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항공기의 종류

航空機－種類

사람이 타고 하늘을 나는 기계를 항공기라고 한다. 그러나 요즈음에 와서는 로켓(rocket)을 이용하여서 지구에서 멀리 떨어져 있는 우주(宇宙)공간을 사람이 여행할 수 있게 되었으나, 이에 사용되는 캡슐(capsule)은 일반적으로 항공기라고 하지 않는다.

국제항공연맹(F.A.I.)의 규정에서는 지구의 표면에서 100㎞ 이상의 높이를 나는 것을 우주비행(宇宙飛行)이라고 하고 있으므로, 항공기는 그 이하의 높이를 공기의 작용을 이용하여 비행하는 기계라고 하겠다.

공기의 작용을 이용하는 데 크게 나누어 두가지 방법이 있다. 그 하나로서 자루(袋) 속에 공기보다도 더 가벼운 가스, 즉 수소라든가 헬륨 따위를 채워 그 정적 부력(靜的浮力：아르키메데스의 원리)을 이용하여 나는 방법이며, 기구·비행선 등이 이에 속한다. 기구(氣球)는 자신이 추진장치를 갖추고 있지 않으므로 바람의 흐름에 따라 나는 수밖에 없으나, 비행선은 엔진과 프로펠러를 조립한 추진장치를 가지고 있어 자유로이 날 수가 있다. 이 때문에 기구의 가스자루는 구형(球形)이지만, 비행선은 날 때에 공기저항을 적게 하기 위해 유선형(流線形)으로 되어 있다.

또 하나의 방법은 날개를 공기 속에서 달리게 하여 그것에 의하여 생기는 동적(動的)인 양력(揚力)을 이용하여 나는 것이다. 이것들에는 비행기·글라이더(glider)·헬리콥터 등이 있다. 비행기나 글라이더는 날개를 파닥거리거나 돌리거나 하지 않는 이른바 고정날개(固定翼)이므로 공기 속을 어느 속도 이상으로 달리지 않으면 자신의 무게를 지탱할 수 있을 정도의 양력을 얻을 수 없다. 이와 반대로 헬리콥터는 몇 장의 날개가 수직으로 된 축의 둘레를 빙빙 돌아서 양력을 발생하므로 헬리콥터 자신은 공기 속에서 정지할 수도 있다.

비행기와 글라이더의 차이점은 비행선과 기구의 경우와 마찬가지로 비행기에는 추진장치(推進裝置)가 있지만 글라이더에는 없는 점이다.

이와 같이 항공기에는 많은 종류가 있으나, 현재 주로 사용되고 있는 것은 비행기와 헬리콥터뿐이며, 그 밖의 것은 스포츠용으로 극히 소수가 사용되고 있는 데 불과하다.

비행기 중에서 프로펠러를 엔진으로 돌려 그 힘으로 추진하는 것을 프로펠러기, 가스를 후방으로 뿜어내어 그 반동으로 생기는 힘으로 전진하는 것을 제트기라고 한다.

똥꼬

  

은 양력계수(揚力係數)이며 받음각에 따라 정해진다. 이 식에서 알다시피 양력계수·날개면적이 일정하다면 양력은 속도의 제곱에(〔그림〕－2) 비례하게 되는 것이다. 따라서 고속으로 날 때에는 받음각을 조절하여 양력계수를 작게 하고 저속으로 날 때에는 크게 하여 양력과 중력(重力)의 균형을 유지시킨다(〔그림〕－3).

  비행기가 일정한 속도로서 수평(水平)으로 날고 있을 때에는 양력이 비행기 전체의 무게와 같게 균형을 이루고 있어야 한다.

  날개 뒤의 동체(胴體) 가까이에 플랩(flap)이 붙어 있다. 이것은 좌우 한꺼번에 내리게 되어 있다. 그 작용으로 비행기는 느린 속도에도 안전하게 날게 된다. 이륙과 착륙시에 없어서는 안 될 것이다.

  즉 플랩을 내리면 양력계수가 크게 되므로 느린 속도에도 충분한 양력이 얻어지는 것이다.

  또 하나 날개에서 중요한 것은 상반각(上反角)인데, 이것은 옆기움을 복원시키는 데 중요한 작용을 한다.

 만일 비행기가 오른편으로 기울어지면 오른쪽 날개가 아래로 처지고, 왼쪽 날개는 위로 들리게 된다. 그리고 기울어진 방향(오른편)으로 옆미끄럼(side slip)을 시작한다. 그러면 〔그림〕－4의 화살표 같은 기류가 생겨 원래의 위치로 되돌아가려는 힘이 작용하게 되는 것이다.

