비행기는 왜 날까? 날개가 양력을 만드는 원리와 실속하는 이유

양력: 하나의 공기 흐름, 두 가지 설명

양력은 항공기를 무게에 맞서 떠받치는 힘입니다. 날개는 옆을 지나가는 공기의 방향을 바꿔 양력을 만들며, 윗면과 아랫면 모두 흐름을 아래로 꺾는 데 한몫합니다. 공기를 아래로 밀면 날개는 위로 밀립니다. 뉴턴(Newton)의 제3법칙이 말하는 작용과 반작용입니다.

같은 흐름에서 날개 위쪽은 압력이 낮고 아래쪽은 압력이 높은데, 베르누이(Bernoulli) 원리는 이를 공기의 속도와 연결합니다. 두 설명은 서로 경쟁하는 이론이 아닙니다. NASA는 두 설명이 모두 옳다고 하며, FAA는 날개가 양력을 만들 때는 언제나 둘 다 작용한다고 설명합니다.

양력에 관한 두 가지 오해

‘동시 도착 이론’은 날개의 더 긴 윗면을 지나는 공기가 날개 뒤끝에서 아래쪽 공기와 만나려면 더 빨라져야 한다고 말합니다. 이는 틀렸습니다. 윗면의 공기는 그보다도 더 빨리 움직여 뒤끝에 먼저 도착합니다. 또 이 이론으로는 평평한 종이비행기 날개도, 뒤집혀서 나는 비행도 설명할 수 없습니다.

또 다른 오해는 과학이 비행을 설명하지 못한다는 것입니다. 세부 내용은 복잡하고 짧은 설명은 이를 지나치게 단순화할 때가 많지만, 공기 흐름의 방정식은 양력을 설명하며, 엔지니어는 이 방정식으로 날개에 걸리는 힘을 계산합니다.

받음각과 실속

받음각은 날개와 다가오는 공기 사이의 각도입니다. 조종사가 조종륜이나 조종간으로 양력을 바꾸는 주된 방법입니다. 각도가 커질수록 양력도 커지지만, 설계에 따라 약 16°~20°인 임계 받음각까지만 그렇습니다. 이를 넘으면 공기가 날개 윗면에서 떨어져 나가고 양력이 급격히 줄어듭니다. 이것이 실속입니다. 날개는 여전히 양력을 조금 만들지만, 항공기를 떠받치기에는 부족합니다.

속도와 무게가 중요한 이유

양력은 속도에 따라서도 빠르게 커집니다. 대기속도가 두 배가 되면 같은 날개가 같은 각도에서 네 배의 양력을 만듭니다. 그래서 느린 항공기는 수평을 유지하려면 더 큰 받음각이 필요하고, 빠른 항공기는 더 작은 각도면 됩니다. 무게도 중요합니다. 양력이 무게와 같아야 하기 때문입니다.