[항공 지식] 항공기의 날개에서 움직이는 고양력장치에 대해 알아보자! 플랩(FLAP)이란 무엇일까?

**고양력장치 - 플랩(flap)**

**오랜만에 이런거 써보네요...;; 네이버 이후로 생각도 안하고 있었는데...**

고양력장치란 ? (High Lift Device)

 

 비행기는 활주거리가 짧고 저속으로 안전하게 이륙 또는 착륙하여야 합니다. 그러기 위해서는 속도를 줄이고 받음각을 높여야하는데, 이것을 날개 자체만을 가지고 해결하려할 경우 몇가지 난항이 생깁니다.
첫째, 날개의 에어포일의 최대 양력계수는 1.2정도로 한계가 있습니다.
둘째, 날개 면적을 크게 할 경우 고속 비행이 불리해집니다.
그래서 고안된 것이 바로 고양력장치(High Lift Device)입니다.

▲ 플랩의 각도가 커질수록 양력계수는 증가한다.

 
이 고양력장치는 크게 앞전 플랩과 뒷전 플랩으로 나뉩니다. 이 고양력장치들은 양력발생률을 높이는 동시에 저속에서의 실속을 막으며, 에어브레이크 역할을 해 공중에서의 속도를 늦추는 효과를 줍니다. 
 
그러나 플랩 사용에도 단점이 있습니다.
플랩을 펼친채 착륙을 할 경우 예기치 못한 측면이나 전면에서 불어오는 바람에 의해 더 많은 양력과 항력을 발생시켜 결과적으로 기체가 롤링이나 요잉, 피칭을 겪기 쉬우며, 심하면 조종성을 잃게 될수도 있습니다.

그동안 발생한 항공사고에서 보면, 착륙 직전에 위급 상황을 발견하고 상승하려 했으나, 고양력장치의 전개로 인하여 충분하게 상승하지 못하여 추락한 경우도 많이 존재합니다.

관련 사고 글은 이쪽으로.
2012/01/26 - [::항공 사고::] - [항공 사고] 최첨단 기기의 오류, 조종사 vs 시스템 - Air France 296
2012/01/08 - [::항공 사고::] - [항공 사고] 520명이 사라져간 최악의 단일 항공사고 - Japan Airlines 123

또한, 기어가 땅에 닿아 활주할 때 플랩에 의해 발생하는 양력 때문에 바퀴에 기체의 모든 무게가 작용되지 않아 휠 브레이크의 효율을 끌어올리지 못하게 됩니다. 이것은 곧 활주거리의 증가를 의미합니다. 그래서 비나 눈이 올경우 파일럿은 랜딩후 플랩을 올려 평소보다 타이어에 힘을 더 가하도록 한후, 휠 브레이크에 의한 정지에 더 의존하게 됩니다.

플랩의 종류 - 뒷전플랩과 앞전플랩

앞서 말했듯이 플랩은 앞전과 뒷전형이 있으며 이외에도 동력형 고양력장치(powered high-lift device) 등이 사용된다.

 

▶뒷전플랩

1. 평면플랩(Plain flap)

 평면플랩은 단순히 에어포일의 끝 부분을 밑으로 내려 캠버를 바꿔줌으로써 받음각을 크게 해주는 간단한 구조입니다. 제 1차 세계대전 당시 광범위하게 사용된 형태로서 매우 단순한 형태의 비행기에 쓰입니다.

2. 스플리트플랩(Split flap)

 스플리트플랩은 그림에서 보듯이 에어포일 사이가 갈라져 내려오는 형태로 평면플랩 처럼 매우 단순한 구조입니다. 그런데 이 스플리트플랩은 날개면적을 그대로 한채 플랩을 내려 캠버를 증가시키는 구조로 플랩 후류에 의해 항력이 증가되는 결점이 있습니다. 그래서 스플리트플랩은 DC-3나 C-47 등에 조금 쓰이고는 1930년대 다른 플랩들에게 자리를 내주어야 했습니다.

3. 슬로트플랩(Slotted flap)

 

 공기가 매끄럽게 흐르는 날개에 갑자기 플랩이 내려오면 당연히 플랩부분에 높은 압력이 작용됩니다. 슬로트플랩은 날개와 플랩사이에 공간을 두어 그 사이로 공기가 흐르게 함으로써 공기흐름이 플랩을 감싸도록 하였습니다. 즉, 공기흐름을 원할하게하는 동시에 플랩의 효과를 끌어올려 결과적으로 양력 증가와 적당한 항력을 가져오게 되었습니다. 이것은 1920년대 Handley-Page사에 의해 발명되었으며 후에 개발된 플랩들은 모두 이 슬로트플랩을 기반으로 개발되었습니다.

 

▲ 슬로트플랩을 이용할 경우 플랩과 날개사이의 공간에서 양력계수가 증가한다.

4. 파울러플랩(Fowler flap)

 

 파울러플랩은 플레인플랩과 스플리트플랩을 혼합한 형태라고 할 수 있습니다. 플레인플랩처럼 에어포일 끝단이 내려가며, 이 끝단은 스플리트플랩처럼 본래 날개의 밑단이 갈라져 나온 것입니다. 밑부분이 갈라진 플랩이 뒤쪽으로 뻗어진 후 아래로 내려가는 원리이지요.

