항공기의 실속과 그 원인

항공기의 실속(stall)은 비행기가 일정한 속도로 비행하다가 양력을 잃고 추락하는 현상을 말합니다.



실속의 주요 원인으로는 받음각(angle of attack)이 증가하면서 생기는 유동박리(separation of flow), 부적절한 조종면 조작, 강한 바람이나 와류 등이 있습니다. 특히 고속비행 시에는 작은 받음각 변화에도 큰 실속이 일어날 수 있습니다.



-실속을 일으키는 원인



1. 흡입구로 들어오는 난류난 분열된 흐름 때문에 속도 벡터를 감소시켜 받음각이 커집니다.



2. 갑작스러운 기관 가속으로 인한 과도한 연료 흐름 때문에 연소실의 역압력이 커져서 속도 백터를 감소시키고 받음각이 커집니다.



3. 갑작스러운 감속에 의한 희박한 혼합비 때문에 연소실의 역압력이 감소되어 속도 백터를 증가시켜 받음각이 작아집니다.



4. 압축기가 오염되었거나 손상되었을 경우, 압축 감소로 속도백터를 증가시켜 받음각이 작아집니다.



5. 터빈이 손상되었을 때 압축기 기능을 저하시키기 때문에 압축 감소로 속도 백터를 증가시켜 받음각이 작아집니다.



6. 설계 RPM 이상 또는 이하에서 기관이 작동할 경우, 회전 속도 백터를 증가시켜 받음각을 크게 하거나 혹은 백터를 감소시켜 받음각을 작게 합니다.



-압축기의 실속 방지방법



이를 방지하기 위해 다양한 기술들이 개발되어 왔습니다. 다축 기관, 가변 스테이터, 블리드 밸브를 이용한 세 가지 방법이 있고 현대의 가스터빈 엔진은 이들을 적절히 조합하여 사용하고 있습니다.



1. 다축 기관 구조에서는 압축기의 1축당 압력비를 5 이하로 제한할 수 있어 실속방지의 효과가 있고 축류 압축기 전체에 압력비와 효율울 높여 줍니다.



2. 가변 스테이터는 축류 압축기의 흡입 안내 깃 및 스테이터의 붙임각을 가변 구조롤 해서 기관이 시동할 때 저출력으로 작동될 때 일어나는 초크현상을 방지하기 위한 것입니다. 흡입 공기 흐름양의 변화에 따라 로터에 대한 받음각을 일정하게 유지하도록 해 주는 것입니다. 다단 축류 압축기에서는 전단부의 몇 개 단을 가변 스테이터 구조로 하는 경우가 많으며 스테이터의 붙임각은 기관 회전 속도에 따라 자동적으로 변화하도록 설계되어 있습니다.



3. 블리드 밸브는 기관의 시동기와 저출력 작동 시에 일어나는 초크현상을 방지하기 위하여 축류 압축기의 중간 단이나 후방에 장치되어 있고 밸브가 자동적으로 열리도록 하여 과다한 압축 공기의 일부를 대기 중으로 방출시킵니다. 이 과정을 거쳐 유입 공기의 속도가 감소되므로 로터에 대한 받음각이 정상화되어 실속이 방지됩니다.



한편, 항공기의 실속은 매우 위험한 상황이므로 조종사는 항상 비행 상태를 모니터링하고 적절한 조치를 취해야 합니다. 또한, 항공기 제작사들은 기체 디자인과 시스템을 최적화하여 실속 예방에 노력하고 있습니다.