[슝~~ 비행기 탐구] 120여 년 전 개발 '3축 조종' 기술… 비행기 안정적으로 날게 하지 <연재 끝>
장조원 한국항공대학교 교수 입력 : 2021.03.08 06:00
	/그림=나소연 전속 미술기자
/그림=나소연 전속 미술기자
조종사는 비행기를 어떻게 움직일까? 조종사는 조종간*으로 에일러론(보조 날개), 엘리베이터(승강타), 러더(방향타) 등을 조작해 원하는 방향으로 기체를 움직인다. 에일러론은 주(主)날개의 뒷부분에 장착된 조종면을 말한다. 엘리베이터는 수평 꼬리 날개 뒷부분에, 러더는 수직 꼬리 날개의 뒷부분에 부착된 조종면을 일컫는다.

에일러론과 엘리베이터는 조종간으로 통제한다. 러더는 페달로 움직인다. 예컨대 조종사가 조종간을 당기거나 밀면 엘리베이터가 올라가거나 내려가는데 이에 따라 비행기 앞부분이 올라가거나 내려간다. 조종사가 조종간을 오른쪽으로 밀면 우측 에일러론은 올라가고 좌측 에일러론이 내려가 오른쪽 날개의 양력이 왼쪽 날개보다 작아지면서 비행기는 오른쪽으로 기울어진다. 또 오른쪽 페달을 밟으면 러더가 오른쪽으로 움직여 비행기는 오른쪽으로 방향을 튼다. 그 반대 방향도 마찬가지다.

이 같은 비행기 조종법은 미국의 라이트 형제가 개발했다. 라이트 형제는 처음에는 엔진이 없는 글라이더로 하늘을 날았다. 글라이더를 조종하기 위해 엘리베이터를 앞쪽에 부착했고, 나중에 수직 꼬리 날개를 달았다. 선회*하기 위해서 양쪽 날개에 양력 차이가 생기도록 날개를 비틀었다. 이 같은 3축 조종(보조 날개-승강타-방향타) 기술을 숙달한 라이트 형제는 1903년 글라이더에 프로펠러와 가솔린 엔진을 장착해 인류 최초로 동력(動力)비행에 성공했다. 형제가 개발한 '플라이어호'는 3축 조종이라는 비행기의 가장 핵심적인 기술을 담은 비행기다. 이를 기반으로 1906년 '하늘을 나는 기계'라는 명칭의 특허를 획득했다.

비행기는 동체의 주날개와 비행기 뒤쪽 끝 부분의 꼬리 날개(수직 꼬리 날개와 수평 꼬리 날개)를 갖고 있는데 주날개는 비행기의 무게를 지탱하는 양력을 발생시킨다. 꼬리 날개는 비행기의 안정성(원래의 상태로 회복하려는 성질)을 유지하도록 한다. 비행기가 순항 비행 중 갑자기 분 바람으로 인해 기체 앞부분이 올라가게 되면, 수평 꼬리 날개가 이를 떠받쳐 앞부분을 내림으로써 비행기를 안정시킨다. 꼬리 날개는 무게중심*으로부터 최대한 먼 곳에 있는데, 그 위치가 무게중심에서 멀고 크기가 클수록 안정성은 더 좋아진다.
 [슝~~ 비행기 탐구] 120여 년 전 개발 '3축 조종' 기술… 비행기 안정적으로 날게 하지 <연재 끝>
비행기가 안정성을 갖기 위해서는 무게중심 위치가 중요하다. 무게중심의 허용 범위란 앞쪽 끝 한계지점인 전방한계에서부터 뒤쪽 끝 한계지점인 후방한계까지 사이를 말한다. 비행기의 무게중심 위치는 승객 및 화물, 연료 등을 탑재한 위치에 따라 변하며 전방한계와 후방한계를 벗어나지 않아야 한다.

만약 무게중심 위치가 전방한계를 벗어나 앞쪽에 있는 경우에는 비행기 앞부분이 내려가거나 전방 착륙 장치에 무리한 힘이 작용하는 등 위험한 일이 벌어진다. 또 무게중심 위치가 후방한계를 벗어나 뒤쪽에 있는 경우에는 비행기 앞부분이 올라가 안정성이 나빠지고, 심할 때는 조종이 불가능해 기체가 추락한다. 그래서 비행기에 화물이나 연료 등을 실을 때는 무게중심 위치를 고려해 탑재한다.

인간은 날개가 없지만, 하늘을 난다. 양력을 발생시키는 날개와 강력한 추력을 갖는 엔진을 장착했을 뿐만 아니라 안정적으로 조종할 수 있는 3축 조종 비행기를 개발했기 때문이다.

이제 인간은 푸른 하늘 너머 지구 밖 우주여행까지 현실화하기 위해 노력하고 있다. 그 중심에 여러분들이 당당히 서 있기 위해 꾸준히 노력하리라 믿는다.

* 조종간: 조종사가 항공기의 비행 방향과 운동 방향을 조종하는 막대 모양의 장치.
* 선회: 항공기가 곡선을 그리듯 진로를 바꾸는 것.
* 무게중심: 비행기의 총 무게를 하나의 힘으로 표현할 때 그 무게가 집중되는 위치. 비행기를 끈으로 매달았을 때 균형을 유지할 수 있는 지점.
 [슝~~ 비행기 탐구] 120여 년 전 개발 '3축 조종' 기술… 비행기 안정적으로 날게 하지 <연재 끝>
▲한국항공대학교 항공운항학과 교수 ▲공군사관학교 명예교수 ▲저서 ‘하늘에 도전하다’ ‘비행의 시대’ ‘하늘의 과학’ 등