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쉿! 조용한 초음속 비행


“쾅~!”

1947년 인간이 처음으로 소리의 속도에 도달했을 때 커다란 굉음이 들렸다. 마치 천둥이 치는 듯한 소리였다. 음속을 돌파할 때 나는 소리, 소닉붐(sonic boom)은 초음속 비행기의 상징처럼 여겨져 이후에도 에어쇼에서 종종 재현됐다.

소닉붐은 비행기가 음속을 돌파할 때 발행하는 충격파다. 비행기가 날면 비행기 주변의 공기가 밀려나며 압력 차이에 따른 파동이 생긴다. 이 파동은 소리의 속도로 퍼지는데 비행기가 음속으로 날면 기체 앞쪽에서 파동 여러 개가 뭉치는 현상이 발행한다. 비행기가 이 부분을 통과하면 강한 충격파가 발생하며 소닉붐이 일어나게 된다.

지상에서 들리는 소리는 이 충격파에서 발생하는 폭발음이다. 대개 초음속 비행기가 음속을 돌파할 때 폭발음이 2번 들린다. 이는 뾰족한 곳에서 발생하는 소닉붐이 비행기 앞부분과 꼬리날개에 생기기 때문이다.




음속 돌파의 축포처럼 여겼던 소닉붐은 1969년 영국과 프랑스가 공동으로 개발한 초음속 여객기 콩코드가 하늘을 날며 문제가 됐다. 콩코드가 하늘을 날면 소닉붐 때문에 인근 건물의 창문이 깨지고 소음이 발생했다. 2000년에는 3년 전 프랑스에서 영국으로 날려 보낸 비둘기 3만마리가 소닉붐의 폭발음 때문에 길을 잃고 사라졌다는 연구결과가 발표되기도 했다.

결국 콩코드는 운항이 중단됐고 소음이 적은 초음속 제트기 개발이 시작됐다. 미국 항공우주국(NASA)은 미국 방위고등연구계획국(DARPA)과 함께 소형 여객기 크기의 ‘저소음 초음속 비행기 개발계획’(QSP)을 세웠다.

그리고 2003년 미국 해군의 F-5E 비행기는 음속의 1.36배 속도로 날면서도 소닉붐을 발생시키지 않았다. 이 비행기는 다른 비행기와 모양이 달랐다. 비행기의 ‘코’에 해당하는 앞부분이 뾰족하지 않고 뭉툭했다. NASA가 이 비행기의 소닉붐을 측정했는데 소음은 뾰족했던 기존 형태보다 3분의 1 정도로 감소했다.

미국 항공기 회사인 록히드 마틴사는 비행기 코를 뭉툭하게 만들고 작은 날개를 달아 충격파가 흩어지는 디자인을 선보이기도 했다. 작은 날개는 비행기의 양력을 높여 연료를 절약하는 효과도 있다. 영국 에어로스페이스사는 꼬리날개에서 발생하는 소닉붐을 줄이기 위해 날개가 이중으로 달린 쌍발기처럼 뒷부분에 ∧모양의 날개를 덧대는 방안을 제안하기도 했다.





NASA와 함께 저소음 초음속 비행기를 만드는 노드롭 그루먼사는 비행기 앞머리에 장착해 소닉붐을 감소시키는 ‘코 장갑’(nose glove)을 개발하기도 했다. 코 장갑은 펠리컨 부리 모양처럼 생겨 비행기 앞부분에 낄 수 있다. 또 날개와 동체가 만나는 부분에 덧대는 알루미늄 재질의 구조물도 있다. 소닉붐은 비행기 앞이나 조종석, 날개, 기체 후방 같이 튀어나온 부분에서 주로 생성되기 때문에 구조물을 덧대면 연결부위의 뾰족함이 적어진다.

저소음 초음속 비행기는 가까운 미래에 등장할 것으로 보인다. 세계적 부호나 기업에게 자가용제트기를 만들어주는 걸프스트림사는 2009년까지 소형 초음속 여객기를 개발할 계획이고 러시아 항공기 회사인 수호이사도 2010년에 초음속 여객기를 선보일 예정이다. 항공기를 개발하는 회사 외에도 개인용 제트기를 임대하거나 판매하는 넷제트사는 저소음 초음속 제트기가 개발되는 대로 구입할 것이라고 밝히기도 했다. 빠른 속도에 대한 승객의 욕구는 점점 높아지기 때문이다.

속도를 높이기 위해 사라진 쌍발기가 다시 나타나고, 저항을 줄이기 위해 뾰족해진 비행기 코가 다시 뭉툭해지고, 역사의 뒤안길로 사라진 초음속 여객기가 나타나는 것을 보면 사람의 운명도 한치 앞을 모르듯이 ‘비행기만사도 새옹지마’인 셈이다.
<출처:한국항공우주연구원의푸른하늘>
| 글 | 전동혁 동아사이언스 기자ㆍjermes@donga.com |




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