기동속도(Maneuvering speed)

 

앞서 "실속(Stall)과 하중계수(Load factor)" 글을 통해 비행기에 걸리는 하중(Load)이 증가할수록 실속속도(Stall speed)가 증가한다는 사실을 알 수 있었습니다. 또한 "하중계수(Load factors)" 글에서 살펴보았듯이 하중이 증가는 무게가 증가한 것 처럼 비행기에 부담을 주기 때문에, 비행기의 기체가 버텨낼 수 있는 범위내에서 하중을 제한해야 한다는 사실 또한 알 수 있었습니다.

 

이와 같이 하중에 따라서 변화하는 비행기의 실속속도, 그리고 제한하중, 거기에 기체가 버틸 수 있는 속도의 한계를 반영하여 비행기의 전반적인 운용한계를 쉽게 알아볼 수 있도록 다이어그램(Diagram)으로 나타내기도 하는데, 이것이 바로 아래 그림과 같은 'Vg 다이어그램'입니다.

 

 

Typical Vg diagram (그림출처: PHAK(2016) Figure 5-55.) 

 

여기서 눈여겨 봐야할 것은 바로 'Maneuvering speed', 즉 '기동속도' 입니다. 위 다이어그램에서 볼 수 있듯이 기동속도는 '가속실속(Accelerated stall)이 나타나는 하중계수 곡선'과 '제한하중계수(Limit load factor)의 한계선'이 만나는 위치의 속도 입니다. 따라서 기동속도 아래에서는 아무리 조종간을 당겨도 제한하중을 초과하기 전에 가속실속에 먼저 진입하기 때문에 비행기의 구조적인 손상을 발생시키지 않습니다.

 

 

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기동속도(Maneuvering speed, V_A)

 

기동속도 아래에서는 아무리 조종간을 세계 당겨서 +하중을 증가시켜도 제한하중을 초과하기 전에 실속에 먼저 진입하기 때문에 구조적인 손상을 입지 않습니다만, 반대로 조종간을 눌러 -하중을 증가시킬때는 장담할 수 없습니다. 다시 아래 Vg 다이어그램을 살펴보면,

 

 

기동속도 미만이라도 100mph의 속도 이상에서 -1.75G 이상의 하중을 걸게되면 비행기 기체가 손상될 수 있다.

 

기동속도는 136mph 이지만, 100mph 이상의 속도에서는 -하중을 많이 가하면 비행기의 구조적인 손상을 발생시킬 수도 있다는 것을 알 수 있습니다. 물론 -2G 가깝게 조종간을 누르는것도 보통일이 아니지만, 무엇보다도 -하중은 비행기에 따라서는 연료와 윤활유의 순환을 방해하여 엔진에 무리를 줄 수 있으니 가급적 삼가는 것이 좋습니다.

 

 

몇몇 비행기의 비행교범에는 일부러 -하중을 걸지 말라고 적혀있다. (출처: DA40NG 비행교범)

 

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그리고 아무리 기동속도 이하라고 해도 비행기 조종면을 과격하게 다루면 기체손상이 일어날 수 있습니다. 따라서 기동속도 이하에서 기동을 했을때 기체의 안전을 보장받으려면, 오직 하나의 비행기 운동 축에 해당하는 조종면을, 최대로 딱 한 번 움직여야 합니다. 그것도 잔잔한 대기상태를 전제로 합니다.

This speed is called the “design maneuvering speed” (V_A), which is the speed below which you can move a single flight control, one time, to its full deflection, for one axis of airplane rotation only (pitch, roll or yaw), in smooth air, without risk of damage to the airplane. (인용출처: PHAK(2016), p5-35)

 

그런데, 2개 이상의 운동 축에 해당하는 조종면을 한번에 최대로 움직이거나 연속적으로 여러번 이상 조종면을 최대로 움직일때는 기동속도 이하라고 해도 기체 안전을 보장받을 수 없습니다.

Operating at or below design maneuvering speed does not provide structural protection against multiple full control inputs in one axis or full control inputs in more than one axis at the same time. (인용출처: PHAK(2016), p5-35)

 

기동속도는 '+하중(Load)'에 의한 안전을 보장 할 뿐, 비행기를 함부로 마구 다루어도 되는 마법의 속도가 아닙니다!

 

이 기동속도와 관련해서 과거에 큰 사고가 있었습니다. 바로 "American Airlines 587편 추락사건" 입니다.

 

 

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아메리칸 에어라인즈 587편, Airbus A300B4-605R, 등록부호 N14053. (출처: Wikipedia)

 

이 사고는 2001년 11월 12일 JFK공항에서 이륙 한 American Airlines flight 587(Airbus A300B4-605R)은 앞서 가던 Japan airlines flgiht 47(Boeing 747-400)의 wake turbulence를 받고 이에 부조종사가 러더를 좌우로 과도하게 쓰면서 대응하다가, 대략 7초 뒤, 수직안정판(vertical stabilizer)이 떨어져 날아간 사고입니다. 수직안정판이 떨어져나가기 직전까지 기동속도(V_A: 270KTS) 이하 속도인 250KTS 이하를 계속 유지하고 있었지만, 수직안정판은 강하게 그리고 급격하게 좌우로 연속적으로 변하는 러더 조종면의 압력을 버티지 못했습니다.

 

 

아메리칸 에어라인즈 587편의 떨어져나간 수직안정판을 인양하고 있다. (출처: Wikipedia)

 

수직안정판이 떨어져 나갔기 때문에 당연히 해당 여객기는 방향안정성을 잃고 스핀에 들어가 추락하였고, 탑승자 260명 전원이 사망하였을 뿐 아니라 지상에서 추락 위치에 있던 사람 5명도 사망하여 총 265명 이라는 대규모 참사를 빚어냈습니다. 이 사고와 관련한 더 자세한 사항은 아래 내셔널 지오그래픽에서 만든 영상을 참고하시기 바랍니다. 

 

 

 

 

이처럼 기동속도 아래에서도 turbulence가 심한 환경에서 조종면을 심하게 혹사시키면, 비행기의 기체가 파손될 수 있음을 반드시 유념해야 합니다!