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항공기 동체, 꼬리 날개, 엔진 마운트, 착륙 장치의 구조 특성

작명귀찮은사람 2022. 7. 16. 12:44

지난 장에서는 항공기 날개의 구조 특성에 대해 알아보았습니다. 이번 장에서는 항공기 구조의 나머지 부분들의 특성에 대해 알아보겠습니다.

 

1. 동체

동체의 구조 형식은 트러스, 모노코크 및 세미 모노코크 등이 있습니다. 먼저 트러스 구조는 강관이나 목재를 사용하여 트러스 형태로 조립된 구조이며, 네 귀퉁이에 동체의 종 방향으로 종통재를 놓고 수평/수직 자주 및 대각선 부재 또는 브레이싱 와이어 등으로 트러스를 구성하고, 여기에 적절한 정형재를 붙여서 유선형으로 하고 외피를 붙입니다. 하중은 모두 트러스 구성 부재들에만 작용하며 외피는 공기력의 전달만을 담당합니다.

모노코크 및 세미 모노코크 구조는 종통재와 원형 정형재에 외피를 붙인 구조물로 특히 세미 모노코크 구조의 경우 외피를 보강하기 위해 동체의 종 방향으로 스트링거를 붙이고, 횡 방향으로는 보강 프레임을 붙입니다. 이렇게 만들어진 구조에서는 트러스 구조와는 달리 외피도 하중을 담당하기 때문에 외피의 두께가 상당히 두껍고 굽힘 응력 및 전단 응력에 대한 강도를 충분히 갖고 있습니다. 이 구조를 사용하면 유효 내부 용적이 커지므로 탑재 화물의 부피를 증가시킬 수 있어 대형기에 적합합니다. 일반적으로 스트링거와 외판의 접합은 리벳으로 이루어지나 최근에는 접착제에 의한 접합 방식도 개발되고 있습니다. 스트링거는 긴 판재를 구부려 만든 앵글이나 일정한 단면으로 압출하여 사용합니다. 

대형 여객기의 동체는 보통 앞부분, 중앙 부분, 뒷부분으로 분리되어 있고, 탑승객이 출입할 수 있도록 도어와 창문들이 달려 있습니다. 고도 15,000tf 이상에서는 대기압이 낮으므로 승객의 호흡을 위하여 항공기 객실의 압력을 외부 압력보다 높게 만들어야 합니다. 이를 여압이라고 하며 동체의 일부를 밀폐하여 여압실을 만듭니다. 여압실은 비행 하중 또는 지상 하중 외에 내부의 공기압력에 의한 하중이 추가로 작용합니다. 따라서 여압 장치가 없는 동체보다 여압실은 정적 강도도 커야할 뿐만 아니라 피로 파괴에 대한 강성도 가지고 있어야 합니다.

 

2. 꼬리날개

꼬리 날개는 수직 꼬리 날개와 수평 꼬리 날개로 구성되며 각각의 꼬리 날개는 안정판과 조종면으로 구분됩니다. 안정판은 조종면을 지지하고 있어서 강도가 커야 합니다. 

수직 꼬리 날개의 구조는 날개의 구조와 유사하며, 동체에 고정된 수직 안정판과 여기에 힌지로 연결된 러더를 움직여서 좌우로 비행 방향을 조종할 수 있습니다. 수평 꼬리 날개에는 동체와 연결된 수평 안정판이 있고 이것에는 엘리베이터가 힌지로 연결되어 있습니다. 안정판의 뒷전부 날개 보에는 엘리베이터가 힌지를 통해 연결되어 있습니다. 수평 안정판은 날개의 내리 흐름의 영향을 받기 때문에 붙임각을 날개 보다 크게 하는 것이 보통입니다. 엘리베이터의 토크판에는 돌출부가 달려 있어 조종 케이블을 이곳에 연결하여 회전 운동을 할 수 있습니다.

 

3. 엔진 마운트

엔진을 동체 내부에 부착시킬 때는 트러스 구조를 많이 사용합니다. 동체 외부 또는 날개 밑에 부착시킬 경우에는 공기역학적으로 날씬한 형상의 나셀과 파일론을 사용합니다. 엔진에서 발생하는 진동이 다른 구조물에 전파되는 것을 차단하기 위해서는 엔진을 다른 구조물에 장착할 때 장착부에 고무 등의 방진 장치가 있어야 합니다.

 

4. 착륙 장치

착륙 장치는 비행기가 이착륙을 하는 장소 및 사용 목적에 따라 육지에서 사용하는 타이어, 눈 위에서 사용하는 스키, 물 위에서 사용하는 플로트 등이 있습니다. 또한 조향 바퀴(항공기의 달리는 방향을 조종하는 바퀴)의 위치에 따라 앞바퀴 식과 뒷바퀴 식으로 구분되는데 일반적으로 대형 항공기에는 앞바퀴 조향 방식이 많이 사용됩니다. 앞바퀴 식을 사용하는 이유는 앞바퀴 식과 뒷바퀴 식의 방향 회전에 대한 안정성의 차이를 들 수 있습니다. 바퀴의 방향이 항공기의 전진 방향과 일치하지 않을 때 각 바퀴에 작용하는 힘에 의해 무게 중심에 작용하는 모멘트가 바퀴를 전진 방향으로 회전시켜야 안정성이 있다고 할 수 있는데 앞바퀴 식이 뒷바퀴 식보다 훨씬 안정적이기 때문입니다. 이 외에도 앞바퀴 식은 이륙 시 조종사의 시야 확보가 용이하다는 장점이 있으며 특히 제트기에는 엔진 배기와 지면의 간섭을 방지를 위해 반드시 앞바퀴 식을 사용해야 합니다. 

착륙 장치는 타이어, 바퀴, 완충 버팀대, 브레이크 등으로 구성되며 접어 넣는 착륙 장치에는 여기에 잠금 기구와 시미 댐퍼가, 조향 바퀴에는 조향 장치가 부가됩니다. 버팀대 하나에 타이어를 한 개씩만 부착한 것에서부터 기체 중량의 증가를 고려하여 두 개 또는 네개를 부착한 것도 있습니다. 착륙 장치에는 고무 흡수, 평판 스프링, 공기압력, 오일 스프링 및 올레오 드의 완충 방식이 사용됩니다. 대형 항공기에는 주로 올레오 방식이 사용되고 있습니다. 

 

다음 장 부터는 우주 비행체의 구조 특성에 대해 알아보겠습니다.