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1 항공우주 이야기 항공기에 숨어 있는 과학 및 비밀장치 항공기에는 비행 중에 발생하는 현상을 효율적으로 이용하기 위해 과 학이 스며들어 있다. 특별히 관심을 갖고 관찰하지 않으면 쉽게 발견할 수 없지만, 유심히 살펴보면 객실 창문에 아주 작은 구멍이 있고, 주 날 개를 보면 뒷전(trailing edge) 부분이 꺾어져 있다. 또 비행기 전체 형 상을 보면 수직꼬리날개가 유난히 크고, B737 엔진나셀을 보면 입구부 분이 찌그러져 있다. 이러한 비밀스런 장치에는 다 과학적인 이유가 있는 것이다. 항공기에 숨어있는 과학 및 비밀장치로 1. 비행기 객실 창문의 작은 구멍 2. 찌그러진 B737의 엔진나셀 3. 초음속 항공기 날개의 뒷전 후퇴각 4. 뒷전 형태가 각진 비행기 날개 5. 저속 여객기의 수직꼬리날개가 유난히 큰 이유 6. 톱니형태를 갖거나 보틸론(vortilon)을 장착한 날개 7. 항공기 타이어의 비밀 등을 아래 그림의 시계반대방향 순서로 설명(<비행의 시대> 사이언스북스 4 부 참조)하고자 한다. 한국항공대학교 항공운항학과 교수 장조원 그림 1 비밀스러운 비행장치들 항공우주 매거진

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8 크, 그리고 엔진의 역추력 장치를 먼저 작동시켜 속도를 줄인 다음 브레이크를 밟는다. 항공기의 바퀴가 활주로 상에서 접촉하면서 운동하고 있을 때 바퀴와 활주로 바닥 간에 작용하는 마찰력을 운동 마찰력이라 하는데 그 힘은 F=μ N으로 주어진다. 여기서 F는 운동 마찰력이고, μ 는 운동마찰계수이며, N은 항공기의 운동 방향과 수직으로 작용하는 힘을 말하는데 이것은 항공기의 무게에 해당된 다. 만약 항공기에 작용하는 운동마찰계수 μ 가 변하지 않 고 일정하다면 마찰력의 크기는 항공기 무게 N에 의해 결정되므로 접촉면적에 관계없이 일정하다. 마찰계수가 그림 9 초음속 여객기 콩코드기 타이어 는 순간에 속도로 인한 양력 증가로 인해 붕 뜨는 기분을 느낄 수 있다. 양력은 속도의 제곱에 비례해 증가하기 때 문이다. 또 조종사는 이륙하고 나서 착륙 장치를 올리게 되면 착륙 장치가 동체 안으로 들어가면서 항력이 감소하 고 양력이 증가하는 경우에도 위로 뜨는 기분을 느낄 수 동일한 경우 기존의 타이어의 마찰력은 광폭 타이어의 마 찰력과 동일하므로 광폭 타이어가 빨리 정지할 수 있는 것은 아니다. 그러나 광폭타이어의 운동마찰계수는 폭이 좁은 타이어와 그 값이 동일하지 않다. 운동마찰계수 μ 는 두 물체의 재질, 표면의 매끄러운 정도, 바퀴의 면적, 윤 활제의 유무 및 종류에 따라 다르기 때문이다. 따라서 운 동마찰계수 μ 는 상수가 아니고 변수인 것이다. 있다. 조종사는 공항에 착륙하기 위해 접근하면서 착륙 장치 를 내리고 활주로에 접지한 후 날개 윗면의 스포일러 (spoiler, 비행기의 날개부분에 부착되어 양력을 감소시 키는 역할을 하는 공기역학적인 장치)와 스피드 브레이 콩코드기의 타이어 사진에서 볼 수 있듯이 항공기의 착륙 바퀴에는 미끄러짐을 방지하고 마찰력을 크게 하기 위해서 여러 가지 모양의 홈들이 파여 있다. 이 홈의 모양 및 크기에 따라 항공기 바퀴와 활주로 간 마찰계수가 달 라져 브레이크를 밟았을 때 제동력이 달라지는 것이다. 항공기 바퀴의 면적이 커진 광폭 타이어를 사용하면 운동 마찰계수 μ 가 증가해 빨리 정지할 수 있다. 항공기 타이어는 항공기가 착륙을 하기 위해 활주로에 접지하는 짧은 순간 걸리는 큰 하중을 견딜 수 있도록 설 계된다. 타이어 숫자는 항공기 무게를 분산해 타이어 하 나에 걸리는 하중이 증가하지 않도록 항공기 무게가 증가 함에 따라 증가한다. 에어버스 사의 A300인 경우 타이어 바퀴 수는 2개의 타이어로 구성된 앞바퀴(nose gear)와 그림 10 보잉 777 여객기의 착륙 장치 4개의 타이어로 구성된 2개의 메인기어(main gear)로 2015년 4월 / 제9권 1호

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