항공기는 왜 추락할까? - Spin(4)

Spin은 무엇인가?

항공기가 Spin 상태에 들어가서 추락한다면 빙글빙글 돌면서 추락하게 된다.

1. 항공기 추락 영상이나 에어쇼를 보다 보면 항공기가 떨어지는데 그냥 떨어지는 것이 아니라 빙글빙글 돌면서 떨어지는 것을 목격할 수 있다.

   

   출처 : Jeppesen JAA ATPL - Principles of Flight

   Stall 보다 Spin이 Recovery 하기도 어렵고 순식간에 고도가 하강하기 때문에 잘 훈련된 조종사가 탑승하더라도 당황할 수 있다. 왜 Spin이 발생하는지와 Spin의 단계를 알아보자.

Spin이 발생하는 이유

1. 첫 번째로 Spin은 Aggravated Stall로써 Stall이 악화되었다고 보면 된다. 다시 말해 Spin 상태로 발전하기 위해선 Stall이 먼저 걸려야 한다.
2. 두 번째로 Spin은 왼쪽과 오른쪽 Wing의 불균형한 Stall 정도로 발생하는 양력의 차이 때문이다. 양쪽 Wing 모두 Stall에 걸렸다고 상상해 보자. 만약 왼쪽 Wing의 AOA가 더 커서 Stall 상태가 더 깊다고 하면 왼쪽 Wing은 오른쪽 Wing보다 더 적은 양력을 발생시킬 것이다. 이렇게 되면 자연스럽게 항공기에 Rolling이 발생하면서 Spin 상태에 들어가게 된다.

   

   출처 : Jeppesen JAA ATPL - Principles of Flight

3. 세 번째로 Cross-Control과 같은 Un-Coordinated 상태에서 기동을 하다가 Critical AOA를 초과하면 발생할 수 있다. Cross-Control과 같은 Un-Coordinated 상태란 Rudder를 적절히 차주 어서 Coordinated 상태를 유지하지 못하고 Skid나 Slip 상태일 때를 말한다.

Spin의 진행 단계

1. The Incipient Spin(Autorotation)
   1. Spin의 첫 번째 단계로서 항공기가 Stall이 발생하고 회전이 시작되어 Spin 상태가 Fully Developed 되기 전 까지를 말한다.
   2. 항공기가 Stall이 발생하고 AOA가 더 큰 쪽이 더 많은 양력을 손실하기 때문에 양력을 많이 잃은 쪽으로 Rolling이 발생한다. 그렇게 되면 Relative Airflow(RAF)의 변화가 생겨서 아래로 향하는 Wing의 AOA가 더 커지게 되고 더 큰 양력 손실을 가져온다.

      

      출처 : Jeppesen JAA ATPL - Principles of Flight

   3. 이런 상태가 되면 항공기는 항공기 CG를 중심으로 Spin을 시작하게 되는데 그 이유는 아래 그래프를 보면 알 수 있다. 아래로 내려간 Wing의 양력 계수는 올라간 Wing보다 작지만 항력계수는 더 크다. 이 말의 뜻은 아래로 내려간 Wing은 양력은 덜 발생시키지만 항력은 더 많이 발생시키게 된다. 아래로 내려간 Wing은 계속 아래로 내려가려고 하면서 항력이 많이 발생하니 상대적으로 올라간 Wing이 앞으로 나오려고 하니 아래로 내려간 Wing 쪽으로 Yaw가 발생하게 된다.

      

      출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Principles of Flight

2. Fully Developed Spin
   1. Rotation의 속도와 Descent Rate가 일정해지면서 Spin이 계속 발생하는 시점부터 Recovery가 되기 전 까지 단계이다.
   2. Spin이 안정화되면 두 가지의 모양을 띄며 안정화가 된다. Steep Spin과 Flat Spin이 있는데 Steep Spin은 Yawing보다는 Rolling이 심한 상태이며 Flat은 Yawing이 더 심한 상태이다. Flat Spin은 항공기가 평평하게 떨어지기 때문에 Recovery 하기가 굉장히 까다롭다. 그러면 이 두 가지 모양이 왜 나누어져서 발생하는 걸까? 그 이유는 C.G에 있다.

      

      출처 : Jeppesen JAA ATPL - Principles of Flight

   3. C.G가 앞쪽에 있으면 Steep Spin이 발생하게 되며 C.G가 뒤쪽에 있으면 Flat Spin이 발생하게 된다. 다음에 항공기 안정에 대해 이야기할 때 자세히 다루도록 하자.
3. Recovery
   1. 마지막으로 Recovery 단계는 항공기가 Spin 상태에서 벗어나서 정상적으로 비행하게 되는 단계이다.
   2. Recovery를 위한 항공기 조작 절차는 외워두고 체득하는 것이 좋다. Spin이 발생하게 되면 Aileron과 Elevator를 Centralise 하게 두고 Power를 Idle 하면서 Rudder를 Spin의 반대 방향으로 Fully 찬다. Yawing이 멈추게 되면 이제 Stall 회복 절차와 동일하다. Pitch를 내려 Critical AOA를 깨주고 Power Full 해서 원래 고도로 복귀하면 된다.