비행 제어와 보조양력장치, 세가지 비행조종장치

비행제어

1차 조종장치는 요구된 비행경로 항공기가 비행할 수 있도록 항공기의 공기력을 제어하기 위해서 에어론, 엘리베이터, 러더를 사용합니다. 비행 조종면은 비행 시 항공기의 표면 위에 공기흐름을 바꿔서 항공기의 자세를 변화하도록 설계되었습니다. 세 가지 조종면은 세 개의 축에 대하여 항공기를 움직이는 데 사용됩니다.

 

평행상태조종에 속하는 것은 트림 탭, 서보 탭, 밸런스 탭 그리고 스프링 탭입니다. 트림 탭은 차 조종면의 뒷전 안으로 오목한 곳에 둔 작은 에어포일입니다. 트림 탭은 원하지 않는 비행자세 쪽으로 움직이려는 항공기의 어떤 경향을 수정하기 위해서 사용됩니다. 트림 탭의 목적은 1차 조종장치에 어떤 압력이라도 가하지 않고, 비행할 때 존재하게 되는 어떤 불균형상황이라도 균형을 잡도록 조종사가 가능하게 하는 것입니다. 

 

때로는 서보탭은 대형 주조종면에 주로 사용됩니다. 서보탭은 주종면을 움직이고 요구된 위치에서 그것을 유지하기에 도움이 됩니다. 오직 서버탭은 1차 비행조종장치 중 조종사의 움직임에 반응하여 움직입니다. 밸런스 탭의 경우에는 1차 비행장치 중 반대방향으로 움직이도록 설계되었습니다. 그래서 밸런스탭에 작용하는 공기력은 1차 조종면을 움직이게 돕습니다. 스프링탭은 트림 탭과 외형적으로 비슷하지만 완전히 다른 목적을 위해 적용됩니다. 스프링 탭은 1차 조종면을 움직이도록 조종사를 도와주기 위해 유압작동기와 같은 목적으로 사용됩니다.

보조양력장치

비행조종면의 보조양력 장치에 포함된 것은 무엇이 있을까? 플랩, 리딩 에지 플랫, 스포일러, 스피드 브레이크, 슬랫, 슬롯등이 있습니다. 보조양력장치는 2개의 소그룹으로 분류되는데, 주목적은 양력을 증가시티는 것과 감소시키는 것입니다. 첫째 그룹에서는 플랩, 뒷전 슬랫, 앞전 슬랫, 슬롯이 있습니다. 양력감소장치는 스피드 브레이크와 스포일러입니다. 뒷전 에어포일, 즉 플랩은 날개면적을 증대시킵니다. 이륙 시 양력을 증가스키고 착륙 시 속도를 감소시킵니다. 이 에어포일은 접을 수가 있어 앞전 플랩은 날개의 앞전으로부터 펼쳐지고 앞전 안으로 수축시켜진 에어포일입니다. 일부 앞전 플랩은 펼쳐진 에어포일과 앞전 사이에 열린 공간인 슬롯을 만들어냅니다. 슬랫이라고 하는 플랩과 슬롯은 이륙과 착륙 상태에서 추가적인 양력을 만들어냅니다.

 

슬랫은 날개의 앞전에 부착된 가동 조종면입니다. 슬랫이 오므라졌을 때 날개의 앞전을 형성합니다. 앞쪽 방향으로 펼쳐졌을 때 슬롯은 슬랫과 날개 앞전 사이에 만들어집니다. 순항 속도에서 뒷전 플랩과 앞전 플랩, 즉 슬랫은 고유의 날개 안으로 수축시킵니다. 저 대기속도에서 항공기가 정상 착륙속도 이하인 대기속도에서 조종되게 하는 슬롯은 양력을 증가시키고 조종 안정성을 향상합니다.

 

양력감소장치는 스피드 브레이크, 즉 스포일러가 있습니다. 스포일러에는 두 가지 형태가 있습니다. 제동동작에 도움을 주는 지상 스포일러는 오직 항공기가 지상에 있을 때 펼쳐집니다. 비행 스포일러는 날개에 보조익이 위쪽으로 순환되었을 때 언제나 펼쳐져 횡방향 제어를 돕습니다. 스피드 브레이크로서 작동할 때 양쪽 날개에 스포일러판은 위쪽으로 올라갑니다. 비행 중에 스포일러는 동체의 아래에 옆쪽을 따라 혹은 미부에서 뒤쪽을 따라 위치합니다. 위로 향하는 보조익 쪽에 날개판은 아래로 향하는 보조익 쪽에 날개판보다 더 올라갑니다. 이것은 동시에 스피드 브레이크 작용과 횡방향 제어를 같이합니다. 

