익면하중(翼面荷重)
Over-wings로 비행할 것인가?
Under-wings로 비행할 것인가?
다음은 날개의 의문을 고찰하는 특별 인터뷰 내용이며 인터뷰에 응한 사람은 유체역학, 항공공학의 전문가임
정확한 익면하중을 구하는 방법은?
누구나 알고있으리라 생각하지만 익면하중이란 중량과 익면적과의 비인 것이다. Paraglider(이하 PARA라 표기함)의 경우에서 정의하면 비행 중의 비행사의 전 장비를 포함한 전비중량(全備重量)을 익면적으로 나눈 수치이다.(단위는 ㎏/㎡)
전비중량이란 비행복을 착용했을 때의 비행사의 체중뿐만 아니라, 부츠, 헬멧, 하네스, 구조용 락하산 거기에다 PARA자체의 산줄과 Canopy의 포지를 포함한 중량으로 간단하게 말하면 비행사가 PARA도구를 전부 넣은 배낭을 등에 매고 체중계 위에 올라 섰을 때의 중량이다. 현재 PARA 메이커에서 표시하고 있는 비행사의 적정중량영역은 전장비중량을 표시하고 있는 것이 대부분이다.
이상적인 익면하중이란?
이상적인 익면하중이라는 것은 10년 간의 PARA에 대한 지식의 집적과 함께 변화해 왔다. 85-86년경에는 유일하게 21㎡ Size의 날개로 비행하고 있었다. 이것을 대략 4㎏/㎡이거나 그 이상이었다. 당시는 익면하중을 보다 중요하게 취급하고 있어서, 3㎏/㎡ 미만에서는 위험하다고 생각하고 있었다.
그래서 지금 1인승 PARA의 평균적인 익면하중은 대략 3㎏/㎡로 그 이하의 익면하중(Over wings)으로 비행하는 것도 일상 다반사가 되고 있다.
이 10년 사이에 익면하중을 생각하는 방법도 상당히 변화하고 있다. Tandem용의 대단히 큰 날개는 발라스트 등으로 전비중량을 크게 해서 익면하중을 거의 3.5㎏/㎡까지 해서 날수도 있으며, 반대로 작은 날개로도 날수만은 있다. 작은 날개라면 PARA에 드는 단가를 절약하는 것도 가능하다. 때문에 비행사는 선택할 수 있는 길이 두 가지가 있다.
나 자신은 최근에는 초 경량의 사람 때문에 내가 설계한 19㎡의 날개로 비행하는 일이 번 번히 있고 동시에 41㎡의 Tandem용의 날개로 비행하는 경우도 있다. 물론 각기 비행조작이 달라지고, 특히 기상조건을 고려해서 어느 것으로 비행할 것인가를 결정하고 있다. 각기 전혀 비행이 다른 정도로 즐길 수 있다.
PARA Size를 택하는 방법은?
PARA의 설계자도 어느 하나의 전비중량을 머리에 넣어서 거기에 최적의 기체(날개)를 디자인하는 것이다.
때문에 현실의 기체 적정중량영역은 그 기체에 딱 맞는 최적전비중량에서 +, - 어느 쪽이든 10%의 오차를 초과하지 않은 것으로 되어있다. 예를 들면 기체의 최적전비중량의 80㎏라고 하면 그 기체를 탈 수 있는 비행사의 범위는 전 장비를 포함한 중량으로 70-90㎏가 한계가 된다. 당연하지만 최적의 적정중량범위는 중간의 중량임. 일반적으로 말해서 이 적정중량범위의 중간중량의 비행사가 탓을 때 그 날개가 최고의 연기를 발휘해서 날개를 조작할 수 있는 것이다. 때문에 이러한 관점에서 글라이더를 선택하는 것이 좋다고 생각한다. 다만 어떤 기체를 선택할 것인가는 역시 시승해 보아야 하지만도. . .
만일 적정중량범위의 기체를 찾을 수 없을 경우 오버 사이즈 또는 언더 사이즈 모델 중 어느 것이 좋은가?
할 수 없이 어느 쪽을 선택할 것인가의 상황이 되면 그것은 비행사가 기체에서 무엇을 원하는가에 달려 있다. 오버 사이즈의 날개로 비행하면 속도의 손실이 있지만 강하율에서는 유리하게 된다. 이 경우 동작은 거의 완만한 날개로 비행하게 되어 느긋하게 비행을 즐길 수 있다. 단 이륙시 조작이나 착륙할 때 강풍 시에는 날개가 날려버림(스핀네가현상)을 피하기 위해 날개를 쓰러트리는 동작이 보다 어렵게 된다.
