본격적으로 기초 비행을 위한 지식에 대해서 알아보도록 하자.

전투비행시뮬레이션은 비행시뮬레이션의 한 분야이므로 기본적으로 비행에 관한 지식은 필수라고 할수있기 때문이다.

「기본적인 비행술을 연마하는 것이 얼마나 중요한지는 아무리 강조해도 지나치지 않다. 비행학교에서 하늘에는 착륙과 공중전과 기총사격을 연습하는 신참 조종사들로 꽉 차있어서 사고는 피할 수가 없었다. 바보같은 동력급강하로 날개를 부숴버리기도 하고, 언덕옆을 아슬아슬하게 스쳐 날아가기도 했다.

무언가 잘못되었다는 것은, 선택의 순간에 결정을 잘못한 것이다. 엔진에 불이 붙어서 불꽃이 날리는데 속도가 시속 150마일을 넘는 상태에서 활주로에 접근하는 조종사가 있었다. 그 미친 녀석은 꼬리날개가 부숴지는 순간에 그대로 추락해 버렸다.」

- 찰스 척 예거 -

 

* 피치(Pitch), 롤(Roll) & 요우(Yaw) *

 비행기는 3차원의 공간에서 기동을 한다.  그러므로 파일럿은 자동차 드라이버와는 달리 항상 3차원의 관점에서 모든 것을 생각하며 이해해야 한다.  

비행기는 3가지 방향의 기본 움직임을 갖는다.

1. 피치(Pitch)

기수를 위나 아래로 움직이는 것이며 이는 승강타(Elevator)에 의해서 얻어진다.

승강타는 비행스틱을 앞으로 밀거나 뒤로 당김으로서 행해진다.

예를 들어서 뒤로 당기면 수평꼬리날개의 승강타가 동시에 위로 젖혀진다.  

그리하여 기수가 위로 향하게 된다. 따라서 비행기가 위나 아래로 움직이게 되는 것이다.

 

2. 롤(Roll)

비행기를 좌우로 기울이는 움직임이며 이는 보조날개(Aileron)에 의하여 나타난다. 보조날개는 비행스틱을 좌우로 기울이면 움직이게 되는데 이 보조날개는 당연하게도 좌우가 항상 반대로 움직인다.

이러한 롤을 얼마나 빨리 할수 있는가하는 점도 전투기의 성능의 한 지표가 된다.

3. 요우(Yaw)

비행기의 기수를 좌우로 방향을 바꾸는 움직임이며 방향타(Rudder)에 의해서 이루어진다. 방향타를 바꾸면 기체의 종류에 따라서 요우 외에도 어느 정도의 롤현상이 발생한다.

(특히 F-104같은 기종은 역방향의 롤현상이 발생한다고 한다.) .

전투기들은 러더를 주로 이륙시의 방향전환이나 기총사격시의 조절, 스핀의 회복 시에 주로 사용한다. 방향타는 러더페달을 밟아서 움직이게 하거나 키보드를 사용하여 제어하면 된다.

 

그러면 플랩의 용도는 무엇일까? 이것은 뒤에서 받음각의 설명때 같이 설명하기로 한다.

 

* 비행의 4가지 기본적인 힘 *

 
비행기가 하늘을 날면서 받게되는 4가지 기본적인 힘이 있는데 그것은 다음과 같다.

 1) 중량 (Weight)

: 비행시에 작용하는 가장 기본적인 힘이자 인간을 지난 수천 년간 하늘을 나는 것으로부터 방해를 한 것이 바로 중력이 끌어당기는 중량이다.

 
2) 양력 (Lift )

인간을 하늘로 날아오를 수 있게 해준 바로 그 힘이다. 비행기의 날개가 지닌 하늘을 나는 비밀은 바로 이 양력이라는 힘에 있다.

비행기의 주날개의 단면을 보면 아래면은 직선이고 윗면은 위로 볼록한 형을 하고 있다. 마치 물방울을 반으로 자른 것처럼..

비행기가 앞으로 전진을 하면 날개아래면의 공기는 직선거리를 흘러가지만 날개윗면의 공기는 아래면의 공기보다 먼 거리(윗면)를 거쳐야 아래면의 공기와 만날 수 있을 것이다.

따라서 윗면의 공기는 더 빨리 흐르게 되는데 이러한 날개 윗면의 공기의 빠른 흐름은 음의 기압을 형성하게 되고 비행기의 날개를 위로 끌어올리는 것이다. 이것이 바로 그 유명한 '베르누이의 정리'이다.

 
양력과 관련지어 알아야할 2가지용어가 있는데 그것이 실속과 받음각이다.  

 만일 하늘을 나는 비행기가 속도를 잃어서 날개의 양력을 충분히 발생시키지 못한다면 어떻게 될까? 말할 것도 없이 땅으로 떨어진다.

