'삼각날개'에 해당되는 글 1건

  1. 2009.06.23 독특한 형태의 ‘삼각날개’ 쓴 전투기 모습은? (17)


 심심하고 종이가 남으면, 종이학 못지않게 많이 접는 것이 아마 종이비행기가 아닐가 싶다. 종이학은 반드시 정사각형으로 맞춰야 하지만 종이비행기는 일반적으로 볼 수 있는 직사각형의 A4 용지로도 쉽게 접을 수 있는데다가 가지고 노는 재미도 있으니 말이다. 그런데 여유롭게 느린 속도로 활공하는 종이비행기와 비슷하게 생겼지만, 도리어 빠른 속도를 목표로 만들어진 날개가 있다. 바로 ‘삼각날개’다.

 

 전투기의 ‘가변날개’ 역사, 사진으로 알아보기

 ‘우리하늘의 파수꾼’ F-15K 사진으로 자세히 알아보기

 각 나라의 다양한 F-15 모습, 사진으로 알아보기

 헬기서 비행기로 변신, CV-22 ‘오스프리’ 살펴보기

 세계 각 국의 팬텀기 모습, 자세히 살펴보기

 공군 조종사 ‘비행복’의 형태와 특징은 무엇?

 F-15 전투기의 ‘독특한’ 날개구조, 그 이유는?

 

 

 빠르게 비행하는데에는 후퇴각을 크게 해주는 것이 여러모로 유리했다. 하지만 후퇴각이 점차 커지면 커질수록, 구조적으로는 약해지기 때문에 만들기가 까다로워진다. 구조적으로 후퇴날개는 날개와 동체가 접히는 부분이 수직으로 만나지 않고 꺾여져 만남에 따라 구조적으로 직선 날개에 비해 약하기 때문이다. 그래서 주된 구조물은 동체와 가급적 수직으로 만나면서도, 후퇴각을 크게 주는 방법을 찾다보니 나온 형상이 바로 삼각형이었다.

 

 

 삼각날개는 구조적으로 후퇴날개에 비해 더 튼튼하게 만들기가 쉬웠다. 그러다보니 구조적 보강이 더 적어도 되었고, 그 결과 상대적으로 무게가 가볍게 된다. 일정 수준으로 후퇴각을 갖게 하려면, 삼각날개의 좌우 폭이 좁아진다. 그 결과 후퇴날개에 비해 상대적으로 날개 면적에 비해서 날개의 폭이 좁아지게 되는데 이것은 장점과 단점을 동시에 갖는다. 폭이 좁아지면서 후퇴날개를 갖다보니 날개뿌리 쪽은 앞뒤로 길고, 날개 끝쪽은 앞뒤로 짧다.

 

 날개 뿌리 쪽이 앞뒤로 길다는 말은 두께의 비율이다. 즉 길이에 비해 얼마나 두꺼운가가 관건이다. 그래서 똑같이 두께비가 5%라고 하더라도, 앞뒤 길이가 30cm라면 두께는 그것의 0.05배인 1.5cm가 되지만, 앞 뒤 길이가 3m가 된다면 두께 역시 15cm가 된다. 날개에서 주로 하중이 걸리는 부분은 날개 뿌리다. 그리고 두께가 두꺼우면 하중을 더 잘 버틴다. 이 점은 삼각날개가 상대적으로 튼튼한 또 한가지 이유다. 더불어 대다수의 전투기는 날개 안에 연료를 넣는다. 이 두꺼운 부분에는 더 많은 연료를 넣을 수 있고, 그결과 같은 면적의 후퇴날개에 비해 연료 탑재량이 늘어난다.

 

 

 한편 삼각날개는 실속에 쉽게 빠지지 않는 것도 큰 장점중 하나다. 삼각날개가 높은 받음각이 되면, 날개 위로는 복잡한 소용돌이 흐름이 생긴다. 이것은 보통의 후퇴날개나 직선 날개에서도 비슷한 것이 생기지만, 보통은 안좋은 쪽으로 작용한다.

 

 하지만 삼각날개의 경우엔 이 소용돌이가 날개 위 대부분을 덮음으로써, 일종의 공기에 에너지를 공급해주는 역할을 해준다. 실속이란 것은 날개 위애서 공기가 그 흐름을 유지하지 못하고, 떨어져 나감으로서 양력이 급격히 떨어져 나가는 현상이다. 그리고 이렇게 공기가 떨어져 나가는 것은 공기가 가지고 있는 에너지(여기서는 운동에너지가 주로 작용한다)가 원래의 흐름을 유지하기에 충분치 못하기 때문이다. 그러나 삼각날개에서는 소용돌이가 공기가 떨어져 나가지 않도록 계속 에너지를 공급해주는 형태가 되다보니 공기 흐름이 쉽게 떨어져 나가지 않고 덕분에 실속도 잘 일으키지 않는다. 이는 급기동을 해야하는 전투기에게는 큰 이점으로 작용한다.

