안녕! 일게이들아!

1903년 12월 17일. 라이트 형제의 플라이어 호를 필두로 인류의 동력 비행 역사가 시작된 이래, '하늘을 나는 꿈'을 현실로 이루어 준 비행기는

매우 빠른 속도로 발전해왔어. 특히 1차대전과 2차대전을 지나면서 전쟁무기로써의 비행기는 세계 정세의 판도를 바꿀 만큼 중요한 요소가 되었고,

그 이후에도 비행기는 세계화 시대를 이끄는 가장 매력적인 교통수단으로 자리잡았지.

자동차의 모습이 모두 제각각이듯, 조금만 생각해보면 비행기의 모습들에도 차이가 있음을 떠올릴 수 있어.

특히 비행기는 단순히 지면과의 마찰로 움직이는 자동차에 비해, 그 형체에 의해 변화하는 공기의 흐름을 통해 양력을 발생시키기 때문에

사실상 그 외형의 중요성이 아주 크다고 할 수 있어.

그럼 이제부터, 비행기를 날도록 해 주는 데에 가장 중요한 요소인 날개의 종류와 특징에 대해 알아보도록 하자!

1. 평익(직선익)

[왼쪽부터 플라이어 1호, A-10 공격기, 세스나 경비행기]

'평익'이라는 이름에서 쉽게 알 수 있듯, 평익은 단순히 직사각형 모양으로 생긴 날개를 의미해.

이는 가장 단순한 형태의 날개로, 생산하기 쉽다는 장점이 있어. 때문에 최초의 비행기인 플라이어 1호에서 사용되었지.

평익은 저속에서도 쉽게 실속(속도가 너무 느려서 양력을 잃고 제어불능에 빠지는 것)하지 않고 안정적인 비행을 할 수 있어. 

대표적으로 미 육군 공격기인 A-10 Thunderbolt II 의날개가 평익인데, 이는 CAS(Close Air Support, 근거리 항공 지원)시에,

공격기가 최대한 오랫동안 적 표적을 공격하면서 비행하려면(비행기는 멈추지 못하니까) 저속비행이 필수이기 때문에 위와 같이 설계되었어.

평익의 단점은 고속비행시 저항이 심하고 날개 자체 증량이 크다는 점이야.

때문에 평익을 가진 비행기들은 대체로 속도가 느리고, 무거운 중량을 들 수 없어.

A-10은 특유의 날개 일체형 설계로 꽤나 많은 폭장량을 자랑해(자동차만한 개틀링건까지 내장하고 있으니..)

이는 조종이 쉽다는 장점 또한 있어서, 경비행기의 날개로도 많이 쓰이지.

2. 타원익

[왼쪽부터 DC-3, 스피트파이어, 제로센 전투기]

타원익은 말그대로 날개의 형체가 타원형을 이루며 좁아지는 날개를 뜻해. 

평익에서 좀 더 발전한 형태의 날개라고 할 수 있는데, 저속 안정성이 매우 좋아 실속하지 않는다는 장점을 따왔으면서도 

날개 자체의 하중과 양력분포를 고려하여 끝부분을 좁게 만들었기 때문에, 그 중량분포가 안정적이고 양력효율이 좋다는 장점이 있어.

DC-3 여객기의 경우에는 무려 70km/h에서도 이륙할 수 있었다고 해.

타원형의 날개는 그 제작공정이 어렵기 때문에 연구는 되었으나 쉽사리 상용화되지 못하였어.

하지만 2차대전 발발 이후 공중전 기동성과 항속거리 등에서 조금이라도 더 상대를 압도하고자 하는 마음에서 앞다투어 개발되었지.

최근에 개발되는 항공기에는 거의 사용되지 않아.

참, 일게이들이 만들어본 종이글라이더가 대체로 타원익이야!

3. 후퇴익

[왼쪽 위부터 시계방향으로 Mig-15, F-86 세이버, B-52 폭격기, 보잉-777, 보잉-747, 에어버스 380]

후퇴익은 뒤로 후퇴각을 준 형태로, 비행기가 본격적으로 제트 엔진을 장착하여 고속비행이 가능해지면서 주목받은 날개야. 

