[항공] 항공종사자의 자격 종류와 응시자격

2012 포스팅 자료실 2012.04.19 01:07

**항공종사자 자격 종류와 응시자격, 학과시험 과목**

 

 

 항공종사자의 자격 종류와 응시자격

 

  산업기술의 발달과 더불어 업무내용이 날로 고도화, 전문화 되어감에 따라 모든 기술 분야에서 그 업무수행능력을 인정해 주는 기술자격증소지자가 점점 많이 요구되고 있습니다. 그래서 현대 산업사회를 '자격증시대'라고들 말하고 있습니다.

 

 항공기술 분야에서도 항공법과 국가기술자격법에서 기술자격증 제도를 마련하고 그 자격증이 있어야만 항공종사자로서 해당업무에 종사할 수 있도록 되어 있습니다. 따라서 항공기술 분야에 종사하고자 하는 사람은 누구나 이 기술자격증을 취득하는데 깊은 관심을 가지기 마련입니다.

 

 항공기의 안전운항을 바탕으로 하는 항공법(건설교통부에서 주관)에서는 조종사와 항공정비사 등 항공기 운항관련 기술 인력을 모두 '항공종사자'라고 하고, 기술자격증을 '자격증명서'라고 하고 있습니다.

항공종사자의 자격증명서의 종류 및 업무범위는 다음과 같이 모두 아홉 가지로 되어 있는데, 그 중에서 조종사와 항공정비사 및 항공기관사에 대해서는 취급할 수 있는 항공기의 종류와 형식 등을 한정하고, 항공공장 정비사의 경우는 업무의 관련분야를 각각 한정해 주고 있습니다.

 

 또한 조종사와 항공사 등 항공기 승무원은 자격증명서 이외에 '신체검사 증명서'와 '계기비행증명서'를, 그리고 조종교육을 담당하고자 하는 자는 '조종교육증명서'를 각각 따로 받아야 합니다.

 

 항공종사자 자격증명시험에 응시할 수 있는 자격은 소정의 연령 이상인 자(자가용 조종사는 만 17세, 상업용 조종사.항공사.항공기관사 및 항공정비사는 만 18세, 운송용 조종사.항공교통관제사.항공공장정비사 및 운항관리사는 만 21세)로서 해당되는 전문지식과 소정의 경력을 가진 건강한 사람이어야 합니다.

 

 [항공종사자의 자격증명서의 종류 및 업무범위]

자격종류 

업무범위 

비고 

 운송용 조종사

항공운송사업용 항공기의 조종

(대형 여객기 또는 화물기) 

기종별 한정

(B747, A300 등) 

사업용 조종사 

항공기 사용사업용 항공기의 조종

(영업용 중.소형기) 

 

자가용 조종사 

자가용 항공기의 조종

(비영업용, 중.소형기) 

 

항 공 사 

운송사업용 항공기에 탑승하여 그 위치 및 항로측정과 관련자료 산출 

2인 승무식 최신형기에서는 불필요함. 기장과 부기장이 직접 담당 

항 공 기 관 사 

운송사업용 항공기에 탑승하여 엔진 및 기체의 이상유무 확인 

항공사와 같음 

항공교통관제사 

공항에 있는 항공 교통 관제실(탑)에서 항공기의 안전운항 관리 

 

항 공 정 비 사 

공항 현장에서 항공기를 정비, 수리하는 일 

비행기, 회전날개기 등 기종별 한정 

항공공장정비사 

정비공장에서 항공기 및 장비품을 정비 수리, 개조하는 일 

기체, 엔진, 장비 등 분야별 한정 

운 항 관 리 사 

운송용 항공기의 비행계획, 연료 소비량 및 중량배분 등을 산출하는 일 

운송용 항공기에 한함 

 

꿈을 이루는 버튼      ◀ 

 

 

  한편 시험내용은 학과 시험과 실기시험으로 구분되고 있는데, 우선 학과시험에 합격해야 실기시험을 치룰 수가 있습니다. 학과시험은 자격별로 항공법규와 전문과목이 4~5개 과목으로 되어 있고, 실기시험은 해당되는 업무수행에 필요한 전문적인 기술내용에 대하여 실시하고 있습니다.

 

 [항공종사자의 자격별 응시자격]

 자격별

응시자격 내용 

 운송용 조종사

비행기 : 사업용 조종사 자격 + 비행경력 1,500시간 + 계기비행 증명

회전익 : 사업용 조종사 자격 + 비행경력 1,000시간 + 계기비행 증명

사업용 조종사

비행기 : 비행경력 200시간(전문교육기관 이수자는 150시간)

회전익 : 비행경력 150시간(전문교육기관 이수자는 100시간)

상급활공기 : 활공경력 15시간

비행선 : 비행경력 200시간

자가용 조종사

비행기, 회전익 : 비행경력 40시간(전문교육기관 이수자는 35시간 + 단독 야외비행 5시간)

중급 활공기 : 활공경력 6시간

비행선 : 비행경력 50시간

항 공 사

비행경력 200시간 또는 천체관측으로 위치결정 25회

항 공 기 관 사

항공기관사 실기연습 100시간(1년 정비, 200시간 운송용 항공기 조종, 전문교육기관 2년 이수자 또는 사업용 조종사)

항공교통관제사 

건설교통부장관이 지정한 전문교육기관에서 항공교통관제사에 필요한 교육과정을 이수한 자

항 공 정 비 사

① 정비 3년 이상 경력 ② 전문대 이상에서 2년 이수 후 정비 6개월 이상 경력 ③ 전문대 이상 졸업 후 정비 6개월 이상 경력 ④ 전문교육기관 1년 이상 이수자

 항공공장정비사

 ① 정비, 개조 3년 이상 경력  ② 정비, 개조 2년 + 검사 1년 이상 경력 ③ 전문교육기관 이수 후 정비, 개조 1년이상 경력 ④ 전문대 이상에서 2년 이상 이수 후 정비, 개조 1년 이상경력

 운 항 관 리 사

 ① 정기항공의 조종, 공중항법, 기상업무 2년 이상 경력 ② 관제사로서 실무 2년 이상 경력 ③ 전문대 이상에서 2년 이상 이수 후 운항, 관제 3년 이상 경력 ④ 전문교육기관 이수자 ⑤ 최근 2년내에 1년 이상 정기항공의 운항관리 경력

 

 [항공종사자의 자격별 학과시험 과목]

 자격별

학과시험 과목

조 종 사

(운송, 사업, 자가용)

항공법규, 공중항법, 항공기상, 비행이론, 항공 교통.통신.정보.업무

항공교통관제사 

항공법규, 항행안전시설, 항공기상, 항공 교통.통신.정보 업무, 항로관제, 비행장 관제, 항공교통관제 영어

운 항 관 리 사

항공법규, 항공기일반, 항행안전시설, 무선통신, 항공기상, 기상통보, 기상도 해독, 공중항법

항 공 기 관 사

항공법규, 항공역학, 항공기체, 항공발동기, 항공장비, 항공기 제어

항 공 정 비 사

 

항공법규, 항공역학, 항공기체, 항공발동기, 항공장비

항공공장정비사

공통과목 : 항공법규, 항공역학

관련과목(1) : 항공기체, 항공발동기, 항공기 전자.전기.계기

 

 

 

운항승무원과 객실 승무원

 

  여객기의 조종실 안에서 항공기를 조종하고, 또 각 시스템을 조작하는 일을 하는 사람을 '운항 승무원'이라 하고 객실내에서 승객에게 쾌적한 서비스 업무를 담당하고 있는 사람들을 '객실승무원'이라고 하는데, 운항승무원은 기장과 부기장 그리고 기관사 등 3명이 한 팀으로 되어 있습니다.

 

 그 전에는 항공사와 항공통신사까지 합해서 5명이 한 팀이었는데, 항공기술의 발달로 3명으로 줄었고, 또 새로 나온 B747-400 이나 A320/330 등과 같은 최신 여객기에서는 기장과 부기장 두 사람 만으로 된 2인 승무식으로 되어 있습니다. 모든 조종시스템이 자동화 되어 두 사람 만으로도 안전운항이 가능해 졌기 때문입니다.

 

 기장은 그 항공기의 최고 책임자로서 조종핸들을 잡고 항공기를 조종하는 한편, 객실승무원을 지휘 감독하고 모든 승객의 안전을 책임지고 있으며, 경우에 따라서는 기내에서 일어나는 범죄예방과 그 처리를 위하여 경찰관과 같은 권한을 행사할 수도 있습니다.

 

 항공운송의 수요 증대로 항공기의 수가 점점 늘어남에 따라 그 만큼 조종사가 더 많이 필요하기 때문에, 항공사 마다 조종사를 양성하고 있는데, 기장까지 되기 위해서는 기종에 따라 좀 다르기는 하지만 대형기의 경우는 10년 정도의 긴 세월이 필요하답니다. 그래서 기장을 캡틴(captain)이라 부르며, 사회적으로 누구나 우러러보고 선망의 대상이 되고 있는 것입니다.

 

 

그러나 소형 항공기를 조종하는 자가용 조종사의 경우는, 기본적인 이론을 알고 약 2~3개월간 40시간 정도의 비행훈련만 받으면 쉽게 자가용조종사 자격증을 딸 수가 있습니다. 뜻있는 사람은 항공대학이나 기타 비행훈련기관에서 소정의 교육. 훈련을 이수하면 간단히 그 꿈을 이룰 수 있을 것입니다.

 

 한편 넓은 객실에서 근무하는 객실승무원은 남자 승무원과 여자 승무원이 있는데, 그 중에서 제일 높은 사람을 사무장이라 하고, 여자 승무원은 일반적으로 스튜어디스(Stewardess)라고 합니다. B747점보여객기에서는 사무장 밑에 4~5명의 남자 승무원과 10~12명 정도의 스튜어디스가 수고를 하고 있습니다.

 

 이러한 객실 승무원이 되기 위해서는 전문대학 이상의 학력을 갖춘 사람으로서, 입사시험에 합격하고 항공회사에서 정해 놓은 기초훈련과 정기훈련, 그리고 승격훈련 등을 제대로 받아야 됩니다.

 

 

사회적으로 인기가 아주 높은 스튜어디스 요원을 우리나라에서 제일 먼저 양성하기 시작한 것은 1977년에 개설된 인하공업전문대학의 항공운항과 이었습니다. 그 후 이러한 항공운항과를 설치.운영하고 있는 전문교육기관이 점점 늘어나고 있는 실정입니다.

 

-항공대학교(4년제), 한서대학교(4년제), 아세아항공전문학교(학원), 한국항공전문학교(학원) 등

 

국가 기술자격법에 의한 항공기술자격증

 

 모든 사업기술 분야에 종사하는 기술 인력의 자질향상과 사회적 지휘 향상을 도모하여 국가 경제발전에 기여함을 목적으로, 1973년 12월에 국가 기술자격법이 제정되었는데, 크게 기술계와 기능계로 나누어 기술자격증 제도가 아주 다양하게 마련되어 있습니다.

