오늘은 비행의 가장 기본적인 원리부터 날개가 양력을 잃는 실속Stall에 대하여 알아보겠습니다.
실속에 대해 알아보기 전에 우선적으로 이해해야 할 개념이 어떻게 날개가 양력을 발생하는 지를 알야야 합니다.
양력은 기본적으로 두 가지 법칙에 의해 발생됩니다.
1. 뉴턴의 운동 제 3법칙 : 작용/반작용 법칙
2. 베르누이 방정식
뉴턴 제 3법칙은 에어포일 아래 흐르는 공기가 윗면으로 공기를 밀어내어 이에 의한 반작용에 의해 양력이 발생되는 것으로 설명합니다.
베르누이 방정식에 의하면
압력 + 운동에너지 + 위치에너지 = 일정 하다는 방정식입니다.
따라서 속도가 높으면 압력이 낮아지게 되죠. 이로 인해 에어포일 윗면은 더 낮은 압력이 형성되어 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 미는 힘이 발생되는데 이것이 양력입니다.
추가적으로, 흔히들 양력 발생에 대하여 설명할 때에 "동시통과이론"을 말하며 날개 윗면으로 흐르는 공기와 아랫면으로 흐르는 공기가 뒷전에서 만나기 위해 압력차이가 생긴다고하는데, 일부는 맞고 일부는 틀린 얘기입니다.
압력차이가 생겨 양력이 발생하는 것은 맞습니다. 하지만 풍동실험실에서 실험 결과 날개 윗부분으로 흐르는 공기는 아랫부분으로 흐르는 공기보다 훨씬 빠르게 통과하여 만나지는 않는다고 합니다. (출처 : 한국 물리학회)
자 이제 본격적으로 실속에 대해서 알아보겠습니다.
An aircraft stall results from a rapid decrease in lift caused by the separation of airflow from the wing’s surface brought on by exceeding the critical AOA.
FAA : Pilot's handbook of aeronautical knowledge
여기서 중요한 Stall의 정의부터 보고가겠습니다.
- the Critical AOA를 초과함으로써 Airflow의 Separation이 생겨 양력이 감소하는 것입니다.
중요한 포인트는 (흔히 착각하는 것들입니다.)
- Stall speed 이하로 내려가서 발생하는 것이 아니라, the ciritical AOA임계받음각을 넘었을 때에 발생하는 것입니다.
- 양력을 완전히 잃는 것이 아니라 감소하는 것입니다. (완전히 잃으면 지구 바닥을 향해 추락할겁니다.)
따라서 Stall Speed 같은 경우에는 고정된 속도값이 아니라 flight situation에 따라 달라지게 되는 것입니다.
무조건 저속이라고 Stall 이 발생하는 것은 아니겠죠?
(저속이라 Stall이 발생되는 것이 아니라, 저속이면 필요한 양력을 얻기 위해 AOA를 증가시키게 되고, Critical AOA까지 맞닿게 되면 그때 Stall이 발생하는 것입니다.)
하지만, Critical AOA 는 항공기마다 변하지 않는 고정된 각도입니다.
그렇다면 왜 Stall실속이 중요할까요?
비행중 다양한 상황에서 발생할 수 있고, 조종사로서 대응을 해야 항공기가 양력을 잃고 추락하는 일을 막을 수 있습니다.
다양한 상황들은 다음과 같습니다.
비행훈련을 할때 Stall을 인지하고, 대응하고, Stall Recovery를 하기 위한 훈련을 하는 기동이 있습니다.
- Power ON Stall
- Power OFF Stall
이렇게 크게 두 가지를 주로 많이 훈련하게 됩니다.
분명히 훈련의 목적을 알고 하면 좋겠지만, 일단 당장 기동을 하는데 급급해서 목적과 하는 이유를 잊고 훈련을 하게되는 경우가 많죠..
쉽게 생각하면 비행중 중요한 Phase에서 Stall 이 발생하는 경우를 대비하기 위한 훈련이라 보시면 됩니다.
크게는 이륙 후 상승할때에 발생하는 실속과 착륙을 위한 접근 중에 발생하는 실속으로 나뉩니다.
1. Departure Stalls(Power ON)
주로 항공기가 이륙하여 상승하는 Phase에서 실속이 발생하였을 때를 가정하고 이를 인지하고 회복하는 것을 훈련하는 것이 Power On stalls 입니다.
- 이륙과 상승 Phase이기 때문에 Power가 들어가 있는 상태이겠죠?
- 이때는 이륙 직후 상승하는 상황이기에 Clean Configuration으로 하게됩니다.
- Power가 들어간 상태이기 때문에 Critical AOA에 도달하기위해 더 높은 Pitch를 들게됩니다.
2. Arrival Stalls(Power Off)
항공기가 착륙을 위해 Power를 줄이고(혹은 Idle), Landing Configuration으로 접근하게 됩니다. 이때를 가정하고 훈련하는 것이 Power off stall입니다.
- 접근중이기 때문에 Power Idle로 둔 상태로 하게됩니다.
- 보통 접근중에는 저고도인 상황이기 때문에 최대한 고도 손실을 줄여주는데 집중해야 합니다.
3. Cross-Controlled Stall
이는 장주 Traffic Pattern을 돌 때에 Base에서 Final로 들어갈 때에 Overshoot되는 상황에서 Stall이 들어갈 수 있는 상황을 가정합니다.
- 이때는 Skidding이 발생하기 때문에 Spin으로 까지 이어질 수 있는 매우 위험한 상황이니 주의해야합니다.
https://www.boldmethod.com/learn-to-fly/aerodynamics/slip-skid-stall/
Why Skids Are More Dangerous Than Slips
You may have heard that a skid during a stall is more dangerous than a slip, and it's true. But, why?
www.boldmethod.com
4. Accelerated Stall
앞서 말했다 시피 Stall은 속도 때문에 발생하는 것이 아니라 Critical AOA를 초과했을 때 발생하는 것이라고 했습니다.
bank를 주면 수직방면 양력이 감소하게됩니다. 이를 보충해주기 위해 AOA를 높이기 위한 back pressure를 가해 고도를 유지시켜줍니다.
이렇게 되면 Critical AOA까지의 마진이 줄어들고 더 쉽게 Stall에 빠질 수 있게됩니다.https://youtu.be/pDRkcKSpX5I?t=96
이외에도 Elevader Trim stall이라고 접근할때 Up trim을 너무 많이 써놓으면 Go Around할 때에 Pitch up이 빠르게 되어 실속에 빠질 수 있는 위험도 있습니다.
Secondary Stall은 Stall Recovery 조작을 할때 2차로 더 깊은 Stall에 빠지게 되는 것을 말합니다.
지금까지 Stall이 발생되는 원리와 다양한 종류의 Stalls에 대하여 알아보았습니다.
질문이나 수정사항은 쪽지나 덧글 부탁드립니다:)
참고자료 Reference
- FAA : Pilot's handbook of aeronautical knowledge
- https://www.boldmethod.com/blog/lists/2020/04/do-you-know-the-seven-common-types-of-stalls/
There Are 7 Common Types Of Stalls...How Many Have You Practiced?
Do you remember the 7 most common types of stalls? When was the last time you practice recovering from these maneuvers?
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