양력을 잃은 기체는 돌덩어리와 같은 것이다. 이렇게 주날개의 양력을 잃은 상태를 실속(Stall)이라고 한다. 그런데 실속은 갑자기 걸리는 것이 아니고 속도의 저하에 따라 점점 심하게 나타난다.

최후의 순간에 날개 윗면의 공기의 흐름이 완전히 요동을 치는 순간에 비행기는 완전히 양력을 잃게 된다.

(으아아)

이 부분도 여러분은 시뮬레이션을 통해서 실감한적이 많았을 것이다.

 또 하나 알아야할 받음각(Angle of attack)은 비행기의 날개가 공기와 부딪히는 각도이다. 받음각이 크면 양력이 커진다.

반면 저항이 증가되어 속도를 잃는다. 이는 저속으로 고개를 위로 들고 착륙하는 비행기를 연상하면 쉽게 이해 할 수 있다.

비행기 주날개의 플랩이 바로 이 받음각을 증가시켜서 양력을 더 얻고자 하는 용도로 쓰인다.

 

3) 추력 (Thrust)

 : 그럼 비행기가 양력을 얻기 위한 앞으로 전진하는 힘은 어디서 나오는가?  

당연하게도 비행기의 엔진에서 나온다. 비행기를 앞으로 끌어주는 프로펠러나 밀어주는 제트엔진 같은 비행기의 동력원에서 전진하는 힘이 생기는 것이다.

이러한 엔진의 힘을 추력이라고 한다. 엔진의 힘이 강할수록 비행기를 앞으로 전진시키는 힘이 강하므로 무거운 기체를 날렵하게 날 수 있도록 해줄 수 있다.

참고로 출력이 100%일때의 추력을 밀리터리파워(Military power)라고 한다.

또한 애프터버너(Afterburner:후연기)라는 용어가 있는데 이는 밀리터리파워 상태보다 더욱 강한 엔진의 힘을 낼 수 있게 하는 장치이다.

쉽게 말해서 효과적인 연소를 하고 있는 엔진의 불꽃에 연료를 또 한번 분사한다고 생각하면 된다.

이때 기체상태로 뿌려진 연료는 엄청난 파괴력으로 폭발하고 엄청난 폭발력이 엔진의 출력을 배가시킨다.

하지만 지극히 비효율적인 연소방법이므로 밀리터리파워 상태보다. 더욱 심한 연료의 소모를 가져온다. 심한 경우는 4배정도 연료가 더 소모된다고 한다.

그러므로  애프터버너는 최후의 수단이다. 남발하지 말고 긴급한 상황에서 사용을 해야 한다.


4) 항력 (Drag)

 추력이 비행기를 밀어주는 힘이라면 항력은 그 반대이다. 공기와 비행기사이의 마찰력으로 인해서 비행기를 잡아당기는 항력이 생기게 된다.

 
* 비행연습 *

 전투기동은 모든 조종사가 알아야 하는 몇가지 간단한 기동술에서 시작되게 된다. 이륙과 착륙에서부터 수평비행, 선회, 하강, 상승과 같은 것은 전투기동을 배우기전에 반드시 잘 연마해야하는 기본적인 기술인 것이다.

 

1)이륙

전투비행시뮬레이션에서 가장 먼저 경험하게 되는 것은 바로 이륙일 것이다. 이륙방법을 간단하게 알아보면 다음과 같다.

우선 출력을 최대로 놓고 속도를 얻도록 한다. 물론 각 전투기가 이륙하는데 적합한 속도를 알아야 하는데 프로펠러 비행기들은 대개 시속 100마일 정도선에서 이륙이 가능하며, 제트기들은 이보다 좀더 빠른 속도를 필요로 한다.

만일 이륙할 때 진행방향이 활주로에 대해서 어긋나게 되면 스틱을 움직이지 말고 러더로 제어해야 한다. 이륙시에 급격하게 스틱을 당겨서 고도를 높이려 하다가는 속도를 잃어서 스톨에 빠지는 경우가 나타날 수 있으므로 어느정도 속도를 얻기까지는 천천히 스틱을 당기도록 한다.

특히 프로펠러비행기로 이륙하는 경우에는 프로펠러 회전방향의 반대방향으로 기체가 조금씩 기울게되는 토크현상이 발생하게 되는데 이때 토크가 나타나는 쪽으로 방향을 전환하면서 이륙하려 하면 위험할 수가 있다.

 
2) 수평비행

 수평비행(level flight)은 고도의 변화없이 날개를 지상과 수평으로 하고 비행하는 것이다. 고도계의 변화가 없거나 HUD의 수평지시기의 변화가 없도록 유지하면 된다.

3) 상승

상승이란 속도를 잃는 대신에 고도를 얻는 것이다.

