(4) Major Components

Major Components

 

비행기는 다양한 목적에 대해 설계된다. 허나 대부분의 비행기들은 동일한 주요 구성 요소를 가지고 있다. [그림 3-4] 전반적인 특성은 원래의 설계 목적에 따라 크게 결정된다. 대부분의 비행기 구조들은 fuselage, wings, empennage, landing gear, 그리고 power plant를 포함한다.

Fuselage

 

fuselage는 비행기의 중심 몸체이다. 이는 승무원, 승객, 그리고 화물을 수용하도록 설계된다. 이는 또한 날개, 그리고 꼬리와의 구조적 연결을 제공한다. 오래된 항공기 설계는 목재, 강철, 혹은 알루미늄 튜브로 구성된 open truss structure를 사용한다. [그림 3-5] 오늘날의 항공기에서 사용되는 가장 일반적인 fuselage 구조는 monocoque와 semimonocoque이다. 이는 이 장의 뒷부분에서 더 자세히 설명된다.

 

Wings

 

날개는 fuselage의 양 측면에 부착된 에어포일이다. 이는 비행 중인 비행기를 지탱하는 주요 양력 표면이다. 다양한 제조업체에서 사용하는 다수의 날개 설계, 크기, 그리고 모양이 있다. 각각은 특정 비행기의 성능에 대한 특정 요구 사항을 충족한다. 날개가 양력을 생산하는 방법은 Chapter 5, Aerodynamics of Flight에서 설명된다.

 

날개는 fuselage의 윗부분, 중간, 혹은 아랫부분에 부착될 수 있다.이러한 설계를 각각 high-wing, mid-wing, 그리고 low-wing이라 부른다. 날개의 갯수 또한 다양할 수 있다. 한 세트의 날개가 있는 비행기를 monoplane이라 부른다. 반면 두 세트의 날개가 있는 비행기를 biplane이라 부른다. [그림 3-6]

 

 

많은 고익기 비행기는 external brace, 혹은 wing struts를 가지고 있다. 이들을 통해 비행 하중과 착륙 하중이 fuselage 구조로 전달된다. 이러한 wing struts는 일반적으로 날개의 중간쯤에 부착되기 때문에 이러한 종류의 날개 구조를 semi-cantilever라 부른다. 몇몇 고익기 비행기, 그리고 대부분의 저익기 비행기는 full cantilever wing을 가진다. 이는 external struts 없이 하중을 견디도록 설계된다.

 

날개의 주요 구조는 spars, ribs, 그리고 stringers로 이루어져 있다. [그림 3-7] 이들은 trusses, I-beams, tubing, 혹은 그 외 장치들에 의해 강화된다. wing ribs는 날개(에어포일)의 모양과 두께를 결정한다. 대부분의 현대 비행기에서는 연료 탱크가 날개 구조에 내장되어 있거나, 혹은 날개 내부에 장착된 유연한 용기로 구성된다.

 

날개의 뒷부분(혹은 뒷전)에 부착된 두 가지 유형의 조종면을 ailerons와 flaps라 부른다. ailerons는 각 날개의 중간지점부터 tip을 향해 바깥으로 연장된다. 이는 서로 반대로 이동하여 비행기를 roll하게 만드는 공기역학적 힘을 발생시킨다. flaps는 각 날개의 중간지점부터 fuselage를 향해 안쪽으로 연장된다. 순항 비행 도중 flaps는 일반적으로 날개 표면과 수평을 이룬다. 이착륙 도중 flaps 연장 시 이는 아래로 움직여서 날개의 양력을 증가시킨다. [그림 3-8]

 

Empennage

 

미익은 꼬리의 모든 부분들을 포함한다. 이는 수직 안정판, 그리고 수평 안정판과 같은 고정 표면들로 구성된다. 움직일 수 있는 표면들에는 rudder, elevator, 그리고 하나 이상의 trim tabs를 포함한다. [그림 3-10]

rudder는 수직 안정판의 뒤쪽에 부착된다. 이는 비행 도중 비행기의 기수를 좌우로 움직이기 위해 사용된다. 수평 안정판의 뒤쪽에 부착된 elevator는 비행 도중 비행기의 기수를 위아래로 움직이기 위해 사용된다. trim tabs는 조종면 뒷전의 작은, 그리고 움직일 수 있는 부분이다. 조종실에서 제어되는 이러한 trim tabs는 조종간 압력을 줄인다. trim tabs는 ailerons, rudder, 그리고/혹은 elevator에 설치될 수 있다.