  날개의 형은 음속(音速)에 가까운 속도 이상으로 나는 비행기는 모두가 뒤로 쏠린 후퇴날개로 되어 있다. 이것은 다음에 기술한 충격파의 영향을 부드럽게 하기 위한 형이다.

 

공기저항과 추력

空氣抵抗－推力

날개에 의하여 양력이 생기듯이 비행기가 어느 속도로 공기 속을 전진하면 날개뿐만 아니라, 기체의 여러 부분에 바람이 부딪쳐서 비행기를 뒤로 밀어붙이려고 하는 공기저항(空氣抵抗)이 생긴다. 따라서 비행기가 전진하려면 공기저항을 이겨내기 위하여 프로펠러나 제트의 추력(推力)이 필요하게 된다. 비행기가 일정한 속도로 수평으로 날고 있을 때에는 추력이 공기저항과 동일하게 균형이 잡혀 있는 것이다. 추력이 공기저항보다 크면 그 여력으로 비행기는 상승한다.

프로펠러와 제트의 기능

propeller－jet－機能

프로펠러가 돌고 있는 뒤에 서게 되면 굉장히 센 바람을 받는다. 이것은 프로펠러가 공기에게 뒤로 향하는 속도를 주어 힘차게 밀고 있기 때문이다.

물리학의 법칙에 따라 단위시간에 어느 질량의 공기에 어느 속도를 주게 되면 공기에게 운동량의 변화를 주는 것이 되므로 그 반동으로 앞으로 향하는 추력(推力)이 얻어진다.

제트엔진에서는 연소시킨 가스를 뒤쪽으로 뿜어내어 그 반동으로 추력을 얻게 되나, 이것은 위에서 기술한 프로펠러와는 똑같은 법칙으로 되어 있다.

프로펠러와 제트는 얼른 보기에는 전혀 다른 것으로 느껴지나 추력을 내는 근본원리가 같다는 것은 흥미있는 일이다.

3개의 키

三個－ 수평꼬리날개 水平尾翼

날개의 양력이 작용하는 위치는 받음각(迎角)에 따라 앞뒤로 이동한다. 한편 무게 중력은 비행기의 중심에 작용하므로 날개의 양력과 중력과는 언제나 같은 점에 작용한다고는 할 수 없다. 그래서 이 두 힘의 균형을 잡기 위하여 수평꼬리날개가 붙어 있다(〔그림〕－5).

만일 양력이 중력보다 앞에서 작용하고 있을 경우에는 수평꼬리날개에는 위로 향하는 힘이, 또 양력이 중심보다 뒤에서 작용하고 있을 경우는 수평꼬리날개에는 아래로 힘이 작용하고 있어야 한다. 수평꼬리날개에 작용하는 힘의 방향(상향이든 하향이든)과 크기를 가감하기에는 수평꼬리날개를 움직여 받음각을 바꾸거나 승강키의 각을 바꾸어야 한다.

수평꼬리날개의 뒷부분은 상하로 움직일 수 있도록 되어 있다. 이것을 승강키(flipper)라고 한다. 승강키를 올리면 꼬리날개에 아래로 향하는 힘이 더해져서 비행기는 머리를 올린다. 반대로 승강키를 아래로 내리면 비행기는 머리를 숙인다(〔그림〕－6).

수직꼬리날개

垂直尾翼

꼬리날개에는 하나의 수직꼬리날개가 있다. 이것은 비행기가 진로(進路)를 바로잡고 날게 하기 위해서 필요한 것이며, 이것이 없으면 비행기는 비틀거리며 사행(蛇行)을 하게 된다.

수직꼬리날개의 뒷부분은 좌우로 움직일 수 있도록 되어 있어 이것을 방향키(rudder)라고 한다. 방향키를 왼쪽으로 하면 왼쪽으로 향하고, 오른쪽으로 하면 비행기는 오른쪽으로 향한다(〔그림〕－7).

보조날개

補助翼

비행기에는 위에서 기술한 승강키와 방향키 이외에 보조날개(aileron)라고 하는 키가 있다. 이것은 날개의 뒷부분에 붙어 있으며, 왼쪽 보조날개를 내리면 오른쪽 보조날개가 올라가, 그로 인하여 비행기는 오른쪽으로 기운다. 그와 반대로 하게 되면 비행기는 왼쪽으로 기울어지게 되는 것이다.

