비행기 조종실을 실제로 본 적이 있나요?
비행기를 탈 때, 탑승교(보딩 브리지)를 지나며 얼핏 본 기억이 있을 겁니다.
보통 비행기 조종실이라고 하면 여러 가지 계기로 가득한 모습을 상상합니다.
☆조종이란 어떤 일일까요?
비행기를 조종하는 일은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.
첫 번째는 상승, 방향 전환, 하강 등 조종사가 생각한 대로 비행 상태를 제어하는 것입니다.
두 번째는 비행 자세가 불안정해졌을 때, 원래대로 되돌리는 것이죠.
여객기는 승객, 화물을 실어 나르는 비행을 합니다. 따라서 이륙, 상승, 순항(수평 비행), 하강(진입), 착륙을 기본으로 하고, 도중에 방향 전환, 가속, 감속을 하기도 합니다.
전투기와 곡예비행기는 급상승, 급강하, 급선회, 옆돌기까지 극한적으로 조종하는 상황도 많습니다.
이륙부터 착륙까지
비행 상태에 따라 여객기를 조종하는 법을 알아봅시다.
먼저, 조종석에 앉았다고 가정해보자
☆레버, 스위치, 여러 계기류를 볼 수 있을 겁니다.
비행기가 날기 위해 필요한 최소한의 요소는 다음과 같습니다.
★조종 장치
1. 조종간 : 승강키와 도움날개를 움직인다.
2. 페달(foot bar) : 방향키를 움직인다.
3. 엔진 스로틀 : 엔진 출력과 회전 속도를 제어한다.
★계기류
1. 비행에 필요한 계기 :
속도계, 고도계, 승강계, 수평의, 선회 경사계로 비행 상태와 기체의 자세를 확인한다.
2. 엔진과 관련한 계기 :
회전수와 연료 소비 상태를 확인한다.
3. 항법상 필요한 계기 :
비행기가 날고 있는 위치와 방위를 확인한다.
이제 조종간을 움직여보자
☆조종간을 앞뒤로 움직이면 승강키에 움직임이 전달됩니다.
☆조종간을 조종사의 몸 쪽으로 당기면, 승강키가 올라가서 기수를 올립니다. 앞으로 밀면, 승강키가 내려가서 기수를 내립니다.
☆조종간을 밀고 당기는 정도가 클수록 승강키가 내려가고 올라가는 각도도 커집니다.
☆조종간을 좌우로 기울이면, 도움날개에 움직임이 전달됩니다.
☆조종간을 왼쪽으로 기울이면, 왼쪽 도움날개는 올라가고 오른쪽 도움날개는 내려가서 비행기를 왼쪽으로 기울일 수 있습니다. 조종간을 오른쪽으로 기울이면, 왼쪽 도움날개는 내려가고 오른쪽 도움날개는 올라가서 비행기를 오른쪽으로 기울일 수 있죠.
☆조종간을 빨리 움직일수록 비행기는 빠르게 기울어집니다. 조종간을 한 방향으로 고정하면 비행기는 일정한 속도로 계속 기울어집니다.
발로 조작하는 페달은 방향키와 연결되어 있다
☆왼쪽 페달을 밟으면 방향키가 왼쪽으로 굽어져서 기수를 왼쪽으로 돌립니다.
☆오른쪽 페달을 밟으면 방향키는 오른쪽으로 굽고, 기수도 오른쪽으로 돌아갑니다. 페달을 밟는 정도와 기수가 돌아가는 정도는 비례하며, 페달을 원래대로 되돌리면 기수도 원래 위치로 돌아갑니다.
엔진 스로틀은 자동차의 액셀러레이터와
비슷한 역할을 한다
☆엔진 스로틀은 일반적으로 기장이 왼손으로 조작할 수 있는 곳에 있습니다. 레버를 움직여서 엔진에 공급하는 연료와 공기량을 조절하여 출력(마력과 추력)을 제어합니다.
☆플랩을 움직이는 레버도 있습니다. 앞에서 설명한 바와 같이 플랩은 일시적으로 양력을 높이는 장치입니다. 특히 이착륙 시에 비행 속도가 느려도 비행기를 떠 있도록 하죠.
이륙할 때의 조종법을 알아보자
☆이륙할 때는 가능한 한 짧은 활주 거리로 이륙에 필요한 속도에 도달하는 것이 중요합니다. 이를 위해 최대 엔진 출력을 사용하죠. 이를 ‘이륙 출력’이라 하며, 엔진 내구성을 보호하기 위해 이륙 시 지속 시간이 제한되어 있습니다.
☆이륙에 필요한 최대 속도란, 지상을 활주하는 동안 양력이 중력을 이겨내기 위한 속도입니다. 즉 플랩을 내린 상태로 얻을 수 있는 최대 양력 계수에서의 비행 속도(실속 속도)와 같습니다. 실제 비행에서는 일반적으로 안전을 고려해 실속 속도의 1.2배 정도로 가속한 후 조종간을 당깁니다.
☆조종간을 당기면, 승강키가 올라가고 기수가 오르며 앞바퀴가 지면에서 떨어집니다. 주날개의 받음각이 커질수록 양력이 증가하고, 양력이 기체 무게를 이겨내는 순간에 뒷바퀴까지 완전히 떠오릅니다.