 

두 번째 유형의 미익 설계는 elevator를 필요로 하지 않는다. 대신 이는 central hinge point를 중심으로 회전하는 하나의 수평 안정판으로 통합되어 있다. 이러한 유형의 설계를 stabilator라 부른다. 이는 조종간을 통해 움직인다. 예를 들어 조종사가 조종간을 뒤로 당기면 stabilator가 축을 중심으로 회전하여 뒷전이 위로 이동한다. 이는 공기역학적 tail load를 증가시켜서 비행기의 기수가 위로 움직이게 만든다. stabilator의 뒷전을 가로질러서 antiservo tab이 연장된다. [그림 3-11]

antiservo tab은 stabilator의 뒷전과 동일한 방향으로 이동한다. 이는 stabilator가 덜 민감하도록 만든다. 또한 이는 trim tab처럼 기능하여 조종간 압력을 완화하며 원하는 위치에서 stabilator가 유지되도록 돕는다.

 

Landing Gear

 

착륙 기어는 항공기 주기, taxi, 이륙, 혹은 착륙 시 비행기의 주요 지탱 장치이다. 가장 일반적인 종류의 착륙 기어는 바퀴로 구성되어 있다(허나 수상 운영을 위해 floats가, 혹은 눈에서의 착륙을 위해 스키가 장착될 수도 있음). [그림 3-12]

 

착륙 기어는 세 개의 바퀴로 구성된다: 두 개의 main wheels, 그리고 비행기의 전방이나 후방에 위치한 세 번째 바퀴. 후방에 바퀴가 장착된 착륙 기어를 conventional landing gear라 부른다.

 

conventional landing gear를 갖춘 비행기를 때때로 tailwheel airplanes라 부르기도 한다. 세 번째 바퀴가 기수에 위치한 경우 이를 nosewheel이라 부른다. 이러한 설계를 tricycle gear라 부른다. 조향이 가능한 nosewheel/tailwheel은 지상에서의 모든 운영 도중 비행기가 제어될 수 있도록 한다. 대부분의 항공기는 rudder pedals의 움직임을 통해 조향된다. 또한 일부 항공기는 브레이크를 통해 조향된다.

 

The Powerplant

 

powerplant는 일반적으로 엔진과 프로펠러를 모두 포함한다. 엔진의 주요 기능은 프로펠러를 돌릴 수 있는 출력을 제공하는 것이다. 이는 또한 전력을 생성하고, 일부 비행계기에 진공을 제공하며, 조종사/승객을 위한 히터를 제공한다. [그림 3-13] 엔진은 cowling, 혹은 nacelle로 덮여 있다. cowling(혹은 nacelle)의 목적은 엔진 주위의 공기 흐름을 유선형으로 만들기 위해, 그리고 실린더 주위의 공기를 배관하여 엔진을 냉각하기 위함이다.

 

엔진의 앞부분에 장착된 프로펠러는 엔진의 회전력을 추력으로 변환한다. 추력은 비행기가 공기 중을 통과하여 움직일 수 있도록 돕는 전진 힘이다. 프로펠러는 공기역학적 작용을 통해 추력을 생성하는 회전 에어포일이다. 프로펠러 에어포일의 뒤쪽에는 고압 영역이, 그리고 앞쪽에는 저압 영역이 형성된다. 이러한 압력 차이는 프로펠러로부터 추력을 발생시켜 비행기를 전방으로 당긴다. 프로펠러가 뒤에 놓일 경우 엔진은 pusher로 전환될 수 있다.

 

프로펠러 설계에 있어 그 효율성에 영향을 미치는 두 가지 중요한 요인이 있다. 프로펠러 블레이드의 각도(propeller hub에 대해 측정되는)는 프로펠러 블레이드 길이를 따라 비교적 일정하게 받음각을 유지함으로써 실속 가능성을 줄인다. 프로펠러에 의해 발생하는 양력은 받음각(상대풍과 블레이드가 만나는 각도)과 직접적으로 연관된다. 비행 도중 항공기의 방향에 따라 받음각이 지속적으로 변화한다.

 

pitch는 프로펠러가 한 번 회전할 때 이동하는 거리로 정의된다. 이 두 가지 요인이 결합되어 프로펠러 효율이 측정된다. 프로펠러는 일반적으로 특정 aircraft/powerplant 조합으로 연결된다. 이는 특정 출력 설정에서 최고의 효율을 달성하기 위함이다. 엔진이 어떻게 장착되는지에 따라 프로펠러는 pull, 혹은 push를 수행한다.