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[근대/현대] 비행기 (두산)
비행기 airplane 飛行機 추진장치를 갖추고 고정날개에 생기는 양력(揚力)을 이용해 비행하는 항공기의 총칭. I. 개관 세계 최초로 실질적인 비행에 성공한 비행기는 미국의 라이트 형제(형은 윌버, 동생은 오빌)가 만든 플라이어호(號)로, 1903년 12월 17일 미국 키티호크에서 오빌이 조종하여 12초 동안에 36m를 비행하였다. 그러나 인류는 이보다 앞서 여러 형태의 항공기로 하늘을 나는 데 성공하였다. 1783년 10월 프랑스 P.로지에는 J.M.몽골피에가 만든 공기보다 가벼운 기체를 이용한 기구(氣球)를 타고 인간으로서는 최초로 비행하는 데 성공하였다. 19세기 후반부터 추진장치(기관과 프로펠러)가 비행선에 장착되었다. 1891년 독일의 O.릴리엔탈은 날개의 양력을 이용하여 비행하는 글라이더(glider)를 최초로 제작하여 비행에 성공하였다. 여러 사람이 글라이더의 경험에서 얻은 항공역학적 지식과, 19세기 말에 실용화된 가솔린 기관의 특성을 조합하여 만든 비행기로 비행에 도전하였으나 실패하였다. 그 후 라이트 형제에 의해 마침내 비행의 꿈은 실현되었다. 1914년 제1차 세계대전이 일어날 무렵, 비행기의 세계기록은 시속 204km, 항속거리 1,021km, 고도 6,120m까지밖에 미치지 못하였으나, 4년간에 걸친 전쟁으로부터의 가혹한 시련으로 빠르게 발달하여, 종전(終戰) 직후인 1919년 세계 각국에서 비행기에 의한 여객수송의 정기항로가 개설될 만큼 성능이 크게 향상되었다. 대전 후 군용기의 잉여분은 민간에 불하되었는데, 민간기와 군용기로 각국에서 속도비행과 장거리비행을 시도하여 비행기의 성능과 속도는 날로 향상되었다. 그리하여 1927년 5월 20~21일 미국의 C.A.린드버그는 ‘Spirit of St.Louis’를 타고 뉴욕과 파리 사이의 대서양횡단 무착륙비행(거리 5,809km, 비행시간 33시간 50분)에 성공하였고, 미개척 항공로의 기록비행으로 대양횡단·북극횡단·대륙간비행·세계일주비행이 성행하였다. 이 결과 항공수송로는 크게 개발·연장되었다. 항공기술은 20년대에 실용화되면서 성능 향상이 큰 과제가 되어, 이에 대한 연구와 시험비행으로 1930~1935년 비약적인 발전을 하여 근대적인 기반을 구축하였는데, 그 주요 원인을 들면, ① 플랩의 실용화:고양력장치로서 이착륙거리를 단축시켜 성능을 향상시키고, 비행기 운영에 크게 이득을 주었다. ② 접개식 다리의 활용:비행 중에는 날개나 동체 속에 집어넣고 공기저항을 감소시켜 비행성능을 향상시켰다. ③ 가변(可變)피치프로펠러의 실용화:비행 중 피치를 바꾸어 어떤 비행상태에서도 적응할 수 있게 하여 비행효율을 향상시켰다. ④ 과급기(過給器)의 개선:고공(高空)에서는 공기가 희박하여 기관의 출력이 저하되므로 이를 방지하여 기관의 출력을 증가시켰다. ⑤ 세미모노코크(semi-monocoque)구조의 개발:강력하고도 가벼운 두랄루민 박판(薄板)을 사용하여 금속비행기를 생산하게 되었다. 이와 같은 새로운 장치와 구조가 실용화되고, 이것들을 종합하여 근대적인 저익단엽형식(低翼單葉型式)이 완성됨으로써 비행기의 표준화가 이루어졌다. 1936~1945년에 이르는 제2차 세계대전의 영향으로 비행기의 성능 및 실용성은 완벽해졌는데, 특히 전후(戰後)에 급속히 실용화된 제트기와 각종 전자장치를 이용한 항법장치의 등장은 교통기관으로서의 비행기를 지상이나 해상의 교통기관과 대등한 지위를 확보하는 데 공헌하였다. 