 

 

 하지만 때로는 이 소용돌이가 도리어 문제를 일을키기도 한다. 소용돌이 흐름이 날개 뒷 부분에 가서 그 형태를 유지하지 못하고 그대로 흐트러져 버리는 것이다. 이부분은 대부분 수직꼬리날개가 위치하고, 흐트러진 공기는 수직꼬리날개에 악영향을 준다. 그결과 조종사가 의도치 않았는데 기수가 돌아간다거나, 혹은 심한 진동이 생길 수도 있기 때문에 설계자들은 이것을 막기위해 고민 또 고민을 해야한다.

 

 한편 급기동중 실속을 막아주기에 유리한 소용돌이가 오히려 급기동 중 문제를 일으키는 경우도 있다. 급기동을 할 때 항공기가 한 쪽으로 미끄러지면, 좌우 한쪽에서만 소용돌이가 생기고 나머지 한쪽은 작게 생기거나 아예 생기지 않는 수도 있는데, 그결과 좌우 날개에서 비대칭적으로 힘이 생겨서 원하는 대로 비행하는것을 방해하기도 한다.

 

 한편 삼각날개는 날개 그자체로서의 역할, 즉 양력을 발생시키는 역할로서는 효율이 높은 편은 못된다. 특히 음속 이하의 속도에서 이문제가 심한데, 기본적으로 후퇴각이 큰데다가 날개 폭 또한 상대적으로 좁다보니 이 문제가 더 심해진다.

 

 특히 문제가 되는 것은 이착륙할 때다. 이착륙시와 선회시엔 상대적으로 느린 속도에서의 큰 양력을 얻어야 하는데, 이렬러면 일반적인 후퇴날개에 비해 상대적으로 큰 받음각을 유지해야 한다. 물론 삼각날개는 방금 전에 설명한 것처럼 높은 받음각을 유지하는데에 있어서 유리하다. 문제는 이착륙중 높은 받음각을 유지하려면 조종사는 활주로를 보기 어려워진다. 오토바이 앞바퀴를 들고 달린다고 생각해 보시라. 옆에서 보는 사람은 멋져 보이지만 정작 본인은 앞바퀴에 가려서 앞이 보이지 않게 된다.

 

 

 한편 후퇴각이 크고 날개 폭이 좁다보면 아음속에서는 양력에 비해 항력이 많이 발생한다. 즉 양력 효율이 떨어진다는 의미가 되는데, 이러면 장거리 비행시에 더많은 연료를 소모하게 된다. 게다가 이문제는 공중전을 벌일때도 악영향을 주게된다. 선회를 계속해야 하는 경우다. 이를 지속선회능력이라고 하는데, 일정한 속도와 선회반경(선회시 그리게 되는 원의 반지름)을 유지한 채로 계속 비행하는 능력이다.

 

 급선회를 하면 양력을 많이 만들어 내야 한다. 그런데 양력을 만들어내려면 필연적으로 항력이 생긴다. 문제는 삼각날개는 이 효율이 나쁘다. 즉 후퇴각이 작고, 날개폭이 더 넓은 날개에 비해 같은 수준의 양력을 만들어 내려해도 더 큰 항력이 생긴다. 그러면 속도가 점차 떨어져서 선회를 유지할 수 없게된다. 이 문제를 해결하려면 결국 더 강력한 엔진을 다는 수밖에 없다.

 

 그런데 여지껏 설명에 사용한 삼각날개 항공기들은, 전부 수평 꼬리날개가 없다. 삼각날개라고 하면 흔히 수평꼬리날개가 없는 것으로 알정도로, 꼬리없는 삼각날개(Tailless Delta wing)가 많다. 주날개와 무게중심간의 위치를 잘 맞출 경우, 수평꼬리날개를 없애도 안정적으로 비행하는 것이 가능하다. 당장 종이비행기나 행글라이더만 해도 꼬리날개라는 것이 없지 않은가.

 

 대신 수평꼬리날개가 원래 맡았던 일, 즉 항공기의 머리를 위로 들거나 아래로 숙이는 일을 삼각날개 끄트머리에 달게 되는데 삼각날개는 날개 앞과 날개 뒤의 거리가 꽤멀다. 그래서 이 수평꼬리날개 대신 달리는 조종면(이를 엘레본이라 한다)을 가능한 원래 수평꼬리날개가 있었던 뒤쪽에 달기 좋다.

