비행기 스핀(Spin)에 대해 간략히 알아보자

 

 

PHAK(2023) Figure 5-16. Spin Entry and Recovery

 

스핀(spin)은 비행기의 실속(스톨=stall) 발생 후 회복이 더 어려운 상태로 진입한, 소위 악화된 실속 상태(aggravated stall condition)를 일컫는다. 보통의 실속과 구분되는 주요 특징은 비행기가 나선형태로 강하하게 된다는 점이다.

 

이 같은 스핀은 비행기의 한 쪽 날개에만 실속이 걸리거나, 실속에 걸린 양 날개 중 어느 한 쪽이 더 강한 실속에 노출될 때 발생하게 되는데, 이러한 불균형적인 실속은 비행기가 실속에 진입한 상태에서 사이드슬립(sideslip)이나 기수 틀어짐(yaw)에 의해 발생할 수 있다고 한다. 그리고 사이드슬립이나 기수 틀어짐 현상은 부적절한 러더(rudder) 사용 때문일 수도 있고, 에일러론(aileron) 사용에 의한 adverse yaw, 프로펠러 토그(torque) 현상, 윈드시어(wind shear), 항적난류(wake turbulence) 등 다양한 원인에 기인하여 발생할 수 있다.

 

 

스핀에서 나타나는 비대칭 적인 날개 흐름 박리(실속). (출처: AOPA)

 

어째든 중요한 것은, 비행기가 스핀에 진입하기 위해서는 실속과 기수 틀어짐이 동반되어야 한다는 사실이다.

 

비행기가 스핀에 진입하게 되면 날개에 걸린 불균형적인 실속 때문에, 더 강한 실속에 노출된 날개에서 더 강한 항력과 더 약한 양력이 나타나게 된다. 이 때문에 비행기는 더 강한 실속에 노출된 쪽으로 기수가 틀어짐과 동시에 날개가 기울어지게 된다. 

 

그래서 실제적인 스핀의 모습은 아래 영상처럼 진행된다고 한다.

 

 

 

 

참고로, 스핀시 하중은 1G보다 조금 높은 수준으로 걸린다고 한다(필기시험 단골 문제1).

 

 

---

그럼, 스핀에서 회복하려면 어떻게 해야할까?

 

1. 파워는 idle 상태를 유지한 채로,

2. 에일러론은 중립,

3. 회전 반대방향으로 러더를 풀로 차서 기수 회전을 막음과 동시에,

4. 요크 또는 스틱을 확실하게 앞으로 밀어 기수를 다운시켜 AOA를 회복

 

대략 이러한 절차를 통해 스핀에서 회복한다고 한다. 참고로, 이때 걸리는 하중은 통상 2.5G 정도 된다고 한다(필기시험 단골 문제2) .

 

 

그런데 여기서 1번, 2번 절차에 대해 의문을 가질 수도 있을 것이다.  파워 넣으면 좀 더 빨리 회복할 수 있는 것은 아닌지, 에일러론을 사용하면 회전을 막는데 도움이 되는 건 아닌지 말이다.

 

하지만, 이는 스핀회복에서 절대로 해서는 안되는 행동이다. 이유는 다음과 같다.

 

1. 스핀 중 파워가 들어가게 되면 기수가 들린 채(flat spin attitude) 더 빠른 속도로 회전하게 되어 스핀을 악화시킬 수 있다고 한다. 이는 추정컨데 파워가 들어간 상태에서는 강한 프롭워시(propwash)가 꼬리날개 수평안정판에 영향을 주어 기수를 들리게 하기 때문인 것 같다(자세한 내용은 "세로안정성" 글 참조). 

 

 

 

2. 에일러론 사용도 마찬가지. 회전 잡겠다고 스핀 진행방향과 반대로 에일러론을 써버리면 기수 들린 스핀자세(flat spin attitude)를 야기시켜 회복을 더디게 할 수도 있으며, 최악의 경우 회복불가능한 스핀을 만드는데 일조할 수 있다고 한다. 그렇다고 스핀 진행방향과 같은쪽으로 에일러론을 써버리면 회전을 가속시키고 기수를 떨궈 스핀자세를 깊게(steep spin attitude) 만들기 때문에, 회복을 지연시킬 수 있다고 한다. 이것은 아마도 이미 날개가 실속에 들어간 상태에서 에일러론을 조작하는 것이, 실속에 들어가지 않았들 때 조작하는 것과 다르게 공기역학적으로 영향을 미치는 것이 아닌가 사료된다. 

 

참고로 flat spin은 steep spin보다 훨씬 회복하기 어렵고, 회복이 불가능할 수도 있기 때문에 위험하다.

 

 

Flat spin은 일반적인 스핀회복 절차로는 회복하기 매우 어렵다. (출처: 이미지 클릭)

 

 

지금까지 비행기의 스핀에 대해 간략히 알아보았다.

 

그러나 풀리지 않는 의문들은 여전히 존재하였다. 가령, 사이드슬립이나 기수 틀어짐 현상이 어떻게 비행기의 불균형한 실속을 유발하는지, 또는 실속상태에서 에일러론을 사용하면 정확히 어떤 영향으로 조종에 영향에 미치는 지 등은 여전히 알 수 없었다.

 

 

직접 스핀을 해보면 직관적으로 알 수 있을 것 같기도 한데,..

어째든 이러한 의문들은 앞으로도 계속 생각해 볼 문제인 것 같다.

 

끝.

p/s: 이 글을 쓸 수 있도록 소재를 제공해 주신 해주신 "VVV11" 님께 감사드립니다!

 

 

 

728x90

---

 

<참고>

 

1. Airplane Flying Handbook (FAA-H-8083-3C) 2021, Chapter 5: Maintaining Aircraft Control: Upset Prevention and Recovery Training, p5-22

2. Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge (FAA-H-8083-25C) 2023, Chapter 5: Aerodynamics of Flight, p5-36

3. AOPA: Technique / Spin Training

Technique / Spin Training

4. boldmethod: The Four Steps Of Spin Recovery, Explained

The Four Steps Of Spin Recovery, Explained