새들은 하늘을 날기 위해서 날개짓을 한다.

새들이 한 날개짓은 새가 중력을 이기고 하늘을 날 수 있게 어떠한 힘을 발생시키거나 이용할 수있게 만들어준다.

항공기도 새와 비슷하게 날개를 가지고 있기는 하지만 자유롭게 움직일 수 있는 것은 아니다.

도대체 항공기, 그 중에서도 고정익기들은 어떠한 원리로 중력을 이겨내고 하늘을 날아다닐 수 있는 것일까?

항공기의 4대 힘

항공기가 비행을 할 때 살펴 볼 힘은 4 가지인데 그것들은 중력(weight), 양력(lift), 추력(thrust), 항력(drag)이다. 항공기의 비행을 이해하기 위해서는 이 힘들의 상호작용을 살펴 봐야 한다.

기본적으로 항공기는 지구 중력의 영향력 아래에 있기 때문에, 매 순간 중력에 의해 아래로 잡아당겨지고 있다.

중력을 이겨내고 항공기가 비행을 하기 위해서는 중력과 반대 방향으로 작용하는 양력을 날개에서 충분히 공급받는 것이 핵심이다.

안타깝게도 앞서 새와의 비교를 통해서 항공기는 날개를 자유자재로 움직일 수 없다는 것을 살펴 보았다. 그렇다면, 항공기는 가만히 있는 날개로 어떻게 양력을 공급 받을까?

추력을 통해 양력을 발생시키자

항공기에는 새들이 흉내조차 낼 수 없는 동력장치가 있다. 추력은 동력장치(엔진)에 의해서 발생되는데, 항공기를 앞으로 움직일 수 있게 한다.

동력장치에서 얻은 힘을 통해 앞으로 나아갈 때, 날개는 앞에서 불어오는 방향을 맞이하게 되고 이 때 양력과 항력이 발생하게 된다.

추력이 항력보다 커서 항공기가 계속해서 가속되고, 그로 인해 양력이 증가하다가 중력을 이겨낼 수 있을 만큼 커졌을 때, 비로소 기체가 이륙하는 것이다.

항공기가 고도를 조절할 때도 양력을 이용하는데, 고도를 유지하고 싶으면 양력을 기체의 무게와 같게 만들고 고도를 높이거나 낮출 때는 양력을 무게보다 크게 하거나 작게 만들어서 조절한다.

항공기와 항력의 관계

비행을 위해서 항공기가 추력과 양력을 통해 어떻게 중력을 이겨내고 날아오르고, 고도를 조절하는지에 대해서 간단하게 알아보았다.

마지막으로 알아볼 항력은 쉽게 말해서 공기 저항력이라고 보면 된다.

항공기의 비행에 있어서 속도와 관련된 성능은 추력과 그 반대 방향으로 작용하는 항력을 살펴봐야 한다.

웃긴 생각일지 모르지만 네모난 컨테이너 박스가 하늘을 날고 있다고 상상해보자. 컨테이너 박스가 추력을 발생시켜서 앞으로 나아간다고 해도 앞을 향하고 있는 평평한 면에 의해서 공기저항을 있는 대로 다 받게 된다.

반면에 날렵하게 생긴 항공기가 추력을 받아서 앞으로 나아간다면, 날아가는 컨테이너 박스보다 항력을 훨씬 덜 받게 되고, 속도를 내는데 있어서도 유리하다.

즉, 항공기는 좀더 빠른 속도를 얻기 위해서 항력을 덜 받게 설계되어야 한다.

항공기가 비행을 하기 위해서 필요한 힘 4가지를 알아보았는데, 중력과 추력을 뺀 양력과 항력의 경구 공기역학적으로 공력이라 따로 묶어서 부르기도 한다.