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항공기
항공기(航空機, aircraft)는 공기의 반작용(지표면 또는 수면에 대한 공기의 반작용은 제외한다.)으로 뜰 수 있는 기기를 말한다. (항공안전법 2조 1호) 기구 (비행체), 비행선, 비행기, 헬리콥터, 글라이더를 모두 포괄하는 의미이다. 여기에 우주선과 미사일 등이 포함되면 비행체(Aerial vehicle)가 된다. 인간이 하늘을 난다는 로망 만을 위해 발전해온 모든 도구들과 결국 진정한 의미에서 성공시킨 비행기까지를 말한다.
목차
개요
항공기는 사람이나 물건을 싣고 공중을 날 수 있는 날개가 달린 탈것을 통틀어 이르는 말이다. 우주로켓이나 미사일 등은 포함하지 않는다.
비행기 ·글라이더 ·헬리콥터 ·비행선(non-rigid airship 포함) ·열기구 등 사람이 탑승하는 모든 비행체를 가리킨다. 비행선과 기구는 공기보다 가벼운 기체를 이용하는 항공기이며, 공기보다 비중이 가벼운 기체(수소가스 ·헬륨가스 ·열공기)를 기밀성(氣密性) 주머니에 밀봉하여, 그 주머니가 배제한 부피의 공기와의 무게의 차, 즉 '정적(靜的)인 부력'을 이용하여 공중으로 부양한다. 이것에 동력을 장비하고 조종하는 것이 비행선이다. 항공기 역사상 초기에 등장한 비행선은 군사용으로 개발되어 적국의 상공에 침투하여 폭탄을 투하하는 용도로 활용되었다. 이후 비행선은 대형 항공기로서 역할을 하였는데 독일의 체펠린(Zeppelin: 1838~1917)이 비행선이 대표적인 비행선으로 손꼽힌다. 1937년 힌덴부르크 호가 폭발하여 수많은 인명피해가 발생하자 비행선 개발은 쇠퇴하였고 이후 비행선은 거의 이용되지 않게되었다. 이후 비행선을 대체할 수 있는 항공기 개발이 더욱 가속화되었다. 그리고 동력 없이 자유로이 부양하는 것을 기구라고 하는데 소형으로 이용되었으며 특수한 목적에만 부분적으로 이용되었으며 최근에는 레저, 스포츠용이나 관광용으로 주로 사용된다.
종류
공기의 작용을 이용하는 데 크게 나누어 두 가지 방법이 있다. 그 하나로서 자루(袋) 속에 공기보다도 더 가벼운 가스, 즉 수소라든가 헬륨 따위를 채워서 그 정적 부력(靜的浮力, 아르키메데스의 원리)을 이용하여 나는 방법이며, 기구·비행선 등 경항공기가 이에 속한다. 기구(氣球)는 자신이 추진 장치를 갖추고 있지 않으므로 바람의 흐름에 따라 날 수밖에 없으나, 비행선은 엔진과 프로펠러를 조립한 추진 장치를 가지고 있어 자유로이 날 수가 있다. 이 때문에 기구의 가스자루는 구형(球形)이지만, 비행선은 날 때 공기저항을 적게 하기 위해 유선형(流線形)으로 되어 있다.
또 하나의 방법은 날개를 공기 속에서 달리게 하여 그 상대적인 운동에 의하여 생기는 동적(動的)인 부력, 즉 양력(揚力)을 이용하여 나는 것이다. 이들에는 비행기·글라이더(glider, 활공기)·헬리콥터 등 중항공기가 있다. 비행기나 글라이더는 날개를 파닥거리거나 돌리거나 하지 않는 이른바 고정날개(固定翼)이므로 공기 속을 어느 속도 이상으로 달리지 않으면 자신의 무게를 지탱할 수 있을 정도의 양력을 얻을 수 없다. 비행기와 글라이더의 차이점은 비행선과 기구의 경우와 마찬가지로 비행기에는 추진 장치(推進裝置)가 있지만 글라이더에는 없다는 점이다. 이와 반대로 헬리콥터는 몇 장의 날개가 수직으로 된 축의 둘레를 빙빙 돌아서 양력을 발생하는 이른바 회전날개(回轉翼)를 가지고 있어 헬리콥터 자신은 공기 속에서 정지할 수도 있다. 고정익과 회전익 양쪽 성격을 가진 항공기로서 수직이착륙기(VTOL)가 있다. 최근 미국에서는 오스프리라는 수직이착륙기를 실용화하고 있기도 하다.