 

 그 후 산업기술이 고도.급성장되어감에 따른 기술 인력의 수요변화에 부응하기 위하여, 1999년 3월 이 법을 개정하였는데 계열구분을 폐지하고 자격등급과 8등급(기술계 : 기술사, 기사 1급, 기사 2급, 기능계 : 기능장, 다기능기술사, 기능사 1급, 기능사 2급, 기능사보) 이던 것을 기술사, 기능장, 기사, 산업기사, 기능사 등 5등급으로 간소화하고, 기술분야별 자격증의 종묙과 24개 분야 708개 종목이던 것을 25개 분야 565개 종목으로 줄어들게 되었습니다.

 

 이에 따라 종전의 기사 1급이 기사로, 기사 2급과 기능사 1급이 산업기사로 기능사 2급과 기능사보가 기능사로 통합, 개칭되게 되었습니다. 이 국가 기술자격법에 의한 자격등급별 검정 평가 기준내용은 다음과 같이 되어 있습니다.

 

 [자격등급별 검정 평가 기준]

자격 등급 

검정 평가 기준 

기 술 사 

응시하고자 하는 종목에 관한 고도의 전문지식과 실무경험에 입각한 계획, 연구, 설계, 분석, 시험, 운영, 시공, 평가 또는 이에 관한 지도, 감리 등의 기술업무를 수행할 수 있는 능력의 유무 

기 능 장 

응시하고자 하는 종목에 관한  최상급 숙련기능을 가지고, 산업현장에서 작업관리, 소속 기능 인력의 지도 및 감독, 현장훈련, 경영계층과 생산계층을 유기적으로 연계시켜 주는 현장관리 등의 업무를 수행할 수 있는 능력의 유무

기 사 

응시하고자 하는 종목에 관한 공학적 기술 이론지식을 가지고 설계, 시공, 분석 등의 기술업무를 수행할 수 있는 능력의 유무 

산 업 기 사 

응시하고자 하는 종목에 관한 기술 기초 이론지식, 또는 숙련기능을 바탕으로 복합적인 기능 업무를 수행할 수 있는 능력의 유무 

기 능 사 

응시하고자 하는 종목에 관란 숙련기능을 가지고 제작, 제조, 조작, 운전, 보수, 정비, 채취, 검사 또는 작업관리 및 이에 관련되는 업무를 수행할 수 있는 능력의 유무 

 

 국가 기술자격법에 의한 기술자격의 체제는 기능사를 바탕으로 다음과 같이 되어 있는데 기술사와 기능장은 동격으로 되어 있습니다.

 

              기능사 ---> 산업기사 ---> 기사 ---> 기술사 

                                      --------------------> 기능장

 

 그리고 기술자격별 응시자격은 다음과 같이 되어 있습니다.

 

 [기술자격별 응시자격]

기술자격 

 응시자격

기 능 사 

자격제한 없음 

산 업 기 사  

기능사 + 실무 1년

산업기사 자격 취득자(타 분야)

전문대 졸업자

실무 경력 2년

학점인정 법률에 의한 41학점 이상인 자 

기 사 

산업기사 + 실무 1년

기능사 + 실무 3년

기사자격 취득자(타 분야)

대학교 졸업자

실무 경력 4년

전문대 졸업 + 실무 2년

학점인정 법률에 의한 100학점 이상인 자

 기 술 사

 기사 + 실무 4년

대졸 + 실무 7년

전문대 졸업 + 실무 9년

기능사 + 실무 8년

기 능  장

산업기사(기능사) + 기능대학 기능장 과정 이수자

산업기사 + 실무 6년

실무경력 11년 

 

 또한 기술자격별 검정방법은 항공법에 의한 항공종사자 자격검정 방법과 마찬가지로, 우선 학과 시험에 합격해야 면접시험 또는 실기시험을 볼 수 있게 되어 있습니다.

 

 학과 시험은 객관식 4지 택일형이고, 실기시험은 주관식인데 모두 100점 만점에 60점 이상이어야 합격이 됩니다.

 

항공분야의 자격종목과 학과시험 과목

 

 

 국가기술자격법에 의한 기술자격은 모두 25개 분야 565개 종목인데, 그 중에서 항공분야의 자격종목은 항공기술사 2종목(기체, 기관)과 항공정비기능장, 항공기사, 항공산업기사 등 3종목, 그리고 항공기능사 4종목(기체, 기관, 장비, 전자) 그래서 모두 9개 종목으로 되어 있습니다.

 

 한편 학과시험의 내용은 항공기사와 항공산업기사의 경우, 각각 다음과 같이 되어 있습니다.

 

 [학과시험 과목]

구분 

항공기사 

항공산업기사 

제 1과목 

항공역학 

항공역학 

제 2과목 

항공기 동력장치 

항공기 동력장치 

제 3과목 

항공기 구조 

항공기 구조 

제 4과목 

항공장비 

항공장비 

제 5과목 

항공제어공학 

 

 이상과 같은 국가기술자격법에 의한 국가기술자격제도의 운영은 노동부 총괄하에 해당 주무부처에서 해당자격 종목을 관리하고, 검정의 실시, 시험문제 출제, 관리 및 자격증 교부 등 실제적인 검정시행 업무는 '한국산업인력관리공단'에서 도맡아 실시하고 있습니다.

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[항공] 날개의 윙렛과 여객기 항공기술

2012 포스팅 자료실 2012.04.16 23:14

**비행기의 윙렛과 여객기에서 요구하는 항공기술**

 

 

  날개 끝에 붙어 있는 작은 날개, 윙렛의 효과

 

  1988년 말부터 운항 개시된 보잉 747-400 점보기 날개 끝에는 날씬한 작은 날개가 위로 꺾여진 모양으로 붙어 있는데, 이것을 윙레트(Winglet)라고 합니다. 최근에 와서 이 윙레트가 붙어 있는 날씬한 모야으이 항공기를 자주 볼 수 있는데, 이 윙릿이 등장하게 된 것은 어느 소형 항공기가 747 점보기 날개 끝에서 발생하는 소용돌이 흐름에 휘말려 추락 당하고 나서부터 새로 연구개발된 것이라고 합니다.

 

 윙레트를 붙이면 날개 끝에서 생기는 소용돌이 흐름현상을 막아 추력을 증가시킬 수 있고, 동시에 날개폭이 길어지는 것과 같은 효과를 얻을 수 있기 때문에 공기역학적으로 안전운항을 하는데 아주 좋다고 합니다. 그래서 요즘 새로 설계되는 항공기는 큰 것, 작은 것 할 것 없이 거의 다 이와 같은 윙릿을 붙이게 되었습니다. 그 덕분에 항공기의 모양이 더욱 날씬해 지게 되었죠.

 

 

 여객기에서 요구되고 있는 새로운 항공기술

 

  모든 항공기는 언제나 그 시대의 첨단과학기술 분야의 선두주자로서 발전되어 왔습니다. 그래서 항공기를 설계. 제작하고 운용. 관리하는데 있어 되도록 비용을 적게 드리고 성능을 최대로 향상시킬 수 있는 보다 새로운 항공기술이 언제나 요구되고 있는 것입니다.

 

 현 시점에서 여객기에서 요구되고 있는 새로운 항공기술의 내용을 살펴보면 대략 다음과 같은 내용으로 되어 있습니다.

 

①   더욱 공기의 저항을 줄이고 양력을 증대시키기 위한 고도의 공기 역학적인 설계기술, 즉 양항비(양력/항력)의 증가

②  사람이나 화물의 적재능력을 더욱 향상시키기 위한 새로운 구조, 재료에 관한 기술, 즉 페이로드의 향상과 수명 연장

③  연료의 소비량이 더욱 적은 새로운 고출력 엔진의 개발 기술, 즉 엔진의 성능향상

④  모든 시스템을 보다 능동적으로 제어하기 위한 자동제어에 관한 새로운 기술, 즉 전자기술의 향상

⑤  이상과 같은 여러 가지 선진기술을 최적상태로 종합화시키는 새로운 통합설계.제작.운용에 관한 기술, 즉 시스템 통합기술의 향상

⑥  안전운항을 도모하기 위한 새로운 항법 및 운항방법에 관한 기술, 즉 안전운항에 관한 기술향상

⑦  인간공학적인 안전성의 향상과 공해문제를 보다 최소화 시킬 수 있는 새로운 기술, 즉 자연환경 보호에 관한 기술향상

 

 이상과 같은 여러 가지 새로운 기술의 대부분은 컴퓨터 기술의 발달과 아주 밀접한 관계가 있는데, 결론적으로 말한다면 되도록 에너지를 절약하고 운항효율이 높은 여객기를 개발하는 것이 새로운 기술개발의 초점이 되고 있는 것입니다.

 

 

 에너지 절약의 초점은 연료 소비율을 보다 적게 하는 것인데, 두 차례에 걸친 오일쇼크와 중동사태 등으로 심각한 문제가 되었습니다. 1960년대의 B-707에 비하여 현재의 B-767이나 B-777은 연료 소비율이 2분의 1 정도로 많이 줄어들고 있지만, 앞으로 새로 개발되는 차세대용 여객기는 현재보다 40% 정도 더 줄일 것을 목표로 하고 있습니다.

 

 한편 운항효율을 높이기 위해서는 기체의 모양을 보다 날씬하게 개선하여 공기저항을 더 감소시키는 방법과, 저항력을 증대시키지 않고 비행속도나 페이로드를 증대시키는 방법 등에 관한 새로운 기술이 요구되고 있습니다.

 

 현재 계획되고 있는 날개와 동체가 통체로 된 초대형 화물수송기 스팬로더(Span Loader)기나 지구촌을 1일 생활권 이내로 단축시킬 수 있는 새로운 초음속 여객기 HSCT(High Speed Commercial Transport) 등은 수송효율을 높이기 위한 차세대의 새로운 항공기가 될 것입니다.

 

 

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[항공] 수직 이착륙기와 틸트로터기

2012 포스팅 자료실 2012.04.15 22:28

**수직 이착륙기(V/STOL)와 틸트로터기**

 

 

 수직 이착륙이 가능한 V/STOL 기

 

  항공기가 이착륙을 하려면  긴 활주로가 있어야 하는데, 지상 활주를 하지 않고 헬리콥터와 같이 제자리에서 그대로 이착륙을 할 수 있다면 그보다 더 좋은 일은 없을 것입니다. 이와 같은 수직 이착륙이 가능한 항공기를 VTOL(Vertical Take-Off & Landing)기 라고 하는데, 공중에서는 일반 항공기와 같이 고속비행이 가능하고, 좁은 장소에서 이착륙을 할 수 있기 때문에 아주 편리한 것입니다.