이렇게 지면에서 받는 마찰 저항은 사라집니다. 접어 올리는 착륙 장치를 가진 비행기라면 공기 저항을 더욱 줄일 수 있어 계속 상승합니다.
☆이륙할 때 비행기에 맞바람이 불면 보다 짧은 활주 거리로도 이륙이 가능하죠. 양력은 ‘대지 속도’가 아닌 ‘대기 속도’(비행기 주위의 대기와 기체의 상대 속도)에 의해 발생합니다. 바람이 없을 때 시속 130km로 이륙하는 비행기가 초속 5m(시속 18km)인 맞바람을 받으며 활주한다면, 이 비행기는 두 속도의 차인 시속 112km만으로도 이륙할 수 있습니다.
비행기를 상승시키고 싶으면 승강키를 올린다
☆승강키가 올라가면 기수가 올라가고, 주날개의 받음각이 커져서 양력이 증가합니다.
☆한편 받음각이 증가하면 항력도 커지므로 비행 속도는 감소합니다. 하지만 조종간을 당기면서 엔진 스로틀을 밀어 올리면, 엔진 출력이 상승해 추력이 높아져서 다시 속도를 높일 수 있습니다.
☆만약 엔진 추력에 여유가 있다면, 항력이 커져도 속도를 유지할 수 있습니다. 받음각을 더 크게 만들어서 큰 양력을 발생시키면 빠른 속도로 상승합니다.
☆기수를 거의 수직에 가깝게 세워서 급상승할 수 있는 제트 전투기도 있다. 이런 전투기는 매우 높은 출력을 가진 엔진을 장착하고 있습니다.
☆기수를 들어 올리면 주날개의 양력뿐만 아니라, 엔진 추력의 일부를 기체를 상승시키는 데 사용할 수 있습니다.
상승에서 수평 비행으로 자세를 바꾸기 위해서는
승강키를 내린다
☆승강키가 내려가면 기수도 내려가고, 받음각이 작아져서 비행기는 수평으로 돌아가려 합니다. 하지만 항력도 감소해서 비행 속도가 빨라지므로 조종간을 미는 동시에 엔진 스로틀을 당겨서 엔진 출력을 수평 비행에 필요한 정도로 줄입니다. 그리고 수평 비행을 계속하는 데 필요한 위치까지 승강키를 돌립니다.
☆같은 속도와 자세로 수평 비행하면, 비행기는 연료를 소비하므로 점점 가벼워집니다. 이로 인해 장시간 비행을 하다 보면, 양력이 중력보다 커지므로 어느 순간 비행기는 상승합니다.
작은 자가용 비행기라면 조종사가 조작을 해서 수평 비행을 합니다. 연료 감소에 맞춰 조종간을 조금씩 앞으로 밀어서 받음각을 줄이고, 동시에 엔진 출력도 줄여서 속도를 일정하게 유지합니다. 하지만 장거리 여객기라면 기체 중량의 절반 이상을 연료가 차지해서 연료 소비에 따른 중량 변화가 크죠. 이때 자동으로 조종하는 장치에 비행 속도와 고도를 지정해 컴퓨터가 자동으로 균형을 잡아서 수평 비행을 유지합니다.
☆한편 수평 비행을 하면서도 비행 속도는 변화할 수 있습니다. 승강키를 올려서 주날개 받음각을 크게 만들면서 동시에 엔진 출력을 낮추면 저속으로 수평 비행을 할 수 있죠. 반대로 승강키를 조금씩 내려서 받음각을 줄이면서 엔진 출력을 최대로 하면, 최고 속도로 수평 비행할 수 있습니다.
하강(진입)할 때는 상승할 때와
반대로 조작한다
☆먼저 승강키를 내립니다. 승강키가 내려가면 주날개의 받음각이 작아져서 양력이 감소하고, 비행기는 하강합니다. 주날개 받음각이 작아지면 공기 저항이 감소해서 비행 속도가 빨라지지만, 엔진 출력을 줄이고 플랩을 약간 내려서 하강률을 조절할 수 있습니다.
☆비행기가 비행장 근처에 이르면, 활주로 방향에 맞춰 기수 방향을 제어하고 일정한 속도와 하강각을 갖춰 똑바로 활주로를 향하는 자세에 들어가는 것을 ‘최종 진입’(final approach)이라 합니다.
☆비행기와 활주로가 만나는 지점은 정해져 있습니다. 제트 여객기는 시속 250km나 되는 빠른 속도로 지면과 만나므로, 1초라도 타이밍이 어긋나면 접지 지점이 70m나 달라집니다. 활주로 근처에서 정해진 고도에 도달하면, 조종간을 당겨서 기수를 들어 올립니다. 이렇게 하면 양력이 일시적으로 증가해서 하강률이 줄어들고 속도도 느려집니다. 착지 순간에 하강률을 0으로 만드는 것이 가장 이상적입니다.
☆기수를 올려두면 먼저 뒷바퀴가 지면에 닿고, 비행기에는 공기 저항과 바퀴와 지면 사이의 마찰 저항이 함께 작용해서 속도는 더 줄어듭니다. 그리고 기수를 들어 올리는 역할을 하던 승강키의 작용이 줄어들고, 기수가 자연스럽게 내려가서 앞바퀴도 접지하죠. 이제 비행기는 활주로를 달리면서 점점 감속합니다.
비행기가 충분히 감속했으면, 바퀴 브레이크를 걸어 비행기를 완전히 멈춥니다.
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