물론 엄청난 출력의 엔진을 가진 최신의 전투기들은 상승하면서도 가속이 된다고 하지만, 과거의 프로펠러전투기들이나 초창기의 제트기들은 고도를 얻기위해서는 속도를 잃게된다.

엔진 출력을 100%로 하고 조종간을 뒤로 당겨 상승하게 되는데, 너무 급격하게 상승하려고 하다가는 속도를 급격하게 상실하므로 상승중에는 시속 200마일 정도의 속도를 유지할수 있는 각도로 조절하는 것이 좋다.

전투시에 같은 성능의 기체라면 더 높은 고도를 점유하고 있는 기체가 더큰 위치에너지를 가지고 있기 때문에 더욱 유리하다.

'고도=운동에너지(속도)' 의 공식이 성립한다. 적기보다 높은 고도를 점유한다는 것은 공중전의 기본이며 이러한 고도는 공짜로 얻는 것이 아니라 상승시의 연료소모 및 속도의 저하의 대가로 얻어지는 것이다.

따라서 상승과 하강사이에는 위치에너지를 얻느냐 운동에너지를 얻느냐의 서로 전환적인 관계가 성립된다. 고도의 중요성은 1차대전 최고의 에이스였던 리히토펜의 다음과 같은 말로 대변될수 있을 것이다. 

'내기체보다 낮게 비행하는 모든적기들은 만일 그것이 후방총좌가 없는 단좌기라면 죽은 목숨이나 다름 없었다!'

 

4) 하강

하강이란 고도를 잃는 대신에 속도를 얻는 것이다.

조종간을 앞으로 밀어서 지상을 향하도록 하면 하강이 시작되는데, 하강을 너무 가파르게 하면 지나치게 속도가 빨라져서 기체가 견딜수 있는 최고속도를 초과할 수가 있는데, 이때는 기체의 조종이 힘들어 지며 심하면 날개가 떨어져 나가기도 한다.

이런경우는 동력을 끄면서 조종간을 뒤로 당기고 플랩, 에어브레이크를 이용하여 하강속도를 줄여야 한다. 원하는 고도에 이르면 다시 조종간을 당겨서 수평자세를 회복한다.

 
5) 착륙

(살떨리는 순간..)

비행시뮬레이션을 처음 접하는 사람들에게는 가장 어렵게 느껴지는 것이 착륙이다.

자유로이 하늘에서 비행을 연습했다면 착륙을 해야하는데, 하늘에서 내려다보는 활주로는 매우 짧게 느껴진다.

기체를 활주로의 중간쯤에 어정쩡하게 접지시키려다가는 그냥 지나쳐버리기 일쑤인데, 요즘에야 ILS라는 착륙유도장치가 있어서 이에의한 유도대로 진입을 하여 착륙하면 되지만, 과거에는 그런 장비도 없었을뿐더러, 전장을 비행하는 전투조종사들에게는 많은 연습을 통한 안전한 착륙이 중요한 과정이다.

이륙할때와는 달리 속도를 점점 감소시켜가면서 활주로에 접근해야 하는데, 전투기마다 이상적인 착륙속도는 다르겠지만 비행기가 충분한 상승력을 유지하면서 (실속을 방지) 최저속도에 가깝게 비행해야 한다. 고도 1000피트 근처에서 거리는 5마일정도가 이상적이며 이때는 활주로가 전방에 크게 보이게 된다.

플랩을 내리고 바퀴도 내린후 출력조절을 하면서 실속을 하지 않을 전도의 속도만 유지한다. 활주로끝을 지나칠때의 고도는 100피트정도가 되도록 하고 이후에는 출력을 꼬고 조종간을 부드럽게 뒤로 당긴다.

그렇게 되면 기체는 기수를 든상태로 점점 하강하여 마침내 활주로와 접지하게 될 것이다. 착지하자마자 휠브레이크를 작동시키도록 한다.

만일 너무 많이 활주로를 지나쳐서 활주로가 거의 끝나갈때쯤 접지했다면 즉시 엔진출력을 최대로 하고 다시 하늘로 날아올라 다시한번 착륙을 시도한다.

 6) 선회

선회는 비행기가 원을 그리며 나는 것이다.

비행기가 방향을 바꾸고 싶다면 선회를 해야한다. 자동차를 돌리는 것과 같은 선회는 비행기에게는 어울리지 않는다.

아까도 언급했지만 비행기는 3차원의 공간을 움직이는 물체인 것을 잊어서는 안된다.

러더를 이용한 요우만으로는 급격한 선회를 하는 것이 불가능하고 (물론 리히토펜의 포커 삼엽기와 같은 예외는 있다.) 어느 정도 롤을 해준 후에 (이러한 상황을 뱅크를 준다고 한다.