제트기가 세계에서 처음으로 비행한 것은 1939년 독일의 하인켈 HE-178기이며, 대전(大戰) 말기인 1943~1944년에는 독일이나 영국의 제트기가 전선(戰線)에 투입되었다. 제트수송기가 처음으로 정기항공에 취항한 것은 1952년 영국의 DH 코멧기이지만, 수송기의 본격적인 제트화(化)는 1958년에 비롯되었다. 프로펠러기(機)에서는 음속에 가까워지면 효율이 급격히 저하되기 때문에 시속 800km 이상의 속도를 내는 것은 무리라고 생각되었으나, 제트기에는 그와 같은 제한이 없으며, 군용기인 록히드 YF-12A는 이미 시속 3,547km(마하 3.3)의 속도기록을 수립하였다(마하수는 음속에 대한 배수로서 마하 1.0은 해면에서 시속 1,225km, 성층권에서 시속 1,060km이다). 상용(商用) 수송기의 속도는 일반적으로 마하 0.85 정도이지만, 1976년 이래 초음속 수송기(supersonic transport:SST) 콩코드는 음속 2배의 속도로 정기노선에 취항하고 있다. 1970년대에 들어서면서 강력한 제트 기관의 출현으로 제트수송기는 대형화되어 500명 정도의 승객 또는 100t의 화물을 적재할 수 있는 점보제트의 수송시대가 전개되었다. 1989년에는 레이더에 포착이 되지 않는 F-117A 전투공격기와 B-2 폭격기가 미국의 록히드사(社)와 노드롭사에 의해 개발되었다. ll. 원리 비행기의 중량을 공중에서 지탱하는 것은 날개(주날개)에 작용하는 양력이다. 비행기가 공기 속을 어떤 속도로 전진하면 그 속도와 같은 바람(공기의 흐름)이 날개에 닿는다. 이 공기의 흐름은 만곡(彎曲)이 큰 날개의 윗면을 통과할 때는 유속(流速)이 빨라지고, 만곡이 작은 아랫면에서는 유속이 느려진다. 베르누이의 정리에 따르면 유속이 증가하면 유체의 압력이 감소되고, 반대로 유속이 감소되면 압력은 증가된다. 그러므로 날개의 윗면에서는 부압(負壓:negative pressure)이 생겨서 날개를 빨아올리고, 아랫면에는 정압(正壓:positive pressure)이 생겨서 날개를 위로 밀어올려, 이 상하면의 작용이 합쳐져서 날개에는 상향(上向)하는 양력이 생긴다. 비행기가 일정한 속도로 수평비행을 할 때에는 날개의 양력이 기체(機體)의 중량과 균형을 잡는다. 날개에 양력을 발생시키기 위해서는 비행기를 어떤 속도로 공기 속을 전진시켜야 한다. 날개의 양력의 크기는 속도의 제곱에 비례하며, 또 날개의 기류에 대한 받음각[迎角:angle of acttack]이 커질수록 양력도 대략 그것에 비례해서 커진다. 비행기는 양력이 중량과 같아진 상태에서 수평비행을 하므로 빨리 비행할 때는 받음각을 작게 하고, 느리게 비행할 때는 받음각을 크게 해야 한다. 이와 같이 받음각을 크게 하면 양력은 대략 그것에 비례해서 커지지만, 받음각이 어느 한도를 넘으면 날개 윗면의 공기의 흐름이 표면의 점에서 벗어나 그 뒤의 기류가 흐트러진다. 그리하여 어떤 받음각을 넘으면 그 이상의 받음각을 증가해도 양력은 오히려 감소되고, 더구나 흐트러짐이 심해져서 날개로서의 기능이 나빠진다. 이러한 상태를 실속(失速)이라고 하며, 이때의 비행기 속도를 실속속도라고 한다. 받음각을 실속점 이상으로 크게 해도 양력은 증가되지 않으므로, 실속속도 이하의 속도에서는 이미 기체의 중량을 지탱할 만한 양력을 낼 수가 없다. 즉, 실속속도는 비행기가 수평비행을 할 수 있는 최소속도이다. 