 

윙렛은 비행기가 공기를 통과하여 이동할 때 날개 끝에서 생기는 와류에 관련된 공기항력을 줄이는 날개 끝의 수직 연장 날개 형태입니다. 날개의 끝에서 유도하력을 줄임으로써 연료소비량은 줄어들고 항속거리는 연장됩니다. 귀날개라고 불리는 선미익기는 작은 날개 또는 수평 날개가  전통적인 항공기에서처럼 뒤쪽에 있는 것보다 오히려 주날개의 앞쪽에 배치한 형태입니다. 귀날개는 고정식, 가동식 두 가지 모두 가능하며 엘리베이터로 적용되기도 합니다.

비행기의 제어시스템

비행기의 제어시스템에는 크게 세 가지가 있습니다. 기계식 제어, 유압기계식 제어 그리고 플라이바이와이어 제어식이 있습니다. 기계식 제어의 경우 초기 항공기를 위해 사용되었던 장치로 공기력이 과도하지 않은 소형 할 공기에 널리 사용되었던 장치입니다. 이 조종 장치는 기계식과 수동식이 있습니다. 항공기를 조종하는 기계식 방식은 케이블, 푸시풀 튜브, 토크 튜브를 포함합니다. 케이블장치는 부착된 곳에 구조물의 변형이 작동에 영향을 주지 않기 때문에 가장 폭넓게 사용됩니다. 일부 항공기는 세 가지 모두를 조합하여 사용합니다. 이 시스템들은 케이블 어셈블리, 케이블 가이드, 링케이지, 가변제어장치, 조종면 완충기 혹은 기계식 고정장치로 만듭니다. 보통 돌풍 안전장치라고 불리는 조종면 고정장치는 항공기를 손상시킬 수 있는 외부 풍력을 제한합니다. 

 

유압기계식 제어는 항공기의 크기, 복잡성, 속도가 증대되었을 때, 비행 중에 조종 장치의 작동은 더욱 어렵게 됩니다. 전통적인 조종계통에 의해 동작되었던 스프링 탭은 가장 낮은 고속 범위로 운용하는 항공기에서만 작동이 충분합니다. 고속에서 유압 제어 방식으로 설계되었습니다. 전통적인 케이블 방식은 유압방식으로 조종 장치에 연결된다. 조종익면 움직임으로 유압이 작동되고 조종 장치의 조종사 움직임은 디계적 연결부를 통해 서브 밸브를 작동시킵니다. 유체역학적 비행 조종계통의  영향 때문에 조종면의 공기력은 조종사가 느낄 수 없으므로 항공기의 구조물에 과한 응력을 가할 수 있는 위험이 있습니다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 항공기 설계자는 고속에서 조종 장치에 증대된 저항력을 주는 설계로 인공 조타 감각장치를 적용시켰습니다. 유압식 조종게통을 가지고 있는 일부 항공기는 조종사에게 인공 실속 경보를 주는 장치를 장착하였습니다. 

 

프라이바이와이어 조종게통은 조종실에서 컴퓨터를 통해 여러 가지의 비행 조종 작동을 위해 조종사의 행위를 전달하는 전기 신호를 사용합니다. 유체역학방식의 계통 무게를 줄이기 위한 방식으로 도출된 전기 신호 제어 시스템은 정비비용을 줄이고 신뢰성을 개선하였습니다. 전기 신호 제어 조종게통은 항공기 반응이 모든 비행조건에 안정하도록 반응하게 되었습니다. 또한 컴퓨터는 실속 하기와 급회전과 같은 위험스러운 특성을 예방하기 위해 프로그램을 적용할 수 있습니다. 새로운 고성능 군용 항공기 중 다수는 공기역학적으로 안정한 것이 아닙니다. 따라서 불안정에 반응할 수 있도록 컴퓨터를 통해 조종사의 조종을 돕습니다.