항공기 안정성에 대해 - Spiral Instability & Dutch Roll(6)

Spiral Instability, Dutch Roll은 무엇인가?

• 지금까지 가로, 세로, 방향 안정성에 대해 알아보았다. 세로를 제외하고 가로와 방향 안정성이 잘 조화가 되어야 하는 그렇지 못하게 되면 Spiral Instability와 Dutch Roll이 발생하게 된다.

Spiral Instability란

• Spiral Instability는 방향안정성이 가로안정성보다 큰 항공기에 나타난다. 먼저 Sideslip이 발생하면 Rolling과 Yawing이 모두 발생한다는 것을 명심하자. 방향안정성을 크게 해주는 Large Fin을 가진 항공기에 Gust가 불어 Sideslip이 발생했다고 가정하자. Wing level이 깨지면서 한쪽 Wing이 Down되고 기수는 Down된 Wing 쪽으로 돌아갈 것이다. Large Fin에 의해 Weather Vane 효과가 발생하게 된다.

  

  출처 : FAA-H-8083-25B

  Down된 Wing 쪽으로 기수가 계속 돌아가려고 할 것이고 기수가 돌아가면 Down된 Wing보다 Up 되어있는 Wing의 바깥쪽 회전 반경을 그리기 때문에 속도가 더 빨라진다. 그렇게 되면 양력은 속도 제곱에 비례하기 때문에 더 많은 양력을 발생시키고 Up 되어있는 Wing은 더 Up 되면서 Wing Level로 다시 돌아오지 못하게 되며 기수는 계속 Down Wing 쪽으로 유지된다. 이렇게 계속 Spiral 한 모양을 그리게 되는 것을 Spiral Instability라고 한다.

  

  출처 : FAA-H-8083-25B

Dutch Roll

• Dutch Roll은 가로안정성이 방향 안정성보다 큰 항공기에 나타나는데 이름에서 유추할 수 있듯이 술 취한 사람처럼 좌우로 비틀비틀하는 현상을 말한다. 먼저 Sideslip이 발생하면 Rolling과 Yawing이 모두 발생했다고 하자. Up 되어있는 Wing의 속도 증가로 양력이 많이 발생하게 된다. 하지만 그만큼 Drag도 많이 발생하게 되는데 이때 방향 안정성이 약하기 때문에 아래 그림 1번처럼 기수가 Drag에 의해 Up 되어있는 Wing 쪽으로 돌게 된다. 또한 가로안정성은 강하기 때문에 Down된 Wing은 다시 올라오게 되며 Wing Level을 지나 더 올라가게 된다. 이렇게 되면 Down되었다가 Up된 Wing에 양력이 더 커지고 기수는 2번처럼 반대 방향으로 돌면서 이 과정을 계속 반복하게 되는 현상을 말한다.

  

  출처 : Jeppesen JAA ATPL - Principles of Flight