일반적으로 지상 또는 수면 위에서 움직이는 타고 다닐 수 있는 물체는 어떤 느린 속도로도 달릴 수 있으나 비행기는 한정된 최소속도 이하에서는 비행할 수 없다. 비행기의 총중량을 날개의 면적으로 나눈 값을 날개하중(wing load)이라고 한다. 이것은 날개의 1 m2의 면적당 몇 kg의 양력을 내는가의 값을 나타낸다. 고속의 제트 수송기는 1m2당 600kg 정도이지만, 경비행기는 50~100kg 정도이다. 비행기가 일정한 속도로 수평비행을 하고 있을 때는 추력과 항력(抗力)이 균형이 잡혀 있다. 추력이 항력보다 클 때 비행기는 상승하고 추력이 항력보다 작을 때는 이 힘의 부족을 보충하려고 비행기는 하강한다. 어떤 비행기든지 각기 최소속도가 정해져 있어 그 속도 이하에서는 비행할 수 없으므로, 지면으로부터 이륙할 때는 그 최소속도 이상이 될 때까지 지상을 활주하여 가속에 의해 필요한 양력을 얻어야 한다. 또 착륙할 때도 최소속도 이상의 속도로 접지(接地)하므로 정지할 때까지 지상을 활주하여 그 사이에 감속해야 한다. 보통의 비행기가 이착륙할 때 지상활주가 불가피한 것은 이 때문이다. lll. 분류 비행기는 추진장치에 따라 프로펠러기와 제트기로 크게 구별된다. 프로펠러기에는 실린더 속을 피스톤이 왕복하여 크랭크축(軸)을 돌리는 피스톤 기관(왕복기관이라고도 한다)으로 프로펠러를 구동하는 것과, 가스터빈으로 프로펠러를 돌리는 터보프롭기가 있다. 피스톤식에 비해 터보프롭은 기관의 마력당 중량이 1/2 이하이고, 외형이 작을 뿐만 아니라 구조가 간단하고 진동이 적다는 이점이 있다. 피스톤은 1903년의 라이트기 이래 오늘날까지 사용되어 왔으나, 1953년경 터보프롭이 실용화된 이래 점차 자취를 감추어 오늘날에는 극히 마력(hp)이 작은 것을 제외하고 거의 터보프롭이 프로펠러기의 주류를 이루고 있다. 제트 추진은 다량의 가스를 고속으로 뒤쪽으로 분출하여 그 반동으로 전진추력을 얻는 방식으로, 오늘날 제트기에 주로 사용되고 있는 것은 터보제트이다. 터보제트는 터보프롭에서 프로펠러를 돌리는 데 사용되고 있는 것과 같은 원리인 가스터빈이며, 압축·연소로 얻은 고압·고온의 가스를 뒤쪽으로 분출하여 전진추력을 얻는 것이다. 최근에는 터보제트 앞에 팬을 장치하여 팬으로 압축한 공기를 일부는 그대로 뒤로 분출하고, 나머지 일부는 기관 속에 보내서, 그곳에서 다시 압축·연소시켜 뒤쪽으로 분출하여 양쪽 작용으로 추력을 일으키는 형식(터보팬이라고도 한다)이 수송기 등에 널리 사용되고 있다. 이 밖에 제트 추진으로서는 램제트·로켓 등도 장차 비행기용으로 사용될 가능성이 있으나, 아직은 실용단계에 이르지 못하고 있다. 제트기와 프로펠러기를 비교하면, ① 프로펠러기는 시속 700~800km일 때 효율저하가 되므로 실용상의 한계가 있어 1대당 출력은 1만 5000마력을 한계로 보고 있다. ② 제트기는 제트기관의 추력으로 비행하므로 속도가 빨라지면 빨라질수록 상당축마력이 증가되어 고속운행에 유리하다. 현재는 터보제트기관이 터보팬제트 기관으로 성능과 효율이 향상되어, 고속화 ·대형화된 점보기에 널리 사용되고 있다. 비행기는 착륙장치에 의해 육상기(陸上機)·수상기·수륙양용기로 분류된다. 육상기는 바퀴식 착륙장치를 가지고, 육상에서 이착륙하는 것이며, 수상기는 플로트식 착륙장치 또는 정체(艇體)로 수상에 이착륙하는 것인데, 정체를 가진 것을 비행정(飛行艇)이라고 한다. 