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실속

last modified: 2015-04-04 21:49:47 by Contributors

失速.
영어로는 stall.

관제탑 : "공군 1733기, 당신들은 27R 활주로에 8마일까지 접근했다. 당신들 3마일 전방에서 UH-1 헬기가 착륙접근중이다. 130노트로 감속하라"
조종사: "프랑크푸르트, 잘 알았다. 130노트로 감속하겠다."
관제탑 : (몇분후) "공군33, 이제 헬기가 당신네 1.5 마일 전방에서 90노트로 가고 있다. 110노트까지 더 감속하라"
조종사: (이를 악물고) "공군33, 다시 110노트로 감속한다."
관제탑 : "공군33, 활주로까지 3마일 남았다. 이제 헬기가 1마일 전방에 있다. 90노트로 감속하라"
조종사 : (드디어 폭발) "어이! 당신 이 C-130 수송기의 실속속도가 얼마인지 아는가?"
관제탑 : (잠시 정적) " 어... 잘 모르겠다. 그렇지만 당신 부조종사에게 물어보면 아마 가르쳐 줄거다"

  • C-130의 실속 속도는 95노트다.(약 175.54km/h) 조종사가 빡칠 만도 하다.

관제탑 유머중 하나


한자만의 의미는 속도를 잃는다는 뜻이지만, 실제로는 속도자체 보다는 항공기양력을 잃고 추락하는 것을 말한다.

실속은 받음각이 지나치게 커진 경우를 의미한다. 받음각이 일정한계 이상 커지게 되면 일어나게 되는 현상인데 에어포일의 표면에 유동이 붙어서 흘러가야 안정적인 비행이 가능한데 이를 가능하게 하는것이 유체의 점성에 의한 전단응력이다. 실제로 물체의 표면에는 공기 입자의 속도가 물체와 같은데 이 입자로 부터의 점성으로 인해 유동이 큰 영향을 받는 영역이 생겨나며 이것을 경계층이라 한다. 이 경계층이 물체의의 표면으로 부터 떨어져나가게 되면 이를 경계층 박리라고 하는데 이때 양력을 잃고 항력이 증가하게 되는데 이 현상이 실속이다. 에어포일의 경계층에서는 역압력구배가 형성되는데 이에 따라 유동은 압력과 마찰을 이기면서 흘러가게 된다. 결국 이 유동이 역류하게 되는데 이때 역류하는 지점이 박리점이다. 이렇게 박리가 일어나게 되면 박리가 일어난 부분의 압력이 감소하게 되는데 이로 인해 압력에 불균형이 생기고 이로부터 항력이 발생하게 되며 이를 압력 항력이라 부른다.

좀 더 의미를 확장해서 항공기 전체로 놓고 보자면, 위의 경계층박리 현상 뿐만 아니라 어떠한 요소에 의해서건 항공기가 고도를 유지할 수 없을 정도로 양력을 잃는 상황을 말한다. 즉 받음각이 지나치게 커진 상태도 실속이지만 속도가 너무 느려서 날개에서 많은 양력을 만들어내지 못해서 고도를 잃는 상황도 항공기 입장에서는 실속이다. 실제로 항공기의 스펙중에 얼마나 느리게 날 수 있는가를 따지는 실속속도는 이것을 의미한다.

즉, 위 관제탑 유머의 내용대로 C-130이 90노트로 감속한 순간 항력이 발생하여 고도를 유지할 수 있는 양력을 잃고 추락해 버리게 된다. 이건 뭐 곡예비행을 하라는 것도 아니고, 죽으라는 건가?(...)

착륙하는 항공기나 급기동하는 전투기들의 경우에는 두가지 모두가 조합된 실속을 종종 겪기도 한다. 속도가 느린 상태에서 거의 실속속도에 근접하게 날다보니 최대한 양력을 많이 만들려고 받음각을 잔뜩 키워놨는데...뭔가 잘못되어 속도가 너무 느려서 고도가 떨어지려는 찰나에 기수를 들어올려 받음각을 더 키우면(즉 양력을 더 많이 만들어내면) 아차하는 순간 날개에서 흐름이 떨어져나가는 현상이 발생, 날개가 실속을... [1]


전투기들의 경우에는 급선회시 무리한 선회로 실속에 빠지기도 한다. 전투기가 선회를 하는 것은 결과적으로 양력구심력으로 이용하는 것이며, 그러기 위해 기체를 옆으로 기울인 채로 조종간을 가능한 잡아 당겨 양력을 더 키운다. 그러면 구심력이 강해지므로 더 빨리, 더 좁은 원을 그리며 선회가 가능.

하지만 지나친 선회로 인해 실속에 빠지면...

특히 이러한 급기동중 실속에 빠지면 단순 실속이 아니라 스핀이란 상태에 빠지기 쉽다. 자세한 내용은 스핀항목 참조.

