항공기 안정성에 대해 - Stability(1)

Stability 와 Controllability의 차이

1. Stability 즉, 항공기의 안정성에 대해 알아보기 전에 Stability와 Controllability의 차이를 먼저 알아보자.
   
   1. Stability(안정성)는 조종사가 아무 조작도 하지 않을 경우 항공기의 원래 상태로 되돌아가려는 특성을 말한다. 여기서 한 가지 짚고 넘어가야 할 것은 각 항공기의 Stability에 따라 어떤 항공기는 수평 자세로 돌아가려는 특성일 수도 있고 오히려 그 반대의 특성을 가진 항공기일 수도 있다. 예를 들어, 항공기 Bank를 30도 주었다고 해보자. 그러면 어떤 항공기는 다시 수평 자세로 돌아가려고 할 것이고 다른 항공기는 더 Bank가 깊어질 수도 있다. Stability는 Static과 Dydamic으로 나뉜다. 이것을 뒤에서 자세히 알아보자.
   2. Contollability(조종성)는 조종사가 조종면을 이용하여 항공기의 원래 상태를 깨고 조종사가 원하는 자세로 가게끔 하는 특성을 말한다. Contollability가 좋다는 것은 조종사가 조종면을 움직이면 즉각 잘 반응한다는 것이다.
   3. Maneuverability(기동성)은 Controllability와 혼동될 수 있어서 간단한게 짚고 넘어가자. Controllability는 Stability와 반대되는개념으로서 설명이 되었다면 Maneuverability는 항공기의 Performance Limitation에 관련된 부분이다. Maneuverability가 좋다는 뜻은 “항공기가 쉽게 기동이 가능하며 기동할 때 발생하는 Stress를 잘 견디다“는 뜻이다. 여기에는 항공기의 무게, 추력, Structure 등 항공기의 설계 요소가 많이 좌우한다. 조금더 자세히 설명하면, G Force가 많이 발생하는 기동을 했을 때도 항공기Structure가 손상없이 잘 견뎌내며 기동을 위한 충분한 Thrust를 갖추고 있다는 것이다.
   4. Stability와 Controllability 두 개 다 좋을 수는 없다. 조종사가 조종면을 이용하여 항공기를 움직였는데 항공기 안정성이 너무 좋아서 항공기가 다시 원상태로 돌아온다면 조종성이 나쁘다는 것이다.

Static Stability

1. Static Stability는 기존의 상태에서 어떤 힘이 작용하였을 때 그 시점에서 항공기가 어떠한 특성을 가지느냐를 말하며 Positive, Neutral, Negative Static Stability 세 가지 종류가 있다.
   
   1. Positive Static Stability를 잘 보여주는 아래 그림을 같이 보자. 오목한 그릇의 중앙에 공을 놓고 옆으로 살짝 치면 다시 중앙으로 돌아오려고 할 것이다. Positive Static Stability를 가지고 있는 항공기에 돌풍이 불었다고 가정해 보자. 처음 항공기는 돌풍을 맞고 휘청하지만 금방 다시 원래의 상태로 돌아온다. 다시 말해 Positive Static Stability를 가지고 있는 항공기는 다시 돌풍이 맞기 전 상태로 돌아오려는 특성을 가진다.

      

      출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Principles of Flight

   2. Neutral Static Stability는 평평한 그릇의 중앙에 공을 놓고 힘을 가하면 움직인 그 자리에서 있으려고 한다. 중앙으로부터 멀어지지도 가까워지지도 하지 않으려고 할 것이다. Neutral Static Stability를 가지고 있는 항공기의 경우 돌풍을 맞고 휘청거린 그 자세를 유지한다.

      

      출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Principles of Flight

   3. Negative Static Stability는 볼록하게 올라온 그릇의 중앙에 공을 놓고 옆으로 쳤다고 상상해 보자. 그러면 공을 탄력을 받아서 중앙으로부터 더 멀어지려고 할 것이다. Negative Static Stability를 가지고 있는 항공기의 경우 돌풍을 맞고 휘청거린 그 자세를 넘어 원래 자세보다 더 벗어나게 된다.

      

      출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Principles of Flight