육상·수상의 양용 착륙장치로 어디서나 이착륙할 수 있는 것을 수륙양용기라고 한다. 수상기는 대체로 육상기보다 중량이나 공기저항이 커서 성능적으로 뒤지며, 지상에서의 취급도 불편하다. 최근에는 육상기의 신뢰성이 증가하여 안심하고 해상비행을 할 수 있게 되었으므로, 현재는 수상기나 수륙양용기는 극히 한정된 용도에 소수가 사용되고 있을 뿐이다. 용도면(用途面)으로는 민간기와 군용기로 크게 구별된다. 민간기에는 여객·화물·우편물 등을 고속으로 수송하기 위한 수송기·에어택시, 연락이나 각종 기상작업에 사용되는 다용도기(多用途機) 또는 비즈니스기, 공중사진측량에 사용되는 측량기, 농약살포에 사용되는 농업기, 스포츠용 경비행기, 어군탐지기, 조종훈련에 사용되는 연습기 등이 있다. 수송기의 표준적인 형식은 마루판(板)에 의해 동체가 상하로 구획되어 마루 위는 객실이고, 그 앞쪽에 조종실이 있으며, 마루 밑은 화물실 및 각종의 장비품실로 되어 있다. 그러나 최근에는 항공화물의 수요가 급속히 증가하였으므로, 마루 위도 화물실로 꾸민 순수한 화물수송기도 사용되고 있다. 대형 화물기에서는 화물은 컨테이너 또는 팰릿(pallet:화물을 여기에 쌓고 자체를 비행기에 실음)을 사용하는 경우가 많은데, 점보제트의 컨테이너는 컨테이너선(船)과 같은 치수로 되어 있다. 군용기에는 전투기·폭격기·공격기·정찰기 등 제1차 세계대전 이래의 기종(機種)이 오늘날까지 존속되고 있으나, 비행기의 성능의 눈부신 발달과 그것에 따르는 각 기종의 용법(用法)의 변화에 의해 각 기종의 내용이 많이 달라졌다. 예를 들면, 제1차 세계대전 당시는 폭격기라고 하면 적재량과 항속능력(航續能力)에 중점을 두었기 때문에 속도면에서는 전투기보다 훨씬 뒤졌으며, 반대로 전투기는 속도나 조종성에 중점을 두고 다른 성능은 관심 밖이었으므로, 서로 대조적이었다. 그러나 오늘날에는 예를 들면, 미국 제너럴다이내믹스사(社)의 F111은 같은 기본형에다 장비를 용도에 따라 변경함으로써 전천후(全天候)의 요격 ·제공전투기형도 되고, 장거리용 전략폭격기형도 되어 용도의 신축성을 보이고 있다. 근래에 와서 특히 중요성이 더해진 기종으로는 대잠수함초계기와 군용수송기가 있다. 대잠수함초계기는 레이더·자기탐지장치·소나(음향탐지장치) 등과 같은 근대적인 잠수함 탐지장치나 공격무기를 장비하여 장시간의 초계가 가능한 기동력과 성능이 향상된 것이다. 군용 수송기는 전세계를 전역(戰域)으로 가상하는 항속능력과 각종 차량·대포·전차, 기타의 물자를 운반하기 위한 것이며, 기수(機首)와 기미(機尾)에 커다란 화물용 문이 있다. 세계 최대의 군용 수송기는 미공군(美空軍)의 록히드 C5A로, 총중량 347t이며, 120t의 물자를 약 5,600km까지 수송할 능력을 보유하고 있다. 이 밖에 군용기로서는 연습기·연락기 등이 있는데, 연습기에는 초음속 성능을 보유하고, 장비에 따라 공격기용이 되는 것도 있다. lV. 구조와 기능 비행기의 날개는 양력을 발생해서 기체의 중량을 지탱하는 중요한 구실을 한다. 그러므로 여러 상태에서 날개에 걸리는 하중에 견딜 수 있게 튼튼하고도 가벼운 구조이어야 한다. 일반적으로 사용되고 있는 것은 알루미늄 합금의 박판(薄板)으로 외형을 형성하고, 그 내면(內面)에 보강재를 장치한 세미모노코크 구조가 대표적인 형식으로 되어 있다. 최근의 제트기에서는 음속에 가깝거나[超亞音速機], 음속이상[超音速機]이 많아졌으나, 이와 같은 고속영역에서는 날개의 상하면에 발생하는 충격파의 영향을 줄이기 위해 날개에 후퇴각을 내는 것이 매우 유리하다는 것이 알려져 있다. 