Genie Eir (항공공학, 항공이야기)


항공기 1차조종면 에일러론(Aileron, 보조날개) 러더(Rudder, 방향타) 엘리베이터(Elevator, 승강타)


항공기의 조종면(Flight Control Surface)는 1차/2차 조종면으로 분류할 수 있습니다.

간단하게 나누어 보면,


*1차 조종면 (Primary Flight Control Surface)

-에일러론 (Aileron, 보조날개)
-러더 (Rudder, 방향타)

-엘리베이터 (Elevator, 승강타)


*2차 조종면 (Secondary Flight Control Surface)

: 슬랫(Slat) / 플랩(Flap) / 스포일러(Spoiler)


로 나눌 수 있습니다.


이번 포스팅에서는 1차 조종면에 대해 먼저 알아보겠습니다.


TIP

1차 조종면 (Primary Flight Control Surface)과
1차/2차 구조(Primary/Secondary Structure)는
별개의 개념입니다. 별도 포스팅 예정입니다.




1차 조종면은 공력 변화를 통해, 

XYZ축(3축) 방향으로 각각 회전운동을 발생시키는 역할을 하며,

1차 조종면 이외에는 2차 조종면으로 볼 수 있습니다.


특히 주의해야 할 점은, 항공기 길이 방향이 "세로축"은 맞지만,

X축으로 사용하고 있으므로 Y축과 헷깔리지 않도록 주의해야 합니다.




X축 == Rolling

Y축 == Pitching

Z축 == Yawing



항공기 1차조종면 에일러론(Aileron, 보조날개) 러더(Rudder, 방향타) 엘리베이터(Elevator, 승강타)


으로 3축 회전운동이 발생하며, 하나씩 자세히 다루도록 하겠습니다.




에일러론(Aileron, 보조날개)
== X축(Longitudinal axis, 세로축) == Rolling(롤링, 옆놀이)

일반적으로 수학을 배울 때, 가로(X축)/세로(Y축) 을 시작해서

고등학교 과정에서는 3차원의 높이 Z축까지 배우게 됩니다.


그런데 항공기에서의 X축

항공기 기체 길이 방향으로 잡고 있으며

느낌상 날개길이 방향쪽이 가로, 항공기 길이방향이 세로인 것 같지만


항공기 길이 방향이 X축(Longitudinal axis, 세로축)임을 주의해야 합니다.



항공기 1차조종면 에일러론(Aileron, 보조날개) 러더(Rudder, 방향타) 엘리베이터(Elevator, 승강타)


위 그림과 같이 항공기 길이 방향의 X축을 기준으로 회전하는 것이 Rolling 이며,


날개 끝에 검은색으로 보이는 에일러론(Aileron, 보조날개)이 움직이며 

회전운동을 발생시키는 것을 확인할 수 있습니다.



항공기 1차조종면 에일러론(Aileron, 보조날개) 러더(Rudder, 방향타) 엘리베이터(Elevator, 승강타)


다음에 에어포일(날개의 형상)을 다룰 때 자세히 설명하겠지만,


에일러론이 올라가면(Aileron Up) ==> 날개가 양력을 적게 받음(Less Lift)

에일러론이 내려가면(Aileron Down) ==> 날개가 양력을 많이 받음(More Lift)


상태가 됩니다.


파일럿(항공기 조종사)이 조종간을 왼쪽으로 젖히면,

왼쪽 에일러론이 올라가고, 오른쪽 에일러론이 내려가면서

오른쪽 날개에 더 많은 양력을 받게 됩니다.(More Lift on Right)


따라서 오른쪽 날개가 더 높게 날게 되면서 항공기는 왼쪽으로 회전하게 됩니다.

이렇게 발생하는 회전력이 Rolling Moment이며, 

이를 "옆놀이 운동(Rolling)"이라고 합니다.



Aileron 장착 위치



에일러론(Aileron)은 플랩(flap)보다 바깥쪽(날개 끝)에 장착됩니다.

기체를 회전시키며 모멘트(Moment)를 발생시키는데 있어 

기체의 중심축에서부터 멀리 떨어질수록 큰 모멘트(회전력)를 발생시킬 수 있기 때문에 날개 끝부분에 장착하고 있습니다.