 

 한편 활주거리가 아주 짧은 항공기를 STOL(Short Take-Off & Landing)기, 즉 단거리 이착륙기라고 하는데, 활주를 시작하여 고도 15m까지 상승하는데 필요한 수평거리가 610m이하이고, 착륙할 때도 고도 15m에서 활주로에 접지하여 정지할 때까지의 수평거리가 610m 이하이어야 한다는 것입니다.

 

이와 같은 STOL기는 큰 플랩 같은 고양력 장치를 이용해서 양력을 많이 얻어 활주거리를 짧게 해 주므로 긴 활주로가 필요 없기 때문에 아주 편리한 항공기입니다. VTOL기도 이 STOL기 역할을 할 수 있기 때문에 일반적으로 이 두 가지 기능을 합하여 V/STOL기라고 합니다.

 

 

  이와 같은 V/STOL기의 개발계획은 아주 오래 전부터 추진되어온 것으로, 항공모함이 아닌 일반 전함에서도 이착륙이 가능한 전투기를 개발하는 것이 목적이었습니다. 그래서 제일 먼저 시험비행에 성공한 것이 1954년 미국의 컴베어사에서 개발한 XFY-1이란 프로펠러식 V/STOL기였습니다. 그러나 기술적으로 여러 가지 어려운 문제가 발생하여 1956년 개발사업이 중단되고 말았습니다.

 

 

 그 후 수직 상승용 엔진을 따로 장착하는 방법, 엔진의 방향을 바꾸어주는 방법, 또 제트의 분출방향을 바꾸어 주는 방법 등 여러 가지 방법이 연구되었지만, 현재까지 실용화에 성공한 것은 1966년 영국에서 개발한 '토끼 사냥개' 란 이름의 전투 공격기 해리어(Harrier) 뿐입니다. 초음속기는 아니지만 1982년 일어난 포틀랜드 전쟁 때 그 실력을 유감없이 발휘하여 세계의 주목을 받게 되었습니다.

 

 현재 이 해리어는 영국의 공군과 해군용(Sea Harrier), 그리고 미국의 해병대용(AV-8A, -8B)으로 많이 사용되고 있는데 원래의 해리어와는 그 구조와 성능이 다소 차이가 있습니다. 그러나 엔진은 모두 영국의 롤스로이스(RR)사의 터보 팬 엔진(페가수스)을 사용하고 있으며, 4개의 제트노즐에 의하여 제트분류의 방향을 조절하여 V/STOL이 가능하게 하고 있습니다.

 

 

  앞쪽에 있는 2개의 노즐에서는 압축기에서 압축된 공기, 뒤쪽의 2개의 노즐에서는 연소실에서 나온 고온의 제트분류인데, 이 4개의 노즐에서 나오는 분류의 방향을 조절하여 수직방향의 양력과 수평방향의 추진력을 동시에 얻는 두 가지 기능을 겸하고 있습니다. 그러나 엔진에 연결되어 있는 4개의 노즐만으로는 항공기의 자세를 제대로 안정시키기가 좀 어렵기 때문에, 항공기의 기수와 꼬리부분 그리고 양 날개 끝에다 파이프로 연결된 공기 분출구를 추가로 설치하여, 고압공기의 분출량을 조절, 기체의 자세를 알맞게 조절해 주고 있습니다.

 

 이와 같이 V/STOL기에 관한 기술은 구조적으로나 실제로 조종하는 면에서 여러 가지 어려움이 있고, 또 연료가 많이 든다는 결점이 있기 때문에, 개발하기가 아주 어려운 것입니다. 뿐만 아니라 이착륙을 할 떄 고온의 분류가스를 지면에다 직접 분사시켜야 하기 때문에 지면이 손상되기 쉽고, 먼지가 많이 나서 엔진이 고장나기 쉬우며, 기타 소음공해등 환경보존 면에서 많은 문제점을 안고 있습니다. 그러나 항공기술이 발달함에 따라 앞으로 새로운 V/STOL기가 개발되어 보다 많은 활약을 하게 될 것입니다.

 

 

 

엔진의 방향을 바꾸어 주는 틸트로터기, V-22

 

 

  미국의 벨사와 보잉사가 공동으로 개발한 V-22 오스프리(Osprey)란 이름의 틸트로터기는 1989년 3월에 첫 비행에 성공하고 1999년 5월부터 미 해병대에 납품되고 있는 아주 새로운 모습의 수직 이착륙기입니다.

 

 틸트(Tilt)란 경사 즉 기울다는 뜻인데, 이 V-22는 일반 항공기 모양의 날개 끝에다 엔진과 로터(프로펠러)를 달고, 이를 수직방향으로 회전시켜, 헬리콥터와 같이 수직 이착륙을 하고, 순항비행을 할 때는 이를 수평방향으로 되돌려 터보프롭기와 같이 고속으로 장거리 비행을 할 수 있는 것입니다. 헬리콥터의 특성과 터보프롭기의 특성을 겸비한 새로운 모습의 VTOL기인 것입니다.

 

 일찍이 미국의 벨사에서는 1955년부터 이러한 개념의 VTOL기에 대한 연구개발을 시도해 왔었는데, 1986년 미 국방부에서는 이를 주목하고 벨사와 보잉사가 고동계약을 맺고, V-22를 공동개발 하도록 하였습니다.

이 때 미 국방부가 요구한 조건을 살펴보면 기본적으로는 군용 수송기로서의 대량 고속 수송능력을 바탕으로 하되, 공중지휘 및 통신 중계, 방사능이나 생물화학무기에 대한 방어, 구급용 호이스트 역할, 고속 제트기의 매달기 수송, 공중급유, 그리고 헬기보다 속도는 2배, 항속거리는 4배, 게다가 일단 유사시 소형화기에 대한 내구성이 14~21배, 이착륙 때의 체공시간은 1/2, 외부 소음은 1/4 정도라야 한다는 등 아주 엄한 조건들이었습니다.

 

 그래서 실험연구용 시작기 1호기가 1989년 3월, 첫 비행을 하는데 성공했고, 1991년 6월까지 5호기를 생산하여 기반을 굳힌 다음, 6호기에 이어 1992년 10월 계약을 맺고 양산형 시작기 V-22B를 4대 더 만들기로 했습니다. 그러니까 모두 10대의 시험기가 만들어진 것입니다.

 

 

 

 그 후 1995년 5월 미 국방부로부터 실용기용 부품생산을 인정받고, 1997년 4월 1차적으로 5대의 실용기를 생산하기로 하였습니다. 그 중 1호기가 1999년 5월에 미 해병대에 납품되었는데 이것이 MD-22B입니다. 2001년 6월부터 실전에 배치되고 있는데 앞으로 25년 동안 모두 425대가 소요될 것이라고 합니다.

 

 또한 미 공군의 특수작전용 CV-22A는 2005년부터 8년 동안에 걸쳐 모두 50대가 배치될 예정이고, 미 해군용 수색구조기 HV-22A는 2010년부터 2021년까지 48대가 소요될 것이라고 합니다.

그러나 이러한 소요계획에 대하여 제작사측에서는 양산기간을 14년 정도로 단축을 하면, 생산비 예산액을 360억 달러에서 1/4인 90억 달러 정도로 절감할 수 있게 될 것이라고 합니다. 또 앞으로 이 V-22가 민간용으로 활약될 경우 중.단거리 교통의 혁신을 가져올 수 있을 것이라고 분석되고 있습니다.  

 

**항공기 갤러리에서 V-22와 해리어를 보고 가세요**

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[항공] 카나드, 스트레이크, 플라이바이와이어, CCV전투기

2012 포스팅 자료실 2012.04.14 17:05

**카나드와 스트레이크와 플라이 바이 와이어, CCV전투기**

 

 

작은 귀날개와 곁날개가 있는 최신 전투기

 

  최근에 새로 나온 전투기들은 모두 작은 '귀날개'와 밋밋한 날개와 동체 사이에 길쭉한 날개를 덧붙인 '곁날개'를 갖고 있기 때문에 더욱 날씬하게 보입니다.

동체 앞부분에 있는 작은 귀날개를 카나드(Ganard)라고 하는데, 1967년에 스웨덴에서 처음 개발된 것입니다. 북유럽의 독특한 산악지대와 기상조전 그리고 무장중립, 독자개발이란 국가정책에 따라, 일단 유사시에는 일반 도로에서도 단거리 이착륙이 가능한 뛰어난 STOL(Short Take Off and Landing)성과 아울러 마하 2정도의 고속성을 동시에 만족 시킬 수 있는 고성능 다목적 전투기 SAAB 37 비겐(Viggen)을 개발할 때 이 작은 귀날개가 처음 등장하게 된 것입니다.

 

(1967년 세계 최초로 개발된 카나드가 달린 SAAB 37 비겐 - 스웨덴)

 

  이 작은 귀날개 카나드의 특징은 받음각을 조절해 줌으로써 일반 삼각 날개기의 결점을 보완해 주는 역할을 한다는 것입니다. 즉 고속비행 때는 양력을 발생시켜 기수가 아래로 처지는 것을 막아 속도를 제대로 낼수 있게 하고, 큰 받음각으로 저속 비행, 즉 이착륙을 할 때는 공기의 흐름을 안정시켜 안전한 이착륙이 되도록 도와주는 역할도 해주는 것입니다.

 

 

  한편 날개의 앞전과 동체를 밋밋하게 연결해주는 길죽한 곁날개를 스트레이크(Strake)라고 하는데, 1974년 미국의 GD사가 개발한 전천후형 전투기 F-16 파이팅 펠컨(Fighting Falcon)에서 처음 채택된 새로운 설계발식에 의한 것입니다.

동체 앞부분의 양력을 증대시키고 공기저항을 감소시킴과 동시에, 여기서 발생하는 강력한 소용돌이 흐름(와류)에 의하여 큰 받음각 때의 조종성능을 제대로 유지시키고, 안정된 비행을 할 수 있게 하는 등 여러가지 뛰어난 효과를 나타내고 있습니다.

 

  이와 같이 작은 귀날개와 길쭉한 곁날개는 공기역학적인 특성이 뛰어나기 때문에, 최근 새로 개발되는 고속 전투기에서 많이 채택되고 있습니다. 앞으로 보다 공기역학적인 공력특성이 좋은 날씬하고 아름다운 모양의 예술적인 작품이 더 많이 나오게 될 것입니다.

 

 플라이 바이 와이어(fbw)식 조종시스템과 ccv전투기

 

  항공기의 조종시스템은 언제나 정확하고 안전한 것이 생명입니다. 항공기의 속도가 점점 빨라지고 대형화되어 감에 따라 조종사의 힘만으로는 직접 작동시키는 기계식 연결 조종시스템이 한계에 이르러, 전기.전자식 연결방식으로 바뀌게 되었습니다.