그러므로 이와 같은 고속기에서는 주날개에 후퇴각을 낸 것이 많으며, 후퇴각의 값은 속도(마하수)가 증가할수록 크게 되어 있다. 대체로 고아음속기(高亞音速機)에서는 35° 이하, 마하 1.4에서 45°, 마하 2에서 60° 정도가 보통이며, 후퇴각이 특히 큰 것에서는 후연(後緣)을 직선으로 연결하여 삼각날개로 하는 경우가 많다. 영국과 프랑스가 공동으로 만든 초음속 수송기는 동체(胴體)에 붙이는 밑부분의 후퇴각이 75°나 되는 특수한 삼각날개를 채택하고 있다. 후퇴각이 큰 후퇴날개는 고속일 때는 공기저항이 작아서 유리하지만, 저속일 때는 낼 수 있는 양력의 값에 한계가 있어 불리하다. 이 때문에 비행 중에 후퇴각을 자유롭게 바꿀 수 있는 가변(可變)후퇴날개가 사용되기도 한다. 날개는 연료 탱크나 다리를 격납하는 장소로 되어 있으며, 날개구조의 일부를 기름에 젖지 않는 구조로 하여 연료 탱크로 사용하는 경우도 있다. 날개의 후연부에는 안쪽에 플랩, 바깥쪽에 보조날개가 달려 있다. 플랩은 좌우대칭으로 내릴 수 있게 되어 있는데, 플랩을 내리면 날개의 양력이 증가하여 최소속도를 감소시킬 수 있으므로 이착륙거리를 단축하는 데 도움이 된다. 좌우의 보조날개는 좌(左)를 내리면 우(右)가 올라가고, 좌를 올리면 우가 내려가게 연결되어 있다. 좌를 내리고 우를 올리면, 좌의 날개의 양력이 증가하고 우의 날개의 양력이 강조되므로, 비행기를 우로 기울게 하는 모멘트가 생긴다. 반대로 좌를 올리고 우를 내리면 비행기는 좌로 기운다. 날개의 뒷면에는 스포일러(spoiler)가 있는 것도 있다. 스포일러를 세우면 그 뒤쪽의 기류가 흐트러져서 날개의 양력이 감소됨과 동시에 공기저항이 현저하게 증가되므로, 착륙할 때 비행기의 속도를 줄이는 브레이크의 구실을 한다. 또 비행기의 활공각(滑空角)은 양력과 항력의 비로 정해지므로, 스포일러를 세워서 양력을 줄이고 그 항력을 크게 하면 활공각, 즉 강하각(降下角)이 증대되므로 착륙진입(着陸進入)할 때 강하각을 가감하는 데 유효하다. 꼬리날개는 수평꼬리날개와 수직꼬리날개로 되어 있다. 수평꼬리날개는 고정된 수평안정판의 후연에 승강키가 달려 있고, 수직꼬리날개는 고정된 수직안정판의 후연에 방향키가 달려 있다. 승강키는 상하로 움직일 수 있게 되어 있어 내리면 수평꼬리날개의 양력이 증가하므로 기수(機首)를 내리는 모멘트가 생기고, 반대로 승강키를 올리면 꼬리날개의 양력이 감소되므로 기수를 올리는 모멘트가 생긴다. 이와 같이 승강키의 오르내림으로 비행 중의 날개의 받음각을 자유롭게 바꿀 수 있다. 대체로 비행기가 저속으로 비행하려면 받음각을 크게 할 필요가 있으므로, 승강키를 위로 올려줌과 동시에 기관의 스로틀(throttle)을 조여 추력을 줄여야 한다. 고속으로 비행하려면 받음각을 작게 할 필요가 있으므로, 승강키를 아래로 내림과 동시에 기관의 스로틀을 열어 추력을 증가시킨다. 이와 같이 하여 비행기는 승강키와 기관의 스로틀레버를 가감함으로써 여러 가지 속도로 수평비행을 할 수 있다. 승강키를 위로 젖혀서 날개의 받음각을 크게함과 동시에 기관의 스로틀을 열고 추력을 증가시켜 주면 비행기는 추력의 여력(餘力)을 이용해서 상승한다. 승강키는 상승을 위한 키라고 하기 보다는 받음각을 크게 해서 속도를 줄이기 위한 키라고 해석해야 한다. 속도를 줄이면 대체로 공기저항이 줄고, 그것을 감당하기 위해 필요한 추력이 감소되므로, 그 상태에서 기관의 추력을 증가시키면 여력이 커져서 상승력이 커진다. 