그러니까 45도 뱅크를 주었다고 하면 비행기를 45도 옆으로 기울여준 상태이다.) 조종간을 당겨서 방향을 바꾸는 것이다.

선회에 관련된 몇가지 기본적인 용어는 다음과 같다.

 - 가속도 (G-force) -

여기서 G는 가속도를 측정하는 단위이며 지상에 사람이 서있을때 받게되는 힘이 1G가 된다. 유원지의 롤러코스터를 타본사람이라면 누구나 훨씬 큰 G를 받으며 좌석에 붙어있게 되는 상황을 느껴본적이 있을 것이다.

이와 같이 비행기의 선회시에는 강한 G가 작용을 한다. 조종석에도 마찬가지의 영향이 있게 된다. 선회시에는 상승력이 증가되어 있으므로 비행기는 실제 엄청난 G를 견디고 있는 상태이다.

물론 이와 같은 영향이 조종사에게도 미친다. 이와 같이 실제보다 비행기가 더욱 무거워진 상태를 실제중량 (Apparent Weight)라고 한다. 실제 F-16조종사들의 경우는 최대 9G까지 경험하는 경우가 있다고 한다.

 
  - 트림 (Trim) -

다시 한번 말하지만 비행기가 옆으로 선회를 하기 위하여는 기체를 옆으로 기울인후에 조종간을 당겨서 해야한다.

그런데 이때 날개의 양력은 날개에 수직인 방향으로 작용을 하기 때문에 비행기를 끌어당기는 중력방향에 대한 실제 양력은 작아진다.

그러므로 이때는 비행기가 선회를 함으로서 3방향의 힘(상승력의 작용방향, 중력이 작용하는 수직방향, 원심력이 작용하는 수평방향의 힘)이 균형을 이루어 선회시에 고도를 유지하게 된다.

그러나 선회시에는 속도가 감소되어 힘의 균형이 깨지기 쉬우므로 만일 이때 고도를 감소시키지 않으려면 조종사는 비행기의 중량을 감당할 수 있도록 조종간을 약간 뒤로 당겨서 받음각을 증가 시켜야 한다.

이를 '트림'한다! 라고 한다. 이렇게 되면 양력이 증가하게 되지만 동시에 항력이 증가하게 되어 속도를 잃게 된다.  

그러므로 지속적인 선회시에는 에너지의 소모가 크게 되는데 이를 얼마나 효과적으로 이겨나갈수 있는 성능을 가지고 있느냐가 우수한 전투기의 요건이 된다.

- 전투기의 기동성 -

 선회반경을 작게 유지한 상태에서 어느 정도 고속으로 효과적인 회전을 할 수 있느냐의 여부(선회율)와 이를 얼마나 지속할 수 있는가의 여부가 전투기의 기동성을 결정한다.

이때 하나 알아야할 용어가 최적선회속도(Conner velocity)이다. 이 최적선회속도보다 속도가 빨라도, 느려도 이 속도를 유지할 때보다는 선회율이 떨어진다. 만일 어떤 비행기의 최적선회속도가 450mph라고 한다면 이 비행기는 시속 450마일의 속도에서 최고의 효과적인 선회를 할 수 있음을 의미한다.

'기동성이 무슨 상관인가? 적기를 그냥 미사일을 쏴버리면 되지 않느냐? '하는 의문도 생기겠지만 절대로 그렇지 않다.

1,2차대전을 배경으로한 시뮬레이션에서는 기관총이 유일한 공격무기이고, 또한 현대전에서도 성공적으로 미사일을 회피한 적기와 싸우게 되는 근접공중전에서는 기관포나 열추적미사일을 사용한 선회를 위주로한 전투가 벌어지게 마련이고 이때에는 당연히 기동성이 좋은 전투기가 적기를 격추할 확률이 높은 것이다.

이래서 현대에는 기동성이 우수한 전투기를 선호하게 되는 경향이 있게 된다.  (foxmouse :물론 기동성이 공중전의 전부라는 생각은 금물이겠죠!~ 사실 기동성을 이기는 것은 바로 스피드!~ 랍니다. 나중에 나옴!~)

그런데 무턱대고 선회를 하다가는 앞부분에 설명한 것처럼 속도를 상실하게 되어 어려운 지경에 처하게 될 것이다.

이때는 각 기체의 장점을 살려서 상황을 극복해야 한다. 우수한 추력을 가진 전투기라면 애프터 버너를 점화하는 방법을 선택할 수 있고 그렇지 않다면 선회를 중지하고 강하를 함으로서 속도를 얻어야 한다.

- It's the man, not the machine !! -

(계속)



펌글 출처:http://airwarfare.cafe24.com/frame1.htm

여담: 아 빨랑 뉴비탈출하고싶다