조종사가 원하는 조종량을 전기신호로 바꾸어 증폭.검파 처리하여 전기배선으로 조종면까지 보낸 다음에, 기계적인 작동장치인 액추에이터(Actuator)를 작동시켜 조종면을 정확하고 안전하게 작동시켜 주는 것입니다. 이와 같이 전기.전자식으로 작동되는 조종시스템을 플라이 바이 와이어, FBW(Fly - By - Wire)식이라고 합니다.

 

 

  이 FBW 시스템은 전기.전자기술과 컴퓨터의 발달로 이루어진 것인데, 항공기의 조종성능을 향상싴니고, 구조적으로 아주 가볍고 간단하기 때문에 어떠한 항공기에도 적용시킬 수가 있는 것입니다.

그래서 처음에는 군용기에만 쓰이다가 현재는 B747-400이나 A330 등 새로 개발된 민간여객기에서도 이 FBW 시스템이 사용되고 있는데, 특히 전기배선에 이상이 생겼을 때를 대비하여 시스템의 전기배선이 2중, 3중으로 되어 있고, 시스템의 고장내용을 스스로 진단할 수 있는 '자기진단 장치'등 신뢰성이 아주 높은 고도의 자동화 시스템으로 되어 있기 때문에 아주 편리하고 좋은 것입니다.

 

  또 최근에는 전기배선 시스템의 결점인 전자유도에 의한 잡음이나 번갯불 같은 것에 대비하기 위하여, 광케이블을 이용한 플라이 바이 라이트, FBL(Fly - By- Light) 시스템이 새로  개발되어 있습니다.

 

 

  F-16 전투기와 같이 기동성이 아주 우수한 CCV(Control-Configured Vehicle) 전투기가 등장하게 된 것은 이 FBW나 FBL시스템 덕분이랍니다. 지상에 있는 목표물을 공격할 때, 그전에는 반듯이 기수를 목표물에 향하게 하고 하강비행을 하며 공격을 가한 다음, 상승하기 위하여 기수를 올리고 상승비행, 또 다른 목표물을 공격할 때는 다시 똑같은 동작을 되풀이 해야만 했습니다. 그래서 공격이 끝나고 기수를 올렸을 때 항공기의 넓은 배바닥이 적에게 노출되어 대공포화에 희생되는 경우가 많았습니다. 그러나 기동성이 우수한 CCV전투기는 기수를 목표물에 향한 채 필요에 따라 기체를 좌우, 상하 마음대로 이동시킬 수 있기 때문에 쓸데없이 위험한 강하/상승비행을 되풀이 하지 않고도 여러 목표물을 계속 공격할 수가 있는 것입니다.

 

  이와 같은 CCV 비행의 비밀은 동체머리 옆 부분에 달려 있는 조그만 귀날개, 즉 카나드(Canard)에 달려 있습니다. 이 귀날개를 플랩이나 도움날개, 방향키 그리고 전동식 수평 꼬리날개 등과 잘 조화시켜 FBW나 FBL식 자동제어 시스템으로 조종해 줌으로써 CCV 비행이 가능하게 될 것입니다.

 

 

임달연 선생님의 '재밌있는 항공 우주 이야기'

 

 

 

 

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[항공] 기체의 모양 - 비행성능의 향상

2012 포스팅 자료실 2012.04.13 19:35

**기체의 모양을 보다 날씬하게, 비행성능의 향상**

 

 

 날씬한 모양의 후퇴날개기와 삼각날개기

 

 항공기가 공중을 날 때 받는 공기의 저항력은 비행속도 제곱에 비례하여 증가하게 마련입니다. 그래서 비행속도를 2배로 높이기 위해서는 엔진의 추력을 4배로 높여 주어야 되는데, 기체의 모양을 날씬하게 만들어 공기의 저항을 줄여주면 엔진의 추력을 그렇게 많이 높여주지 않아도 됩니다.

그래서 공기의 저항을 줄여주기 위하여 날개가 뒤로 젖혀진 날씬한 모양의 후퇴날개가 생겨나게 되었는데, 적은 추력으로 안전하게 아음속이나 초음속 비행을 할 수 있게 되었습니다. 그러나 날개의 후퇴각을 너무 많이 해주면 날개 뿌리부분은 괜찮지만 날개 끝부분으로 갈수록 옆방향의 강도가 약해져서 쉽게 비틀리는 현상이 생기게 됩니다.

그래서 후퇴각을 어느 정도 이상 크게 해줄 필요가 있을 때는 후퇴날개의 뒷전과 동체 사이의 공간을 메워 없애고 그 넓은 공간을 연료탱크로 이용하는 방법이 개발되었는데, 이렇게 만든 것이 바로 삼각날개(델타날개) 항공기 입니다.

 

 

  이와 같은 삼각날개는 물론 초고속 군용기에만 해당되는 것이지만 덕분에 그림에서 보는 바와 같이 아주 날씬한 예술적인 모양의 항공기가 많이 등장하게 되었습니다. 그래서 이와 같은 날씬한 항공기의 모양을 보고 흔히들 '과학기술이 만들어낸 최고의 예술작품이다'라고 하고 있습니다.

 

 

 동체도 날씬하게, -+=0 인 면적의 법칙과 블랜디드 윙 바디

 

  항공기가 공중을 날 때 날개와 동체가 서로 연결되어 있는 날개의 뿌리 부분에서 공기의 저항력이 가장 크게 나타나는데, 이 부분의 공기저항을 줄여주는 방법으로 - + = 0 인 면적의 법칙(Area Rule)이라는 것이 있습니다.

이 면적의 법칙은 1953년 미국 항공우주연구소의 기사인 리차드씨가 연구해낸 것인데, 날개와 동체를 한 물체로 생각하고 날개가 부착되는 부분의 동체의 모양을 콜라병과 같이 홀쭉하게 만들어 동체의 저항력을 줄이고(-), 날개의 저항력(+)을 합쳐 전체적인 저항력이 - + = 0 이 되게 하는 새로운 구조형식입니다.

 

  그 때 당시 미국의 퀀베어사에서 공군의 주문을 받고 자신있게 만들어 낸 YF-102란 삼각날개의 초음속 전투기가 있었는데 시험비행을 아무리 해 보아도 음속을 돌파하지 못하고 마하 0.98 정도 밖에 되지 않아, 공군에다 납품을 하지 못하고 고민하고 있었습니다.

그래서 이 면적의 법칙을 적용시켜 동체의 모양을 홀쭉하게 개조했더니 무난히 음속을 돌파할 수 있었다고 합니다. 그렇게 해서 면적의 법칙이 일약 유명해지고 그 후부터 초음속기에 많이 유행되어, 동체의 모양이 콜라병과 같이 아주 날씬한 모양으로 바뀌게 되었습니다.

 

 

그러나 이 면적의 법칙은 어디까지나 마하 1정도에서 그 효과가 좋게 나타난 것이었으며, 마하 1이상의 초음속기에서는 마하수에 따라 동체의 단면 모양이 알맞게 달라져야 했습니다. 그래서 현재는 컴퓨터를 이용하여 원하는 비행속도에 가장 적합한 단면적을 계산하여 보다 효율적으로 설계하고 있습니다.

 

 

 최근에는 날개와 동체의 연결부분이 더욱 날씬한 모양을 한 항공기가 많이 나오고 있습니다. 이것은 날개와 동체가 결합되는 부분의 공기저항 즉 압력 분포를 되도록 원활하게, 또 최소화시키기 위하여 동체와 날개의 연결부분을 아주 통체로 밋밋하게 만들었기 때문입니다. 이와 같이 날개와 동체의 연결부분을 통체로 밋밋하게 만든 기체는 브랜디드 윙 바디(Blended Wing Body)라고 하는데, 컴퓨터 기술이 크게 발달된 덕분에 이루어진 성과입니다.

 

브랜디드 윙 바디 형식의 제 1호기는 미국의 록히드사가 1974년에 개발하여 1986년부터 군에 납풍하기 시작한 B-1이란 전략폭격기 랜스 였습니다. 그 후 군용 고속기들은 모두 이와 같은 형식으로 설계 제작되고 있습니다. 이렇게 해서 항공기의 모양이 점점 더 날씬해져 예술 작품화되고 있는 것입니다.

 

B-1B 랜서 보러가기 *** http://blue5182.tistory.com/113

 

임달연 선생님의 '재미있는 항공 우주 이야기'

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[항공] 독일의 V-2 로켓

2012 포스팅 자료실 2012.03.25 20:02
**우주로켓의 실용화 - 독일의 V-2 로켓**


  고체연료 로켓을 '화전'이란 무기 형식으로 대량 생산하여 실용화시킨 것은 중국이었지만, 액체연료 로켓을 대량  생산하여 실용화 시킨 것은 독일이었습니다. V-2호 라는 로켓무기로 사용되었는데 전쟁 때문에 많은 경비를 무릅쓰고 서둘러 개발 생산하게 되었던 것입니다.
  이 액체연료 로켓인 V-2호는 고체연료 로켓과는 비교가 안될 만큼 고도의 과학기술적인 산물로서, 실제적인 우주로켓의 원조가 되고 있다는 점에서 역사적인 가치를 지니고 있습니다.

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V-2 호의 이모저모

  제2차 세계대전 말기에 독일이 개발한 V-2호(보복 2호 라는 뜻, 그 이전의 V-1 호는 간단한 제트엔진을 이용한 날개 달린 폭탄이었음)는 액체연료 로켓에 의한 비행폭탄이었는데, 1944년 9월 7일 도버해협 넘어 런던을 향해 발사하기 시작하여 1945년 3월 2일까지 모두 1,359발을 발사하여 런던에 치명적인 피해를 주었고, 기타 유럽 여러 도시를 향하여 2,000발 이상이 발사되었다고 합니다.

(독일이 처음으로 개발한 로켓 폭탄 V-2호. 지하공장에서 6,900대나 생산되었다고 한다. 대륙간 탄도미사일 ICBM의 원조)


 

전쟁이 끝난 후 아이젠하워 연합군 사령관이 "만일 V-2호가 6개월 정도만 먼저 나왔었더라면 세계의 역사는 달라졌을 것이다"라고 말한 것만 봐도 당시 V-2호가 얼마나 무서운 무기였나를 짐작할 수 있습니다.
  V-1 호는 저공을 시속 550km 정도로 날았기 때문에 총에 맞아 상당수가 격추되어 별 효과가 없었지만, V-2호는 지상에서 수직으로 발사되어 타원궤도를 그리면서 우주공간을 날아 거의 수직방향에서 초음속으로 낙하하는 것이었기 때문에 영국군으로서는  속수무책이었다고 합니다.