이와 같이 항공기에는 많은 종류가 있으나, 현재 주로 사용되고 있는 것은 비행기와 헬리콥터뿐이며, 그 밖의 것은 스포츠용으로 극히 소수가 사용되고 있는 데 불과하다. 비행기 중에서 프로펠러를 엔진으로 돌려 그 힘으로 추진하는 것을 프로펠러기, 가스를 후방으로 뿜어내어 그 반동으로 생기는 힘으로 전진하는 것을 제트기라고 한다.
중항공기
공기보다 무거운 항공기이다. 사실상 항공기 진화의 최종루트. 정지부양은 불가능하지만 그만큼 빠른 속도로 이동하기 때문에 세계의 거점들을 이어주어, 인터넷과 함께 전 세계를 진정한 의미의 지구촌을 만들어준 1등공신 중 하나. 특수하게 선발된 요원만 탑승하는 로켓 정도를 제외하면, 누구나 돈만 내면 탈 수 있는 교통수단 중에서는 단연 지구상 최고속. 덕분에 이론상 오프라인에서 24시간 내에 어디든지 도착할 수 있도록 만들어주었다.
경항공기
공기보다 가벼운 항공기이다. 이것들은 보통 Aerostat으로 불리는 것으로, 공기 정역학의 영향을 받아 기압차에 의한 부력이란 힘을 받는다. 공기 정역학의 영향을 받는다는 것만 봐도 알 수 있지만, 경항공기는 헬리콥터 아니면 매우 어려운 것인 정지부양이 매우 간단하다. 이쪽은 공기나 가스만 채우면 되기에, 중항공기보다 더 먼저 개발되었다.
무동력 항공기
비행기 기관
- 날개 : 항공기는 특히 부력이 아니고 동적 양력을 이용해 비행하는 중항공기에서, 날개는 엔진 이상으로 중요한 필수의 장비품이다(예를 들어, 글라이더에는 엔진이 없지만, 날개는 있다). 항공기의 날개 구조는, 동체 등 다른 부분의 구조와 같이, 시대와 함께 변화해 오고 있다.
- 제트엔진 : 엔진 내부에서 연소시킨 고온의 가스를 분출함으로써 뉴턴의 세 번째 운동 법칙인 작용-반작용 원리에 의해 추력을 얻는 기관이다. 제트 엔진은 넓은 의미로써 터보제트, 터보팬, 스크램제트 등을 포함하며 좁은 의미로는 가스 터빈 엔진, 즉 터보젯만을 의미한다. 제트 엔진은 가스 터빈과 동일한 의미로도 쓰이는데 이는 제트 엔진 거의 대부분이 가스 터빈 엔진으로 만들어지기 때문이다.
구조와 강도
항공기는 공기 속을 고속으로 운동하기 때문에 매우 심한 바람의 힘을 기체가 받게 된다. 그렇다고 해서 견고하게 하기 위하여 무작정 두꺼운 금속을 사용한다면 그만큼 무거워져서 성능이 떨어지게 된다. 따라서 될 수 있는 한 가볍고 견고한 구조로 해야 하는 것이다.
현재 여러 가지의 비행기는 알루미늄합금의 얇은 판제로서 동체와 날개의 형태를 이루고 도리와 쇠오리를 안에 넣어 튼튼하게 하고 있다. 즉 기체가 받는 하중을 거의 금속판으로 만들어진 외피에 의하여 지탱하고 있다. 이 구조를 모노코크 구조(Monocoque construction)라고 한다.