어떤 고도로 비행하고 있던 비행기가 강하할 때는 대체로 상승키를 올리고 기관의 추력을 감소시켜 준다. 그렇게 하면 기관의 속도가 저하되므로, 착륙진입의 경우 안전하게 강하할 수 있다. 폭격기가 급강하할 때는 승강키를 아래로 내리고 속력을 내어 돌진한다. 방향키의 작용은 승강키와 비슷하다. 방향키를 우로 굽히면 수직꼬리날개에 좌향(左向)의 공기력이 생기므로, 기수를 우로 향하게 하는 모멘트가 생긴다. 반대로 키를 좌로 굽히면 기수를 좌로 향하게 하는 모멘트가 생긴다. 선박의 경우에는 비행기의 방향키에 해당하는 키를 좌우로 굽히기만 해도 선회되지만, 비행기의 경우는 예를 들면, 우선회의 경우는 보조날개에 의해 비행기를 우로 기울게 함과 동시에 방향키를 우로 굽혀서 비행기에 작용하는 양력·중력(重力)·원심력이 균형이 잘 잡히게 한다. 이 균형이 유지되지 않으면 비행기는 선회하는 동안에 안팎으로 옆미끄럼을 한다. 이상과 같이 비행기에서는 보조날개·승강키·방향키를 적당히 조작함과 동시에 기관의 스로틀을 가감하여 이들의 작용이 서로 어울려서 여러 종류의 운동을 자유롭게 한다. 비행기는 여러 가지 균형이 잡힌 상태로 비행하고 있을 때, 예를 들면 돌풍을 만나 그 균형이 깨어졌을 때 스스로의 힘으로 본래의 균형이 잡힌 상태로 돌아가려는 성질이 있는데, 이 성질을 안정성(stability)이라고 한다. 수평꼬리날개와 수직꼬리날개는 비행기의 안정성을 유지하는 작용을 한다. 예를 들면, 어떤 받음각으로 비행하고 있던 비행기가 돌풍을 맞아 받음각이 커졌다고 하면 수평꼬리날개의 받음각도 증가하므로, 수평꼬리날개에 상향력(上向力)이 증가하여 기수를 숙이는 모멘트가 작용하여 받음각을 본래의 상태로 복원시킨다. 수직꼬리날개의 작용도 이와 같다. 동체에는 날개와 꼬리날개가 장치되고, 그 속에 조종실·객실·화물실 등이 배치되어 있으며, 또 각종 장비품을 넣어두는 곳으로 되어 있다. 착륙장치는 바퀴와 유압완충장치(油壓緩衝裝置)를 조합한 다리로 되어 있으며, 비행기의 무게중심보다 약간 뒤쪽으로 2쌍(또는 4쌍)의 주각(主脚), 기수에 1쌍의 전각(前脚)이 있는 전륜형(前輪型)과 비행기의 무게중심보다 다소 앞쪽으로 2쌍의 주각, 꼬리부분에 미각(尾脚)이 있는 미륜형(尾輪型)이 있다. 현재는 지상활주를 할 때의 안정이 좋다는 이유로 전륜형이 많다. 비행 중의 공기저항을 줄이기 위해 다리는 날개나 동체·너셀 속에 접어넣게 되어 있으며, 주각의 바퀴에는 브레이크가 장치되어 있다. V. 장비와 계통 비행기가 고성능화·대형화됨에 따라 근대적인 비행기에는 각종의 장비품이 적재되며, 가격이나 중량면에서도 장비품이 차지하는 비율이 크다. 즉, 기체(機體)와 추진장치만 있으면 비행이 된다고 생각하던 옛날의 개념이 오늘날에 와서는 기체·추진장치·장비를 합한 각종 계통이 구비되어 하나의 시스템을 이루어야 한다는 개념으로 바뀌었다. 주가 되는 장비에는 계기장치·항법통신장치·통신장치·전기장치·유압장치·여압장치(與壓裝置) 등이 있다. ① 계기장치:귀와 눈, 나아가서는 두뇌의 신경계통과 같이 작용한다. 조종석 앞쪽 계기판에 장치되어 있으며, 비행기의 속도·고도·상승률 등의 성능, 비행기의 자세, 엔진·프로펠러 등의 상태를 나타낸다. 이상유무를 경고해 주며, 진로를 표시하여 안전을 도모한다. 