 
  이 V-2호의 길이는 약 14m, 몸통지름은 1.65m, 지름은 3.55m, 무게는 12,900kg, 폭탄 탑재량은 350~1,000kg, 로켓의 추력은 25,000kg, 연소시간 65초, 최대속도는 마하 4.5, 상승고도는 80~90km, 비행거리는 320km 이었습니다.

  그리고 발사방법이 아주 간단해서 차로 운반하여 적당한 장소에다 내려놓고, 테이블 모양의 간단한 발사대를 땅에다 세워 놓고, 지면이 무른 곳에서는 액체산소를 뿌려 얼려가며 사용했다고 합니다.
  발사장소를 이리저리 옮긴 것은 영국군의 공격을 피하기 위한 것이었으며 그 때 당시로서는 정말 무시무시한 아주 큰 로켓 폭탄이었습니다. 지하공장에서 월 300대 규모로 생산되었는데 1944년 말까지 모두 6,900대가 생산되었다고 합니다.
  당시의 히틀러(1889~1945년)의 욕심은 V-2호에 그치지 않고, 이를 더욱 크게 개량하여 태평양 건더 미국까지를 공격하는 꿈을 가지고 있었다고 합니다. 이것이 바로 '아메리카 로켓'이라는 것이었는데, 2단 로켓으로서 길이가 26m, 지름이 3.6m, 제 1단 추력 180톤, 연소시간 50초, 제2단 추력 30톤, 최종속도 초속 3,000m, 도달고도 340km, 사정거리 5,500km 이였다고 합니다.
  히틀러는 이 로켓에다 당시 개발 중이던 원자폭탄을 달 생각이었다고 하는데 성공하지는 못했습니다. 그러나 이 거대한 아메리카 로켓은 현재의 대륙간 탄도 미사일 (ICBM; Intercontinental Ballistic Missile)의 원조라고 해야 될 것입니다.



독일의 유명한 우주로켓 개발의 선구자들
  
 제 2차 세계대전이 끝나는 무렵, 미국에서는 고더드가 액체연료 로켓을 실험.연구 발사하는 정도였지만 당시 독일에서는 로켓과 우주비행에 대한 열의가 대단했습니다. 그 중에서 유명한 사람이 헬만 오베르트와 호만, 폰 브라운 등이었습니다. 

(1) 헬만 오베르트 : 우주비행협회 설립
 

  1894년 트란실바니아(지금은 루마니아에 속하는 지역)에서 출생, 뮌헨대학에서 의학을 전공했는데, 물리학과 천문학에 관심이 많았다고 합니다. 제 1차 세계대전에 참전하여 부상을 당하는 바람에 후방에서 위생병으로 종사하였으며, 종전 후 대학에서 물리학을 더 공부하고 고등학교 선생이 되고, 30살 때 '로켓을 이용해서 행성으로' 라는 책을 써서 유명해지는 덕분에 대학교수 자격을 따게 되었다고 합니다.

  오베르트는 이미 15세(1909년)때 고체 연료를 이용하는 유인 다단로켓을 설계했고, 18세 때에는 액체수소와 액체산소를 추진체로 사용하는 우주비행체에 관한 기본설계도 했었다고 합니다. 또 23세 때는 제어장치가 붙은 장거리 액체추진 로켓무기를 개발하였다고 군 당국에 건의하기도 했는데, 이것은 그 후 1944년에 독일이 개발한 V-2호 보다 더 규모가 큰 것이었지만, 군 당국에서 별로 관심을 보이지 않았었기 때문에 실현되지 못했습니다.

  그러나 오베르트는 자기가 쓴 책의 내용대로 액체추진 로켓에 관한 연구에 계속 몰두하였습니다. 그래서 많은 젊은 과학기술자들의 관심을 불러 일으켜 33살 때인 1927년에 '우주비행협회'를 설립하게 되었습니다. 당시 우주비행에 관심을 많이 가지고 있던 젊은 과학기술자들이 이 협회에 가입했는데, 회원수가 모두 1,000명 정도나 되었다고 합니다. 오베르트의 아이디어를 실현시킨 유명한 '호만'과 '폰 브라운' 박사도 그 중의 한 사람이었습니다.

 


  우주 비행협회 회원들은 서로 도와가며 우주로켓에 관한 실험연구를 했는데, 1931년에는 액체추진 로켓 HW-1을 개발하여 2km 상공까지 쏘아 올리는 데 성공하였습니다. 이것이 바로 유럽 최초의 액체연료 로켓이었습니다.

(2) 호만과 폰 브라운 : 이론과 실제적인 연구로 V-2호 개발

  원래 도시계획 기사였던 호만(1880~1945년)은 1925년에 '천체의 접근 가능성'이라는 책을 써 냈습니다. 이 책에서 호만은 우주비행에 관한 여러 가지 이론적인 문제와 실제 기술적인 문제를 보다 깊이 다루었는데, 그 중에서도 특히 우주비행을 최소한의 에너지로 원 궤도에 진입시킬 수 있는 방법, 즉 '호만궤도(Hohmann Orbit)'에 관한 연구 내용이 유명한 것입니다. 오늘날 인공위성을 궤도에 진입시키는데 크게 기여했기 때문이죠.
  이 호만궤도 이론에 의하면 지구에서 금성까지 가는 데는 146일, 화성까지는 259일, 목성까지는 2.7년이 걸린다고 합니다. 또 그는 1929년에 '우주비행의 문제'라는 논문을 발표했는데 오베르트가 제안했던 우주정거장의 개념을 확대시켜 우주정거장의 건설과 우주공간에서의 생활환경 문제에 대해서까지, 공학적인 측면에서 깊은 연구를 하였습니다. 


(호만(Walter Hohmann)과 폰 브라운(Wernher von Braun))

  한편 폰 브라운(1912~1977년)은 1932년에 베를린 공과대학을 졸업하고 바로 육군 병기창의 연구원이 되었습니다.
액체연료 로켓을 개발하는 일을 담당했는데, 1933년 수냉식 액체연료 로켓엔진의 지상실험에 성공하고, 1934년에 A-2란 로켓을 개발하여 2.4km 상공까지 올려 보내는 데 성공하였습니다. 그래서 독일 군 당국에서는 브라운에게 무제한의 많은 연구비를 지급하고 연구를 서두르게 하는 한편, 페네뭔데에다 우주센터를 건립하기로 하였습니다. 2년 이상 걸려서 1937년에 문을 연 이 우주센터에는 어마어마한 시설이 갖추어져 있었고 5,000명에 가까운 많은 연구진이 있었는데, 여기가 바로 그 유명한 V-2호가 개발된 곳이었습니다.

  V-2호의 원형은 A-4란 로켓이었는데, 개발초기에는 1톤의 탄두를 280km 먼 거리까지 운반할 수 있는 성능과, 유럽철도 터널을 통과할 수 있는 크기라야 한다는 것이 군 당국의 요구조건이었습니다. 그러나 1942년에 완성된 A-4의 성능은 고도 85km, 사정거리는 190km 정도 밖에 되지 않았다고 합니다. 그러나 브라운은 아주 적극적인 성격의 소유자였기 때문에, 직접 비행기 조종도 하고 우주복을 입고 우주비행 훈련도 해가며 A-4 로켓을 개량하여 1944년 V-2 호를 완성시켜, 9월 6일 영국의 런던을 공격하기 시작하였습니다.

  그러나 독일이 전쟁에서 패하자 브라운은 몰래 100여명이나 되는 연구원들과 같이 미국에 투항하였는데, 이 때가 1945년 5월 3일 새벽이었습니다. 이 무렵 다른 일부 연구원들은 구소련으로 망명을 하였다고 합니다. 
미국으로 건너온 브라운 일행은 자기들을 전범자로 취급하지 않겠다는 조건으로 미 육군의 로켓개발 사업에 협력하기로 하였습니다. 그래서 브라운 일행은 곧 뉴멕시코 주의 화이트샌즈 육군 로켓사업장으로 옮겨져, 본격적인 연구를 다시 시작할 수 있게 되었습니다. 
한편 브라운이 독일에다 비밀리에 감추어 두었던 연구 자료와 V-2호의 부분품들이 그해 5월 말 미국으로 이송되었는데, 16척의 화물선이 동원될 정도로 아주 많은 양이었다고 합니다. 

  그 후 브라운 일행은 독일에서 가족을 데려오고, 미국 시민권을 얻고, 우주개발 사업에 본격적으로 몰두하게 되었습니다. 그래서 첫 번째 연구 성과는 구소련의 스푸트니크 1호 보다는 늦었지만 1958년 1월에 익스플로러 1호를 우주로 쏘아 올리는데 성공한 것입니다. 이 때부터 미국과 구소련의 우주개발 경쟁이 본격화되기 시작한것이죠.  

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[항공] 비행기의 원리, 베르누이의 방정식

2012 포스팅 자료실 2012.03.25 00:09
**베르누이 정리 - 비행기의 원리**


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대기의 성분과 기본적인 성질

  표준대기표에서 보았던 바와 같이 지구를 둘러싸고 있는 대기의 상태는 온도, 압력, 밀도 및 음속 등으로 표시되고 있는데, 고공으로 올라갈수록 이들의 값이 점점 떨어지고 있습니다.
  한편 관측결과에 의하면 지상에서 약 30km 까지는 그 성분의 구성비가 대략 다음과 같이 거의 일정한 상태로 되어 있습니다.

[대기의 성분]
   산소 질소 아르곤  이산화탄소  수소  기타 
 부피(%)  21 78  0.9  0.03  0.01   0.06
 무게(%)  23  75  1.3  0.05  0.001   0.65

  앞에서 설명한 바와 같이 항공기는 대기의 성질을 잘 이용하면서 공중을 나는 날틀인데, 일반적으로 대기의 성질하면 그의 온도, 압력, 밀도, 점성 등이 어떻게 변화하여 물체에 어떠한 영향을 미치느냐 하는 것을 말하는 것입니다.
  물도 그렇지만 대기가 가만히 정지하고 있을 때는 별 문제가 없지만, 일단 움직이기 시작하면 그 흐름속도에 따라 물체에 미치는 영향력이 크게 나타나는 것입니다.
  홍수나 태풍의 경우를 생각하면 물이나 대기와 같은 유체가 고속으로 유동할 때는 대단한 압력에너지를 발휘하고 있다는 것을 우리는 경험을 통하여 잘 알고 있습니다. 무거운 항공기나 공중을 날 수 있는 것은 바로 이와 같은 대기가 가지고 있는 압력에너지를 잘 이용하고 있기 때문입니다. 

