비행기의 비행조종면(타면, Flight Control Surfaces)은 조종사로 하여금 기체의 자세를 조종하고 제어할 수 있도록 해 준다. 효과적인 비행조종면의 개발은 항공기 개발에 있어서 매우 중요한데, 초기에 고정익 항공기는 지상에서 이륙하기에 충분한 양력을 만들어내는데 성공하였지만, 조종이 되지 않아 통제할수 없어 비행에 실패하곤 하였다. 안정된 비행을 위해서는 효과적인 비행조종면 개발이 필수 이다.
이제 지금 사용되는 고정익 항공기(비행기, 회전익=헬리콥터)의 비행조종면(에일러론, 엘리베이터, 러더 …)의 기본지식에 대해 설명한다. 비행기에 따라서 다른 구성과 모양의 비행 조종면을 사용할 수도 있지만, 기본 원칙은 유지하고 있다.
비행조종면(타면) 개발
라이트형제가 최초로 실용적인 비행조종면(타면)을 개발하였다. 그런데 그것은 현재의 비행조종면과 다르게 날개를 줄과 도르래를 연결하여 모양을 변형시키는 것이었다. 글렌커티스는 이러한 라이트형제의 특허를 피하기 위해 힌지(경첩)를 사용하였다. 힌지 제어는 제작하기 쉬운 구조와 날개의 변형이 없어 구조에 스트레스를 주지 않아 현대의 비행기에 적용되는 방법이다.
운동축
비행기는 무게중심(CG, Center of Gravity)을 중심으로 하여 3축으로 회전 제어가 가능하다.
가로축(Lateral axis)
가로축은 기체 날개의 끝에서 끝을 연결하는 축이다. 이 축에 대한 회전을 피치(Pitch)라 하며 항공기의 상승 및 하강을 제어한다. 엘리베이터가 피치의 제어 표면이다.
세로축(Longitudinal axis)
세로축(종축)은 기체 머리와 꼬리를 연결하는 축 이다. 이 축에 대한 회전을 롤(Roll)이라고 하는데, 한쪽 날개에는 양력을 증가시키고 다른 한쪽 날개에는 양력을 감소시켜 뱅크(Bank)각을 변경한다. 이에 두 날개 사이에 양력의 차이가 발생하고 이는 기체의 회전을 발생시킨다. 에일러론은 뱅크각의 기본 컨트롤이다. 러더도 뱅크각 제어 보조효과를 줄 수 있다.
수직축(Vertical axis)
수직축은 기체의 위에서 아래를 연결하는 축이다. 이 축에 대한 회전을 요(Yaw)라고 한다. 요는 기체의 머리가 왼쪽 또는 오른쪽으로 방향을 변경하게 된다. 요의 기본키는 러더이다. 에일러론은 요에 제어 보조 효과를 줄 수 있다.
주 제어 표면
주 제어 표면은 비행기가 운동축을 중심으로 운동이 가능하도록 한다.
에일러론 (Aileron)
날개의 끝(Wing Tip) 근처에 위치한다. 조종사가 스틱을 왼쪽으로 또는 휠을 반대 방향으로 회전할 때, 왼쪽 에일러론은 올라가고 오른쪽 에일러론은 내려간다. 이 영향으로 왼쪽은 양력이 감소하여 하락하고, 오른쪽은 양력이 증가하여 상승함에 따라 기체가 왼쪽으로 회전한다.
엘리베이터 (Elevator)
엘리베이터는 수평꼬리날개에 위치하며 위, 아래로 움직인다. 조종사가 스틱을 당기면 위로 스틱을 밀면 아래로 움직인다. 이 영향으로 기체의 머리부분의 피치가 변화하고 상승 및 하강 한다.
러더 (Rudder)
러더는 수직꼬리날개에 위치하며 조종사가 왼쪽 페달을 누를 때 왼쪽으로 오른쪽 페달을 누를때 오른쪽으로 움직인다. 왼쪽 페달을 누를 때 러더는 왼쪽으로 이동하고 이 영향으로 기체의 머리가 왼쪽으로 향하게 된다.
보조 제어 표면
보조 제어 표면은 필수 요소는 아니지만 비행기를 효과적으로 움직이기 위해 이용된다.
스포일러 (Spoilers)
스포일러는 날개의 공기 흐름을 방해하고 상승을 줄이기 위해 사용된다. 조종사는 스포일러를 사용하여 고도를 낮출 수 있다. 비대칭적으로 사용할 수 있는 스포일러를 스포일러론(spoilerons) 이라고 하는데 항공기의 롤에 영향을 줄 수 있다.
플랩 (Flaps)
플랩을 주익의 안쪽 가장자리에 장착되어 있으며 날개의 유효곡률을 증가시키고 아래로만 작동한다. 플랩을 사용하면 최대 양력 계수를 높이게 되어 양력을 증가시켜 실속속도를 줄일 수 있다. 따라서 저속, 착륙, 이륙, 하강 등에 사용한다. 일부 기체는 플랩퍼론(flapperons)을 갖추고 있는데 이는 에일러론과 플랩이 결합한 형태로서 좌우 에일러론이 같은 각도로 다운되어 플랩 역활을 하면서 에일러론처럼 작동하게 된다.
슬랫 (Slats)
슬랫은 날개의 앞부분에 위치하며 앞부분의 면적을 확장해 양력을 증가시킨다. 플랩과 유사하게 실속속도를 감소시키게 된다. 슬랫은 고정설치방식이 있고 접히는 방식이 있다. 고정설치의 경우 저속활공이 우수하지만 더 높은 속도를 내는데 방해가 된다. 접히는 방식의 경우에는 순항시에는 접혀 들어가 공기 저항을 감소시킨다.
에어브레이크 (Airbrakes)
에어브레이크는 기체의 저항을 증가시키는 데 사용된다. 스포일러 또한 공기 브레이크 역할로 저항을 증가시키지만 상승 및 롤에 영향을 준다는 점이 에어브레이크와의 차이점이다. 에어브레이크는 동체에 부착되어 외측으로 나오는 형태로서 날개에 의해 만들어진 상승력에 영향을 주지 않고 오직 항공기 속도를 느리게 하는 데만 사용한다. 급히 하강이 필요할 때 사용되어 고성능 군용 항공기(전투기)에 사용되기도 하고, 민간 항공기에서 역추력에도 사용된다.
마치며
지금까지 비행조종면(타면)에 대해 알아보았다. 비행기의 움직임과 조종면의 기본을 이해하는데 도움이 되길 바란다.
내용 및 사진 출처 : Flight control surfaces