항공기 조종은 어떻게 할까? - Flap 효과(5)

Flap Extend 시 Pitching Moment 변화

1. Flap을 Extend 하게 되면 CP(Center of Pressure)의 위치가 바뀌게 되고 CG와 CP의 거리가 변하면서 Pitching Moment 변화로 Pitch가 들렸다가 내렸다가 하게 된다고 했는데 여기에 대해 조금 더 자세히 알아보자.
2. 이전에 언급했던 Pitching Moment를 잠깐 떠올려보자. 혹시 기억이 안 난다면 Weigh 글을 보고 오시는 것을 추천한다. 핵심은 CP와 CG 사이의 ARM이 커지면 Pitching Moment가 커진다는 것이었다. Flap을 사용하게 되면 양력이 증가되는데 증가된 양력의 대부분은 날개 뒤쪽 부분에서 발생한다. 이렇게 되면 CP가 뒤로 이동하게 된다. CP와 CG 사이 Arm이 커지면서 Pitch Down Moment가 커지게 되고 Flap을 작동하면 순간적으로 Pitch가 Down 되게 된다.

   

   출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Principles of Flight

3. 하지만 모든 항공기가 Flap을 Extend 하게 되면 Pith Down이 되는 것은 아니다. 항공기 날개의 위치, Flap의 종류 등에 의해 Pitch Up Moment가 발생하기도 하며 실제 C172 항공기는 Pitch Up 되며 항상 Flap을 Extend 하고 Pith Up 되는 것을 무의식적으로 막아주는 훈련을 한다.

고양항력 장치

1. Flap은 양력도 증가시키지만 항력 또한 증가시킨다. 그 이유는 Flap의 종류에 따라 Parasite Drag 와 Induced Drag 증가시키기 때문에 총 Drag가 증가된다. 그렇기 때문에 목적에 맞게 Full Extend 할 때도 있고 일부분 Extend 할 때가 있다. 아래 그래프처럼 Small Flap Deflection 시 CD(항력계수)가 덜 증가되는 것을 확인할 수 있다.

   

   출처 : Jeppesen JAA ATPL - Principles of Flight

2. 예를 들어, 항공기가 Takeoff를 할 때는 항력이 커지면 가속이 더디게 되고 결국 활주거리 증가라는 부정적인 결과를 낳게 된다. 그래서 Takeoff 시에는 Full Extend 대비 10~20% 정도만 Extend 시킨 후 Takeoff 하는 것을 표준 절차로 하는 항공기가 대부분이다.
3. 하지만 Landing 시에는 항력 또한 도움이 된다. Flap 때문에 증가된 Drag는 Approach Speed를 낮추어 주고 추가적인 Braking Action을 제공해 주기 때문에 Full Extend 한 상태로 Landing 하는 경우가 대부분이다. 예외적으로 바람이 강하게 불 때는 Full Flap Landing을 하지 않을 경우도 있다.