비행기는 어떻게 뜨나요? (회전익 편)

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비행기는 어떻게 뜨나요? (고정익 편)

이전 편에서 고정익기가 어떻게 양력을 얻어 비행하는지에 관해 알아봤다. 고정익기는 고정된 날개와 강력한 추력부를 가지고 있으며, 그 비행을 위한 양력은 날개를 통해 생성한다. 그 이해를 위한 핵심 요소는 받음각이었다.

 

회전하는 날개를 통해 양력을 발생시키는 회전익기는 다르다. 멸도의 추력부가 존재하지 않는 경우도 있으며, 일반적으로는 큰 날개를 가지고 있지 않다. 이번 글에서는 헬리콥터나 드론과 같은 회전익기가 어떻게 나는지에 관해 알아보겠다.

 

Bell UH-1N Twin Huey

 

위 사진을 보자. 고정익기와 달리 딱히 큰 날개가 보이지는 않는다. 대신 빠르게 회전하는 로터가 위에 하나, 후미에 하나 달려 있다. 이는 가장 보편적인 회전익기의 형태로, 우리가 주변에서 볼 수 있는 헬리콥터들이 흔히 채용하는 형태다. 이때 항공기를 띄우는 핵심 부품은 동체 상부에 부착되어 있는 로터다. 이 로터는 빠르게 회전해 바람을 아래쪽으로 쏘아 보내 양력을 만든다. 선풍기와 동일한데, 훨씬 빠르게 돌린다고 생각하면 좋다.

 

다만, 상부의 로터만으로는 안정적으로 비행할 수 없다. 여기서 등장하는 핵심 개념이 '토크'다. 만약 헬리콥터의 로터가 시계 방향으로 돌면, 작용 반작용의 법칙에 의해 동체는 시계 반대 방향의 돌림힘을 받는다. 따라서 헬리콥터는 빙글빙글 돌게 되고, 이는 안정적인 비행을 불가능하게 만든다. 이를 해결하기 위한 가장 일반적인 방법은 후방(꼬리)에 로터를 하나 더 부착하는 것이다. 상부 로터의 회전으로 인해 동체가 회전하려고 하면, 후방 로터를 이용해 방향을 바로잡는 것이다.

 

정리하자면, 회전익기는 상부 로터를 이용해 떠 있을 수 있다. 이때 회전 반대 방향으로 돌림힘이 발생하며 꼬리 로터를 이용해 이를 상쇄한다. 여기서 드는 의문이 있을 것이다. 가만히 떠 있는 방법은 알겠는데, 그러면 앞으로는 어떻게 이동하며, 방향은 어떻게 트는가?

 

그 작업은 생각보다 간단하다. 상부 로터의 방향을 조금씩 틀면 된다. 만약 상부 로터를 조금 앞쪽으로 기울이면 된다. 평상시에는 추력의 100%를 떠 있는 데 사용했다면, 앞으로 가고 싶을때는 그것의 90%만 떠있는 데 사용하고 10%는 수평 이동에 사용하는 방식이다. 회전익기의 방향을 조절하는 것 또한 간단하다. 꼬리 로터의 속도를 조절하면 된다. 꼬리 로터의 속도를 미세하게 조절하면, 상부 로터의 돌림힘과 꼬리 로터의 돌림힘의 차이 만큼 동체가 회전하기에 회전익기는 자유자재로 그 방향을 틀 수 있다.

 

여기까지가 기본적인 회전익기의 비행 방법이다. 다만 이는 보편적인 헬리콥터에만 적용되는 것이며 그 예외 또한 많음에 유의하라.

• 짝수 개의 로터를 사용할 경우 알짜 돌림힘이 없기에 꼬리 로터가 필요 없는 KA-32, CH-47
• 후방에 프로펠러를 달아 추력을 만드는 SB-1 Defiant
• 로터의 속도를 다르게 해 돌림힘을 조절하는 쿼드롭터
• 회전익과 고정익을 가변적으로 오갈 수 있는 V-22

 

다만, 회전익기에서 가장 중요한 요소는 명확하다. 바로 돌림힘이다. 고정익기는 받음각, 그리고 속력 그 자체가 중요한 것과 대비되는 지점이다. 그렇기에 고정익기는 빠르지만 한 곳에 머무를 수 없는 반면 회전익기는 호버링이 가능하며, 느리다. 이러한 특징들이 있기에 회전익기과 고정익기 모두 적재적소에서 알맞는 역할에 쓰이고 있다.