  스위스의 과학자 베르누이(1700~1782)는 1738년 물이 흘러갈 때, 그 흐름속도에 따라 변화하는 압력에 대하여 연구한 '베르누이의 정리'로 유명하고, 이탈리아의 벤투리(1746~1822)는 베르누이의 정이를 이용하여 파이프 속을 흐르고 있는 물의 속도와 압력을 측정하는 '벤투리계'를 발명한 유명한 사람들입니다. 
  대기도 물과 같은 유체이기 때문에 언제나 연속적으로 흐르는 성질(연속의 법칙)을 가지고 있고 또 4방 모든 방향으로 작용하는 힘 '정압'과 흐르는 방향으로 작용하는 힘 '동압'이 언제나 같이 작용하고 있는데, 이 두가지 압력을 합한 값은 그 흐름속도가 변화하더라도 언제나 같다라는 베르누이의 정리가 적용되고 있습니다. 다만, 이때 대기의 흐름상태는 언제나 정상적이고 점성과 흐르는 통로에 의한 마찰손실은 무시한다는 가정이 전재된다는 것입니다.

(유체는 넓은 데에서는 느리게, 좁은데에서는 빠르게 연속적으로 흐르는 성질을 갖고 있다. 유속이 빨라질수록 정압은 떨어지고, 동압은 높아진다) 

  따라서 대기의 흐름속도가 빨라질수록 그 곳의 정압(물체가 받는 압력) 은 떨어지고, 동압(흐르는 대기의 운동에너지)은 올라가게 마련입니다. 원래 물체가 받는 압력이란 그 물체 표면에 작용하는 대기의 분자력의 크기(총합)인데, 대기의 흐름속도가 빨라질수록 분자간의 간격이 커지기 때문에 물체에 미치는 분자력의 총합, 즉 압력은 떨어지는 것입니다.

● 좀더 간단하게 이해하고 싶다면 ●
저의 항공팀블로그의 글입니다
▷▶http://aviation-team.tistory.com/86◀◁

  항공기가 엔진의 힘에 의하여 대기 속을 빠른 속도로 전진할 때 그 항공기 날개에 뜨는 힘, 즉 '양력(Lift)'이 생기는 것은 바로 이와 같은 원리에 따라 날개의 윗면과 밑면에 작용하는 대기 압력의 차이 때문입니다.
  그래서 날개 윗면을 스쳐 흐르는 대기의 속도를 되도록 빠르게 하고, 날개 밑면의 속도를 느리게 하기 위하여 날개골(익형)의 모양이 둥글게 위로 휘어져 있는 것입니다. 


  여기서 중요한 것은 비행속도가 변화하더라도 언제나 대기의 흐름이 날개의 위, 아래 표면을 고루 잘 스치고 지나가야 한다는 것입니다. 따라서 비행속도에 따라 그에 적합한 모양의 날개가 있게 마련입니다.
  그러나 항공기는 언제나 일정한 속도와 같은 자세로 비행하는 것도 아니고 또 주위의 대기상태(기상상태)가 항상 변화하고 있기 때문에 대기의 흐름이 언제나 항공기 날개의 위, 아래 표면을 고루 잘 스쳐 지나가도록 하는 것은 아주 어려운 일입니다. 따라서 항공기 설계에서 날개의 모양이 제일 중요한 과제로 되어 있는 것입니다.
  그래서 항공기의 발달 과정에서 여러 가지 모양의 날개골이 연구 개발되고 있는데, 아주 잘 설계된 것은 앞으로 전진할 때 생기는 저항력에 비하여 30배 만큼이나 더 큰 양력을 얻을 수 있는 것도 있습니다. 온 무게가 400톤 가까이 되는 보잉 747 점보여객기가 힘차게 이륙 상승하여 고속(마하 0.85)으로 비행하고 있는 것을 보더라도 날개에 작용하는 대기의 압력이 그 얼마나 큰 것인가를 실감할 수 있을 것입니다.


연속으로 흐르는 성질, 연속의 방정식



  그림에서 보는 바와 같이 수도꼭지에다 홀쭉한 호스를 끼고 물을 통과시키면, 물줄기가 가늘고 유속은 빨라지지만 나오는 물의 양은 같다는 것을 쉽게 알 수 있을 것입니다. 수도꼭지 부분의 단면적을 S1, 유속을 V1 이라 하고, 호스 끝부분의 단면적을 S2, 유속을 V2 라 하면, 단위 시간당 수도꼭지 부분을 흐를 때의 물의 양 Q1은 S1 * V1이 되고 호스 끝부분을 흐를 때의 물의 양 Q2는 S2 * V2가 됩니다(물의 밀도는 변화하지 않고 일정하다고 가정).

 

(물의 연속적인 흐름. 통로의 단면적에 따라 유속이 달라지지만 흐르는 물의 양은 언제나 일정하다. 대기도 같은 성질을 가지고 있다.)

  이 때 물은 연속적으로 흐르고 있기 때문에 '질량보존(불변)의 법칙'에 의하여 Q1 = Q2 가 됩니다. 따라서 다음과 같은 방정식이 성립되는데 이것을 '연속의 방정식'이라고 합니다. 


   그러니까 단면적이 다른 파이프 속을 물이 연속적으로 흐를 때, 단면적이 작아지면 그에 따라 유속이 빨라지고, 반대로 단면적이 커지면 그 만큼 유속이 느려진다는 것을 알 수 있습니다.
  이상과 같은 관계는 밀도가 일정한 물의 경우지만, 대기의 경우도 흐름의 상태가 정상적인 경우에는 이 연속의 방정식이 그대로 적용되고 있습니다. 그러나 대기의 속도가 음속 가까이 또는 음속이상으로 빨라지는 경우에는 밀도의 변화까지를 생각해야 합니다.

흐름속도에 따라 변화하는 압력, 베르누이의 방정식

  대기나 물과 같은 유체의 흐름에서 그 유체가 가지고 있는 에너지는 위치 에너지(Pe)와 운동에너지(Ke), 그리고 압력에너지(P) 등 세가지로 구분하여 생각하면 됩니다. 그러면 에너지 보존의 법칙에 의하여 S1의 단면에서 S2의 단면으로 흐를 때 이 세 가지 에너지를 합한 값은 같아야 하는 것입니다. 즉,


  유체의 통로가 수평한 경우에는 위치 에너지 Pe를 무시해도 되므로 위의 식은 다음과 같이 간단하게 표시될 수 있습니다.

  또, 단위체적 v에 대한 운동 에너지량 식을 이용하면 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

  

이 식을 '베르누이의 방정식' 이라고 하는데 밀도 p의 변화가 없다고 가정하는 비압축성 유체에서 적용되고 있습니다.

  위의 방정식에서 Ke는 유체가 흐르는 방향으로 작용하는 '동압' 이라 하고, P는 사방 모든 방향으로 작용하는 '정압', 이를 합한 전체 에너지를 '전압' 이라고 합니다. 그래서 베르누이의 방정식은 '유체의 흐름에서 동압 + 정압은 언제나 일정하며 전압과 같다'는 결과가 되는 것입니다. 따라서 유체의 흐름속도가 느려지면 그만큼 정압이 커진다는 것을 알 수 있습니다. 

  위와 같은 베르누이의 방정식이 성립되는 데는 다음과 같은 세 가지 조건을 가정으로 하고 있습니다. 
(1) 비압축성 유체로서 점성을 무시한다.
(2) 중력의 영향을 무시한다.
(3) 흐르는 도중에 외부에서 다른 에너지를 받지 않는다.  

대기의 압축성과 점성, 마하수(M)와 레이놀즈수(R)

대기의 압축성과 마하수(M)

  현재 항공기는 지구 주위의 대기 속을 시속 300km 이하의 낮은 속도에서부터 음속의 3배 정도나 되는 아주 빠른 속도 범위에서 비행을 하고 있습니다. 이러한 항공기들의 비행성능은 항공기의 속도, 즉 기체의 표면을 스쳐 흐르는 대기의 흐름이 그 속도에 따라서 변화하는 압력, 온도, 밀도, 점성 등과 같은 물리적 상태 변화량에 따라서 달라지게 마련입니다. 
  기본적으로 대기(기체)나 물(액체)과 같은 유체는 어느 정도 이상의 압력을 받으면 그 부피가 줄어들면서 밀도가 높아지는 성질을 가지고 있는데, 이와 같은 성질을 '유체의 압축성'이라고 합니다.
  대기와 같은 기체는 액체에 비하여 이 압축성이 아주 큽니다. 그러나 흐름속도가 느릴 때는 이 압축성이 무시될 정도로 아주 적게 나타나기 때문에 언제나 밀도가 일정한 '비압축성 흐름'으로 취급되고 있습니다.
  압축성 흐름에 대해서는 1895년 오스트리아의 물리학자이며 철학자인 마하(1838~1916년)가 대기흐름에서의 압축성을 나타내는 방법을 연구해 냈는데 이것이 바로 '마하수'(Mach Number) M이라는 것입니다.

  이 마하수 M은 다음과 같이 비행속도 (V)를 그 고도에 해당되는 음속(a)으로 나눈 값으로 정의되고 있습니다.


일반적으로 항공기가 아음속, 천음속 또는 초음속으로 비행한다는 것은 이 마하수 M으로 구분한 것인데, M의 값에 따라 대기의 압축성의 영향이 다르게 나타나는 것입니다.


[마하수(M)에 의한 속도의 구분]
 마하수(M)  속도의 구분 해당되는 항공기의 종류 
 0.5 이하
 0.6 ~ 0.8
 0.9 ~ 1.2
 1.3 ~ 5.0
 5.0 이상
 저속 
 아음속
 천음속
 초음속
 극초음속
 경항공기, 헬리콥터
 보잉 747, A380 등 대형 여객기
 3~4세대 전투기들의 순항속도
 F-22, SR-71, 콩코드 여객기 등
 현재 개발중인 무인항공기 등


(마하수(M)에 따라 달라지는 대기의 압축성, M=1에서 충격파가 생기고 M>1에서는 충격파의 모양이 큰 모양으로 된다(마하 콘의 발생).)



대기의 점성과 레이놀즈 수(R)

  대기의 흐름속도가 점점 빨라져 비압축성 흐름에서 압축성 흐름상태로 변하게 되면, 대기는 압축성과 더불어 '점성' 이란 성질이 생기게 됩니다. 점성이란 끈끈한 성질, 즉 물체에 달라붙는 성질로서 대기가 항공기 날개 표면을 고속으로 스쳐 흘러갈 때, 마찰저항을 받아 압축(밀도 증대)되면 대기입자의 흐름속도가 떨어지고 입자간의 인력이 증대되면서 날개표면에 달라붙은 점성이 생기게 되는 것입니다. 그래서 날개표면에서는 대기의 흐름속도가 거의 0이 됩니다.