한국전쟁에서 활약한 비행기들이고, 제일 왼쪽에 보이는 Mig-15가 최초의 후퇴익 전투기야(Kia~~~~러뽕 하나 주소!!!!)

가장 기본적인 날개인 평익, 타원익과 비교하였을 때, 고속비행시에도 항력이 적게 발생한다는 장점이 있어.

또한 정적 안정성을 지니는데, 이는 수평비행 중 비행기가 위아래로 흔들리더라도 다시 복원력이 작용한다는 뜻이야.

(오뚝이처럼 원래 상태를 유지하려고 한다는 말이지)

장점이 많은 만큼 단점도 매우 많아.

먼저 '기수하강현상'이 생겨. 비행기의 무게중심(아래로 작용하는 힘의 중심)이 공력중심(위로 작용하는 양력의 중심)보다 앞에 있어서,

앞으로 비행기가 고꾸라지는 현상이야. 종이비행기로 쉽게 실험해볼 수 있지.

이를 막기 위해, 후퇴익은 거의 항상 수평미익(꼬리수평날개)를 동반해. (아마 내가 알기론 수평미익 없는 녀석이 없을거야, 찾으면 말좀해줘)

수평미익에서 아래로 힘을 작용(위로가 아니라 아래로 눌러준다)하여 기수하강을 막아주지. 이를 도식으로 나타내면 아래와 같아.

또 다른 단점으로는, 양력효율이 매우 떨어진다는 점이야. 때문에 저속에서 이륙이 힘들 뿐 아니라 저속 안정성이 떨어지지.

후퇴익이 막 개발되었을 한국전쟁 시기는 전투기들이 죄다 속도올리기에 집중한 시기여서 속도가 빨랐기 때문에 큰 문제는 되지 않았어.

하지만 저속에서 쉽게 실속해버린다는 단점 때문에 이륙/착륙속도가 빨라야 했고, 이는 활주로 길이의 증가를 불러일으켰어.

따라서 항공모함에서 이착함을 할 수 없었지. 결국 후퇴익기가 개발된 이후에도 한동안 항공모함 위에는 여전히 타원익 프로펠러 공격기들이 탑재되었어.

마지막 단점으로, 공기의 흐름이 날개를 타고 바깥쪽으로 흘러나가 결국 날개 끝에서 와류(Vortex)를 일으키게 되.

이는 이론적인 양력의 2%~4%정도를 깎아먹게 되는데, 전투기에선 그렇다쳐도 상업적인 여객기에선 그게 치명적인 연료낭비거든.

그래서 아래처럼 윙팁이나 윙렛을 날개 끝에 달아서 와류에 의한 저항을 줄이지.

4. 전진익

[왼쪽부터 최초의 전진익기인 Ju287, Su-47 Berkut, NASA의 X-29]

후퇴익의 정 반대는? 바로 전진익이겠지.

날개를 정 반대로 달아서 앞을 향하게 만들어버렸어. 매우 독특한 형상이지?

전진익이 처음 사용된 이유는 어떤 공기역학적 성과를 얻기 위함은 아니었어. 사실 어쩔 수 없는 이유였는데,

폭격기를 개발하는데 날개가 있어야 할 자리에 폭탄고가 위치하도록 설계한 바람에, 날개 위치를 좀 더 뒤로 밀어야 했어.

그런데 날개가 너무 뒤쪽에 있으면 공력중심이 무게중심에 비해 너무 뒤쪽에 가서 기수가 앞으로 고꾸라지지.

이를 막기 위해 날개를 앞을 향하게 한 것이 전진익기의 시초야.

그런데 막상 만들고 보니 여러 특징들이 발견되었는데, 이는 전진익과 사실상 반대되는 특징들이었어.

먼저, 고속에서 항력이 매우 커, 딱 봐도 그럴 거 같지? 