 

 

 이렇게 수평꼬리날개를 없애면, 일단 기본적으로 수평꼬리날개로 인해 생기던 항력과 무게를 줄일 수 있다. 하지만 폭탄이나 연료탑재에 따라 전투기는 무게중심이 어느정도 앞뒤로 변하는데 수평꼬리날개가 없는 경우엔 이변화에 민감하게 된다. 또한 플랩이라 불리는 고항력장치를 사용하기 어려운 것도 문제였는데 일반적인 꼬리날개가 있는 항공기에서 사용하는 플랩이 삼각날개에서는 위에서 설명한 엘레본으로 사용해야 한다. 그래서 꼬리날개가 있는 경우에 비해서 상대적으로 활주로 거리가 길어지는 것과 기동성이 제한된다는 점도 문제점으로 지적되었다.

 

 이렇다보니 전투기 중에는 주로 활주거리에 대한 제약이 덜하고(전방에 배치되지 않고 주로 잘 정비된 활주로에 배치되다 보니) 기동성이 크게 중요하지 않던 요격기들이 꼬리없는 삼각날개를 많이 사용했다. 미국의 경우엔 50년대에 나온 초음속 요격기들이 이 형상을 많이 사용했으나, 60년대로 접어들면서 순수 요격기 보다는 많은 폭탄을 탑재하는 전폭기들을 주로 개발하다 보니 꼬리날개 없는 삼각날개는 잘 사용치 않게 되었다.(위에서 언급한 대로 폭탄 탑재시 변하는 무게중심에 민감하고, 또 무거운 상태에서 이륙하려면 플랩의 사용이 필수적이다.)

 

 반면 유럽은, 특히 프랑스 다쏘사의 미라지 시리즈는 6,70년대가 넘도록 삼각날개를 계속 사용했다. 전폭기로서의 임무를 별로 맡지않기 때문이었는데, 다만 미라지 시리즈 중 유일하게 짧은 활주로에서 이륙해야 하는 전폭기로서 개발된 미라지 F-1만은 일반적인 꼬리날개를 가진 전투기였다. 그러나 기술의 진보 덕에 비행제어 컴퓨터의 도움을 받기에 기동성과 활주거리, 지상공격 능력등에도 손색이 없는 미라지 2000 같은 전투기들이 나왔다.

 

한편 60년대 소련은 새로운 초음속 전투기에 삼각날개를 사용하되 꼬리날개가 있는 것과 없는 것 둘을 놓고 고민하다가 결국 꼬리날개를 다는 쪽으로 방향을 잡았는데, 이게 바로 유명한 MIG-21이다. 소련은 그 뒤로도 한 번도 꼬리날개가 없는 델타날개 전투기는 만든 적이 없다. (꼬리 날개 없는 삼각날개를 가진 폭격기는 T-4라는 이름으로 개발한 적이 있으나 이마저도 실용화 되진 않았다. 그외에 TU-144라 하여, 위에 설명한 콩코드 여객기와 비슷한 초음속 여객기는 개발한 적이 있다. 그러나 잦은 고장 탓에 콩코드 보다도 먼저 퇴역했다.)

 

 

 보통 후퇴각이 60도 정도가 되면 날개 끝은 완전히 뾰족하게 되지만, 4,50도 정도를 유지하다 보면 날깨 끝이 마치 삼각형 모서리가 잘려나간 것처럼 된다. 이것을 크롭드 델타(Cropped Delta)날개, 즉 잘린 삼각날개라고 하는데 현대의 대부분의 전투기가 이형태의 날개를 사용한다. 전체적으로 삼각형 형태를 취해 구조적으로 튼튼하게 만들고 연료탑재량을 많게 하면서도 후퇴각을 너무 크게 주지 않도록 해서 저속 비행성능 역시 확보하고 좌우 폭도 약간 넓게 갖는, 후퇴날개와 삼각날개의 중간정도 되는 날개 형태라고 볼 수 있다.

 

 이외에도 날개 뿌리 쪽과 끝 쪽이 후퇴각이 달라지는 날개가 있는데, 이를 더블델타, 즉 이중 삼각날개라 한다. 날개 안쪽은 후퇴각을 크게 주어 고속비행에 적합하게 하고, 날개 바깥쪽은 이때 부족해지는 저속 비행성능을 보충해 주기 위해 후퇴갓을 작게 주는 방식이다. 이것을 부드럽고 복잡하게 잇는 날개를 오지(Ogee)삼각날개라 하는데, 초음속 여객기로 유명했던 콩코드 여객기가 우주왕복선에 사용되었으나 전투기 중에는 사용한 것이 없다.(러시아의 전투기로 유명한 SU-27이 초기에 이 오지 삼각날개를 사용하려 했으나 더 단순한 잘린 삼각날개로 변경되었다.)

