건에서의 항속성능은 전투행동반경(Radius of Actin Combat Radius)으로 표시한다.    ㅁ'이륙활주로 길이/이륙거리(Take-off Run)' 이륙거리는 항공기가 이륙활주를 시작하여 지표면에서 규정된 고도(대개15m)에 도달할 때의 거리를 나타낸다. 애프터 버너를 장비한 군용기는애프터 버너를 사용하여 이륙한 거리를 기준으로 한다. 제트 수송기의 경우 이륙 활주도중 한쪽 엔진이 꺼졌을 경우 나머지엔진만으로 이륙을 계속하여 규정도(15m)에 달할때의 수평거리(편발 정지시 이륙거리)와 최대 이륙중량, 해면고도, 표준온도, 무풍상태에서 모든엔진이 작동할때 이후 규정고도에 달할때 수평거리에 15%를 더한 거리중안전을 고려하여 더 긴쪽을 이륙거리로 정한다. 소형수송기의 경우 정지출발점에서 가속을 하여 이륙도중 이륙을 계속할 것을결정하는 이륙 결정 속도를 넘어 고도가 이륙면상 15m 에 달하는 점까지의수평거리를 이륙활주 길이로 정하며, 무풍, 해면상, 표준대기온도(15℃)의 상태에서 최대중량으로 이륙할때를 이륙거리로 표시한다. STOL수송기의경우 STOL장비를 사용하여 활주를 시작하여 바퀴가 활주로에서 떨어지는 지점까지의 수평거리를 이륙활주로 정하고 있다.   ㅁ '착륙활로 길이/착륙거리(Landing Run)' 일반적인 항공기가 고도 15m지점에서 착륙을 시작하여 완전히 정지할 때 까지의 거리를 착륙거리로 표시하며, 해면상, 무풍, 최대착륙 중량일 경우로 표시한다. 수송기의 경우 규정상 착륙거리의 60%에 해당하는 길이를 착륙활주로 길이로 성능을 표시한다. 착륙활주로 길이로 성능을 표시한다. 착륙활주로 길이의 기준이 되는 착륙거리는 프로펠러의 역 피치나 제트엔진의 역 추진장치(Thrust Reverser)가 작동하는 경우가 보통이며, 기온의 변화나 활주로의 경사는 고려하지 않는다. 군용기의 경우 드래그슈트의 사용을 고려하지 않는 경우가 보통이다. STOL기의 경우 바퀴가 접지하여 정지할 때까지의 거리를 표시하는 경우가 유리하므로 착륙활주거리로 나타낸다.