따라서 전진익기는 초음속은커녕 천음속에서도 느린 속도를 가질 수 밖에 없었어.

또한 그 항력이 날개에 고스란히 전해지기 때문에 날개에 스트레스, 피로가 많이 가는 특징이 있었지

(이는 실용화할때 매우 중요한 이슈야, 한두번 비행할 것이 아니라 수백 수천 번을 비행해야 하니 이는 피로파괴로 이어질 수도 있거든)

다음으로, '정적 안정성'이 아니라 '정적 불안정성'이라는 병신같은 특징을 가지고 있어.

후퇴익의 경우 비행기가 조금 흔들려도 원래 상태로 복귀하려는 오뚝이같은 성질을 지닌다고 했지?

전진익은 그와 반대야. 비행기의 각도가 조금만 위아래로 흔들려도 그 변화가 증폭되는 방향으로 힘이 작용해.

이 때문에 기체가 불안정해져서 조종 자체가 매우 어렵게 되. 하지만 최근 러시아에서는 Su-47과 같은 시험기를 개발했는데, 그 바탕에는

FBW(Fly By Wire)라는, 컴퓨터가 자세제어나 조종을 도와주는 획기적인 기술이 있어. (FBW는 전익기에서도 등장할꺼야)

여튼 이러저러해서 조종이 가능해졌다고 치자. 그럼 과연 어떻게 될까?

바로 최강의 기동성을 가지게 되는 거지. 저속 근접전에서 전진익기가 가지는 기동성은 익히 알려져 있어.

그런데도 실용화되지 않는 이유는, 바로 전쟁의 양상이 바뀌었기 때문이야.

현대전에 이르러 레이더에 피탐되지 않는 스텔스 기술이 매우 중요한 이슈가 되었어.

그런데 전진익기는? 앞으로 오목하게 생긴 날개가 전파를 모아 보내주기 때문에

(사실 이렇게 단순한 이유뿐만은 아니야, 전진익 특성상 카나드(귀날개)사용이 불가피한 면도 있는 등 스텔스와 관련된 여러 문제가 있지)

레이더에 노무노무 잘 잡히는 성질이 있어. 좆망ㅠㅠ

이런 많은 단점들 때문에, 밀덕들의 무한한 사랑에도 불구하고 사실상 전진익기는 그리 큰 효용은 나타내지 못하고 있어.

물론 아예 안쓰이는건 아니고, AGM-129같은 순항미사일엔 쓰이기도 해.

5. 델타익

[왼쪽 위부터 시계방향으로 Su-27, Tu-144, 콩코드 여객기, SAAB 드라켄, F-16, F-15]

우리가 '전투기' 하면 딱 떠오르는 이미지, 바로 델타익이야. 

후퇴익이 평익에 비해 고속에서 항력이 낮다는 특징이 있었지? 그럼 후퇴각을 뒤로 더 줄수록 항력은 더 낮아지겠네?

그런데, 후퇴각을 노무노무 많이 주면 날개에 무리가 많이 간다는 단점이 있어. 특히, 마하 2 이상의 속도를 내기 위해선

대략 60도 이상의 후퇴각을 갖는 날개가 필요해. 그런데 후퇴익으론 안되잖아? 아마 안될꺼야.

라고 누가 말이나 했습니까?

후퇴익이고 나발이고, 날개를 동체에 길다랗게 붙여버리면? 삼각형 모양의 델타(▲)익이 만들어지지!

(사실 델타익에도 단순 델타익이나 여러 각도가 합해진 복합 델타익 등 여러 종류가 있지만 생략하도록 할께)

델타익이 만들어진 이유는 바로 날개를 동체에 강하게 부착할 수 있다는 점이야.

날개가 강하기 때문에 고기동 하에서도 날개가 진동하지 않고 견뎌내고, 무거운 중량을 날개가 버텨낼 수 있다는 장점이 있어.

또한 음속 이상에서도 공기의 흐름 양상이 아음속에서와 비슷하기 때문에 고속 안정성 또한 뛰어나지.

