비행기는 어떻게 날 수 있을까?

비행기는 어떻게 하늘을 날 수 있을까요? 하늘 위로 지나가는 비행기를 보면서 저렇게 무거운 비행기가 어떻게 하늘을 날 수 있는지 문득 궁금해질 때가 있습니다. 오늘은 비행기가 하늘을 날 수 있는 이유와 원리를 최대한 쉽게 설명드려보겠습니다. 수학적으로 구체적인 계산을 설명드리기보다는 최대한 기억하기 쉽게 얕고 넓게 파보려고 합니다. 

 

비행기는 어떻게 하늘을 날 수 있을까?

 

 

비행기를 날게 하는 힘 '양력'

양력에 대해서 한 번쯤 들어보셨죠? 비행기가 하늘을 날 수 있는 이유는 바로 '양력' 때문입니다. 양력은 중력과 반대되는 힘으로 생각하면 쉽습니다. 나의 발이 지구에 착 붙어서 걸어 다닐 수 있는 이유가 중력 때문이라면, 비행기를 하늘로 띄우려면 지구로부터 멀어지게 하는 힘이 필요한데요. 이것이 바로 '양력'입니다.

 

① 양력은 어떻게 해서 생기는 것일까?

 

 

 

양력의 비밀은 어마어마하게 큰 '비행기의 날개 모양'에 숨어있습니다. 비행기 날개는 아래 그림처럼 위쪽은 볼록하고 아래쪽은 평평합니다. 비행기의 엔진이 빠른 속도로 돌아가면 비행기에 추진력이 생기고 앞으로 나아가게 됩니다. 이때 날개의 모양과 각도에 따라서 양력이 발생하게 되는데요. 그 원리는 다음과 같습니다.

 

날개 위쪽 볼록한 부분으로 공기가 지나갈때는 빠른 속도로 공기가 지나가게 되고, 날개 아래쪽 평평한 부분으로 공기가 지나갈때는 느린 속도로 공기가 지나가게 됩니다. 빠른속도로 공기가 지나가는 날개 위쪽은 압력이 낮아지고, 느린속도로 공기가 지나가는 날개 아래쪽은 압력이 높아지게 되는데요.(베르누이의 원리) '압력'은 높은 곳에서 낮은곳으로 이동하려는 속성이 있기 때문에, 날개 아래쪽 공기가 위로 올라가려는데 날개에 막히게 됩니다. 이렇게 공기가 위로 올라가려는 힘이 생겨 비행기 날개를 위로 밀어 올리게 되고 비행기의 무게를 들어 올릴 수 있을 만큼의 힘이 생기는 순간! 이윽고 활주로를 달리던 비행기는 하늘로 뜨게 되는 것입니다.

 

 

② 받음각의 비밀

'받음각'을 아시나요? 보잉사나 에어버스 같은 항공기 제작 회사는 비행기 날개를 '에어포일' 모양으로 만듭니다. 이 에어포일 모양의 날개는 양력을 받기에 가장 적합한 모양이며, 약 15도 정도의 각도가 유지될때 양력의 힘을 최대치로 만들수 있습니다. 정리하자면, 받음각이 생기는 비행기 날개의 각도에 따라 양력의 힘을 극대화 시킬수 있기 때문에 '받음각'은 매우 중요한 것 입니다.

 

자녀가 있는 부모라면, 아이와 함께 공원에 가서 스티로폼 비행기(에어글라이더)를 날려보신 적이 있을지도 모르겠습니다. 저도 아이와 종종 에어글라이더를 하늘로 날리고는 하는데요. 비행기를 던질때 수평방향으로 던지지 않고 약간 위쪽으로 비스듬이 던지면 비행기가 더 높이 멀리 날아갑니다. 이렇게 비행기를 비스듬이 던질때 '받음각'이 만들어지고 양력이 생기면서 에어글라이더가 날아가는 것입니다.

 

 

③ 비행기가 나는데 필요한 양력과 그 이외의 요소들

비행기의 구조는 알고나면 간단합니다. 아래 항공기의 구조(그림)을 참고해주세요. (출처 : 하늘드림재단)

 

비행기의 구조 (출처 :하늘드림재단)

 

 

▶ 주날개

플랩(Flap)과 슬랫(Slat) : 양력과 항력을 증가,감소 시키는 역할

스포일러(Spoiler) : 비행기의 속도를 감소시키는 브레이크 역할

보조익(Aileron) : 기체를 좌우로 경사지게 만들고 회전하게 하는 역할

 

 

 

▶ 꼬리날개

방향타(Rudder) : 비행기의 좌우 방향을 조정하는 역할

수평안정판(Horizontal stabilizer) : 비행기의 수평, 균형을 유지하는 역할

승강타(Elevator) : 비행기의 상승, 하강을 시키는 역할