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날개 두 겹으로 초음속 뚫는다






비행기를 타고 서울에서 런던까지 5시간 만에 갈 수 있을까. 초음속여객기를 이용하면 가능한 일이다.

역사의 뒤안길로 사라졌던 초음속여객기가 다시 하늘로 돌아올 가능성이 열렸다. 키키 왕 미국 메사추세츠공대 항공우주공학과 교수 연구팀은 날개를 두 겹으로 만들면 기존 초음속여객기의 문제점을 해결할 수 있다는 연구 결과를 발표했다.

대표적인 초음속여객기인 콩코드는 1976년 운항을 시작했다. 그러나 요금이 비싸고, 연료를 많이 먹으며, 시끄럽다는 문제가 있어 27년 만인 2003년 운항을 중지했다. 아직 다음 세대의 초음속여객기는 등장하지 않은 상태.

초음속여객기가 겪는 문제는 주로 초음속에 진입할 때 생기는 충격음파 때문에 생긴다. 비행기가 음속에 가깝게 날아가면 앞쪽과 뒤쪽에 공기가 압축된다. 비행기가 음속을 넘어서면 공기압력이 갑자기 늘어나면서 비행기 앞과 뒤에 충격음파가 생긴다. 이 충격음파는 비행기의 움직임을 방해해 연료를 더 많이 소모하게 한다.

왕 교수는 컴퓨터 모델링을 통해 날개를 두 겹으로 만들면 비행을 방해하는 힘이 줄어든다는 사실을 밝혀냈다. 한 날개에서 생기는 충격음파를 다른 날개가 상쇄시키기 때문이다.

사실 날개를 두 겹으로 만드는 아이디어는 1950년대 독일의 공학자 아돌프 부스만이 먼저 떠올렸다. 그러나 이런 겹날개는 날개 사이의 틈이 좁아서 초음속에 도달할 즈음 공기가 잘 통과하지 못하고 막혀 버리는 현상이 일어난다. 초음속에서는 훌륭하게 작동하지만, 초음속에 도달하기가 어려워지는 문제가 생기는 것이다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 부스만의 모형을 바탕으로 여러 속도에서 여러 모양의 날개를 실험했다. 가장 방해를 덜 받는 날개 모양을 계산했고, 700여 개의 결과를 종합해서 최적의 날개 모양을 찾아냈다.

최종 결과는 날개 끝 부분이 서로 붙어 있어 앞에서 보면 삼각형이다. 각 날개의 안쪽 표면은 부드럽게 만들어 바람이 잘 지나갈 수 있게 했다. 왕 교수는 “비행하는 데 드는 연료를 줄이면, 많은 양의 연료를 담을 필요가 없어 비행기도 작아지는 일종의 연쇄반응이 생긴다”라고 설명했다. 연구팀은 이 결과를 바탕으로 비행에 영향을 미치는 다른 요인을 파악할 수 있는 3차원 모델을 설계할 계획이다.

 

 


글 : 고호관 기자 ( karidasa@donga.com )





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