비행기 이륙 전 '우웅~' 소리는 뭘까요? Flap과 Slat 의 사용

안녕하세요.

하고싶은게 비행✈ 인 사람입니다. 

 

비행기 타고 떠나는 여행을 좋아하시나요?

 

저의 첫 번째 비행기 승선은

고등학교 수학여행 때 제주도로 출발하는 비행이었습니다. 

 

그 때를 아직도 기억하는데...

벌써 10년이 지났네요. 

 

그 때는 아무것도 모르고 비행기에 앉아서 밖을 쳐다 봤었는데

지금은 알고 밖을 쳐다보니깐 조금 더 신기하고 재밌게 느껴지더라구요. 

 

이륙하기 전에 비행기의 날개는 어떻게 생겼을까요? 

 

 

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1. Flap 이란?

고 양력 생성장치를 말합니다. 

 

양력은 비행기가 앞으로 나아가면서 발생됩니다. 

속도가 빠를 수록 양력은 증가하게 되죠. 그런데 그와 동시에 저항도 늘어나게 됩니다.

(Component of )Lift 와 (Component of )Drag 로 표현을 하죠. 

 

 

Airliner 의 비행기는 굉장히 빠른 속도로 날아갑니다. 

그 말은 그만큼 많은 양의 Drag 도 생성한다는 말이 됩니다. 

Drag로 인하여 비행기는 순항속도가 떨어지거나 performance 를 떨어지거나 기름 사용량을 많게 만들죠. 

 

이 그래프를 보면, AOA (Angle of attack) 이 낮을 수록 CD (Drag) 는 낮은 것을 확인할 수 있습니다. 비행속도가 빨라질 수록 속도로 인한 Lift 가 줄어들기 때문에 CL(AOA) 은 줄어들 수 있고 그 말은 AOA 가 줄어든다는 말입니다. 

 

다만 속도의 증가에 따라 Induced drag 는 감소하게 되지만 Parasite drag 는 기하급수적으로 늘어나게 됩니다. 

 

이 Drag 를 줄이기 위해서 Designer 들은 많은 노력을 합니다. 

 

그리고 그 방법 중 하나가 바로 Flap의 사용입니다. 

 

Lift 와 Drag 의 공식은 아래와 같습니다.

 

 

CL 이라고 나오는 것은 (Coefficient of lift) AOA 과 Camber를 말하고 Camber 란 날개의 굽어져 있는 것을 말하죠. 

S는 날개의 면적을 말합니다. 

면적을 크게하면 Lift 도 크게 만들지만 Drag 도 크게 만들죠. 

 

이 면적과 Camber 를 조작하여 좀 더 효율적인 비행을 만들 수 있게 하는 것이 바로 Flap 입니다. 

 

2. 많이 보는 Flap (Flap 의 종류)

Flap 은 날개의 Leading edge 부분과 trailing edge 부분에 붙어 있을 수 있습니다. 

 

전자의 경우 모르는 분들이 많으나 후자의 경우 너무나도 크기 때문에 모를 수가 없죠. 

 

 

이륙 전 Flap 은 Take off setting에 맡게 되어 있습니다. 

Leading edge 에서도 내려와 있고 (Slat : Critical AOA 를 크게 해준다)

Trailing edge 에서도 Flap 이 조금 내려와 있네요. 

 

이렇게 함으로써 

저속에서 Lift 를 많이 생성할 수 있게 됩니다 

그리고 Critical AOA 를 크게 만들어 낮은 속도에서 Stall 에 걸리지 않게 해주기도 하죠.

 

이륙 후 일정 속도에 다다르게 되면 

저항을 줄이기 위해서 이 Flap 들을 모두 다시 원위치로 돌리게 됩니다. 

 

 

 

 

3. Flap 의 종류

 

Flap 의 종류는 여러가지 있지만 

대표적인 것이 바로 위에 있는 Flap 입니다. 

 

가장 좋은 효율을 가진 것은 Slotted fowler flap 으로 

이륙할 때는 Flap 이 뒤로 밀려나면서 

날개의 면적을 넓혀주고 

이것이 Lift 를 생성시켜 줍니다.

 

이 때의 특징은 Drag 는 거의 늘어나지 않고 

Lift 만을 많이 생성하게 됩니다. 

 

4. Flap 을 사용으로 얻을 수 있는 장점

Lift 를 사용하게 되면 

CL 증가, S (면적) 을 증가시킬 수 있다는 장점이 있습니다. 

이것들을 증가시키게 되면 속도가 낮아지게 되어도 동일한 Lift 를 얻을 수 있게되죠. 

위를 바탕으로 여러가지 장점을 얻을 수 있습니다.

① 속도의 증가없이 Lift 를 추가적으로 얻을 수 있다. 

② Pilot 에서 좋은 View 를 제공한다.

CL 의 AOA 이란 Relative  wind 와 Chord line(Leading edge 와 Trailing edge 를 연결한 가상의 선) 의 각도를 말하게 됩니다. Flap 을 내리게 되면 Leading edge는 더 아래로 향하게 되게 되어 같은 Pitch 에서는 AOA 를 더 크게 만들수 있습니다. 반대로 같은 AOA 에서는 Pitch 를 더 아래로 향하게 할 수 있습니다. (Landing 때 더 아래쪽을 볼 수 있게) 

추가로 S(면적) 와 Camber 를 크게 만들어 같은 양의 Lift 를 생성하기 위해서는 더 적은 양의 AOA를 필요로 하게 됩니다.

③ 1과 비슷한데 속도의 증가없이 Descent rate 를 크게 할 수 있습니다. Flap 을 사용하게 되면 Drag 가 커지게 됩니다. 

④ Stall speed 를 낮출 수 있다.

 

이러한 이유로 비행기는 이착륙 시 Flap 을 사용하게 됩니다.

 

Slat 과 Flap 의 경우 Critical AOA 를 크게 해주는 효과도 있습니다. 

위 사진과 같이 아래쪽으로 흐르던 공기가 위로 흐르게 되면서

공기의 흐름이 안 좋아지는 것을 늦추게 됩니다. 

 

추가로 Slot 과 Slat 을 이야기 하는데

Fixed slat 을 slot 이라고 이야기 합니다.

 

정리하자면

1. 비행속도가 빨라질 수록 Drag 가 커지기 때문에 그것을 줄이기 위해 Wing 면적을 작게한다

2. 이륙이나 착륙등의 저속에서 보다 많은 Lift 를 생성하기 위해서 Flap 을 사용한다

 

잘하고 계시고

좋은 결과 나올 거에요.

항상 열심히 하시는거 알고 있어요.