꼬리 날개

3. 꼬리 날개 구성

구조적으로 꼬리 날개는 수직 안정판, 수평 미익 및 이들이 부착된 동체의 일부를 포함하는 전체 꼬리 조립체이다.^[1][2] 여객기의 경우, 후방 압력 격벽 뒤의 모든 비행 및 제어 표면을 의미한다.

조종실 음성 녹음 장치, 비행 데이터 기록 장치 및 비상 위치 송신기(ELT)는 대부분의 항공기 추락 사고에서 항공기 후미가 이러한 장치를 더 잘 보호하기 때문에 종종 꼬리 날개에 위치한다. 항공기 미부(꼬리 부분) 설계는 꼬리 날개 및 수평 꼬리 날개 구성에 따라 광범위하게 분류할 수 있다.

개별 꼬리 날개 표면의 전체적인 형태(수평 꼬리 날개 평면 형태, 수직 꼬리 날개 단면)는 날개 평면 형태와 유사하다.

3. 1. 수평 꼬리 날개

• 구성 - 테일리스 또는 카나드.
• 꼬리 날개 위치 - 동체, 핀 또는 꼬리 붐에 높게, 중간 또는 낮게 장착된다.
• 고정된 안정판 및 움직이는 승강타 표면, 또는 단일 결합된 스테빌레이터 또는 "[전체] 비행 꼬리".^[9] (제너럴 다이내믹스 F-111 아드바크)

• '''일반적인 꼬리''' - 수직 안정판과 수평 안정판은 동체 뒤쪽에 장착된다. 이는 꼬리의 세 가지 기능(트림, 안정성 및 제어)을 모두 수행하는 가장 간단한 구성이다.^[10] 현재 항공기 설계의 약 60%^[10]와 역대 약 80%가 이 유형의 꼬리를 사용한다.^[11] Cessna 172와 같은 일반 항공 유형에서 Airbus A380과 같은 가장 큰 여객기에 이르기까지 모든 크기와 역할의 항공기에서 이러한 예가 발견된다. 이 유형의 꼬리는 1907년의 Blériot VII부터 사용되었다.
• '''십자형 꼬리''' - 수평 안정판이 수직 안정판의 중간에 배치되어 앞에서 보면 십자 모양을 이룬다. 십자형 꼬리는 엔진 후류에서 수평 안정판을 유지하는 동시에 T-tail의 많은 단점을 피하기 위해 자주 사용된다. 예로는 호커 시 호크와 Douglas A-4 Skyhawk가 있다.
• '''T-tail''' - 수평 안정판이 핀 위에 장착되어 앞에서 보면 "T"자 모양을 이룬다. T-tail은 안정판을 엔진 후류에서 벗어나게 하고 피치 제어를 개선한다. T-tail은 좋은 활공비를 가지며 저속 항공기에서 더 효율적이다. 그러나 T-tail에는 몇 가지 단점이 있다. 깊은 실속에 빠질 가능성이 더 높으며 스핀에서 회복하기가 더 어렵다. 이러한 이유로 항공기가 실속했을 때 자유로운 공기 중에 위치할 수 있도록 작은 보조 안정판 또는 '''꼬리 날개'''를 더 낮게 장착할 수 있다.^[12] T-tail은 더 강해야 하므로 기존 꼬리보다 무겁다. T-tail은 또한 더 큰 레이더 단면적을 갖는 경향이 있다. 예로는 Gloster Javelin과 McDonnell Douglas DC-9가 있다.

대체로 수평으로 설치된 꼬리 날개이다.

수평 꼬리 날개의 역할은 주 날개와의 균형을 통해 기체에 피칭 축 주위(수직 방향)의 안정성을 부여하고, 승강타를 통해 기체의 기수 올림/내림 운동을 제어하는 것이다. 통상적인 비행기 및 활공기의 설계에서는 양력의 중심이 무게 중심보다 약간 후방에 위치하도록 주 날개를 배치하고, 수평 꼬리 날개에는 마이너스 양력을 발생시켜 수평 비행을 위한 균형을 잡음으로써 기체 수직 방향의 자연 안정성을 확보한다. 초기의 비행기 및 활공기에는 주 날개의 배치를, 양력의 중심이 무게 중심보다 약간 전방에 위치하도록 하여 수평 꼬리 날개에 플러스 양력을 발생시키는 양력 꼬리 날개 방식의 기체도 존재했다. 그러나 이 방식은 반대로 수직 방향으로 불안정해지기 때문에, 안정 조종에 문제를 일으킨다. 이 때문에 통상적으로 이 방식은 채용되지 않았다.