다만 단점 역시 있는데, 후퇴익의 단점이었던 저속에서의 낮은 양력효율과 안정성, 그리고 좁은 날개 면적(무장량에 제한)이야.

그래서 착륙거리가 길어지게 되고, 착륙시 받음각을 높혀야 한다는 단점이 있는데, 아래 짤방을 보자.

먼저, 둘 다 착륙시 고개를 많이 들고(받음각을 크게 하고) 착륙하는 것을 볼 수 있어. 

이는 저속에서 양력을 최대화하여 실속하지 않으려고 하는 착륙법이야.

가운데 사진의 F-15K를 보면 조종성 뒤에 판이 올라와있지? 이는 에어브레이크로, 공기저항을 높히는 역할을 해.

델타익의 특성상 착륙거리가 머니까 저런 식으로 최대한 줄이려는 거지. 오른쪽 사진의 F-4처럼 착륙 후 낙하산을 뒤에 펴는 녀석들도 많아.

이제 콩코드 여객기(왼쪽 사진)을 보면, 코가 아래로 내려와있지? 저거 위아래로 움직임ㅇㅇ 리얼임, 아래 사진 보셈

이는, 높은 받음각으로 착륙할 때에 전방이 보이지 않는 단점을 보완하기 위해 착륙시에 코를 내려서 전방시야를 확보하는 거야.

이래저래 돈도 기술도 많이 들어가다 한번 추락함으로써 사업 운지한 콩코드찡ㅠㅠ

극단적인 델타익으로, SR-71같은 녀석도 있어ㅇㅇ (원래 RS-71인데 대통령이 연설에서 말실수한 뒤 SR-71로 모든 문서의 약자를 고친..)

6. 가변익

[왼쪽 위부터 시계방향으로 F-14, F-14, Tu-160, F-111, F-111, B-1]

밀덕 일게이들 숫고양이 나와서 싸는소리 다 들리盧??

가변익. 그 뜻대로라면 변할수 있는 날개야.

가변익은 후퇴익과 델타익의 장점을 모두 따온 형태인데, 저속에서는 후퇴익으로 상대적인 안정성을 높히고,

고속에서는 날개를 접어 델타익의 형태를 취하지. 가변익의 단점이라고 하면, 높은 기술력을 요구하고, 

정비하는데에 많은 돈이 들며, 날개에 무장을 달 수가 없다는 점 등이야.

이 때문에 위에 소개된 4종의 기체 중 2종(F-14, F-111)은 이미 퇴역했고, B-1이랑 Tu-160도 퇴역 수순을 밟고 있지,

뭐, 가변익은 더이상 설명 안해도 될 듯 하네

7. 전익

[왼쪽부터 B-2, XB-35, X-4]

영어로는 Flying wing. 날으는 날개..

전익기는 동체 자체가 커다란 날개가 되어 양력은 극대화하고 불필요한 요소들을 제거하여 무게는 가볍게 한 것으로,

양력효율이 매우 좋고 항속거리가 길어 많은 무장을 탑재할 수 있다는 장점이 있어.

2차대전 당시 독일에서 먼저 연구된 형태이나 이후 미국에 기술이 넘어가 노스롭 그루먼 社(그당시는 그냥 노스롭 社)에서 개발하게 되었지.

참고로 위에 3개 다 노스럽 사에서 만든거야. 독점 ㅍㅌㅊ?

여튼, 이러저러해서 전익기를 만들어 날리는데, 이상한 현상이 발견돼.

바로 비행기가 레이더에서 생각보다 작게 나타나는 현상인데, 이것이 바로 최초의 전파 스텔스라고 할 수 있어.

(광학적 스텔스는 원시시대부터 해온 위장도색이 시초라고 해도 되겠지?)

전익기도 단점이 있는데, 바로 기체가 불안정해서 조종이 어렵다는 점이야. 이 때문에 전익기는 실용화되지 못하고 있다가,

위에서 설명한 FBW의 연구로 인해 드디어 빛을 보게 되지. 

