새 날개와 비교해 본 항공기의 날개



새의 비행 모습

새는 날개를 상하로 퍼덕여 양력과 추진력을 얻습니다. 인류는 오래 전부터 하늘을 날기 위해 새의 비행 원리를 흉내내려고 했습니다. 하지만 새와 똑같은 원리로 날개를 퍼덕이며 하늘을 날아 보려는 시도는 모두 실패했습니다.

18세기 말 영국의 과학자 케일리(1773-1857)가 최초로 ‘고정익 항공기’의 원리를 만듭니다. 날개는 고정시키고 대신 빠른 속도로 움직이면 공기의 흐름에 의해 양력이 발생해서 날 수 있다는 항공역학의 기초를 세운 것이죠. 케일리의 이론은 훗날 라이트 형제에게 큰 영향을 미치게 됩니다.




하지만 고정된 항공기의 날개도 새의 날개를 닮아 있습니다. 얼핏 보기엔 그저 매끈하게 생긴 하나의 판 모양이지만, 찬찬히 살펴보면 여러 개의 작은 보조 날개가 복합된 형태입니다. 마치 새의 날개가 여러 종류의 깃털로 이루어져 있는 것처럼 말이죠.


■ 날개를 활짝 펼쳐라! - 플랩




독수리의 활강을 보세요. 사진에서 보다시피 날개 끝의 긴 깃털(‘첫쨋줄날개깃’)들을 크게 펼치고 있습니다. 날개의 면적을 넓혀 공기 흐름을 변화시키는 것이죠. 그리고 유연한 관절을 이용해서 날개를 비틀어서 공기 흐름을 받는 면적을 크게 합니다. 이렇게 날개의 면적이 더 커지면 양력이 커져서 낮은 속도에서도 잘 뜨게 되는 것입니다. 이착륙에서 없어서는 안될 원리이죠.

항공기도 이착륙할 때 마치 새처럼 날개를 더 크게 펼칩니다! 이 역할을 하는 것이 바로 플랩. 그러니까 플랩은 크게 펼치는 깃털과 날개각도를 바꾸는 관절 역할을 하는 셈입니다.


■ 깃털과 꼭 닮았어요 - 에일러론




항공기의 좌우 선회 운동을 담당하는 것이 주날개 뒤쪽에 달려 있는 ‘에일러론'이라는 부분입니다. 이 부분은 새 날개의 뒤쪽에 달려 있는 ‘둘쨋줄날개깃'과 같은 위치에 있고, 기능도 완전히 똑같습니다.

선회운동을 위해선 새가 양 날개의 깃털을 반대로 꺾어 주는 것처럼 양쪽 날개의 에일러론을 각각 반대로 접습니다.

가령 오른쪽으로 선회하기 위해선 오른쪽 에일러론을 위로, 왼쪽 에일러론을 아래로 움직입니다. 그러면 오른쪽 날개가 내려가면서 항공기는 선회 운동을 하는 것이죠. 새의 경우 한쪽 날개를 다른 쪽보다 낮추기 위해 둘쨋줄날개깃과 어깨관절을 복합적으로 이용한답니다.

F-16의 경우에는 주날개의 에일러론을 움직이는 것 외에도 수평꼬리날개 자체가 각기 움직여 급격한 방향 전환을 가능하게 하고 있습니다. 마치 새가 어깨를 이용해 양 날개를 각각 비틀어서 선회하는 것을 연상시키죠.


■ 새의 비행을 완성하는 꼬리 - 러더, 엘리베이터

새들이 날 때 균형을 잡을 뿐 아니라 방향을 전환하거나 상승, 하강할 때 필요한 것이 바로 꼬리입니다.

항공기의 경우 수직꼬리날개에 붙어 있는 ‘러더’와 수평꼬리날개의 ‘엘리베이터’가 바로 이 역할을 담당하죠. 러더는 좌우 방향전환을 도와주고, 엘리베이터는 상승ㆍ하강을 조절합니다.

앞에서도 밝혔듯 F-16의 수평꼬리날개는 아주 유연하게 움직입니다.

선회, 상승ㆍ하강에서 골고루 역할을 담당하죠. 비행 중 필요에 따라 움직이는 새의 꼬리와 아주 비슷하죠?



< 출처 : 공군뉴스레터 2004. 3. 11 일자 >