이렇게 3개의 키를 사용하여 비행기는 자유자재로 방향을 바꾸기도 하고, 기울게도 할 수 있으며, 그에 따라 여러 가지 운동을 하게 되는 것이다.

이 밖에 날개 뒷부분에는 보조날개와 나란히 동체와 가까운 곳에 플랩이 붙어 있다. 이것은 보조날개와는 달리 좌우 동시에 내릴 수 있게 되어 있으며, 그 작용으로 비행기는 느린 속도에서도 안전하게 날 수 있다. 이륙(離陸)이나 착륙할 때에 없어서는 안될 것으로 되어 있다.

동체

胴體

맨앞이 조종석으로 되어 있고 뒤에는 객실과 화물실로 되어 있다. 비행기를 비행시키는 데 필요한 여러 가지의 계기·유압장치·전기장치·라디오·레이더 등도 대부분 동체 안에 장치되어 있다.

동체부에는 사람이 타기 때문에 고공(高空)에서도 산소가 부족하지 않도록 여압장치(與壓裝置)에 의해 압축된 공기를 보내고 있는 것이 많다(소형기는 제외).

고공에 오르면 기압도 떨어지고 산소가 부족하게 된다. 또 기온도 내려간다. 그 때문에 4,000∼5,000m 이상의 고공을 비행하는 비행기는 여압장치에 의하여 바깥의 공기를 압축하여 안으로 집어넣어 압력을 올리기도 하고, 냉난방(冷暖房)도 하고 있다. 압력은 보통 지상 2,400m 상당의 0.75기합 정도로 유지되고 있다.

착륙장치

着陸裝置

비행기가 지면에 있을 때 이것을 지탱하는 장치로서 일반적으로 앞에 1개, 뒤에 2개가 있다. 각각 몇 개의 바퀴와 착륙할 때에 쇼크를 완충시키기 위한 올레오(유압식 완충장치：oleo shock absorber)로 되어 있다(〔그림〕－9).

날고 있을 때에는 필요가 없으므로 날개나 동체 속에 접어넣어 공기저항을 감소시키는 것이 접게들이바퀴이다.

바퀴 대신으로 플라우트(flout)를 달아 물 위에서 발착하는 것이 수상기(水上機)이다. 동체가 보트형으로 되어 있고, 수상에서 발착하는 것을 비행정(飛行艇)이라고 한다.

비행기의 구조와 강도

飛行機－構造－强度

비행기는 공기 속을 고속으로 운동하기 때문에 매우 심한 바람의 힘을 기체가 받게 된다. 그렇다고 해서 견고하게 하기 위하여 무작정 두꺼운 금속을 사용한다면 그만큼 무거워져서 성능이 떨어지게 된다. 따라서 될 수 있는 한 가볍고 견고한 구조로 해야 하는 것이다.

현재 여러 가지의 비행기는 알루미늄합금의 얇은 판제로서 동체와 날개의 형태를 이루고 도리와 쇠오리를 안에 넣어 튼튼하게 하고 있다. 즉 기체가 받는 하중(荷重)을 거의 금속판으로 만들어진 외피에 의하여 지탱하고 있다. 이 구조를 모노코크 구조(Monocoque construction)라고 한다(〔그림〕－10).

비행기를 설계(設計)하는 데 있어서는 그 비행기가 부닥칠 수 있는 모든 경우를 상정(想定)하여, 그때그때 받을 힘에 견딜 만한 강도를 유지하도록 해두는 것이다. 그리고 실제의 비행기를 사용하여 철저한 강도시험(强度試驗)을 행하여, 설계와 다름없는 결과로 되어 있는가 어떤가를 확인하는 것이다.

항공 엔진

엔진의 종류

engine－種類

항공기의 엔진으로서는 1903년 라이트기(Wright 機) 이래 가솔린을 연료로 사용하는 피스톤엔진(piston engine)이 오늘날에도 여전히 쓰이고 있다. 그러나 제2차 세계대전이 끝난 1945년경에서부터 피스톤식과는 전혀 원리가 다른 가스터빈(gas turbine)이 실용화되기 시작하여 피스톤식보다 뛰어난 점이 많기 때문에 널리 사용하게 되었다.

가스터빈은 가스를 뒤로 뿜어내어 그 반동으로 추력(推力)을 얻은 제트엔진(jet engine)과 뿜어내는 가스의 에너지로서 프로펠러를 돌리는 터보프롭(tur prop), 헬리콥터의 회전날개를 돌리기 위한 샤프트터빈(shaft turbine)의 세 종류가 있다.