1970년대 이후, CCV 기술의 확립으로 인해, 전투기에서는 자연 안정성을 희생하여 운동 성능을 추구하게 되었다. 이 때문에 주 날개의 양력 중심을 무게 중심에 가깝게 배치하거나, 혹은 무게 중심보다 전방에 배치함으로써, 수직 방향의 안정성을 저감하거나 의도적으로 불안정하게 만들었다. 그 경우의 수평 꼬리 날개는 양력을 발생시키지 않거나, 혹은 플러스 양력을 발생시키게 된다. 또한, 여객기에서는 꼬리 날개의 마이너스 양력을 줄이고, 더 나아가 꼬리 날개 면적을 줄임으로써 공기 저항을 저감하고, 더 나아가 연비를 향상시킬 목적으로, 양력의 중심을 무게 중심에 가깝게 하는 사상으로 설계된 기체도 있다(MD-11). 이들은 어느 경우든 컴퓨터에 의해 조종이 보조된다.

수평 꼬리 날개의 경우에는 반드시 주 날개 후방에 장착되는 것은 아니며, 주 날개보다 전방에 수평 꼬리 날개가 장착되는 엔테형 비행기도 존재한다. 그 경우의 주 날개보다 전방에 존재하는 꼬리 날개를 선미익(카나드)라고 한다. 엔테형 비행기의 경우에도 주 날개의 양력 중심은 무게 중심보다 후방에 위치하는 것은 같으며, 그 때문에 선미익은 플러스 양력을 발생시킨다(양력 카나드). 다만 주 날개 자체로 균형을 잡거나, 혹은 상술한 CCV 기술을 채용한 기체에서는 주 날개 배치를 무게 중심에 가깝게 하고, 선미익에서는 양력을 발생시키지 않는 것도 있다(제어 카나드).

고정된 꼬리 날개에 승강타를 갖춘 수평 꼬리 날개 외에, 수평 꼬리 날개 전체가 가동하는 전유동식(올 플라잉 테일)이 있으며, 전투기나 전술한 제어 카나드에서 자주 볼 수 있다.

전유동식을 포함하여 수평 꼬리 날개타를 차동시켜, 롤 제어에 사용하는 경우도 있으며, 테일론(테일+엘론)이라고도 불린다.

3. 2. 수직 꼬리 날개

• 핀의 수 – 일반적으로 1개 또는 2개.
• 핀의 위치 – 동체(위 또는 아래), 수평 꼬리 날개, 테일붐 또는 날개

• '''트윈 테일''' ('''H-테일'''): 수평 안정판 양쪽에 두 개의 작은 수직 안정판으로 구성된다. 예시로는 안토노프 An-225 Mriya, B-25 미첼, Avro 랭커스터, ERCO 에어코프 등이 있다.
• '''트윈 붐''': 두 개의 동체 또는 붐을 가지며, 각 붐에 수직 안정판이 있고 그 사이에 수평 안정판이 있다. 예시로는 노스롭 P-61 블랙 위도우, P-38 라이트닝, 드 하빌랜드 시 빅슨, 새들러 뱀파이어, 에즐리 옵티카 등이 있다.
• '''날개 장착형''': F7U 커틀러스와 같이 미드윙에 위치하거나, 핸들리 페이지 맨스 및 루탄 롱-EZ와 같이 날개 끝에 위치한다.

특이한 핀 구성에는 다음이 있다.

• '''핀 없음''' – 맥도넬 더글러스 X-36과 같은 경우. 이 구성은 때때로 "테일리스"라고 잘못 불린다.
• '''다중 핀''' – 예시로는 록히드 컨스텔레이션 (3개), 벨랑카 14-13 (3개), 노스롭 그루먼 E-2 호크아이 (4개) 등이 있다.
• '''복부 핀''' – 동체 아래. 노스 아메리칸 X-15 및 도르니에 Do 335와 같이 일반적인 핀과 함께 사용되는 경우가 많다.

대체로 수직으로 설치된 꼬리 날개이다. 최근 소형 군용기에서는 짝수를 의도적으로 기울여 설치하여 스텔스성을 향상시키는 경우가 있다.

수직 꼬리 날개의 역할은 기체 요잉축(좌우 방향)의 안정성을 제공하는 것, 그리고 방향타에 의해 기체 요잉축 운동을 제어하는 것이다.

수직 꼬리 날개의 경우 주익의 후방에 배치한다. 물론 이것은 기체의 무게 중심보다 후방에 배치하여 자연 안정성을 얻기 위함이다. 엔테형·무(수평) 꼬리 날개에서는 주익에 수직 꼬리 날개가 붙는 경우가 있지만, 가능한 한 주익의 뒤쪽에 배치한다.

수평 꼬리 날개의 경우와 달리 주익보다 전방에 배치하는 예는 적다. 또한 X-15 (항공기)와 같은 올 플라잉 방식을 채용하는 예도 적다. CCV 실험기에서 주익 전방, 그리고 올 플라잉 방식의 수직 꼬리 날개를 채용한 예가 있지만, 통상적인 주익 후방의 수직 꼬리 날개와 병용하며, 실용기로서의 예는 전무하다.

단 일부 익룡·조류의 머리가 주익 전방 및 올 플라잉 방식의 수직 꼬리 날개로 기능했을 가능성은 있다.