항공계기에는 비행계기와 동력계기·항법계기가 있다. ② 항법통신장치:지상의 각종 시설에서 송신되는 전파를 수신하거나, 기상(機上)의 레이더를 사용하여 기체의 위치·방향·대지속도(對地速度) 등의 정보를 얻어서 정확한 운항을 하기 위한 전자장비이다. ③ 통신장치:지상 또는 다른 비행기와의 교신에 사용하는 각종의 무선장치이다. ④ 전기장치:계기·항법·통신장치나 조명·방빙(防氷)·동력 등에 사용하는 전력을 공급하는 장치이며, 대체로 발전기는 추진장치의 기관으로 구동하게 되어 있다. ⑤ 유압장치:조종계통의 가동날개(보조날개·플랩·방향키·승강키)와 다리를 접는 동력으로 사용하며, 키를 조작하는 데는 큰 힘이 필요하여 인력으로는 무리이기 때문에 유압으로 움직이는 조종장치가 많아졌다. ⑥ 여압장치:고공을 비행할 때 동체 속에 외기(外氣)보다 압력이 높은 공기를 순환시키기 위한 장치로, 여압과 동시에 기온이나 습도를 조절하여 실내를 쾌적한 상태로 유지한다. 일반적으로 제트기에서는 제트기관 내에서 만든 고압공기를 분류(分流)해서 공기원(空氣源)으로 하는 경우가 많다. 여객기의 여압계통은 실내의 여압고도가 8,000피트(ft) 이상이 되지 않도록 설계되어 있다. 만약 이 계통에 고장이 나서 실내의 여압고도가 1만 피트를 초과할 때는 긴급용 산소계통이 자동적으로 객석으로 내려와서 산소공급을 하게 장치되어 있다. Vl. 안정성 비행기 중에서도 공공교통기관인 상용(商用) 수송기는 설계·제작·운항에 있어 특히 안전성에 중점을 두고 있다. 그로 인해서 해마다 안전성이 향상되고 있다. 미국의 통계에 의하면 비행기 사고로 인한 사망자수는 자가용 자동차의 약 1/10에 불과하다. 교통기관으로서의 비행기가 이와 같은 안전도에 도달한 것은 비행기 자체의 안전성과 신뢰성이 제2차 세계대전 전에 비해 현저하게 향상된 것이 첫째 이유이다. 대전 전에는 기관의 고장으로 불시착이나 추락하는 경우가 많았으나, 현재는 기관의 신뢰성이 현저하게 향상되었을 뿐 아니라 쌍발(발동기가 2개) 이상의 비행기에서는 만일 기관 중 하나가 고장이 나도 나머지 기관으로 이륙이나 상승이 가능하게 설계되어 있다. 특히 제트기나 터보프롭기의 제트기관은 피스톤기관에 비해 신뢰성이 더욱 높으며, 따라서 오늘날에는 북극 위에서나 태평양·대서양에서도 육상기로 안심하고 비행할 수 있게 되었다. 비행기의 장비 중에서 특히 중요한 것, 예를 들면 키를 움직이는 조종장치인 유압장치는 3개 또는 4개가 병렬로 장치되어 있어, 만일 그 중의 하나가 고장이 나도 곧 예비장치가 작동하도록 되어 있다. 비행기의 정비방식의 개선도 안전성 향상에 기여하고 있다. 옛날에는 비행기가 비행하고 있는 동안에 고장이 생기면 서둘러서 그 부분을 수리하거나 교환하는 방식, 즉 발병 후에 의사에게 가는 방식을 취하고 있었으나, 오늘날에는 미리 정해진 비행 시간마다 계통적인 점검·정비를 하며, 또 부품마다 예정된 교환시간이 되면 현재는 사용하는 데 아무런 지장이 없더라도 그것을 새 부품으로 교환하는 교환시간 예정방식이 사용된다. 또 기상의 갖가지 부품의 작동상황이 운행 중에 연속적으로 기록되는 장치도 있어, 이것을 감시하고 있으면 고장을 조기에 발견하여 대책을 세울 수 있는 것도 실용화되어 가고 있다. 비행기의 유도방식의 진보도 안전성 향상에 크게 관계가 있다. 대전 후 각종의 전자장치가 발달됨에 따라 지상에서 발신되는 각종 전파를 수신하거나 기상에 장치한 레이더를 사용함으로써 오늘날에는 시계(視界)가 나쁠 때도 안전하게 비행할 수 있게 되었다. 