이 밖에도 로켓엔진이 극히 일부에 사용되고 있다.

피스톤엔진

piston engine

자동차용 엔진과 동일한 원리로서 실린더(cylinder) 속에서 기화한 가솔린과 공기를 섞은 혼합가스를 스파크플러그로 점화·폭발시켜 그 힘으로 피스톤을 아래로 밀어내린다. 이 피스톤의 상하운동을 크랭크(crank)로 회전운동(回轉運動)으로 바꾸어 프로펠러를 돌린다(〔그림〕－11의 a).

실용적이어서 오랫동안 쓰여 왔으나, 가스터빈에 비하면 구조가 복잡하며, 마력당 중량과 외형이 크고, 진동도 심하기 때문에 점차 사용되지 않게 되었다.

제트엔진

jet engine

1개의 통 속에 공기압축기·연소기·터빈이 배치되어 있다. 앞쪽에서 빨아들인 공기를 먼저 공기압축기로 압축하여 연소기(燃燒器)로 보낸다. 여기서 연료(주로 kerosine)를 섞어서 점화·폭발시키면 혼합가스를 힘차게 뒤쪽으로 뿜어낸다. 이 반동으로 앞을 향하는 추력이 얻어진다.

분출되는 가스는 도중에서 터빈의 깃에 부딪혀 터빈을 돌린다. 이 터빈의 회전을 이용하여 공기압축기를 돌리게 되는 것이다(〔그림〕－11의 b).

터보프롭

turbo prop

연소기·터빈으로 이루어져 있으며, 터빈의 회전에 의하여 공기압축기와 프로펠러를 돌리게 되어 있다. 뿜어내는 가스 에너지는 거의 이 때문에 사용되어 버리므로 뒤쪽으로 분출되는 효과는 극히 작다(〔그림〕－11의 c).

샤프트터빈

shaft turbine

터보프롭과 비슷하나 프로펠러 대신으로 헬리콥터의 회전날개를 돌리게 되어 있다. 헬리콥터의 동력도 피스톤엔진에서 샤프트엔진으로 바꾸어지고 있다.

로켓

rocket

제트엔진과 마찬가지로 가스를 연소하여 뒤쪽으로 뿜어내어 그 반동으로 추력을 얻는다. 그러나 제트엔진은 공기를 빨아들여 그 속의 산소로 연료를 연소하게 되어 있는 데 반하여 로켓은 공기를 쓰지 않고 알코올 따위의 연료와 과산화수소 등의 산화제를 혼합해서 연소시킨다. 따라서 로켓은 기계적인 부분이 간단하며 또한 공기가 전혀 없는 우주(宇宙)공간에서 사용하기에 편리하다.

그러나 제트엔진에 비하여 연료 소모량이 심하므로 로켓을 장치한 비행기는 항속시간이 극히 짧아서 실용에는 적합하지 않다.

제트기와 프로펠러기

jet 機－propeller 機

제트기와 프로펠러기를 비교하면 속도면에서는 제트기가 우세하다. 그 이유는 프로펠러는 큰 깃(blade)을 공기 속에서 회전시키면서 전진하므로 고속 비행기에 있어서는 깃이 공기를 헤치는 속도(相對速度)가 극히 크게 된다.

깃과 공기와의 상대속도가 음속에 가까워지면 깃 주위의 공기는 흐트러져서 프로펠러의 기능이 갑자기 저하한다. 이 때문에 프로펠러는 속도가 너무 빠른 비행기에는 부적당하며, 겨우 시간당 800㎞가 한도이다.

이에 반하여 제트기에는 이러한 제한이 없으며, 이미 마하 3(음속의 3배, 시간당 약 3,200㎞)으로 나는 전투기도 있다.

그와 반대로 느린 속도에서는 프로펠러편의 기능이 뛰어나 이륙시나 착륙시의 활주거리는 프로펠러기가 짧다.

비행기의 엔진 수

飛行機－engine 數 비행기에는 프로펠러기이건 제트기이건 엔진 1개(단발기)와 2개 이상의 쌍발기(雙發機)·3발기·4발기 등이 있다.

요즈음의 엔진은 신뢰도가 극히 높아서 비행중에 정지하는 일은 거의 없다. 그러나 고장이 절대로 없다고는 단언할 수 없다.

이러한 경우 엔진이 1개뿐이라면 불시착(不時着)을 하지 않을 수 없으므로, 단발기는 극히 작은 소형의 연습기나 자가용기 등에서 쓰이고 있는 데 불과하다.

