비행기 구조 교과서 (나카무라 간지 지음, 전종훈 옮김, 김영남 감수, 2017)

집에 있는 책들을 정리하는 중인데,

몇 년 전에 사둔 비행기 관련한

일본어 번역책들을 발견했다.

 

비행기 구조 교과서,

비행기 조종 교과서,

비행기 엔진 교과서,

비행기 역학 교과서,

비행기, 하마터면 그냥 탈 뻔했어

 

 

등 5개의 책인데

펼쳐보고 읽다보니 어려운 컨셉을 굉장히

쉽게 설명했을 뿐 아니라 유용한 정보들이 많아서

이 곳에 차차 정리해보려고 한다.

책들을 중고 책방에 팔려고 했었는데

아무래도 이 책들은 안팔고 놔둘 것 같다. 

 

 

 

 

 

동서양을 막론하고, 사람들은 고대부터 하늘을 나는 일을

몹시 동경했다. 그래서 동양에서는 '선녀의 날개옷'

서양에서는 '이카로스'의 이야기가 유명하다.

 

선녀의 날개옷 이야기 (우리나라에서는 '선녀와 나무꾼'으로

알려짐-옮긴이)는 동아시아 각지에서 전해오고 지역마다

내용이 조금씩 다르지만, 날개옷을 입은 선녀가 하늘을

난다는 내용은 똑같다. 그리스 신화에 등장하는 이카로스는

밀랍으로 붙인 날개를 이용해 하늘을 나는 데 성공하지만

지나치게 높이 올라가는 바람에 태양열에 밀랍이 녹아서

지상으로 추락하는 비운의 인물이다.

 

두 이야기 모두 하늘을 나는 사람이 등장하지만 하늘을 나는

방법에는 큰 차이가 있다. 우선 선녀의 날개옷은 입으면

가만히 있어도 하늘 위로 붕 '뜨는' 것이 가능하다. 그리고

이카로스의 날개는 스스로 날갯짓을 해서 자신의 몸을

'들어 올리는' 것이다. 똑같이 하늘을 나는 힘이라도

뜨는 힘은 부력, 들어오릴는 힘은 양력으로 구별해야 한다.

 

부력은 물 속에서 실감할 수 있고, 같은 유체인 공기 중에서도

느낄 수 있다. 헬륨처럼 공기보다 가벼운 기체로 채운

풍선이 하늘로 올라가도록 물체를 수직으로 밀어 올리는

공기의 힘이 부력이다. 이외에도 따뜻한 공기가 차가운

공기보다 가볍다는 사실을 이용한 열기구가 있다.

한편 양력이란 날개와 같이 얇은 판 모양의 물체가 공중에서

움직일 때 그 진행 방향의 수직으로 작용하는 공기의 힘을

말한다. 공기보다 무거운 연이 하늘로 날아오를 수 있는 것도,

새를 모방하여 날개를 붙인 이카로스가 하늘을 난 것도

모두 양력 덕분이다. (14)

 

 

일이란 힘을 가해 움직이는 것으로

(일) = (힘) x (거리)가 된다.

마력은 일을 1초에 어느 정도 할 수 있는가를 의미하며

(마력) = (힘) x (거리)/(시간)이 된다.

1마력이란 75kg 물체를 1초에 1m 움직일 수 있는

파워를 의미한다. (61)

 

 

비행기에 탑승해도 쾌적한 온도, 밝은 조명같은 주변 조건은

탑승 게이트로비와 아무런 차이가 없다. 이것은 APU

(Auxiliary Power Unit)라 부르는, 비행기 가장 뒷부분에

있는 보조 동력 장치 덕분이다. APU는 주 엔진과 같은

연료로 작동하는 가스터빈 엔진으로, 출발 준비부터 주

엔진 스타트까지 필요한 전력과 압충공기를 공급하는

역할을 한다.

 

자동차는 연료 보급을 위한 전력이 필요없지만, 비행기에는

필요하다. 화물 도어 개폐, 조명, 기내 방송에도 전력은

필요하다. 물론 관제탑과의 무선 교신과 비행을 위해

필요한 데이터를 컴퓨터에 입력하기 위해서도 전력이

필요하다. 또한 에어컨에 사용하는 압축공기는 엔진

스타트에도 사용한다. 제트 엔진 스타터는 자동차처럼

전기 모터가 아니라, 가벼우면서도 큰 힘을 내는 공기

모터다. 그리고 차륜 브레이크 작동을 위한 유압 장치에도

전력과 압축 공기가 필요하다. 

 

엔진 스타트가 되면 전력, 압축공기, 유압은 주 엔진을 통해

공급되므로 APU의 역할은 끝나며, 이륙을 위해 활주로로 

향하는 도중에 APU는 정지한다. 그런데 쌍발기가 장거리

비행 중에 엔진 고장이 일어나면 남은 엔진만으로는

전력이 부족할 수 있다. 그래서 특히 쌍발기의 APU는

지상에서 보조 동력 장치로 활약할 뿐만 아니라, 공중에서

전력과 압축공기를 공급하는 역할도 한다. (90)

 

 

1903년 첫 동력 비행에 성공한 이후, 피스톤 엔진이 비행에서

중심 역할을 해왔다. 하지만 첫 비행부터 반세기가 더 지난

1960년대가 되자, 가스 터빈 엔진의 한 종류인 제트 엔진을

탑재한 여객기에 주역 자리를 넘겼다. 그 이유는 비행 속도가

빨라짐에 따라 피스톤 엔진이 크고 무거워졌기 때문이다. 

프로펠러도 특정한 회전 속도 이상이 되면 충격파가 발생하여

급격히 효율이 낮아지기 때문에 비행 속도에 한계가 있었다.

프로펠러를 대신하는 추진력이 필요해졌고, 그 역할을 이어받은

것이 제트 엔진이다.

 

제트 엔진의 원리는 첫 동력 비행 이전부터 잘 알려져 있었지만,

본격적으로 그 역사가 시작된 것은 1930년대에 영국인

프랭크 휘틀 (Frank Whittle) 이 제트 엔진 특허를 출원한

이후부터다. 이후 30년도 채 지나지 않아 제트 여긱기가

상용화되었으니 비행기의 진보 속도는 음속과 맞먹는다고

해도 되지 않을까. 

 

제트 엔진의 가장 큰 특징은 작고 가벼운데도 큰 힘을 낼 수 

있다는 것이다. 그리고 구름 베어링을 사용하기 때문에 공회전이

필요하지 않고, 진동이 적으며 윤활유를 적게 사용한다. 또

왕복운동을 회전운동으로 변환하는 복잡한 장치도 필요 없고,

무엇보다 파일럿이 조작하기 쉽다는 것이 큰 장점이다. 

단점은 소음이 크다는 것인데, 소형 경량으로 큰 힘을 내야 하는

비행기에는 꼭 맞는 엔진이라서, 소형기를 제외한 프로펠러기에서는

가스 터빈 엔진의 한 종류은 터보프롭 엔진을 주로 사용한다. (106)