또 우주개발로 실용화된 관성유도장치(慣性誘導裝置)가 비행기에도 사용되어 항법이 더욱 정확하고 안전하게 되었다. 악천후(惡天候)는 오늘날에도 위험요소로서, 가끔 난기류(亂氣流)를 만나 공중분해하는 일이 있다. 이것은 대단히 드문 난기류를 만나 비행기를 설계할 때 예상했던 것 이상의 하중이 비행기에 걸렸기 때문에 부재(部材)가 이것을 견디지 못해 파괴되는 것이다. 더욱 튼튼한 기체를 만들면 되겠지만, 기체의 중량이 늘고, 연료나 승객·화물을 싣는 양이 감소되어 경제적이지 못하다. 그래서 현재 기체의 강도는 그대로 두고 이상한 난기류를 발견하면 피하는 방법을 쓰고 있다. 맑은 하늘의 난기류도 난기류에 의해 생기는 온도변화를 적외선온도계로 탐지하는 방법이 실용단계에 있다. 사고의 원인 중 60~70%는 조종의 실수에 의한 것이며, 더구나 그 대부분이 착륙할 때 발생하고 있다. 따라서 착륙할 때의 조종에 주의하는 것이 안전성 향상에 크게 기여한다는 것은 명백한 사실이다. 따라서 모든 운항조작을 기계에게 맡기려는 방향으로 연구되어, 현재 자동착륙장치가 개발 중에 있다. Vll. 전망 오늘날 비행기의 발달방향은 대형화·고속화·연료절약 소음경감의 4가지로 요약할 수 있다. 대형화는 근래 항공교통량의 급격한 증가에 따른 필연적인 요구이다. 이를 해결하기 위해 비행편수를 늘리는 것은 공항의 능력 때문에 제한을 받게 되므로, 대형 수송기로 한꺼번에 운반하려는 생각을 하게 되었다. 또 대형화에 수반하여 객실이 넓고 쾌적해지며, 승객 1인당의 운항경비가 싸지는 이점도 있다. 현재 세계 최대의 상용수송기는 통칭 점보제트라고 하는 보잉 747로, 동체길이 48.46m, 최대이륙중량 11만 5668kg으로서 최대 500명의 승객을 태울 수 있는데, 오늘날의 승객 증가추세로 보아 더욱 대형화되리라고 예상된다. 한편, 기술적인 면에서도 기체구조를 보다 대형화하는 것이나, 제트기관의 출력을 크게 하는 것에 별다른 장애가 없으므로 가까운 장래에 1,000명 정도까지 태울 수 있는 비행기가 출현하리라 생각된다. 고속화는 이미 각종 군용기에 의해 마하 3까지의 초음속 영역이 개척되어 있다. 그 기술을 응용해서 영국과 프랑스가 공동으로 개발한 콩코드가 1976년 이래 취항하여 상당한 실적을 올리고 있다. 그러나 콩코드는 이착륙시에 소음이 클 뿐 아니라 객석수가 100석 내외이어서 경제적이지 못하므로 많은 개발비를 투자하고서도 불과 16대를 생산하고 중단하였다. 따라서 본격적인 초음속수송시대는 소음이 보다 낮고, 객석수도 250~300석이 되어 경제성이 좋은 제2세대 SST가 출현하기를 기다려서 시작될 것이다. 1973년 가을 석유파동 이래, 주어진 수송능력에 대해 가능한 한 연료절약을 꾀하는 것이 비행기 설계상 가장 중요한 조건이 되었다. 이것을 달성하기 위해 기체·기관 전반에 걸쳐 검토가 가해지고, 특히 주날개의 가로·세로비를 크게 하는 경향이 현저해졌다. 석유 대신 사용될 연료로는 수소가 유망시되지만, 액체수소는 현재의 석유계 연료에 비해 같은 발열량에서 부피가 4배나 되어 연료탱크가 커져 문제가 된다. 제트기의 출력증가와 이착륙빈도의 증가에 따라 공항 주변의 소음공해가 심각해졌다. 이를 위해 1969년 이래 항공기의 소음기준이 국제적으로 제정되어, 앞으로 개발될 항공기는 이 기준 이하라야 취항을 허가받을 수 있다. 출전 : [두산세계대백과 엔싸이버] |
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