엔진이 2개 이상이 있으면 그 중의 1개가 고장이 나도 또 경우에 따라 1개의 엔진만이 작동하더라도 나머지 엔진의 힘으로 수평비행(水平飛行)은 물론, 이륙이나 상승도 할 수 있다. 따라서 안전성은 매우 높다.

4발기는 이 점에서 특히 안전성이 높으며, 넓은 태평양이나 대서양, 북극의 얼음 위에서도 마음놓고 비행할 수가 있다.

헬리콥터와 VTOL

헬리콥터

helicopter

비행기는 날개에 어느 속도의 바람이 부딪쳐서 무게를 지탱할 만한 양력(揚力)을 내고 있다. 따라서 어느 속도 이하에서는 양력이 부족하여 무게를 지탱할 수 없게 된다. 즉 이 이상의 속도로 비행해야만 한다는 최소속도(最小速度)라는 것이 있다.

경비행기에서는 최소속도가 시간당 80㎞ 가량이나, 터보프롭의 YS－11 수송기는 매 시간당 135㎞, 제트 수송기의 최소속도는 시간당 180㎞∼200㎞ 가량이며, 이 이하의 속도에서는 비행이 불가능해진다. 따라서 적어도 최소속도를 넘어설 때까지는 활주(滑走)를 하여 속도를 내지 않으면 이륙할 수 없으며, 또한 착륙시에도 마찬가지로 긴 활주를 필요로 한다. 고속의 제트기일수록 공기의 저항을 감소시키기 위하여 날개의 면적을 작게 하므로 최소속도가 증가하여 활주거리(滑走距離)는 길어진다. 대형 제트기는 3,000m라는 긴 활주로를 필요로 한다.

이에 비하여 헬리콥터는 팔랑개비처럼 회전날개(로터)를 엔진으로 빙빙 돌려서 양력을 얻고 있다. 그러므로 헬리콥터 자신은 정지하여 있어도 무게를 지탱할 만한 양력은 얻어지는 것이다. 이 점이 비행기와는 전혀 다른 점이며, 최소속도의 제한이 없으므로 이착륙시에 활주할 필요도 없을 뿐만 아니라 공중에서 정지할 수도 있다. 이 특징을 살려서 비행기와는 다른 여러 가지 역할에 사용된다.

그러나 그 반면에 비행기에 비하면 공기저항이 크므로 속도도 낼 수 없으며, 단위 거리당의 연료 소비량도 많다.

헬리콥터의 구조와 원리

helicopter－構造－原理

헬리콥터의 회전날개는 큰 프로펠러를 위로 향하게 한 것 같은 것으로, 이것을 엔진으로 돌리면 위로 향하는 양력이 생긴다. 이 경우 공중에서 기체(機體)를 버티게 하는 아무것도 없이 회전날개를 돌리면 그 반동으로 기체가 반대로 돌아간다. 우리들이 손으로 무엇을 밀려고 할 때에는 발로써 몸을 땅에다 버티게 할 필요가 있으며, 발이 미끌어지면 힘을 낼 수 없다. 이와 마찬가지로 공중에서 회전날개를 돌리려면 기체가 역방향(逆方向)으로 돌지 않도록 버티게 하는 것이 필요하게 된다.

이 대책으로는 여러 가지 방법이 있다.

보통의 헬리콥터에서는 꼬리 부분에 작은 회전날개(꼬리돌날개：antitorquerotor)가 옆으로 붙어 있어, 이것의 추력으로 기체의 역회전을 방지하고 있다. 또 같은 크기의 2개의 회전날개를 앞뒤에 장치하고 서로 반대방향으로 회전시켜도 된다. 2개의 회전날개는 그 반동(反動)을 서로 소멸시키므로 기체는 돌지 않는다. 또 2개의 회전날개를 아래 위로 겹쳐 반대 반향으로 돌리는 것도 있다(〔그림〕－12).

헬리콥터에는 비행기에 있는 것 같은 전진력(前進力)을 내는 프로펠러나 제트는 붙어 있지 않다. 그런데도 전진할 수 있는 것은 회전날개가 회전하고 있는 상태에서 조금 앞으로 기울기 때문이다. 이 때에 회전축(回轉軸)을 기울이는 것이 아니라 회전날개를 회전시키면서 그 회전면에 대한 날개의 각도를 바꾸는 것이다. 앞쪽에서는 이 각도를 작게 하고 뒤쪽에서는 크게 되도록 날개의 각도를 바꾸면, 양력은 앞쪽에서는 작고 뒤쪽에서는 커지므로 헬리콥터는 앞으로 기울어 전진하게 된다(〔그림〕－13).