사이드와인더 (미사일)나 R-8 (미사일) 등, 항공역학상의 엔테형 십자익 미사일은, 선두 측 날개 4장 중 일으켜 세우는 측 및 그 반대쪽 날개는, 주익 전방 및 올 플라잉 방식의 수직 꼬리 날개로 기능하고 있다.

엔테형 비행기의 경우를 제외하고, 수평 꼬리 날개와 거의 같은 위치에 장착되는 경우가 많다. 다만 F/A-18처럼 주익과 수평 꼬리 날개 사이에 수직 꼬리 날개를 배치하는 예도 있다. 이는 에어리어룰을 고려했기 때문이다.

3. 3. 특수한 형태의 꼬리 날개

• '''V자형 꼬리:''' V자형 꼬리는 일부 상황에서 기존 꼬리보다 가볍고, 푸가 마지스터 훈련기, 노스롭 그러먼 RQ-4 글로벌 호크 무인기, X-37 우주선과 같이 공기 저항을 덜 발생시킬 수 있다. V자형 꼬리는 또한 더 작은 레이더 신호를 가질 수 있다. V자형 꼬리를 특징으로 하는 다른 항공기에는 비치크래프트 모델 35 보난자와 데이비스 DA-2가 있다. V자형 꼬리의 약간의 수정 사항은 와이엑스와 모넷 모니에서 Y자형 꼬리로 발견할 수 있다.
• '''역 V자형 꼬리:''' 무인 프레데터는 레이저와 미니-IMP와 마찬가지로 역 V자형 꼬리를 사용한다.
• '''Y자형 꼬리''': 리얼 에비에이션 리어 팬과 같이 추가 하부 수직 핀이 있는 V자형 꼬리(일반적으로 후방 프로펠러를 보호하는 데 사용됨)
• '''X자형 꼬리:''' 록히드 XFV는 "X"자형 꼬리를 특징으로 하며, 각 표면에 바퀴가 장착되어 강화되어 항공기가 꼬리에 앉아 수직으로 이착륙할 수 있었다.

V자 꼬리 날개는 위아래로 대칭을 이루는 형태이다. 미사일과 로켓에 자주 사용된다. 단, 기축을 수평으로 했을 때의 상하 수평을 규정하는 단엽 주익이나 내부 구조 등을 갖지 않은 로켓이나 미사일에는 X자 꼬리 날개와 십자 꼬리 날개의 구별이 없다. 또한 로켓과 탄도 미사일의 날개는 깃털과 마찬가지로 비행 자세의 안정만을 담당하는 고정된 안정 날개이며, 추진 효율상의 이유로 자세 제어는 추력 편향만으로 이루어진다. 호크 지대공 미사일 등과 같이 꼬리 날개처럼 보이지만, 항공역학적으로는 X자 또는 십자 형태로 장착된 델타 형 또는 후퇴 주익 후연의 러더로 기능하는 경우도 있다. 비행선과 동일한 원리로 수중을 항해하는 잠수함에서도, 이전에는 십자형 러더를 채용하는 것이 일반적이었지만, 손상 시 세로 러더 또는 가로 러더 중 하나의 기능을 상실하는 사태를 피하기 위해 X자형 러더의 채용이 증가하고 있다. 그 외의 장점으로는, 착저 시 손상되기 쉽고 부상 시에도 기능하는 하부 러더를 크게 할 수 있으며, 세로 러더가 없기 때문에 음파 스텔스성이 높고, 4개 모두 선회에 사용할 수 있기 때문에 기동성이 상승하며, 함교루 후류에서 벗어날 수 있다는 점 등이 있다.

참조

_[1] 서적 Dictionary of Aeronautical Terms, third edition Aviation Supplies & Academics 1997
_[2] 서적 From the Ground Up
_[3] 웹사이트 ATA Airline Handbook Chapter 5: How Aircraft Fly http://www.airlines.[...] 2013-03-05
_[4] 웹사이트 Empennage http://oxforddiction[...] Oxford Dictionaries 2013-03-05
_[5] 서적 From the Ground Up
_[6] 서적 Flying Sailplanes Thompson Publications 1980
_[7] 서적 Flight Training Manual 4th Edition Gage Educational Publishing Company 1994
_[8] 서적 Dictionary of Aeronautical Terms, third edition Aviation Supplies & Academics 1997
_[9] 서적 Introduction to Flight
_[10] 서적 Aircraft Design: A Systems Engineering Approach Wiley 2013
_[11] 서적 General Aviation Aircraft Design: Applied Methods and Procedures Elsevier Science 2013
_[12] 서적 Flight Testing of Fixed Wing Aircraft AIAA 2003
_[13] 학위논문 Analysis of a Semi-Tailless Aircraft Design http://apps.dtic.mil[...] 2002
_[14] 간행물 Kauba's Dwarfs 1965-11
_[15] 서적 Chronik Eines Flugzeugwerkes 1932-1945. B&V – Blohm & Voss Hamburg – HFB Hamburger Flugzeugbau Motor Buch Verlag 1979
_[16] 보고서 Aircraft Configurations With Outboard Horizontal Stabilizers http://hdarrenougue.[...] 2004-05-14