그래서 개발된 것이 바로 극강의 스텔스 성능을 보여주는 B-2 Spirit이야. 덩치는 커다랗긴 줜나 커다란게 F-22보다도 작게 탐지되.

곤충 수준의 RCS(레이더 반사 단면적)를 가진다고 하네.

스텔스에 대해 오해하는 사람들이 있던데, "그럼 레이더 화면에서 곤충만한게 빠르게 움직이는걸 잡으면 되잖아요?" 라고 하더라고..

아쉽게도, 레이더 화면은 우리가 보는 세상처럼 깨끗하지 않아서 수많은 노이즈가 있어. 충분히 작게 보여서 그 사이에 숨으면 찾기 어렵지.

요약하면,

레이더 기술 : 노이즈 속에서 원하는 물체를 찾는 기술

스텔스 기술 : 노이즈 속에 숨는 기술

이라고 할 수 있어. 창과 방패의 싸움이지.

여튼, 이처럼 FBW에 의존해야만 하는 전익기의 조종 특성 때문에, B-2가 추락한 적도 있어.

이는 괌의 습한 환경에 컴퓨터가 맛이 가버리는 바람에 조종불능으로 추락한 사건인데,

추락한 B-2 한대 가격이 무려 한화로 2조원

ㅠㅠ

참고로, F-117이랑 B-2가 닮아서 계열기라고 착각하는데, F-117은 록히드 마틴社의 스컹크웍스팀에서 만들었고, B-2는 노스럽 그루먼社야.

출생지부터가 다름

8. 카나드

[왼쪽부터 라팔(아 팔렸니?), 유로파이터 타이푼, SAAB 로리펜 그라펜]

카나드란 주익 앞쪽에 위치한 수평미익, 일명 귀날개를 의미해. 아래 사진처럼 생겼지.

카나드가 개발된 것은 오래 전이지만(심지어 라이트 형제의 플라이어 1호도 카나드를 사용한 기체라고 볼 수 있어!)

본격적으로 주목받은 것은 초음속 비행기 시대에 접어들어서야.

카나드를 조작하여 비행기를 조종하면, 수평미익을 이용하는 것보다 비행기에 토크를 많이 줄 수 있어.

따라서 기동성이 뛰어나지. 실제로 이번 3차 FX사업에 참가한 F-35, F-15SE, 유로파이터 중 유로파이터 타이푼이 기동성은 가장 좋아.

하지만 가격 좆망 유지비 좆망 부품 호환성 좆망 거기다가 밑장빼기까지하는 유럽 사기꾼새끼들

카나드는 또한 양력제어 면에서도 뛰어나기 때문에 이착륙거리를 극단적으로 줄이기에 좋은데,

사브사의 비겐이 카나드를 장착한 이유는 스웨덴 국방부에서 산지가 많은 스웨덴 지형에 맞추어 500m의 미친듯이 짧은 이착륙거리를 가진 전투기를

요구하였기 때문이었어. 일반적인 전투기는 이륙거리가 기본 700m는 나왔고 보통 1000m 이상 나오는게 보통인데 말이지..결국 성공..ㄷㄷ

또한, 카나드를 사용하면 기체의 빠른 상하전환이 가능하기 때문에 산악 지형에서의 CAS에서도 지상 목표물 공격에 좋은 효과를 보이기도 해

때문에 산지가 많은 우리나라에서도 사브 그리펜을 사오자는 밀덕들의 요구가 넘치고 있지....아청법...

여튼, 카나드는 주익의 종류는 아니지만 많은 비행기에서 이용되고 있는 미익의 한 형태라고만 알아둬도 될 듯 하다!

오늘은 여러 가지 비행기의 날개 모양에 대해 알아보았어.

다음 글에서는

왜 어떤 녀석들은 날개가 아래에 있고, 어떤 녀석들은 위에 있고, 어떤 녀석들은 앞에 있는지

비행기 날개의 다양한 위치에 대해 알아보자!

늘 그랬듯이,

태클/보충/오류/질문 환영하고, 다음 글에서 보자!!