양력(揚力)은 회전날개면에 직각으로 작용하므로 그것이 앞으로 향하는 성분과 위로 향하는 성분으로 나누어진다.

위로 향하는 성분은 헬리콥터의 무게를 지탱하고, 앞으로 향하는 성분은 공기저항(空氣抵抗)을 이겨내어 전진하는 힘이 된다.

꼬리에 있는 옆으로 향한 회전날개를 전진용 프로펠러와 착각해서는 안 된다.

VTOL

vertical take off and landing

헬리콥터처럼 공중에서 정지하거나 활주 없이 이착륙(離着陸)도 할 수 있을 뿐만 아니라, 수평으로 날 때는 비행기와 같은 원리로 비행하는 것이

VTOL(垂直離着陸機)이다.

수평으로 날 때에 성능이 나쁜 헬리콥터의 결점과 이착륙시에는 긴 활주로를 필요로 하는 비행기의 결점을 제거하고 서로의 장점만을 취하려는 것이 목적이다. 그러나 기술적으로는 대단히 어려운 점이 많으며, 1953년의 첫 시험비행 이후 10여 년이 지난 후에야 겨우 실용화되었다.

VTOL에 여러 가지의 형식이 있으나, 현재 가장 실용적인 것은 리프트엔진으로 되어 있는 식과 프로펠러식의 두 종류이다.

리프트엔진식

lift engine 式

기체 내부에 리프트엔진이라고 불리는 많은 제트엔진을 수직으로 장치한 것으로서, 그 위쪽으로 향하는 추력에 의하여 기체의 무게를 지탱하며, 수직으로 상승·하강할 수 있다. 어느 고도에 이르면 보통 앞쪽으로 추력을 내는 제트엔진을 작용시켜 전진한다. 그러면 날개에 양력(揚力)이 생기므로 필요없게 된 리프트엔진을 정지하고, 일반 제트기처럼 날개와 앞으로 향하는 제트엔진으로 비행한다(〔그림〕－16의 a 아래).

이 방법에서는 리프트엔진과 앞으로 향하는 제트엔진의 두 종류를 구비해야 되는데 1개의 엔진으로 이 두 구실을 하게 하는 방법도 있다. 이것은 엔진의 가스 분출구(nozzle)의 방향을 바꾸도록 장치가 되어 있다. 노즐을 아래로 향하게 하면, 위로 향하는 추력을 얻게 도므로 이것으로 수직상승(垂直上昇) 또는 하강하며, 어느 고도에 이르러서 노즐을 뒤로 향하게 하면 일반 제트기와 마찬가지로 비행한다(〔그림〕－16의 a 위).

프로펠러식

propeller 式

외관상으로는 프로펠러를 2개 또는 4개를 날개 앞끝에 장비한 비행기와 다름없으나 이륙시에는 이 날개를 프로펠러와 함께 90° 돌려서 프로펠러를 위로 향하게 한다. 그러면 프로펠러가 헬리콥터의 회전날개와 같은 작용을 하여 비행기의 무게를 지탱한다. 어느 고도에 이르면 프로펠러를 날개와 함께 수평으로 하면 일반 프로펠러기와 같은 원리로 수평비행(水平飛行)을 한다(〔그림〕－16의 b).

새로운 비행기

SST

super sonic transport

소리보다도 빠르게, 즉 마하 1 이상의 속도로 나는 수송기를 SST(초음속운송기)라고 한다. 요즈음 일반적으로 쓰이고 있는 제트수송기의 속도는 마하 0.75∼0.85이며 소리보다는 조금 느리다. 이에 대하여 전세계에서 개발되고 있는 세 종류의 SST는 미국의 보잉 SST가 마하 2.7, 프랑스와 영국이 공동으로 제작을 한 콩코드(Concord)와 러시아의 TU144가 대략 마하 2.2로서 현재의 제트수송기의 3배 가량의 속도를 가지고 있다. 그러므로 SST를 타게 되면 지금의 1/2∼1/3정도의 시간이면 목적지에 도달할 수가 있게 된다.

사람이 로켓 엔진을 장치한 비행기로서 처음으로 소리보다 빨리 난 것은 1947년의 일이며 그 후 비행기의 속도는 놀랄 정도로 증가하여 앞에서 언급한 것과 같이 엄청난 속도로 하늘을 비행할 수 있게 된 것이다.

