에일러론 역작용(Aileron Reversal) 원인과 원리
에일러론 역작용(Aileron Reversal) 원인과 원리
이전 포스팅에서 1차 조종면(Primary Flight Control Surface)에 대해 설명 드렸는데요,
에일러론에 대해 좀 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.
Rolling, Pitching, Yawing 의 3축 회전운동에 대해서 위와 같이 자세히 설명드렸습니다.
에일러론(Aileron, 보조날개)에 대해 다시 간단히 정리하자면,
X축(Longitudinal axis, 세로축)을 기준으로
Rolling(롤링, 옆놀이) 회전운동을 일으키는 1차 조종면입니다.
특정 기종의 경우에 에일러론(Aileron, 보조날개)가
내측 보조날개(Inboard Aileron)
외측 보조날개(Outboard Aileron)
로 나뉘어져 있는 것을 볼 수 있는데요,
왜 내측과 외측 에일러론으로 나뉘어져 있을까요?
에일러론(Aileron)은 Rolling 운동을 통해 비행기를 회전시키는 모멘트(Moment)를 발생시키는데,
이 모멘트는 동체의 중심축에서 멀어질수록 그 회전력(모멘트)는 커지게 됩니다.
그래서 내측(inboard)보다 외측(outboard)의 Aileron이 훨씬 큰 모멘트를 발생시킵니다.
따라서
고속 비행 시 == 내측 에일러론 사용
저속 비행 시 == 외측 에일러론 사용
으로 용도가 나뉘게 됩니다.
고속 비행 시에 외측 에일러론(Outboard Aileron)을 사용하게 되면,
날개에 과도한 비틀림(Twist) 현상으로 "에일러론 역작용(Aileron Reversal)"이 발생할 수 있습니다.
고속 비행 시, 에일러론 역작용(Aileron Reversal)
고속 비행 시에 외측 에일러론을 사용할 경우,
어떤 역작용이 있는지 확인해보겠습니다.
날개는 기본적으로 동체와 결합되는 뿌리(root)쪽이 단단(rigid)하고
날개끝으로 갈수록 유연한(flexible)한 구조를 가지고 있습니다.
먼저 Rolling 운동을 하게 되면, 한쪽 에일러론은 올라가고(Up),
반대쪽 날개의 에일러론은 내려갑니다(Down).
먼저 Rolling 에일러론이 내려가는 쪽은(Aileron Down)
올라가는 쪽보다(Aileron Up) 양력이 증가합니다(More Lift).
자세한 원리는 "에어포일(Airfoil)" 관련 포스팅에서 다루겠습니다.
그런데 그 양력이 날개를 비틀게 되는데(Twist),
날개가 충분한 강성을 가지고 있다면 상관없겠으나
그렇지 않은 경우 비틀림 변형에 의해 날개 앞전(Leading edge)이 내려가면서
날개의 받음각이 작아지고(Angle of attack lowered, Elastic axis)
결과적으로 오히려 양력이 줄어들게 됩니다.(Less Lift)
간단히 단면을 보자면, 위 그림처럼 축이 변형되면서(Elastic axis)
받음각(Angle of attack)이 줄어든 것을 볼 수 있습니다.
에일러론을 내리는 것은(Aileron Down) 원래 양력을 증가시키기 위한 목적이었지만, 반대로 양력을 감소시키는 역효과를 발생시킬 수 있습니다.
이 현상을 "에일러론 역작용(Aileron Reversal)" 이라고 합니다.
A380의 Aileron 배치구조
대형 기종인 보잉의 B747은 내측/외측 에일러론의 구조를 가지고 있지만,
이후에 등장한 세계에서 가장 큰 비행기, 에어버스의 A380은
바깥쪽에만 에일러론을 2개 가지고 있는 구조입니다.
각각의 에일러론은 3개 부분으로 나뉘어져 각각 움직일 수 있는데요,
그래서 3(부분) X 2(개) 로 표현합니다.
에일러론이 총 6개 부분으로 나뉘어 움직일 수 있기 때문에,
상대적인 내측/외측 에일러론이 존재합니다.
마찬가지로, 고속 비행에서는 상대적으로 가장 외측에 있는 에일러론(Outboard Aileron)부터 사용하지 않고, 내측 에일러론(Inboard Aileron)을 사용합니다.