Free Directional Oscillations(Dutch Roll)를 다시 생각해 봅니다.

 

2022.3.30 내용추가 : 비행원리 더치 롤 부분 내용을 다시 면밀히 검토하여 수정하였습니다. 더치 롤과 관련해서는 비행원리 카테고리의 Free Directional Oscillations(Dutch Roll) 과 Spiral Instability 글을 확인해 주세요!

 

※ 내용상 오류, 문제점 등 의견 있으시면 꼭 알려주세요!

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요근래 더치롤(Dutch Roll)의 과정에 대한 질문을 받았습니다. 그리고 원래 그러하듯이 아무생각 없이 제가 알고있는 "더치롤"을 바탕으로 답변을 달아드렸습니다. 하지만, 워낙 오래되어 까먹은 내용이 많았던 까닭에, 제 스스로도 더치롤에 대한 지식을 다시 한번 점검해보고자 여기저기 인터넷을 서치해가며 참고문헌들을 찾아보았습니다.

 

먼저, PHAK(2016)의 더치롤.

If the aircraft has a right wing pushed down, the positive sideslip angle corrects the wing laterally before the nose is realigned with the relative wind. As the wing corrects the position, a lateral directional oscillation can occur resulting in the nose of the aircraft making a figure eight on the horizon as a result of two oscillations (roll and yaw), which, although of about the same magnitude, are out of phase with each other.

 

오랜만에 다시 본문을 찾아봤습니다만, 왠지 "oscillation(진동)" 이라는 글귀가 너무도 잘 들어옵니다.

 

boldmethod의 더치롤.

https://www.boldmethod.com/learn-to-fly/aerodynamics/dutch-roll/

Your vertical stabilizer helps stop the yaw motion caused by the right wing's drag. With your nose yawed to the right, the relative airflow approaches the vertical stabilizer from the left. Your vertical stabilizer generates lift towards the right, yawing the nose back to the left. (Yes, the vertical stabilizer actually generates lift - it's not just air "pushing" the tail back into position)...

 

대충, 기수가 돌아가다가 상대풍을 지나간(Over shoot) 상황을 토대로 설명합니다.

 

Flight Dynamics Principles (Third Edition)의 더치롤.

 

그리고 이 그림보고, "아... 큰일났구나" 싶었습니다.

 

 

이 블로그에서 더치롤를 설명했던 글을 본 분들은 아시겠지만, 저는 사이드슬립에 의해 상대풍이 바뀌어 비행기의 기수가 움직인다고 생각했었습니다. 하지만, 저 그림을 보고 더치롤에서 '기수가 사이드슬립에 의해 움직이는 것이 아니라' '기수가 움직여 사이드슬립이 생기는 게 아닌가' 싶은 생각이 번쩍 들게 된 것 입니다.

 

그리고 질문자(fdo)께서 말씀해주신 조종사 표준교재 내용이 생각났습니다.

 

조종사 표준교재 비행이론 p33

"방향안정성을 갖춘 항공기는 돌아간 항공기 기수를 다시 원래의 방향으로 복귀시키는데 복귀되는 과정에서 원래의 방향을 지나쳐 기수가 돌아갔다가 다시 원상으로 돌아오는 운동이 반복되면서 그 진폭이 점점 줄어든다. 그러나 이 운동만 일어나는 것이 아니고 기수가 좌우로 흔들리는 Yawing 운동이 Rolling 운동을 일으켜 Yawing과 Rolling 운동이 같은 주기로 일어나는데 이를 더치롤이라 한다"

 

끝났습니다... 조종사 표준교재, 승!

 

 

FAA교재 내용을 대충 배낀거라고 생각해서 그 닦 신뢰를 안하던 조종사 표준교재였는데, 아무래도 제가 틀렸던것 같다는 느낌이 확 왔습니다. 물론 좀 더 확인해 봐야겠지만,...

 

그래서,

AOPA의 더치롤.

https://www.aopa.org/news-and-media/all-news/1999/march/flight-training-magazine/form-and-function-dutch-roll

The airplane's positive directional stability yaws the plane into the relative wind, but it overshoots. The nose swings through the relative wind so it is now in the opposite sideslip. The oscillation continues with each overshoot, with each oscillation getting smaller than the previous one, until the plane settles down with its nose again pointing into the relative wind.

 

AOPA 자료도 찾아보았습니다만, 제가 더치롤의 과정을 잘못 알고 있었던 것이라고 시원하게 못박아 주었습니다.

 

 

 

결국, 더치롤에선 방향안정성의 복원과정에서 관성에 의해 기수의 진동이 일어나 사이드슬립이 생기는 것이 맞는것 같습니다. 사이드슬립에 의해 기수가 움직이는 것이 아닌 것입니다!

 

더치롤에 대해서는 조만간 좀더 완벽하게 이해하고 정리해서 관련 내용을 보완하도록 하겠습니다.

 

 

참..., 그래도 나름 PHAK을 토대로 더치롤을 완벽하게 이해했다고 자부했는었데, 아니었습니다. 조종교육증명과정을 할때부터니, 지금으로부터 대략 6년동안 결국 혼자만의 망상속에서 논것이 아닌가 싶어 현타가 쎄게 왔습니다.

 

그래도, 항상 부족한 글에 댓글을 달아주시고 질문해주시는 여러분 덕택에 무지몽매함에서 지금이라도 벗어날수 있게 되어 다행이라고 생각합니다. 그래서 다시한번 감사의 말씀드리며, 이래서 독학이 위험하다는 말씀도 드리며, 앞으로도 질문이 있으시거나 설명에 이상한점이 있다고 느끼시면 언제나 편하게 알려주시기 바랍니다.

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그나저나, 그동안 잘못된 지식으로 더치롤을 가르친 학생, 질문자님들은 어떡하지??

 

ㄷㄷㄷ