방패연을 날려본 사람이라면 저 두가지 경우를 다 겪어보게 되는데, 일단 바람이 없거나 약하면 애시당초 양력이 발생하지 않아 연이 뜨지 않게 된다. 그런 경우 연줄을 잡고 뛰어서 속도를 내어 양력을 발생시키려 몸부림을 치게된다. 또한 멀쩡히 잘 날던 방패연도 바람의 방향이 갑자기 바뀌든가 해서 각도가 안 맞으면 갑자기 지상을 향해서 돌격하게 되는데 이것이 실속이다.

실속 속도는 비행기에 있어서는 최소속도만큼, 아니, 안전상의 이유로는 최소속도 이상으로 중요하다. 일단 날다가 실속하면 비행기가 돌멩이처럼 떨어지기 때문이다. 또한 실속 속도는 비행기의 이착륙속도를 제한하게 되는데(당연히 실속속도보단 빠르게 날아야 하므로), 이착륙속도가 느리면 느릴수록 안전하거니와 활주로 길이도 짧아지기 때문에 운용도 쉬워지고 유리한 점이 많아진다.

일반적으로 직선익을 가진 항공기는 실속 속도가 낮다. 대표적인 예가 An-2세스나의 소형기들. 후퇴익을 가진 제트기들은 여객기라 할지라도 실속 속도가 200-300km/h를 넘는다. 이러한 이유는 직선익이 후퇴익보다 대체로 같은 속도라도 양력을 더 많이 만들기 때문. 물론 직선익기는 대체로 소형항공기여서 날개크기에 비해(즉 양력발생량에 비해) 기본적으로 워낙에 가벼운 것도 한가지 이유다. 어차피 항공기 입장에서는 양력을 10kg을 만들건 100kg을 만들건 자기 몸무게만 버틸만큼 만들면 실속에는 안빠지는 셈이니.


최근의 비행기들은 대부분 실속경고장치를 갖추고 있으나 엄밀히 이야기하자면 받음각이 지나치게 높은 상황에 대해서만 실속경고를 해주고 속도가 너무느린 상황에 대한 실속경고는 안해준다.


실속에 대한 개념을 안드로메다로 날려버린 비행기들이 있는데 특이하게도 둘 다 러시아(사실은 소련)제 비행기들이다.

  • Su-27코브라기동코브우라!을 선보임으로써 향공 업계를 충격과 공포에 빠뜨렸다. 받음각과 실속 속도에 대한 개념을 살포시 무시;;; 그렇다고 Su-27이 실속에 안 빠지는 건 아니다. 이 경우는 엔진의 추진력이 매우 높아서 양력 손실을 잠시나마 커버 할 수 있거니와 추력 편향 노즐이 달려있어, 항공기의 조종면(러더, 엘리베이터, 에일러론)으로 제어하기 힘든 높은 받음각이나 저속상황에서도 충분한 자세제어가 가능하기 때문.. 추중비가 1이상이면 날개가 없어도 하늘에 떠오를 수 있다. 이건 일반적인 비행기가 날듯이 나는건 아니고 로켓이 쏘아올려 지듯이 엔진의 추력에 의한 반작용으로 떠오르는 거다.
  • An-2공식적인 실속 속도가 없는 비행기이다. 조종사 매뉴얼에 의하면 시속 50km 이하에서는 낙하산이 떨어지는 속도로 강하할 뿐... 비행안정성을 잃지 않기 때문에 그냥 조종해서 착륙시키면 그만이다. 역풍속에서는 후진도 가능하다. 사실 이 비행기는 비행기가 아니라 동력기를 장착한 연(Kite)에 더 가깝다

관련된 개념으로 실속안정성이라는게 있는데 이것은 실속시 얼마나 실속 상태에서 잘 빠져나오는가 하는 능력이다. 보통 크고 넓고 직선형 날개를 가질수록 속력은 낮지만 실속에 잘 안빠지는데 간단한 예로 중급 훈련기인 KT-1 같은 경우에는 대단히 우수해서, 비행사가 조종간을 놓아버리면 알아서 저절로 실속에서 벗어난다고 하며 초급 훈련기인 T-103[2] 같은 경우 웬만해선 일부러 실속시키기도 어렵다고 한다. 실제로 얼마전 있었던 한국군의 LN-2[3]가 추락한 사고도 실속이 아니라 저공비행중 전깃줄에 걸려서(...) 였다. [4]

반대로 최악의 예로는 F-104가 있다. 날개가 작은데다가 날개 앞전이 매우 날카롭게 생겨서 실속에 잘 빠질 뿐만 아니라 일반 빠지면 동체가 부메랑처럼 회전하는 경우가 많았고, 그 영향으로 엔진까지 꺼지기 때문에 조종사의 사망률이 대단히 높았다. 그래서 별명이 과부제조기 항공기의 경우 엔진이 꺼지게 되면 어떤 일이 일어나는가... 는 자동차에서 엔진이 꺼졌을 때 브레이크가 안 듣고, 핸들이 돌아가지 않는 상황보다 더 심각하다고 예상하면 된다.