가늘고 긴 세모꼴날개

－三角翼

SST는 초음속으로 날 때에 공기저항을 낮추기 위해 앞이 뾰족한 동체(胴體)와 종이로 접은 비행기처럼 길고 가는 세모꼴날개(델타날개)로 되어 있다. 그러나 이러한 세모꼴날개는 이착륙시에 비행기의 속도를 될 수 있는 한 줄이기에는 적합치 않다. 그래서 보잉기는 이륙과 착륙할 때에 날개를 앞으로 구부려서 일반 비행기와 같은 형으로 된다.

기체 표면의 온도

機體表面－溫度

비행기가 공기 속을 매우 빠른 속도로 날면, 기체(機體)와 공기의 충돌 및 마찰(摩擦)에 의하여 기체 표면의 온도가 높아진다.

속도가 증가함에 따라 온도는 더욱더 높아져서 비행기가 －56.5℃의 성층권(成層圈)을 날고 있을 때에 마하 2에서는 기체의 선단이 117℃, 마하 3에서는 333℃가 된다.

기체 표면이 이렇게 고온으로 되면 객실이나 여러 가지 기계류를 넣어둔 실내에 열이 전도되지 않게 하거나 냉방을 하는 것이 매우 힘들게 된다. 또 온도가 200℃ 정도(마하 2.5) 이상이 되면 이 때까지의 기체의 구조 재료로서 널리 사용되어 온 알루미늄합금은 열 때문에 강도가 떨어져 사용하지 못하게 된다. 그래서 알루미늄합금보다도 열에 강한 티탄(Ti)합금과 같은 새로운 재료를 사용해야 된다.

마하 2.2의 콩코드 항공기 477은 알루미늄합금으로 되어 있어도 무방하지만 마하 2.7의 보잉기는 티탄합금제로 되어 있어야 한다.

소닉붐

sonic boom

비행기가 초음속으로 날면, 물 위를 달리는 배의 뱃머리에서 V자형의 파도가 일어나듯이 기체의 앞머리와 꼬리끝에서 충격파(衝激波)라는 파도가 생긴다.

이 충격파가 지면에 부딪치면 압력 상승이 일어나서 꽝하는 소리가 들린다. 심할 때에는 폭풍(爆風)으로 집의 유리창이 깨지는 수도 있다. 이 현상을 소닉붐(音速爆音)이라고 부른다(〔그림〕－14). 비행기가 높이 날수록 기체에서 생겨난 충격파는 지면에 이르는 동안에 세력이 약해진다. 따라서 소닉붐의 피해를 작게 하려면 될 수 있는 대로 높이 날면 된다.

현재의 제트 수송기는 고도 10,000m 정도를 날고 있으나, SST는 18,000∼20,000m의 고공을 난다.

점보제트

jumbo jet

비행기로 여행하는 사람의 수는 해마다 엄청나게 증가하고 있다.

이와 같이 많은 승객을 나르기에는 큰 비행기로 한꺼번에 많이 나르는 편이 경제적이다. 그 때문에 수송기의 좌석수는 점점 늘어나고 있다.

현재 사용되고 있는 대형 제트수송기는 120∼180명석 정도의 것이 많으나, 이것을 더 대형으로 하려는 계획이 시도되고 있다. 그 중에서도 특히 거대한 것은 보잉 747로서, 366∼490명의 승객을 태우고 6,000∼9,000㎞의 장거리를 단숨에 날 수 있는 능력을 지니고 있다. 보잉 747의 치수는 날개의 길이 55m, 수직꼬리날개의 지면에서의 높이 18m, 비행기의 총무게 278t이다.

이와 같이 특히 거대한 제트기를 점보제트라고 한다(〔그림〕－15).

점보제트는 많은 승객을 나르는 동시에 속도도 일반제트 수송기보다 약간 빠른 마하 0.90이다. 또한 한꺼번에 많은 사람이 탑승하게 되므로 1인당 비용도 어느 정도 싸게 할 수 있다.

에어버스

air bus

SST나 점보제트는 태평양·대서양 같은 장거리 노선에서 사용되지만, 미국이나 유럽 여러 나라의 국내선(國內線)처럼 단거리를 많은 승객을 태우고 날 수 있는 것이 에어버스이다.