비행기를 설계하는 데 있어서는 그 비행기가 부닥칠 수 있는 모든 경우를 상정하여, 그때그때 받을 힘에 견딜 만한 강도를 유지하도록 해두는 것이다. 그리고 실제의 비행기를 사용하여 철저한 강도시험을 행하여, 설계와 다름없는 결과로 되어 있는가 어떤가를 확인하는 것이다.
항공기에 작용하는 힘
항공기에 작용하는 힘은 여러 가지가 있지만 가장 기본적으로 비행하는 데에 있어 이해해야 할 힘은 4가지로 추력(Thrust), 항력(Drag), 양력(Lift), 중력(Gravity) 혹은 무게(Weight)가 있다.
추력(Thrust)은 프로펠러, 제트 엔진 등이 항공기의 뒤쪽(꼬리쪽)으로 공기를 밀어내어 작용-반작용을 통해 항공기가 앞으로 나아가도록 하는 힘이다.
항력(Drag)은 앞으로 나가는 항공기에 저항하여 항공기의 뒤쪽으로 작용하는 일종의 공기에 의한 마찰력으로 만약 엔진 추력이 상실되면 항력에 의해 비행기는 급속히 혹은 서서히 앞으로 나아가는 속도를 잃을 것이다. 공기가 없으면 항력도 없을 것이다. 항력에는 유해항력, 형도항력, 조파항력과 같은 여러 종류가 존재한다.
양력(Lift)은 항공기가 앞으로 나아가면서 날개 윗면과 아랫면의 압력 차이에 의해 수직으로 생성되어 항공기를 위로 띄우는 힘이다. 자세한 내용은 양력을 참조.
중력(Gravity) 혹은 무게(Weight)는 항공기와 지구가 서로 당기는 힘으로 양력보다 중력이 크다면 비행기는 뜨지 못할 것이다.
이 힘들은 서로에게 영향을 미치는데, 이를 정리하면 다음과 같다.
- 추력은 양력을 만든다. 추력에 의해 항공기는 앞으로 전진하게 되며, 이는 정지해 있는 공기에 대해 항공기가 상대속도를 가지게 만든다. 달리 생각해 보면 항공기 입장에서는 바람이 앞에서 불어오는 것 처럼 느껴진다. 이 "바람"은 날개에 공기의 흐름을 만들고 날개의 윗면과 아랫면의 캠버(곡률) 차이에 의해 날개의 윗면과 아랫면을 각각 타고 흐르는 공기 흐름의 속도가 달라지게 되며, 이는 윗면의 더 빠른 공기가 더 낮은 압력을 가지게 하여 결과적으로 날개의 아래에서 위로 밀어내는 양력을 만든다. 양력은 항공기의 현재 속도와 비례한다.
- 추력은 방향을 조절 가능하다. 비행기는 꼬리날개를 사용하여 자신이 바라보는 방향을 제어할 수 있다. 항공기의 기본 3축 참조. 이러면 엔진의 방향이 바뀌어 추력의 방향이 바뀐다. 즉, 기수를 들면 추력이 위쪽 방향으로 생기고, 기수를 내리면 그 반대이다.
- 항력은 받음각에 따라 양력을 만든다. 비행기는 기수의 방향을 달리하여 바람이 자신의 날개에 부딪히는 각도를 조절할 수 있다. 비행기가 수평으로 진행하다 기수를 드는 상황을 생각해보자. 비행기는 방금 기수를 들었기 때문에 진행방향은 여전히 수평이다. 그렇지만 날개는 기울여져서 아랫면으로 바람을 받게 되고, 이러면 결과적으로 날개 아랫면에 바람이 부딪히는 것과 같은 효과이기 때문에 결과적으로 주익 연직 방향으로 상승하려는 힘, 즉 양력이 생긴다.
- 받음각은 항력을 조절한다. 받음각이 커지면 양력이 증가하지만, 무작정 받음각을 높일 수 없는 이유. 받음각이 커지면 주익이 기울여지기 때문에 기체가 휩쓸고 지가는 면적이 커져서 면적 법칙에 따라 항력이 커진다. 커진 항력은 속도를 줄이기 때문에 결과적으로 양력이 감소한다. 따라서 비행기는 실속에 빠진다.