 

 
기사제공= 주간 공군웹진 공감 / 필자 이승진

신고
Posted by e밀리터리안

댓글을 달아 주세요

  1. 그런 의미가 있었군요 ^^

    2009.06.23 16:31 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
  2. 지나가다

    엔지 효율성이 날로 발전해서 날개에 대한 의존성이 점차 줄어 드는거 같습니다.
    앞으로는 미사일 형태의 비행기가 나오지 않을까 하는 생각이...

    2009.06.23 20:16 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
    • 멍청아 그냥 지나가라

      비행기가 화살이냐 엔진이 개발되면 방향을 바꿀일도 없어지냐 무식한놈 공기가 아깝다 숨쉬지 마라

      2009.06.24 08:10 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL ]
    • 멍청아 그냥 지나가라....

      멍청한 인간아.... 방향 조정은 꼬리 날개로 하는 거란다..... 뭘 모르면 가만히 있으면 중간은 가지....

      2009.06.24 10:23 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL ]
  3. 무지 잼있어요. 항공기 정말 대충 만드는 것이 아니라 철저한 과학의 산물이군요..

    2009.06.23 21:53 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
  4. 환상적인 돈지랄이군, 뭣하러 저딴 건 만들어 가지고 이지 랄 들인지. 저 돈으로 없는 사람 챙기면 수만명은 먹여 살리겠네 ㅉㅉ

    2009.06.23 22:58 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
  5. 흥미로운 글 잘 읽고 갑니다 ^-^

    2009.06.23 23:34 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
  6. gg

    오타쿠신거 같으신데 내용에 문제가 좀 있내요.
    전문적인 부분을 너무 개인적 주관에 의해 쓰셨내요.
    대부분의 사람들이 이런글을 보고 사실을 잘못 알고있게됩니다.
    그림에 엘러본이라는 용어를 쓰셨는데 에어러런이 정확한 표현입니다.
    그리고 삼각날개의 핵심은 구조나 그런게 아니라 고속에서의 공기역학적특성입니다.
    특히 아음속을 넘어서면서부터는 공기의 특성이 완전히 변합니다.
    일반적인 공기역학하고 초음속 공기역학하고는 완전 다릅니다.
    간단한 예로 날개 익형이 우리하 흔히 아는 유선형이 아니라 마름모꼴의 쇄기형이 됩니다.
    저도 오래전 공부하다 만 사람이라 정확하게 설명할수는 없지만 삼각날개의 핵심을 전혀 엉뚱하게 설명하시내요.
    전문기술은 단순한 취미로 하기엔 무리한 영역입니다.
    좋아하고 즐기는건 좋지만 억측으로 사실을 외곡하지는 않았으면합니다.

    2009.06.24 01:46 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
    • 저기요

      엘레본이라는 말 있거든요?
      위키피디아에도 있고 본문에도 글쓴분이 설명해 놨구만 왜 헛소리 하는지...
      너무 오래전에 공부해서 이런건 모르나봐요?
      그리고 오타쿠? "전문기술은 단순한 취미로 하기엔 무리한 영역입니다"라고 써놓고는 그런 분들을 오타쿠라고 비하하다니 참 이런 모순이 어딨나 ㅋㅋㅋ
      그리고 뭐가 엉뚱합니까? 구조는 공학에서 무시해도 되는 부분인가요?
      도대체 공학에서 엉뚱한게 어딨고 한가지만 핵심이 되는게 어딨습니까?
      비판을 하려면 제대로 비판을 하세요. 비난이 아니라. 이정도로까지 글을 쓰신 작성자분이 초음속에서의 공기역학을 몰라서 안쓰셨겠습니까?
      그거 설명할라면 글 길이가 1.5배는 더 되겠구만.
      일반인이 흥미를 갖기에는 이해하기도 힘든 식을 줄줄이 늘어놓는것보단 저렇게 사진을 보여주면서 구조적으로 접근하는게 더 낫다는거 모르시나요?
      내용이 별로 잘못되지는 않은것 같은데요. 설명 안한게 있어서 그렇지.
      그렇게 전문성을 요구하면서 오타쿠 운운하는 이런 모순이 어딨나 ㅋㅋㅋ 그냥 짜지세요

      2009.06.24 08:20 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL ]
    • 저기요

      전공이 항공우주공학이고 그에 따라 밀리터리에도 관심을 가지고 있는 사람으로써 오타쿠 어쩌고 하는 말을 보니 내가 다 기분이 나쁘네요. 전문지식을 요구하는 사람이 그렇게 교양이 없어서야

      2009.06.24 08:21 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL ]
  7. ㅇㅇ

    현재 미 대통령인 죠지~~부시~~~ ㅡ_ㅡ;;

    2009.06.24 01:48 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
  8. 이힝

    삼각날개? 델 타 익

    2009.06.24 02:02 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
  9. Scarecrow

    미사일 형태의 비행기는 이미 있는걸로 알고있는데 말이죠...