또다른 최악의 예로 F-100이 존재하는데, 기체 설계 미스 때문에 착륙시 플레어(뒷바퀴가 땅에 먼저 닿게 하기 위한 동작)를 하게 되면 실속하면서 기수가 더 올라가버려 아에 벽돌이 되어 양력을 잃어버리고 땅으로 곤두박질 쳐버리는 경우가 많았다고 한다. 이 때문에 상당한 비전투 손실을 보게 되었고, '세이버 댄스'라는 용어도 생겨날 정도로 기피 기체가 된다. 이 세이버 댄스가 정말로 치명적이었던 이유는 착륙시 발생하는 데 기인하는 것으로, 고도가 낮을 때는 실속이 발생하면 지면에 떨어지는 수 밖에 없기 때문이다. 사실 F-104의 경우는 설계 목적(고공 요격기)에 부합하게 운영하면 이렇게 될 여지가 적었지만 이 경우는 이착륙시 발생했던 문제라 더 최악이라 볼 수 있다.


생각보다 실속에서 빠져나오는 방법은 간단하다. 실속상황에 빠져서 기수가 아래로 떨어지기 시작하면 대체로 받음각이 줄어들고 강하에 의해 속도가 올라가므로 실속에서 빠져나올 수 있다.[5] 물론 실속회복에 필요한 고도가 확보되어 있을 때의 이야기. 혹은 아예 일부러 기수를 아래로 숙이기도 한다.

항공사고를 다룬 수많은 미디어에서 추락중인데도 기수를 더 숙이는 장면이 나오는 것이 이 때문. 하강->회복->하강->회복하며 동력이 없는 상태에서 무사히 착륙시키는 경우도 존재하지만 역시 쉽지 않다. 물론, 파일럿 훈련시 겪는 과정 중 일부이지만 이런 상황은 절대 피해야 한다는 것을 전제로 한다.

그런데 항공기의 종류나 상황에 따라 딥 스톨(Deep Stall)이라하여 실속에서 빠져나오는것이 매우 어려운 현상이 발생한다. 기수를 숙여서 받음각을 줄이고 속도를 높이려면 수평꼬리날개(정확히는 엘리베이터)가 제대로 역할을 해주어야 하는데 실속시 발생하는 주날개의 후류등에 의해 수평꼬리날개가 기수를 아래로 숙이는 힘을 만들지 못하는 상황. 이 경우 항공기는 기수가 들린채로 한참을 떨어지며, 최악의 경우 회복하지 못하고 추락하기도 한다.

컴퓨터로 제어된다는 F-16도 상황에 따라 이 딥 스톨 현상이 생긴다. 이 경우 F-16은 기수가 위아래로 주기적으로 움직이는데 이 주기적인 움직임이 계속 반복만 될 뿐, 빠져나오지를 못한다. 그래서 엔진출력을 최대로 높이는 한편 컴퓨터 제어를 꺼버리고 일부러 더 크게 흔들리도록 유도해서 흔들림 운동의 균형을 깨버리면 다시 항공기를 제어할 수 있게 된다. 다만 이렇게 빠져나오기까지 보통 3km 이상 고도가 떨어져버리므로 만약 그 정도 고도가 확보되지 않은 상태에서 딥 스톨에 빠져버리면 비상탈출 이외에는 답이 없다. 그러니까 F-16에도 추력 편향 노즐을 답시다.(응?)


동체무게에 비해 동력이 매우 강력한 RC비행기의 경우 기수를 치켜올려 헬리콥터처럼 띄워 파손을 방지한다. 실제 항공기에서 이랬다간... 이라지만 추력깡패인 F-22는 이렇게 해도 될 것 같다.. 추중비가 1을 넘는 항공기는 가능.. 물론 추력편향이 가능하면 더 좋고


관련항목

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  • [1] 특히 여객기등의 착륙 사고시 이런 경우가 꽤 많타..(..) 착륙을 취소하고 복행하려고 조종간을 당기는 순간에 특히..(물론 계속 하강하려는 관성도 한몫 한다. 여객기같이 무거울수록..)
  • [2] 말이 T-103이지 실재로는 IL-103이라고 이것도 러시아제다.
  • [3] 위에서 설명한 An-2
  • [4] 이것으로 북한군이 야간에 저공비행으로 남한을 침입한다는 게 얼마나 어려운 일인가를 단적으로 알수 있다. 대낮에도 전깃줄에 걸려 추락하는 수준인데...(사실 전깃줄은 상당히 튼튼해서 아파치는 물론 Mig-21같은 대형 전투기들도 걸렸다 하면 추락하기 일쑤다.)
  • [5] F-100의 경우는 실속시에 오히려 기수가 올라가버려서 문제.. 양력을 잃었을때 기체의 반응은 항공기의 설계에 따라 다르다. 더구나 매우 저속이거나 받음각이 지나치게 높을때는 조종면으로 기체의 방향을 제어하기 매우 난감해지게 된다. 엔진의 추진력이 높고 추력편향이 가능하다면 모르지만..
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last modified 2015-04-04 21:49:47
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