개념 한 쪽
세로 정안정성은 기수가 위아래로 흔들릴 때 원래 자세로 돌아오려는 성질을 말한다. 이 성질은 무게중심과 중립점의 상대적 위치, 즉 정적여유로 판단한다.
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출제기준 단원 「세로 정안정성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 중립점과 무게중심 관계 판단 | 1 | 중립점·무게중심의 위치로 정안정성 옳음 여부 가림 |
| 옆 미끄럼과 방향안정성 연결 | 1 | 옆 미끄럼 시 수직미익의 받음각 변화로 생기는 모멘트 설명 |
| 추력 위치와 방향안정성 영향 | 1 | 추력 작용점이 무게중심 앞뒤에 따라 방향안정성 영향 설명 |
세로 정안정성은 항공기가 피칭(기수의 들림과 내림) 변동 후에 자가 복원하려는 특성이다. 이 특성의 핵심은 무게중심(CG)과 중립점(NP)의 위치 관계에 있다. 무게중심은 항공기 전체 무게가 모여 있다고 보는 대표점이고, 중립점은 받음각이 변해도 피칭 모멘트가 불변하는 특별한 점으로 정의된다.
정적여유(SM)는 무게중심과 중립점 사이의 거리로 정의하며, 무게중심이 중립점보다 앞에 있을 때(정적여유 양수) 세로 정안정성이 확보된다. 반대로 무게중심이 중립점보다 뒤로 가면 정적여유가 감소하거나 음수가 되어 정안정성을 상실한다.
중립점은 무게중심이 뒤로 올 수 있는 한계를 정하는 기준점이다. 따라서 중립점을 전방한계로 오해하면 안 되고, 중립점은 오히려 무게중심의 후방한계를 결정한다는 점을 명확히 해야 한다.
실전에서는 중립점=후방한계와 정적여유=CG와 NP 사이 거리라는 묶음을 기억하면 관련 문항을 쉽게 처리할 수 있다.
문제에서 중립점을 무게중심의 '전방한계'로 설명하거나, 정적여유를 중립점과 무게중심의 거리가 아닌 다른 개념으로 제시하면 오답이다. 또한 세로 정안정성이 받음각 변화에 따라 피칭 모멘트가 변하지 않는 중립점의 정의와 연결된다는 점을 놓치면 선택지를 잘못 고른다. 핵심적으로는 '무게중심이 NP보다 앞에 있으면 안정'과 'NP는 무게중심의 후방한계'를 기준으로 선지를 검토한다.
수직 꼬리날개와 방향안정의 관계에 대하여 설명한 내용 중 가장 올바른 것은?
정답 ④ · 수직 꼬리날개와 방향안정의 관계에 대한 올바른 설명을 고르는 문제이다. 정적 방향안정성의 크기는 수직 미익이 만드는 양력 즉 사이드포스의 변화율과 무게중심까지의 모멘트 팔 길이에 의해 결정된다.
정적 방향안정성은 수직꼬리의 양력 변화와 모멘트 팔 길이에 의존한다.
비행기가 옆 미끄럼 상태에 들어갔을 때의 설명으로 가장 올바른 것은?
정답 ④ · 옆 미끄럼(Sideslip) 상태에 들어간 비행기는 상대풍이 기수 정면이 아닌 측면에서 불어오게 됩니다. 이때 수직 꼬리 날개의 받음각이 변하여 복원력을 형성하고, 동체 측면에도 공기력이 작용하며 특히 항공기의 무게 중심 주변으로는 빗놀이 모멘트(Yawing moment)가 발생하여 기수를 풍상으로 돌리려는 방향 안정성 작용이 나타나게 됩니다.
옆 미끄럼 상태에선 수직꼬리 받음각이 변하고 무게중심 주변 빗놀이 모멘트가 생겨 기수가 풍상으로 돈다.
정적방향 안정성에 대한 추력효과에 대하여 가장 올바르게 설명한 내용은?
정답 ① · 정적 방향 안정성에 있어 추력 효과는 추력이 작용하는 방향과 위치에 크게 영향을 받습니다. 프로펠러 항공기에서 프로펠러 회전면이나 제트 엔진 흡입구가 무게중심보다 앞쪽에 위치하게 되면, 추력 변화 시 기수가 옆으로 미끄러지려는 경향을 복원하려는 방향으로 작용하지 못하고 오히려 불안정을 유발하는 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.
추력 작용면(프로펠러 회전면·제트 흡입구)이 무게중심 앞에 있으면 정적 방향안정성을 해친다.
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