  그러나 날개표면에서 차츰 멀어지면 압축성이 약해지면서 점성의 영향이 줄어들기 때문에 흐름속도가 점점 빨라지고, 어느 정도 이상 멀어지게 되면 원래의 일정한 흐름속도가 되는 것입니다.
  이와 같이 점성의 영향으로 날개 표면의 흐름속도가 거의 0 상태에서 다시 정상적인 흐름속도로 변화하는 영역을 '경계층'이라고 합니다. 대기는 눈으로 볼 수 없기 때문에 실험해 보기가 어렵지만, 물이 경사진 평판 위를 빠른 속도로 흐를 때 잘 관찰해 보면 평판 표면에 아주 얇은 경계층이 생기는 것을 쉽게 확인할 수가 있습니다. 이와 같은 경계층의 두께나 경계층 내에서의 흐름상태는 그 흐름의 속도와 점성에 따라 여러 가지 양상으로 변하는 것입니다.


(물의 흐름이 느리면 오른쪽과 같이 물이 부드럽게 흐르지만, 물의 속도가 빨라지면 경계층에서 점성이 생겨 흐름이 왜곡되는 것을 볼 수 있다.)

  일반적으로 대기의 입자가 흐름의 방향을 항상 일정하게 유지하면서 고르게 흐르는 것을 '층류(laminar-flow)'라 하고, 서로 뒤섞이면서 불규칙하게 흐르는 상태를 '난류(Turbulent flow)'라고 하는데, 날개 표면을 스쳐 흐르는 대기의 흐름은 처음에는 층류상태이다가 뒤로 가면 난류상태로 바뀝니다. 이와 같이 층류 상태에서 난류상태로 바뀌는 부분을 '전이면'이라고 합니다. 
 
  또 난류상태가 심해지면 대기의 흐름 자체가 날개 표면에서 아주 떨어져 나가는 현상이 생기는데 이와 같은 현상을 '분리현상'이라고 합니다.

이상과 같이 대기의 흐름속도가 아주 빠른 경우에는, 즉 압축성 유체에서는 점성의 영향으로 경계층이 생기고 분리현상 등 아주 복잡한 흐름상태가 되는 것입니다. 그래서 압축성에 의한 영향을 마하수 M으로 표시한 것과 같이, 점성에 의한 영향을 나타내는 데는 다음과 같은 "레이놀즈 수(Raynold Number) R 이라는 것을 이용하고 있습니다.

  이 레이놀즈수 R은 1879년 영국의 레이놀즈(1842~1912년)란 사람이 연구해낸 것인데, 밀도 p, 점성계수 μ인 점성유체가 길이 L인 물체표면을 따라 속도 V로 흐를 때, 관성력은 Pv2에 비례하고 점성력은 μV/L 에 비례한다는 내용입니다. 

  이 레이놀즈수 R이 작은 흐름은 층류상태이고 R의 값이 점점 커지면 난류상태가 되는데, 일반적으로 대기나 물과 같은 점성유체가 흘러갈 때 경계층의 두께나 흐름의 변화상태 등 여러 가지 역학적인 상사성을 나타내는 바로미터로 많이 사용되고 있습니다.

항공기는 아주 넓은 영역의 비행속도와 고도범위에서 비행하고 있기 때문에 날개와 기타 기체부분에서의 대기의 흐름상태가 아주 복잡합니다. 따라서 압축성과 점성의 영향, 즉 마하수 M과 레이놀즈 수 R의 변화량이 아주 다양하기 마련입니다.

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[항공] 기상변화의 요인과 기상관측, 예보

2012 포스팅 자료실 2012.03.24 01:12
**항공지식 - 기상변화 관측 / 국제표준대기표**


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기상변화의 요인

  항공기나 우주비행체가 하늘을 날 수 있는 것은 눈에 보이지 않는 대기, 즉 공기의 성질을 잘 이용하고 있기 때문입니다. 선박이 물의 성질을, 자동차가 땅의 성질을 잘 이용하여 운행되고 있는 것과 같이 항공기는 주로 10km 남짓한 낮은 대류권 범위 내에서 밀도가 높은 대기의 성질을 잘 이용하고, 우주비행체는 그 밖의 높은 범위의 공간에 존재하는 아주 희박한 대기의 성질을 잘 이용하여 비행하고 있는 것입니다.
  그러나 우주비행체도 이착륙을 할 때는 밀도가 높은 대기의 영향을 받아야 하고, 높은 궤도 비행을 할 때도 완전한 진공상태가 아닌기 때문에 희박한 대기의 밀도나 온도, 기타 기상변화의 영향을 무시할 수가 없습니다.
  기상변화의 요인은 태양열과 지열, 그리고 기타 열에 의한 공기의 대류현상이 주된 요인으로 되고 있지만, 실제로는 기온, 기압, 습도, 바람, 구름, 비, 눈 등 여러 가지 요소가 복합적으로 작용되어 아주 복잡한 변화양상을 나타내고 있는 것입니다.
  그래서 그 변화상태를 시시각각으로 파악하여 '기상예보'를 해 주고 있습니다. 제아무리 잘 만들어진 항공기나 우주비행체라 할지라도 기상상태를 무시하고 무모하게 비행할 수는 없기 때문입니다.


기상관측과 예보방식

  일반적으로 기상관측이란, 여러 가지 기상변화의 요소를 기상관측 레이더로 측정하는 것을 말하는 것인데, 지상에서 측정하는 '지상 기상관측'과 고공에서 측정하는 '고공 기상관측' 두 가지 방법이 있습니다. 또 측정하는 시기에 따라 정시적으로 하는 '정시관측'과 특별한 경우에만 실시하는 '특별관측'이 있습니다.
  항공기의 안전운항, 특히 이착륙 할 때의 안전을 기하기 위하여 실시하는 기상관측을 '항공기상관측'이라고 하는데, 매시간 또는 매 30분 마다 공항에 있는 기상관측소에서 관측을 하고 있습니다. 그러나 규모가 작은 지방공항에서는 공항의 운용시간과 항공기의 이착륙 빈도에 따라 관측시간 간격이 좀 다르고, 야간관측을 하지 않는 경우도 있습니다.
  특별관측은 태풍이나 짙은 안개 등 기상요소의 급격한 변화로 항공기의 운항, 특히 이착륙에 지장을 초래할 만한 급격한 기상변화가 예상될때 실시하는 방법인데, 특별관측을 해야 할 급격한 변화의 정도는 국제적으로 정해진 기준에다 국내 실정을 감안하여 그 기준이 정해지고 있습니다.


  고공기상관측은 고공의 기온, 기압, 풍향, 풍속 등을 관측하는 것인데 10km 상공까지는 항공기로, 그 이상의 고도에 대해서는 기상위성을 이용하고 있습니다. 고공관측의 결과는 대기의 입체적인 구도에 관한 내용, 즉 등온면, 등압면, 수직단면, 그리고 이를 종합한 전체적인 기상도작성 등 기상예보 자료를 만드는데 아주 유효하게 활용되고 있습니다.
  항공기에 의한 기상관측은 정기 운송 여객기나 기상 정찰기가 규칙적으로 정해진 항로를 비행하면서 기상상태를 관측하고 지상관제소에 보고하는 것인데, 관측위치, 시간, 풍량, 풍속, 시정, 운량, 운고, 기온 등을 정시적으로 통보하는 '정시 항공실황 기상통보방식' 과 특별히 태풍의 위치나 강도를 정확하게 관측하여 통보하는 '지정 특별 항공실황 기상통보방식'이 있습니다.
  한편, 항공기 이착륙에 직접적으로 관계되는 공항주변의 기상요소를 관측 예보하는 업무를 '비행장 예보(TAF)'라고 하는데, 활주로 상의 풍향, 풍속, 지상 시정, 구름 상태 등 관련 정보를 국제적으로 기상관측 기관끼리 1일 4회씩(00, 06, 12, 18시, 24시간 유효) 교환하고 있습니다. 그러나 국내에서는 1일 8회씩 교환하고 있는데 이 정보는 6시간 유효한 것으로 되어 있습니다. 


  기상위성 관측은 국제기상관측기구인 WMO(World Meterological Organization)에서 그 업무를 총괄하고 있는데, 기상위성에는 정지위성과 극궤도위성 두 가지가 있습니다. '정지위성'은 여러 개의 위성을 적도 상공 약 3만 6000km 상공에다 등간격으로 배치하여 위성 직하점을 중심으로 반지름 약 6000km(60˚N에서 60˚S) 범위의 기상상태를 항상 감시 관측하고 있습니다. 즉 구름의 분포상태와 각 지점의 온도 등을 정확하게 관측하고, 태풍이나 저기압전선 등의 세기와 활동상황을 감시하며 모든 정보를 지상국에다 전송해 주고 있습니다.
  '극궤도위성'은 남북 또는 북남 방향으로 적도를 통과하는 시간이 일정한 여러 궤도를 돌면서 관측하는 태양동기 위성인데, 보통 2개가 한 조가 되어 1일 4회씩 관측된 정보를 보내주고 있습니다. 그 중에서 1000km 이하의 저고도 궤도의 이점을 이용하여 정지위성이 감시하지 못하는 고위도 지방의 기상상태를 감시 관측하는 극궤도위성도 있답니다.


국제표준대기표

  항공기는 언제나 대기의 밀도가 높은 대류권 (약 11km 이하) 내에서만 운항하고 있는 비행체입니다. 이 대류권 내에서는 고도가 높아질수록 자연적으로 기온이 점점 내려가고 있기 때문에(1m 높아질수록 0.0065˚C 만큼씩 떨어져 11km 이상이 되면 거의 일정하게 -56.5˚C가 됨) 언제나 열에너지의 대류현상이 발생하게 마련입니다. 그래서 대기는 일정불변한 상태를 유지하지 못하고 항상 변동하게 마련이고, 이로 이하여 아주 복잡한 기상변화가 일어나고 있는 것입니다.
  항공기는 이와 같이 항상 변화하고 있는 대기의 상태, 즉 기온, 기압, 밀도 등의 변화영향을 받아가면서 비행하고 있는 것입니다. 그래서 고도 2000m 에서 시속 500km로 날 수 있는 항공기가 같은 파워로 고도 1000m에서는 같은 속도로 날 수 없고, 또 다른 지역에 가서는 같은 고도에서 같은 속도로 날 수 없는 것입니다.
 이와 같은 비행성능의 변화 이외에도 항공기의 비행 안전성과 운동성 같은 것도 변화무궁한 대기상태의 영향을 언제나 받게 마련입니다. 그래서 항공기의 성능을 제대로 표시하려면, 그때그때의 대기상태를 일일이 표시해 주어야 하는데 대단히 복잡하고 또 서로의 성능을 비교하는데에도 불편하기 때문에, 마치 길이를 재기위한 '자'가 있듯이 대기에 대해서도 고도 2만 m 까지의 그 표준상태를 가상적으로 나타내는 방법을 정해 놓고 있는데 '국제표준대기표'라고 합니다.

