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융합과학

항공의 과학

비행기는 어떻게 하늘에 머무를까?



비행기가 엔진을 가동하고, 하늘에 이륙하여 비행하다가 착륙할 때까지 작용하는 물리적 힘은 4가지가 있다. 양력, 중력, 추력 항력이 그것이다. 이 중에서 비행기를 공중에 뜨게 하는 힘은 양력과 추력인데, 항공기에서는 어떻게 두 힘을 만들어내는지 알아보자.


베르누이는 기체 역학의 선구자다. 그는 자신의 이름을 딴 '베르누이 방정식'을 증명해냈다. 여기서 중요한 부분은 기압이 다른 두 기체가 있을때, 고기압에서 저기압의 방향으로 공기가 흐르고, 기압차에 비례하여 이동하는 속도가 달라진다는 것이다. 비행기 날개의 단면을 보면 윗면은 볼록하고 아랫면은 평평하다. 그러면 공기가 흐를 때 볼록한 부분의 흐름이 평평한 부분보다 상대적으로 빨라진다. 따라서 공기의 흐름이 빠른 부분은 저기압, 느린 부분은 고기압이 되는 것이다. 결국 날개 아래쪽에서 기체를 들어올리는 양력이 발생한다. 하지만 양력은 혼자서는 발생할 수 없다. 엔진의 힘으로 전진하며 공기의 힘을 받아야 하는 것이다. 비행기가 전진하려면 공기를 미는 힘, 즉 추력이 필요하다. 그래서 비행기는 이륙하기 전, 충분한 가속을 통해 공기의 흐름을 빠르게 하는 것이다.


비행기는 크기에 따라서 날개가 부착된 위치가 변화한다. 경비행기와 같은 소형 비행기는 무게중심을 낮춰 기체 안정성을 높이기 위하여 동체의 윗부분에 날개가 있다. 그리고 보잉 747과 같은 무거운 대형 비행기는 착륙 시에 바퀴가 받는 충격을 흡수하기 위해 날개가 아랫부분에 있다. 하지만 군용 대형 수송기의 날개는 경비행기와 마찬가지로 위에 있다. 이것은 탑재된 수하물을 신속하게 내리기 위해 동체를 최대한 바닥에 붙히기 때문이다.