항공기는 왜 추락할까? - Accelerated Stall(3)

Accelerated Stall은 무엇인가?

Bank가 깊어지면 Load Factor가 증가하고 이것이 Stall Speed를 증가시킨다.

1. Accelerated stall 이란 Load Factor의 증가로 Stall Speed가 증가하고 Critical AOA를 초과하였을 때 발생한다. Stall Speed는 이전에 알아보았다. 생소한 표현은 Load Factor인데 Load Factor가 무엇이며 왜 Stall Speed를 증가시키는지 알아보자.

Load Factor란 무엇인가?

1. 다들 G-Force를 들어본 적이 있을 것이다. 전투기 조종사들은 9G까지 견디는 테스트도 한다고 한다. 여기서 G와 Load Factor가 관련이 있다.

   

   출처 : FAA-H-8083-25B

2. Load Factor란 Lift/Weight이다. 쉽게 말해 중력 대비 양력이 얼마만큼 발생하는가를 숫자로 표시한다고 보면 된다. 수평 비행일 때를 보자. 중력과 양력이 같으면 수평 비행이 가능하다고 했다. 그래서 Load Factor는 1G이다.
3. 그러면 언제 G가 증가하는가?
   1. 항공기가 선회할 때를 살펴보자. 아래 그림 Medium Bank Turn 일 때를 보자. 선회할 때는 항공기 날개가 선회하는 방향으로 기울어진다. 그러면 위쪽으로 발생하던 양력 또한 기울어져서 항공기를 위로 당길 것이다. 위 그림에는 Total Lift라고 표시되어 있다.

      

      출처 : FAA-H-8083-25B

   2. 이 Total Lift는 정확히 위로 작용하는 Vertical Component와 선회 방향으로 작용하는 Horizontal Component로 나뉜다. 여기서 Vertical Component에 주목하자. 이 힘이 Level Flight에서 Lift와 동일한 힘으로 작용한다. Medium Bank Turn 일 때 Weight는 항상 지구의 중심으로 작용하기 때문에 Level Flight 때와 똑같다. 예를 들어 Weight가 1인데 Total Lift도 1이 발생하고 있다고 하면 어떻게 될까? Total Lift가 1이기 때문에 Vertical Component는 1보다는 작은 정도일 것이다. 다시 말해 Turn을 할 때 Total Lift의 증가가 없으면 Vertical Component가 Weight보다 작아져서 항공기는 하강하게 된다. 그러면 AOA를 증가시켜 Total Lift를 보상해 주어야 한다.
   3. 여기서 보게 되면 수평 선회 비행을 위해 Weight는 그대로 지금 Total Lift가 1.2로 증가했다고 해보자. 그러면 Load Factor는 1.2/1 공식이 나온다. 따라서 Load Factor는 1.2G로 증가했다.
   4. 결론으로 항공기 Bank가 들어가면 수평 선회 비행을 위해 Load Factor는 증가하게 된다.

Load Factor가 Stall Speed를 증가시킨다?

1. Load Factor는 이제 알았다. 그런데 Load Factor가 어떻게 Stall Speed를 증가시킬까? 결론부터 이야기하자면 수평 선회 비행을 위해 필요한 Total Lift의 증가가 Stall Speed 증가로 이어진다.
2. 차근차근 생각해 보자. 필요한 Lift가 증가했다. 그러면 Lift를 증가시키기 위해 AOA를 증가시키거나 Speed를 증가시켜 보상해 주어야 한다. 속도는 고정이라고 하고 AOA를 증가시켜 필요한 Lift를 보상해 준다고 하자. 점점 항공기 Bank가 깊어지면 더 많은 Total Lift의 증가가 필요해지고 Lift를 보상해 주기 위해 AOA를 계속 들어준다고 생각하자.

   

   출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Principles of Flight

3. 그러면 Lift가 증가하였으니 Load Factor도 증가하였을 것이다. 이게 계속 Bank가 증가하면 결국 필요한 Lift를 보상해 주려고 AOA를 증가시키다 보면 Critical AOA에 도달하게 될 것이고 Stall이 발생할 것이다. 여기서 우리는 속도는 고정했다고 했다. 다시 말해 항공기 속도는 줄어들다가 Stall Speed에 도달하여 Stall이 발생한 것이 아니라, 항공기 속도는 고정이었지만 Stall Speed가 증가하면서 Stall이 발생한 것이라고 볼 수 있다.
4. 다시 결론을 지으면 Bank가 깊어지면 Load Factor가 증가하고 이것이 Stall Speed를 증가시킨다.