양력은 늘 상대풍과 가로축에 수직이다. 날개 기준이지 땅 기준이 아니다. 기동하면 땅에 대한 방향이 바뀐다. 크기는 밀도, 날개 넓이, 속도에 비례하고, 익형과 받음각에도 달렸다. 실속각까지는 받음각과 같이 늘고, 그 위에서는 줄어든다. 평범한 기체는 받음각과 속도로 양력을 잡는다.
속도를 줄여도 양력을 유지하려면 피치를 올린다. 승강타가 받음각을 바꾼다. 당기면 꼬리가 내려가고 기수가 올라가 받음각과 양력이 는다. 대부분 승강타는 꼬리를 아래로 누른다. 그 힘이 속도에서 에너지를 가져간다. CG가 뒤쪽에 가까우면 꼬리 내리힘이 줄고, 남는 에너지가 성능으로 간다.
추력은 스로틀로 속도를 만든다. 가장 정밀한 방법은 피치로 경로, 추력으로 속도를 동시에 잡는 것이다. 양력을 유지하려면 피치를 바꾸면 출력도 바꾸고, 그 반대도 같다. 고도를 유지한 채 가속하려면 추력을 항력보다 올린다. 속도가 나면 양력이 늘므로 피치를 낮춰 받음각을 줄인다. 감속은 추력을 항력 아래로 내린 뒤, 양력이 빠지면 피치를 올려 고도를 지킨다.
항력 곡선, 정상·역 명령 구역
유도항력과 유해항력을 그리면 전체 항력은 ‘항력 곡선’이 된다. 그림 4-9의 A는 추력–항력, 제트용이다. B는 출력–항력, 프로펠러용이다. 이 장은 B를 본다. 일정 속도를 유지하려면 출력이 항력과 같아야 해서, 같은 곡선을 필요출력 곡선으로도 읽는다.
왕복 프로펠러 효율은 대개 80–88%에서 정점이다. 160마력이면 쓸 수 있는 힘은 약 128마력이다. 나머지는 버린 에너지라, 가용 추력·출력 곡선이 속도에 따라 바뀐다.
정상 명령 구역은 최소항력점보다 빠른 쪽이다. 속도를 올리려면 출력을 더 넣는다. 유해항력이 지배한다. 역 명령 구역은 최소항력점(추력곡선에서는 L/DMAX)보다 느린 쪽이다. 속도를 유지하려면 오히려 출력을 더 넣는다. 유도항력이 지배한다. 같은 출력으로 점 1과 점 2, 두 속도가 나온다. 1은 유도 크고 유해 작고, 2는 반대다.
순항·상승·기동은 정상 구역이다. 역 구역은 이륙·착륙의 저속에서 스치지만, 일반항공은 그 폭이 좁고 보통 접근속도 아래다. 정상 구역은 트림 속도를 지키려는 힘이 세다. 역 구역은 약하고, 아예 없을 때도 있다. 그래서 저속에서는 속도를 더 세게 잡는다. 위험해서가 아니라, 기본 조종 실수가 바로 커지기 때문이다.
점 A(정상). 수평·정상, 양력=무게, 가용출력=필요출력. 출력 그대로 속도를 올리면 출력 부족이 되어 원래 속도로 돌아간다. 줄이면 출력이 남아 다시 빨라진다. 트림과 정적 종안정이 그걸 돕는다.
점 C. 곡선이 평평해서 조금 바뀌어도 잉여·부족이 거의 없다. 중립 안정이다. 새 속도에 머문다.
점 B(역). 빨라지면 출력이 남아 더 빨라지고, 느려지면 출력이 모자라 더 느려진다. 종안정이 트림으로 되돌리려 해도, 저속·높은 받음각의 유도항력이 그걸 이긴다.
트림은 조종면을 손이 안 잡아도 되게 공기력으로 맞춰 두는 일이다. 트림탭은 승강타·에일러론·러더 뒷전의 작은 힌지 면이다. 어떤 기체는 수평안정판 전체를 움직인다. 탭은 주조종면을 잡아야 하는 반대쪽으로 꺾는다. 속도의 함수라, 속도가 바뀌면 다시 트림한다. 피치 트림이 맞으면 원래 속도를 찾아 돌아온다. 계기비행에서는 항상 트림을 맞춰 손을 다른 일에 남긴다.
저속, 플랩, 와류발생기
실속 근처, 역 구역, 정규 착륙 최종, 복행 초입, 저속 기동이 저속비행이다. 4,000파운드면 양력도 4,000이어야 수평이 유지된다. 그보다 작으면 내려간다. 의도 하강에서는 그걸 쓴다.
저속은 받음각이 높다. 캠버를 바꾸거나 경계층 박리를 늦추는 고양력 장치가 필요하다. 평판 플랩과 분할 플랩이 캠버를 바꾼다. 플랩을 내리면 실속 받음각은 내려간다. 기본 날개 18° 실속이 CL-MAX 플랩에서 15°가 되어도, 그때 양력은 18° 기본 날개보다 크다.
경계층 박리를 늦추는 가장 흔한 장치는 와류발생기다. 조종면 앞 날개에 얇은 금속 조각을 붙여 난류를 만들고, 경계층 밖 고에너지 공기를 섞는다. 흡입·분출 경계층 제어와 같은 방향이다.
핵심 정리
- ● 경로는 피치, 속도는 추력이다. 하나를 바꾸면 다른 하나도 맞춘다.
- ● 제트는 추력–항력, 프로펠러는 출력–항력으로 읽는다.
- ● 역 구역에서는 느릴수록 출력을 더 넣어야 수평이 유지된다.
- ● 트림은 속도의 함수다. 계기비행은 항상 맞춰 둔다.
- ● 플랩은 실속각을 낮추고 양력은 키운다. 와류발생기는 경계층을 붙든다.
이 글은 미국 연방항공청(FAA)의 Instrument Flying Handbook(FAA-H-8083-15B)(퍼블릭 도메인)를 번역·재구성한 시리즈입니다. 국내 성능·착빙은 AFM/POH와 AIP를 따릅니다.