    2009.06.24 02:04 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
  10. 궁금해욧

    위 설명에서 후퇴익은 동체와 접하는 부분이 직각이 아니라서 구조적으로 불리하다고 했는데 이해가 힘드는 군요.. 설명 부탁해요.

    2009.06.24 02:17 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
  11. 쩌비

    F-16이나 T-50의 날개형은 잘린델타형이라기보다는 테이퍼(Taper)형이라고 하는게 맞는듯 합니다. 날개 끝단을 그냥 뾰족하게 두면 와류로 인해 실속이 발생한다고 해서 날개 끝단을 잘라내는 것이죠. F-18이나 F-16이나 T-50을 자세히 보시면 날개뿌리부분이 동체쪽으로 길게 연장되어 있지요. 이것을 윙바디 블렌드(Wing body blend)라고 하는데 물론 날개의 견고한 접속이라는 이유도 있겠지만 그것보다는 이런 모양이 항공역학적으로 양력발생에 유리하다고 하네요. 미국은 말씀하신데로 F-102이후에는 델타익의 전투기는 만들지 않았지만 가변익기는 만들었습니다. 저속에서는 테이퍼형이었다가 고속에서는 델타익으로 변환됩니다. 최근에는 F-32가 델타익이었지만 F-35에 패해서 역사속으로 사라졌습니다. 그러나 유럽에서는 라팔과 유로파이터에서 델타익이 기동성이 떨어지는 점을 보강하기 위해 앞에다 카나드(선미익)을 달았습니다.

    델타익의 특성에 대해서 생각해본다면 스텔스라는 영화를 보면 거기 나오는 전투기가 극초음속으로 진입할때 날개모양이 델타익으로 변화되지요. 델타익이 고속에 유리하다는 것을 알수 있습니다. 실제로 F-14 톰캣이나 F-111 전투기가 이런 기능을 가지고 있습니다. 저속에서는 테이퍼형의 날개이다가 고속으로 가면 날개가 델타익으로 변화되는 가변익입니다. 델타익이 저속에서의 기동성은 떨어진다는 의미가 되겠지요. F-14나 토네이도 같은 가변익전투기는 고속에서의 성능과 저속에서의 기동성을 만족시키기 위한 시도였지만 구족가 복잡하고 유지비용이 많이 든다는 단점이 있었습니다. 그러나 요즘은 컴퓨터의 성능이 발달하여 전투기의 움직임을 컴퓨터로 제어하는등으로 보완할수 있어 유럽에서는 델타익 전투기가 대세인 점에서 알수 있듯이 날개모양이 크게 기동성에 영향을 주지는 않는듯 합니다.

    2009.06.24 02:23 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
  12. 가리갈 mp40

    예전에 Falcon 4.0 가상편대 가리갈메기에서 활동했던 mp40입니다. 솔직히 저속에서 스톨을 하고 허둥대는 델타익의 미라쥬보단 추력대비 중량이 강한 F16C가 더 우월한 도그파이트 능력을 보유하고 있다고 말씀드리고 싶습니다. 현대전에서 가시거리밖 교전 BVR이 중요하다지만 그래도 도그파이트는 언제든지 벌어질수있기에 저속 비행능력이 중요한 겁니다. F-15가 저속에서 상대적으로 날렵한 미그29를 놓치는것 처럼요. 그리고 윗분 말씀대로 F16은 델타익이 아닙니다. 윙바디 블렌드를 처음으로 적용한 전투기이죠. 이같은 형태는 동구권 유럽 수호이 27에서도 볼수있습니다. 양력을 날개뿐 아니라 동체에서도 얻을수 있는 이점이 있습니다. f16은 실제 200노트에서도 실속하지 않고 비행가능하며 플렙을 내릴경우 180노트까지 실속하지않고 비행할수있습니다.

    2009.06.24 03:09 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
  13. 윤쓰~

    잘보고 가요~^^

    2009.06.24 07:41 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]


티스토리 툴바