반대로 언더 사이즈의 날개는 비행하게 되면 활공속도가 증가하고 침투력도 향상해서 반응도 빨라지고 조작도 정확히 행해져 써멀에서도 들어갈 수 있으나 동시에 신경을 써야하는 비행이 되기 때문에 민감하게 조종이 되어야 한다.
비행 중의 사고 때 익면하중은 어떻게 작용하는가?
특히 그 중에서도 ACPUL 등의 기체의 성능시험에서 확인된 것이지만 익면하중이 크면 클수록 다시 말해서 Under wings이 되면 될수록 전체적으로 가속되기 때문에 사고의 확률이 높아지게 된다.
반대로 Over wings로 비행하게 되면 날개의 반응은 완만하게 되어 비행사는 날개의 재 반응에 대하여 시간적 여유를 가지고 비행을 할 수 있으나 동시에 날개를 조작하는데 시간이 걸린다는 것이다. 당연히 날개의 접힘에서 회복도 완만한 것이 된다.
Under wings 로 비행하고 있으면 날개의 접힘에서 금새 회복되지만 동시에 날개는 나바스(?)가 되기 때문에 비행사는 그 몫이 만큼 날개의 거동을 예측해서 조작을 하고 더욱 카운터 조작도 보다 많이 필요로 한다.
파라슈트 강하현상에 대하여는 익면하중이 큰 Under wings 에서는 거의 발생하지 않으나 (공기탄성의 변화가 원인) 발생 시에는 불의에 일어난다. 이것이 익면하중의 적은 Over wings의 실속으로부터의 회복에 보다 시간이 걸리기 때문에 Under wings때보다는 파라슈트 강하현상이 발생할 확률이 높다고 말한다.
Over wings에서 긴급강하(날개 접기 또는 B스톨)가 곤란하지 않은가?
나는 그렇게 생각하지 않는다. 날개 접기나 B스톨에 대하여 Over wings 나 Under wings 로 했을 때 같은 상태로 할 수 있었다. 다만 낙하율은 커지지만, Over wings 에서의 문제는 그것보다 역시 이륙과 착륙할 때 있었다. 날개가 크면 클수록 바람에 대하여 조종이 어렵다. 평지에서 핸드링연습을 해보면 바로 알 수 있다.
"쥬에라로도 파스칼"씨가 고안한 기하학적으로 변화하는 날개라는 것은 이상의 문제를 해결할 수 있을 것인가?
그가 생각하는 날개는 활공비가 손실하지 않은 날개로 표면적을 적게 하기 위한 목적으로 해서 훌륭한 아이디어이다. 역학적으로 해결하고자 하는 발상은 머리가 좋은 시험법이나 그러나 날개는 특수한 것이 되기 때문에 공력적(空力的)으로도 완벽한 것으로 만들어지지 않으면 아니 된다.
날개는 아마도 폭이 좁은 익형이 될 것이다. 그러기는 하지만 공기역학상의 결과는 명백하지는 않다. 날개가 진행하는 궤도(軌道)방향으로 최대속도가 증가하는 것과 익면하중과는 직접적인 관련성이 없다. 다소라도 날개에 발생하는 유해항력이 첨가하게 되면 그 만큼 점점 가능성은 없어지는 것이 아닌가. 결국 실제로 해보고 경험 해보는 길밖에 없을 것이다.
마지막으로 구조낙하산(파라슈트)의 경우 Over canopy와 Under canopy에 대하여 어떻게 생각하는가?
실제로 공중에서 낙하산을 펴는 실험장면이 많이 비디오화 해 있으나 이것을 보면 Over(큰 구조용 낙하산) 쪽이 강하율에서도 안전성에서도 뛰어나고 개산 후는 PARA의 비행기능을 억지 하는데도 유리하다.
반대로 Under(작은 구조용 낙하산)에서는 개산이 빠르기 때문에 오토로테이션(실속강하Spin)시에는 Stopper가 되나 강하속도가 빠르기 때문에 착륙은 어렵게 된다. 더욱이 좀 체구가 작은 비행사는 더욱 날개로 해서 기능하고 있는 패러글라이더와 구조용 낙하산과의 예기치 못하는 상호작용을 컨트롤하지 않으면 아니 됨으로 낙하산에 대하여는 Over-canopy가 좋다고 생각한다. - 끝 -