조종장치
크게 보잉 사가 주로 사용하는 요크와 에어버스 사가 많이 쓰는 사이드스틱, 스로틀 및 러더 페달 등이 있다.
항공기 제작업체
대한민국
- 한국항공우주산업 : KF-16 면허조립, KT-1, T-50 개발생산, P-3CK 조립, E-737 조립, A320 패밀리 날개 제작
- 대한항공 항공우주 사업본부 : 747, 787 레이키드 윙팁 제작, 무인기 개발, 군용기 수리 및 오버홀, A320 패밀리 샤크렛 제작 본격 비행기만드는 항공사
- 한화테크윈 : 제트엔진 면허생산
- 현대위아 : 랜딩기어 및 좌석 제작
일본
- 미쓰비시 중공업
- 나카지마 항공기
- 가와사키 중공업
- 가와사키 항공기
- 카와니시 항공기
- 아이치 항공기
- 다치카와 비행기
- 와타나베 철공소/규슈 항공기
- 히타치 항공기
- 만주 비행기제조
- 이시카와지마 중공업
- 요코스카 항공기술창
- 쇼와 비행기 공업
- 니혼 항공기제조
- 미쓰비시 중공업
- 카와사키 중공업
- 니혼 비행기(2002년 자회사화)
- 카와사키 중공업 항공우주컴패니
- 신메이와 공업(구 카와니시 항공기)
- 스바루
- 혼다 에어크래프트
중국
- COMAC
이스라엘
- IAI
아메리카
- 보잉
- 맥도넬 더글라스(1997년 합병)(맥도넬 + 더글러스)
- 록웰(합병)
- 휴즈 항공부분(합병)
- 노스 아메리칸(합병)
- 록히드 마틴(록히드 + 마틴)
- 스컹크 웍스 룩히드사의 산하 연구팀이다 공돌이과 외계인을 고문한다는 소문이 나오는 전설적 설계팀
- 제너럴 다이나믹스 항공부문(합병)
- 제너럴 일렉트릭 항공부문(합병)
- 록히드 및 마틴 마리에타 통합
- 봉바르디에
- 리어젯(합병)
- 엠브라에르
- 세스나
- 시러스
- 에어 트랙터
- 걸프스트림
- 노스롭 그루먼(노스롭 + 그루먼)
- LTV 항공부문(합병)
- 그루먼(합병)
- 리튼(합병)
- 로랄(합병)
- TRW(합병)
- 비치크래프트
- 찬스-보우트
- 컨솔리데이티드(합병)
- 커티스(합병)
- 브류스터(합병)
- 세버스키->리퍼블릭(합병)
- 벨 헬리콥터
- 파이퍼
- 페어차일드 리퍼블릭
유럽
- 에어버스 그룹
- 에어버스
- 에어버스 헬리콥터스
- 에어버스 디펜스 앤 스페이스
- 메서슈미트(합병)
- BFW (합병)
- 다이아몬드(항공기 제조사)
- BAE
- 슈퍼마린(합병)
- 호커-시들리(합병)
- 드 해빌랜드(합병)
- 다소
- 사브
- 아에로스파시알
- 알레니아 아에르마키
- 포커
- 웨스트랜드(합병)
- 글로스터(합병)
- 페어리(합병)
- 융커스(2차 세계대전 종전까지 한정)
- 하인켈(해체)(항공기 제작사 한정)
- 포케불프(해체)
- 블룸 운트 포스(해체)
- 아라도(해체)
- 도르니에(해체)
러시아, 우크라이나
- 통합항공기제작사
- 일류신
투폴레프
- 미그 설계국
- 수호이 설계국
- 야코블레프
- 이르쿠트
- 안토노프
- 라보츠킨 설계국
- 밀 설계국
- 카모프 설계국
- 페트랴코프
- 마시셰프 설계국
- 알렉세예프
- 폴리카르포프
참고자료
- 〈항공기〉, 《위키백과》
- 〈항공기〉, 《나무위키》
- 〈항공기에 작용하는 4가지 힘〉, 《나무위키》
- 〈항공기 관련 정보〉, 《나무위키》
같이 보기