간단히 설명을 드리자면,

플랩(flap)의 경우는 날개의 양력이 부족할 때(이/착륙 시), 날개의 양력을 증가시키는 역할이므로 동일한 양력을 발생시킬 수 있을 때, 동체에 가까울 수록 유리하기 때문에 안쪽에 배치하는 것이 좋습니다.


TIP

플랩의 종류(Kind of flaps)는 별도 포스팅 예정입니다.
에일러론 역작용(Aileron reversal)에 대해 별도 포스팅 예정입니다.



엘리베이터(Elevator, 승강타)
== Y축(Lateral axis, 가로축) == Pitching(피칭, 키놀이)


항공기 1차조종면 에일러론(Aileron, 보조날개) 러더(Rudder, 방향타) 엘리베이터(Elevator, 승강타)승강타 Elevator


승강타로 불리는 Elevator는 

꼬리날개의 수평 꼬리날개(Horizontal Stabilizer, 수평안정판) 뒤쪽에 붙어 있습니다.




Y축(가로축) 방향 운동이며

동체에서 날개 길이방향으로의 가로축입니다.


승강타(Elevator)에 의해 발생하는 회전력에 따라 키놀이 운동(Pitching)을 발생시킵니다.





파일럿이 조종간을 당기면

승강타가 올라가게 되고(Elevator Up), 

이는 승강타 윗면의 항력을 증가시킵니다.

이에 따라 기체의 꼬리가 하강하게 되면서 추력선이 위를 향하게 되고,

기수를 상승(Nose up)시키는 회전력(Pitching Moment)가 발생합니다. 


반대로 조종간을 앞으로 밀면,

승강타가 내려가게 되고(Elevator Down), 

이는 승강타 아랫면의 항력을 증가시킵니다.

이에 따라 기체 꼬리가 상승하게 되고 추력선이 아래를 향하게 되면서

기수를 낮추는(Nose Down) 역할을 하며 반대방향의 회전력을 발생시킵니다.



러더(Rudder, 방향타)
== Z축(Vertical axis, 수직축) == Yawing(요잉, 빗놀이)


항공기 1차조종면 에일러론(Aileron, 보조날개) 러더(Rudder, 방향타) 엘리베이터(Elevator, 승강타)방향타 Rudder


마지막으로 방향타라고 불리는 Rudder는 

수직 꼬리 날개(Vertical Stabilizer, 수직안정판) 뒤편에 붙어 있습니다.




Z축(수직축) 방향의 운동이며 좌/우 방향으로 회전운동을 만들어 냅니다.




파일럿이 방향키 페달로 Rudder를 좌/우로 조종하는 방식이며

수직축을 중심으로 빗놀이운동(Yawing)을 발생시켜 항공기 기수를 조종합니다.



항공기 1차조종면 에일러론(Aileron, 보조날개) 러더(Rudder, 방향타) 엘리베이터(Elevator, 승강타)


파일럿(조종사)이 오른쪽 페달을 밟으면,

Rudder가 오른쪽으로 움직이게 되고 

이는 항공기 오른측의 항력을 증가시킵니다(Drag increase on Right side).

이 때 공기 흐름에 의한 공기력은 왼쪽으로 작용하여 꼬리부분을 왼쪽으로 밀게 됩니다. 

추력선은 오른측 방향을 향하게 되고, 

이 힘은 오른측으로 선회하게 하는 회전력(Yawing Moment)이 되어 

기수를 오른쪽(Nose Right)으로 움직입니다.




반대로 왼쪽 페달을 밟으면,

Rudder가 왼쪽으로 움직이면서 

같은 원리로 기수는 왼쪽(Nose Left)으로 움직입니다.




이와 같이, 항공기의 3축(XYZ)에 대한 

회전운동을 담당하는 조종면이 "1차 조종면"입니다.


다음 포스팅에서는 복합 형태 조종면


엘레본(Elevon) : Elevator + Aileron

러더베이터(Ruddervator) : Rudder + Elevator

플래퍼론(Flaperon) : Flap + Aileron

스테빌레이터(Stabilator) : Stabilizer + Elevator


에 대해 알아보겠습니다.


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