인간은 두 다리와 두 발을 이용해서 돌아다니는 이족보행을 한다.

이동하는 중에 발이 다치지 않기 위해서 신발을 신어주는데, 신발은 발을 보호해주는 역할을 수행할 뿐만 아니라 적절한 마찰력이나 탄성력 등을 제공해주어 이동을 도와주기도 한다.

항공기에 있어서 인간의 신발과 같은 것이 있다면, 그것은 바퀴에 달린 타이어라고 할 수 있다.

항공기의 타이어와 마찰력

항공기가 목적지로 하는 공항에 도착했을 때, 착륙을 하기 위해서는 공중에서 활주로로 내려와서 속도를 제 때에 줄여주어야 한다.

항공기가 속도를 줄일 때는 날개에 윗면에 설치된 스피드 브레이크 와 스포일러(spoiler)를 통해서 양력을 줄여주어야 하고, 추력을 줄이기 위해서 엔진에서 역추력을 만들어내야 한다.

마지막으로 바퀴를 통해서 활주로와의 마찰력을 만들어주어 비행기를 정해진 거리 내에서 속도를 충분히 줄일 수 있게 된다.

마찰력은 F= μN이라는 식으로 표현되고 구해질 수 있다. N는 항공기의 무게인데, 운동방향의 수직으로 작용하는 힘이고, 활주로에 착륙해서 속도를 줄이는 단계에서는 지면과 닿고 있는 바퀴와 타이어에 무게가 실리게 된다.

마찰 계수 μ는 정지마찰계수와 운동마찰계수가 있는데, 여기서는 운동마찰계수에 속하게 된다. 이것은 활주로와 타이어의 재질과 맞닿은 면의 거친 정도, 빗물이나 윤활제 등의 유무에 의해서 결정 된다.

마찰 계수는 변할 수 있는 변수인데, 타이어의 폭을 넓게 해서 활주로와의 접촉면을 넓힌다던가 홈을 파주는 등의 방법을 통해서 값을 크게 만들기도 한다.

위와 같은 방법을 통해서 타이어들은 항공기의 착륙 시 속도를 빠르게 줄여주는 역할도 하지만 미끄러짐 등을 방지해서 사고가 나는 것을 막는 부수적인 효과 또한 얻을 수 있다.

항공기 타이어와 안전

신고 다니던 신발이 구멍이 뚫린다거나 없어진다면, 우리는 상처를 입거나 위험에 처할 수 있다.

타이어 또한 마찬가지로 항공기의 안전을 위해선 튼튼하게 만들어야 하고 또, 손상되지 않도록 주의를 요한다.

항공기는 지상에서부터 수km 상공까지 기온의 변화가 심한 활동영역을 보유하고 있다. 극한의 변화를 보이는 압력과 온도 변화에 의해서 수축 및 팽창하는 것을 막기 위해서 건조된 순수 질소를 압축 공기 대신에 주입한다.

압축 공기는 온도에 따른 수축 및 팽창, 함유된 수분과 산소로 인해 일어날 수 있는 자연 발화 및 폭발, 화학적 산화 현상으로 인한 타이어 수명 단축 등과 같은 위험성을 내포하고 있다.

반면에 순수 질소의 경우 불활성기체로 압축 공기가 타이어 내로 주입되었을 때에 보이는 단점들을 방지해준다.

타이어는 압력을 최대 800psi까지 견딜 수 있어야 하는데, 여객기의 경우 약 200psi를 유지하고 있다. 이것은 승용차 타이어의 공기압인 30psi보다 약 7배 정도 큰 압력을 유지하고 있는 것이다.

더불어 항공기의 타이어 지름은 1.2m 정도로 이것 보다 더 크거나 작을 수 있는데, 이것은 승용차의 타이어가 0.7m의 지름을 가진 것보다 더 크다.

항공기가 이륙을 하다가 문제가 발생해 하늘로 나아가지 못해서 이륙을 포기하게 되는 상황이 생기거나 비상 착륙을 해야 하는 상황이 생기면, 브레이크를 최대로 밟게 된다.

이런 경우, 위에서 타이어의 안전을 위한 조치들을 취했음에도 불구하고 과열되어 화재가 발생하거나 폭발할 수 있다.

그렇기 때문에, 항공기에 쓰일 타이어는 접촉면을 매끈하게 만들어야 하고, 위와 같은 비상 상황을 대비해서 높은 온도가 발생할 경우 녹도록 설계된 열 퓨즈를 포함시켜서 갑작스런 폭발을 방지하고 질소를 제어해 천천히 공기 중으로 내보낼 수 있게 한다.

온도 변화나 기압 변화에 따른 사고 뿐만 아니라 항공기 자체의 하중에 의해 발생하는 압력에도 대비해야 한다.

활주로에 착륙하는 순간 타이어에는 순간적으로 엄청난 하중이 실리게 되는데, 이 때, 타이어의 수를 증가시켜서 각각의 타이어로 걸리는 부담을 줄여준다.

마모로 인해서 타이어가 제 구실을 하지 못할 것이 예상된다면, 적절한 시기에 교체를 해주어야 하는데, 단거리 여객기의 경우 최대 3개월 정도 사용하고, 대형의 장거리 여객기 같은 경우 최대 5개월 정도까지 사용한다.

이것은 타이어의 골격에 따라서도 달라지는데, 바이어스(Bias) 타이어는 평균 250회 정도, 레디알(Radial) 타이어는 평균 350회 정도의 착륙 이후 교체하는 것이 일반적이다.