굵은 동체 안에 200∼300명의 승객을 태울 수 있게 한 것이다. 이러한 비행기가 많이 사용되면 하늘의 여행도 훨씬 간편하게 할 수 있을 것이다. 현재는 비행기를 타려면 미리 좌석을 예약(豫約)하여 표를 사고 있지만, 에어버스에서는 지상의 버스처럼 수하물(手荷物)을 들고 손쉽게 타고 나서 기내에서 표를 살 수 있게 될 것이다.

계기비행과 전파의 길

기계와 인간의 조종

機械－人間－操縱

비행기의 조종석 앞과 옆에는 수십개가 넘는 많은 계기나 스위치(swith), 레버(lever) 등의 장치가 즐비하게 비치되어 있다(〔그림〕－17). 이들의 계기는 비행기가 날고 있는 속도, 높이 및 상승·하강의속도, 엔진의 회전수, 비행기의 전후좌우의 기울기, 진행하고 있는 방위 등 비행기를 바르고 안전하게 비행시키기 위해서 필요한 모든 정보(情報)를 제공해 주고 있다.

비행기의 성능이 점점 좋아짐에 따라서 사람의 육감에만 의존해서는 비행기를 바르게 조정할 수 없게 되었으므로 이들 계기(計器)의 역할은 더욱더 중요한 위치를 차지하게 되었다. 특히 야간에 구름 속으로 들어갔을 때는 절대적으로 필요한 존재가 되었다.

조종사(操縱士)가 이 많은 계기를 보고 기민한 조작을 해야 하므로 질서정연하게 장치되어 있다. 그리고 조작

레버도 재빨리 움직일 수 있도록 그 위치와 크기·조작 방향 등이 인간 공학적으로 고려되고 있다.

이륙할 때에는 조종사가 이들의 계기를 보면서 정해진 항로를 정해진 방향·높이·속도·자세로 비행할 수 있도록 조작한다. 계기가 지시하고 있는 내용을 판단하는 것은 사람의 두뇌이며, 키를 잡거나 엔진의 출력을 조절하는 것은 손과 발이다.

순항중 특히 야간이나 구름 속에서 주위의 경치가 잘 보이지 않을 때 진로를 틀리지 않고 목적지에 계획한 대로 도달하기 위해서는 전파(電波)의 도움을 받는다. 공항이나 항공로의 군데군데에 전파를 발(發)하는 등대(beacon)가 있어 여러 가지 전파를 발하고 있으므로 기상에서 그것을 받게 되면 그 등대에 대한 방향과 거리를 알 수가 있다. 그것에 의하여 지금 자기가 항공로의 어느 지점에 있는가를 알게 된다.

또 코스가 결정되고 나면 자동조종장치(自動操縱裝置)에 맡겨 두는 수가 많다.

자동조종장치로 전환하면 계기류는 측정한 결과를 표시하는 것만이 아니고 그것을 계산기구(計算機構)에 전한다. 계산기구에서 처리된 결과는 키조정기에 전하게 되어 조종기구가 자동적으로 조종한다. 즉 조종사의 감각·두뇌·손발의 역할을 모두 기계가 자동적으로 행하는 것이다(〔그림〕－18).

착륙할 때에는 이륙할 때와 마찬가지로 조종사가 직접 조종한다.

국제공항에는 더욱 정확하게 항공기를 지상에까지 인도하는

ILS(instrument landing system：計器着陸方式)가 있다. 이것은 활주로 방향으로 지면과 2.5∼3°의 각도를 갖는 전파를 발사해 둔다. 비행기가 이 전파의 길에서 벗어나면 그것이 계기에 표시되므로 조종사는 그것을 보면서 바르게 길을 따라 내려오면 이상 없이 활주로 있는 곳까지 올 수가 있다. 야간이나 안개·구름으로 근처가 잘 보이지 않을 때에 특히 편리하다.

이 ILS에는 자동조종장치를 장치하여서 비행기 조종사의 손을 빌지 않고 착륙할 수 있는 자동착륙장치(自動着陸裝置)라는 것도 있다.

하늘의 교통정리

－交通整理

나는 비행기의 수가 많아지면 지상과 마찬가지로 교통정리가 필요하게 된다. 잘 정리하지 않으면 교통이 혼잡하여 목적지까지 가는 데 시간이 걸리거나, 공중에서 다른 비행기와 충돌할 염려가 있다.

항공로(航空路)를 따라 곳곳에 주위를 바라볼 수 있는 레이더를 장치해 두고, 전국을 나는 모든 비행기의 위치·높이·속도 등을 알 수 있도록 하면 하늘의 교통정리에는 매우 편리할 것이다.