5. 더블 슬로트 파울러플랩(Double Slotted Fowler flap)

 

 2단 혹은 3단 슬로트 파울러 플랩은 가장 흔하게 접하는 형태의 플랩입니다. 이름 그대로 두개의 플랩이 슬로트 형태로 떨어져 있으며 파울러 형식으로 나옵니다. 이것은 날개와 플랩사이, 플랩과 플랩사이가 떨어져있어 보다 유연한 형태의 날개 형상을 만들며 이는 더욱 효과적인 공기흐름을 유도합니다.

 

                                                                ▲ 위에서 부터, 순항 - 이륙 - 착륙

6. 잽 플랩(Zap flap)

 잽플랩은 스플리트 플랩과 비슷하나 날개면적을 더 크게 할 수 있어 더 많은 양력의 증가를 얻게 됩니다. 이것은 정해진 트랙을 따라 움직이는데, 피봇암에 의해 뒤쪽으로 빠져나온 후 아래로 내려가도록 되어있습니다.

7. 경계층제어 플랩(BLC; boundary layer control Flap)

 BLC 플랩은 날개가 얇고 이착륙속도가 높은 제트 전투기에서 쓰이는 형태로 플랩이 부착된 뿌리부터 압축공기를 내보내서 효율을 높이는 원리입다. 이 압축고압공기는 엔진으로 부터 오며, 표면을 흐르면서 공기의 박리를 방지합니다. 1950년대 미 해군에서 함재기의 착륙거리를 짧게 하기 위해 개발했지만, 장치의 복잡성과 무게 때문에 현대에는 쓰이지 않는 구조입니다. 대표적으로 F-4 팬텀에 주로 쓰였습니다.

이 7가지 외에 Junkers 플랩, Gouge 플랩, Fairey-Younman 플랩 등이 있습니다.

▶앞전플랩
 플랩이 날개의 앞쪽에 달려있는 형태로 플랩의 앞이 내려가 양력을 증대시키는 것이다. 플랩을 작동시키면 실속의 발생을 늦출 수 있기 때문에 저속비행에서 기동성도 올라간다. 그래서 현대의 몇몇 전투기들은 이 앞전플랩을 사용하며, 우리나라의 T-50 역시 사용하고 있다.

1. 크루거플랩(Krueger flap)

 크루거플랩은 그림처럼 날개 앞부분에 붙어 있어 위아래로 접어지는 형태의 플랩입니다. 이것은 에어포일의 캠버와 두께를 크게하여 양력과 항력을 증가시킵니다. 이 크루거플랩은 많은 비행기에서 쓰이는 형태입니다.

2, 슬롯(Slot)
 슬롯은 길고 가는 통이나 홈으로, 주익 아랫면의 공기를 슬롯을 통하여 윗면으로 보내어 기류가 이탈하는 것을 방지합니다. 이 틈은 벌어지거나 닫히지 않습니다. 

3. 슬랫(Slat)
 슬랫은 본래 블라인드의 가로창살과 같이 단층모양의 판자를 표현하는 단어로, 비행기에서는 주익앞에 장비하여 필요에 따라 전하방으로 내밀 수 있는 장치를 가리킵니다. 슬랫이 작동되었을 경우 이것은 슬롯과 같은 역할을 합니다. 

이 크루거 플랩과 슬랫 같은 앞전플랩들의 가장 큰 장점은 날개 앞부분에 새로운 경계층을 만듬으로써 처음 날개에 작용하는 공기의 박리를 제거해준다는 것입니다. 

끝으로... 플랩은 많은 공기역학적 오류들을 바로잡아 주었지만, 아직도 이해되지 않는 공기역학의 문제들이 많이 남아 있으며, 이는 앞으로 날개 모양의 변화가 계속될 것임을 의미합니다. 

마치면서... 제 첫 팀블 포스팅입니다. 보니까 고양력장치에 대한 설명이 조금 미흡하게 되있는것 같아서 조금 보태봤습니다. 솔직히 이쪽 분야에는 아는것이 거의 없는지라 다른 분들이 어떻게 판단하실지는 잘 모르겠습니다만,
나름 열심히 썼습니다 ^^
그리고, AH-X 사업이 뒤틀리는 조짐이 보여서 그 포스팅은 나중으로 미뤄야 할듯합니다.

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팀장 유이냥의 소개 : 블루엣지님은 http://blue5182.tistory.com/ 개인 블로그로도 활동하고 계시며, 회전익기 분야에 있어 절대적인 지식을 가지고 계십니다. 저희 팀원분들이 각자 관심 있고 전문적인 분야가 있는데 헬리콥터 든 회전익기에 있어서는 다들 많이 아는 편이 아니여서 걱정되었는데, 블루엣지님이 빈 자리를 채워주셨습니다. 앞으로도 좋은 내용의 포스팅 기대할게요.

참고자료

Flap.hwp

flap 2.hwp

flap 3.hwp

항공우주학개론 p.58
도해 전투기 p.172~5