  1952년, 따뜻한 온대지방에서 관측된 기상자료의 평균치를 종합하여 국제 민간항공기구인 ICAO에서 이를 만들어 현재까지 온 세계에서 공통적으로 활용되고 있습니다. 우리나라 항공법에서도 1961년부터 이 표준대기표를 사용하도록 규정하고 있고, 한국산업규격에서도 1976년에 항공부문(KS-W)의 'W0211 - 79 표준대기'로 KS 규격화되고 있습니다.


Standard Atmosphere Table


  이 국제표준대기표는 항공기 기타 관련 장비품의 성능을 비교 평가하고 안전성을 확보하기 위한 기술상의 기본기준으로서, 모든 기술자료에서 그 성능을 나타내고 있는 숫자는 모두 이 표준대기상태를 기준으로 한 것입니다. 
  앞에서도 설명했듯이 모든 과학기술은 '정성적인 발상'과 '정량적인 실증'이 겸비되어야 하는 것입니다. 정성적인 발상을 흔히 정량적인 실증을 하기 위한 '가정'이라고 하는데 국제표준대기표를 만드는데 있어서도 다음과 같은 여러 가지 가정사항을 전제로 하여 만들어진 것입니다. 

**국제표준대기표의 가정사항**
(1) 대기는 수증기가 포함되어 있지 않은 건조한 공기, 즉 완전가스와 같은 것이라고 가정하고 이것을 '표준대기'라고 한다. 
(2) 대기의 온도는 따뜻한 온대지방의 해면상의 15˚C를 기준으로 하고, 이것을 '표준온도'라고 한다.
(3) 해면상의 대기압력은 수은주의 높이 760mm를 기준으로 하고, 이것을 '1 표준기압'이라고 하며 1atm으로 표시한다
1atm = 760mmHg = 10.3332 mAg = 1.0332 kg/cm" ( 표준기압 = 수은주의 높이 = 수주의 높이 = 공업기압 또는 기압)
(4) 해면상의 대기밀도는 1.2250kg/m"' 을 기준으로 한다. 밀도 p는 단위체적당 질량, 따라서 그 무게(비중량) r 은 지구의 중력 가속도 g를 곱한 r = pg kg/cm"', 또 그 부피(비체적) v는 v = 1/r 이된다. 그러나 대기의 부피는 온도 및 압력에 의하여 팽창.수축됨으로 서로 비교할 때는 표준상태(760mmHg, 15˚C)일 때의 비체적 Vo Nm"'/kg 으로 표시하다. (Nm"' : 표준상태일 때의 대기의 부피)
(5) 고도에 따른 온도강하 구배는 -56.5˚C (-69.7˚F)가 될 때까지는 -0.0065˚/m 이고 그 이상 고도에서는 변함없이 일정 (-56.5˚C)하다고 가정한다. 







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[항공] 지구를 둘러싸고 있는 대기의 상태

2012 포스팅 자료실 2012.03.22 23:43
**항공지식 - 대기의 상태**



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대류권에서 열권까지

  약 400톤 가까이 되는 무거운 747 점보여객기가 안전하게 전 세계의 하늘을 날아다닐 수 있는 것은, 지구를 둘러싸고 있는 공기의 성질을 잘 이용하고 있기 때문입니다. 지구를 둘러싸고 있는 이 공기를 대기라고 하는데 다음 그림은 지구 표면에서 1천 km 상공까지의 대기의 밀도와 온도의 변화상태 등을 나타낸 것입니다.
  지구표면에서 고도 약 10km 까지를 '하층대기' 또는 '대류권'이라고 하는데, 아주 복잡한 기상변화가 일어나고 있는 영역입니다. 고도 약 10~50km 까지는 온도가 거의 일정하게 안정되어 있는 '성층권'이고, 다음 85km 까지는 초고층대기로 바뀌는 '중간권'으로, 성층권과 중간권을 합해 '중층 대기권'이라고 합니다. 이 중층 대기권 밑 부분에는 우리에게 잘 알려지고 있는 '오존층'이 자리 잡고 있습니다.
  100km에서 1,000km 범위에서는 태양의 자외선에 의하여 고온상태가 되어 전리층이 형성되고 있는데, 이와 같은 초고층 대기부분을 '열권' 또는 '전리권' 이라고 합니다. 이 전리권에서는 대기의 성분에 따라 전리시키는 빛의 파장이 다르기 때문에 D,E,F 층으로 구분하고 있는 데, 각 층별로 전파를 반사시키는 것이 다릅니다. 그래서 이와 같은 성질을 이용하여 파장이 서로 다른 원거리 전파통신을 할 수 있게 된 것입니다.

대기의 밀도와 온도, 그리고 압력

  일반적으로 대기의 상태는 밀도, 온도 및 압력 등으로 나타내고 있습니다. 여기서 밀도란, 단위체적당 공기의 입자가 얼마나 밀집되어 있는가를 나타내는 단위인데, 고도 120km 까지는 16km 마다 1/10정도씩 거의 직선적으로 일정하게 감소되어, 120km 상공에 가면 10(-8제곱km/cm3승) 즉 지구표면 밀도의 1억분의 1 정도로 아주 희박한 진공에 가까운 상태가 됩니다. 그래서 우주공간은 진공상태라고 흔히들 말하고 있는 것입니다.
  이와 같은 대기밀도의 분포상태는 항공기나 우주비행체의 비행과 아주 밀접한 관계가 있는 것입니다. 밀도가 높아질수록 공기의 저항력과 마찰에 의한 열의 발생률이 점점 높아지기 때문입니다.
  특히 밀도가 100분의 1 정도밖에 감소되지 않은 고도 30km 까지가 우주비행에서 어려운 고비가 되는데, 마찰열까지를 생각한다면 고도 100km를 넘어설 때까지는 안심할 수가 없는 것입니다. 왜냐하면 공기의 저항력은 속도 자승에 비례하지만, 열의 발생률은 단위시간당 저항력에 해당되는 일의 량에 비례해서 증가되기 때문입니다. 
  고도가 120km를 넘어서면 밀도의 감소비율이 급격히 줄어들고 그반면 밀도의 변화폭이 점점 커지고 있습니다. 고도 약 100km에서 1,000km까지의 범위를 열권이라고 하는데, 이는 태양에너지에 의하여 대기가 점점 가열되는 영역이기 때문에 열관이라고 하는 것입니다.
  그래서 이 열권내의 대기상태는 태양의 활동상태와 계절 그리고 밤낮의 변화, 지자기의 활동상태 변화 등에 의하여 크게 변화되고 있는데, 그 중에서 가장 크게 영향을 받는 것이 태양의 활동상태입니다. 즉 태양의 활동이 심해지면 대기가 팽창되어 자연히 아래 부분의 밀도가 올라가게 됩니다.
  보통 저궤도 인공위성은 200 ~ 300km 상공궤도를 돌고 있는데, 이와 같은 대기밀도 변화에 의한 저항력 때문에 시간이 경과할수록 점점 고도가 떨어져, 결국 밀도가 높은 대기권으로 빠져들어 마찰열이 점점 많이 생겨 얼마 안가서 소멸되고 마는 것입니다.
  인공위성의 수명은 이와 같이 대기의 밀도변화에 의하여 결정되는 것이기 때문에 11년 주기로 변화하고 있는 태양의 활동상태에 따라 그 수명을 예측할 수가 있습니다. 실제로 태양의 활동이 전성기일 때에는 위성궤도의 원지점 고도가 많이 저하하는 현상을 나타내고 있습니다. 

  


  '기체 분자 운동론'에 의하면 모든 기체 분자는 서로 충돌을 거듭하면서 활발히 움직이고 있는데, 그 운동 에너지량은 거시적으로 '온도'로 측정할 수 있고 또 용기 벽에 부딪히는 운동량의 변화에 의한 '압력'으로 측정될 수 있습니다. 즉 밀도가 높아져 분자간의 거리가 좁아질수록 기체분자의 충돌이 활발해져서 온도와 압력이 올라가게 되는 것입니다.
  그러나 만일 1기압(지구표면)하에서 분자간의 거리가 0.1 마이크로미터라면 고도 120km 상공에서는 그 거리가 10m로 넓어져서 서로 충돌을 하지 않고 아주 고요한 상태, 즉 균질하고 희박한 기체상태가 된다고 합니다.
  앞에서 설명했듯이 우주공간에서는 수소(H)가 72%, 헬륨(He)이 25%, 기타 원소가 3% 등으로 구성되어 있는데, 희박한 상층대기일수록 수소 성분이 많아지고 있다고 합니다. 실제 탐사결과에서도 120km 상공의 대기가 수소성분을 보다 많이 포함하고 있다는 것이 확인되고 있습니다.

태양풍과 지자기권

  고도가 1,000km 이상 되는 공간을 '외권'이라고 하는데, 이 영역에서는 기체분자가 태양열에 의하여 전리되어 이온과 양자로 전자화된 '프라즈마' 상태로 존재합니다. 이와 같은 전리된 입자들은 또 강한 태양열에 의하여 활발한 운동을 하면서, 지구를 위시한 기타 혹성에 영향을 미치게 되는데 이와 같은 현상을 '태양풍'이라고 합니다. 
  지금까지의 관측결과에 의하면 지구가 공전하고 있는 궤도 부근의 대기 밀도는 보통 입자수로 따져 10개/cm"' 정도이고, 태양풍의 속도는 약 500km/sec, 그리고 입자의 온도는 약 10만도 정도가 된다고 합니다.
  지구가 받는 태양에너지란 바로 이와 같은 태양풍이 가지는 에너지량을 마하는 것인데, 태양활동이 약할 때도 매초 2*10(의 27제곱)에그르(erg) 정도가 된다고 합니다(1 erg = 1 dyn . cm).
  그러나 지구 부근에서는 지구의 자장이 강한 태양풍을 막아주는 '지자기권'을 형성하고 있기 때문에 직접적인 영향은 일단 차단되어 있는 상태입니다.  원래 태양풍은 전리된 입자들이어서 자장에 빨려드는 성질을 가지고 있기 때문입니다. 그러나 변화무쌍한 태양풍의 강도가 심해질 때는 가끔씩 태풍현상과 같은 돌연변이 현상을 일으키기도 합니다. 이러한 돌연변이 현상을 '자기태풍'또는 '지구태풍'이라고 하는데, 기상변화의 근본적인 요인이 되고 있습니다. 


  요즘 환경보호 차원에서 '오존층' 파괴 문제가 심각한 문제로 대두되고 있는 것도 강한 태양풍의 내습을 두려워하고 있기 때문입니다. 태양에너지가 있음으로써 모든 생물이 생존하는 것이지만, 그 에너지를 너무 강하게 받게 되면 살아남을 수가 없는 것입니다. 이것이 대자연의 진리이기 때문에 우리 인간은 자연을 잘 보호해 가면서 살아나가야 되겠습니다.


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