[기본] 비행기가 비행중 날개의 80%가 손실되면?

몇년 전에는 꽤 관심있게 지켜보던 분야지만 본의아니게 세부 전공의 방향을 다른 쪽으로 전향하면서

잊고 있었는데 왠지 갑자기 생각나서 다시금 찾아봤습니다.

뭐 사실...알아도 그만 몰라도 그만인 흥미 위주의 내용일지도 모르지만 그냥 올려봅니다.








과거에는 비행 중 기체 손상시 Fail-Safe 구조설계를 통해 한정적인 범위 이내에서 안전을 보장받았지만

눈부시게 발전하고 있는 비행제어 기술로 인하여 기체의 손상 허용에 따른 안전 보장 범위가 점차적으로 확대되고 있습니다.

과거 이스라엘 공군 소속의 F-15가 공중 충돌 후 한쪽 날개만을 가지고 귀환을 한 영웅시되는 일화가 있는데 머지않아서는 당연히 돌아와야하는 상황이 펼쳐질 듯 합니다.

이는 비행 중 형상 재설정을 통한 기술인데 가령 위 영상과 같이 우측 주익이 80%가 절단될 경우 다음과 같은 현상이 벌어지게 됩니다.


- 주익간 양력 불균형으로 인한 우측 롤(Roll)

- 주익간 항력 불균형으로 인한 좌측 요(Yaw)

- 위에서 나열한 롤과 요에 따라 발생하는 부수적인 롤(Roll)/피치(Pitch)/요(Yaw)


그리고 이와 같은 움직임을 기체에 장착된 센서를 통해 자세를 모니터링하던 비행제어계통에서 기체의 움직임이 조종사의 의지가 아닌 손상과 같은 외적인 요소에 의한 것으로 판단될 경우 가능한 모든 자원(조종면 혹은 엔진 추력 등)을 동원해서 기체의 자세를 다시 제어하는게 바로 비행 중 형상 재설정입니다.

즉, 위에서 나열한 손상에 의해 발생하는 기체 운동을 막기 위해 다음과 같은 조치가 자동으로 취해집니다.


- 우측 롤을 막기 위해 에일러론 및 테일러론의 중립 위치 변경

- 좌측 요를 막기 위해 러더 중립 위치 변경

- 좌측 요가 심하거나 러더의 중립 위치 변경에 따른 조종성 하락을 막기 위한 엔진의 비대칭 추력 사용


이러한 과정이 공중 형상 재설정이고 이를 행하는 목적은 단순합니다.

전투 혹은 무언가의 충돌 혹은 결함과 같은 돌발 상황에 의해 기체가 손상이 될지라도 남아있는 가용 자원을 활용해서 최소한 활주로에 돌아와 착륙을 시도할 가능성을 높여주자...라는 겁니다. (달리 말하자면 생존성 향상)

딱히 하드웨어적으로 거창한 것을 요구한다거나 하는게 아닌 소프트웨어적인 성향이 강하기 때문에 민간 항공기, 군용 항공기, 유인기, 무인기 모두 적용가능하기 때문에 항공 사고로 인한 인명 피해를 최소화할 수 있는 좋은 연구가 아닐까 생각됩니다.






덧, 물론 항공기의 경우 사고 확률이 낮다고 할지라도 그 운용 특성(고고도, 고속) 때문에 사고가 발생할 경우 사망 확률이 높습니다. 하지만 위 영상처럼 이를 줄이기 위해 지금 이 순간에도 어디에선가 누군가 꾸준히 노력하고 있습니다.

[chimbang]

항공역학이나 세부적인 사항은 잘 모르겠는데 안전대책이
상당히 뛰어난거 같습니다. 그런데 궁금한게
하드웨어적인 대책으로 주요 비행요소의 위치를 바꾸게 하는
과정이 포함되어있는데 그럼 기체의 강도에 영향을 끼치지
않을까요?

[Clairade]

한쪽 날개가 없는데 비행이 가능하다는 게 정말 신기하네요

[유리 카이리]

chimbang // 주로 기체에 무리가 가는 것은 흔히 말하는 G가 걸리는 피치 업 방향으로의 기동이고, 위에서 설명한 공중 형상 재설정은 통상적인 조종면의 조작 한계 범위 이내에서 조작이 이루어지기 때문에 큰 문제는 없습니다. 만약 기체 파손 상황이기 때문에 그로 인한 추가 손상이 고려된다고 할지라도 일단 착륙할때까지만 버텨주면 되니까요. (말씀하신 하드웨어적인 대책의 경우 제가 위에서 거론한 것은 Fail-Safe 설계인데 가령 일부가 파손되더라도 전체 파손까지는 일정 시간동안 버텨준다거나 그로 인한 집중 하중을 다른 구조물에 골고루 분산시키는 부분을 말합니다.)

[Muv♡Luv]

일본 어느 항공기도 꼬리날개를 잃고 좌우 엔진출력으로 방향을 조절하면서 비행하다 추락한 이야기가 떠오름. 그게 교범이 되서 어느날 외국 항공기가 같은 사고가 났었는데 다행히 착륙에 성공했다는 이야기던가...당시 사고가 조종사의 실수인줄 알고 유가족들이 조종사 가족에게 항의했다가 뉴스에 블랙박스가 공개되면서 유가족들이 잘못했다고 조종사 가족에게 사과하기도 했었는데.

[ㅋㅅㅋV]

파일럿이 수동으로 기체를 동작하는 것으론 자세제어가 무척이나 어렵겠지만
컴퓨터로 자세를 제어하는 FBW(Fly By Wire)로는 힘들겠지만 충분히 안정적인 비행 자세를 제어 할 수 있습니다.
FBW 덕에 수직미익이 없는 B-2 Sprit의 경우, 안정적인 비행을 할 수 있는 것이구요.

[chimbang]

아..그렇군요 기술의 의미를 생각해보면 강도걱정은 사치네요;
답변 감사합니다

[유리 카이리]

ㅋㅅㅋV // Fly-by-wire로 힘들지만 가능한게 아니라 저 기술 자체가 Fly-by-wire 시스템을 구현하기 위해 탑재한 FLCS(Flight Control System)에서 비행제어 소프트웨어와 같은 디지털 연산을 거치기 때문에 거기에 추가적인 내용 구성으로 구현하는 겁니다.

그리고 B-2의 경우 Fly-by-wire의 덕을 가장 많이 본 부분은 수평 조종면 조합을 통한 롤/피치/요 운동 구현이라고 봐야겠죠. 안정성 자체는 외부 형상이나 내부 형상을 살펴보면 안정성 확보를 위한 노력이 꽤 많이 들어갔습니다. (무게중심을 앞으로 최대한 옮기고 공력중심을 최대한 뒤로 빼기 위해서 완전한 삼각형이 아니라 역 V자 형태로 앞쪽이 두툼하고 날개에 후퇴각을 줬다던가...)

[라카라카]

착륙할때만 안다치면 되겠네요;;ㅋㅋ