글라이더가 모터 없이도 하늘을 나는 이유


인피니티 글라이더는 어떻게 이렇게 무한으로 날 수 있는 걸까요?

하늘을 나는 모든 물체에는 4가지 힘이 작용 합니다.

앞으로 가는 힘 추력, 위로 떠오르는 힘 양력, 추력에 반대되는 힘 항력, 그리고 비행기가 지구 중심으로 가려는 힘 무게 입니다.

인피니티니 글라이더는 모터도 없는데 어떻게 스스로 양력을 얻으며 날아가는 걸까요?


 ※ 많은 구글 이미지 에서는 weight 를 중력으로 표기하는 경우가 많습니다. 중력에 의해 비행기가 지구로 끌여당겨 지는 힘이 존재하는 건 맞지만 중력으로 표기해버리면 무게가 가볍거나 무거워 지는 비행기를 벡터로 설명할 수 없게 됩니다. 무게 또한 힘의 세기와 방향을 표시할 수 있습니다. 학생을 지도할 때 잘못 표기되는 일이 없기를 바랍니다.




먼저 인피니티 글라이더의 가장 큰 특장점은 아주 가벼운 무게 입니다. 그러나 만약 이 글라이더를 달에서 날린다면 공기의 저항이 없어 마치 망치가 떨어지는 속도와 같을 것 입니다. 이유는 바로 달의 중력은 있지만 공기 저항이 없기 때문 이지요. 하지만 우리가 살고 있는 지구에는 공기가 존재합니다. 아무도 없는 교실에 시간이 멈춘 듯 가만히 있어도 그 공간에는 수많은 기체들이 둥둥 떠다니고 있습니다. 그리고 그 공기 입자들로 인해 물체가 자유 낙하를 하면 저항이 생깁니다. 쇠망치 같이 무거운 물체는 공기의 저항을 거의 무시하고 빠른 속도로 땅에 떨어집니다. 그러나 0.5mm의 스티로폼으로 제작된 깃털보다 가벼운 인피니티 글라이더는 공기가 존재하는 것 만으로도 저항이 되어서 천천히 떨어지게 되는 것 입니다.



그러나 글라이더가 마치 낙엽처럼 팔랑 팔랑 하며 떨어지면 글라이더라고 부르지 못하겠죠. 그래서 글라이더의 날개 넓이와 비율 그리고 무게중심을 위치를 잘 설계하면 자유 낙하 중에도 직진성을 가지고 앞으로 나아갈 수 있게 됩니다. 날개의 넓이와 비율은 양력이 발생하는 중심인 공력 중심 또는 압력 중심에 영향을 줍니다. 그리고 인피니티 글라이더 앞에 철사를 이용해 무게를 추가함으로서 무게 중심을 앞으로 이동 시킵니다. 비행기가 자유 낙하중에도 직진을 하기 위해선 무게중심은 항상 공력 중심보다 앞에 있어야 합니다. 


무게중심이 앞에 있을수록 비행기는 안정성을 가지고 앞으로가는 속도가 빨라집니다. 양력 효율이 낮기 때문에 손과 같이 작은 조종판 으로는 조종하기 어렵습니다. 하지만 잘 마스터 한다면 인피니티 글라이더 레이스에서 빠른 속도로 장애물 완주를 할 수 있습니다. 반대로 무게중심이 공력중심에 가까워 질 수록 양력 효율이 좋아지고 앞으로 가는 속도가 느려져 좁은 환경에 더욱 작은 바람으로도 조종이 가능해 집니다. 그러나 작은 바람에도 영향을 받기 때문에 좌우 조종이 조금 어려울 수 있고 조종판의 크기가 너무 크면 글라이더의 고도가 너무 높아질 수 있습니다.




무게가 가볍고 무게중심으로 앞으로 가면 떠오를 수 있는 걸까요? 아직 가장 중요한 요소가 남았습니다. 비행을 하기 위한 조건이 필요합니다. 그것은 바로 받음각 이라는 것 입니다. 인피니티 글라이더에게 받음각은 바람의 방향과 날개와의 각도 입니다. 글라이더의 코가 수평보다 올라가면 이는 + 받음각이 되고 반대로 수평보다 내려가 있으면 - 받음각이 됩니다. 받음각이 +가 되면 공기가 비행기를 따라 아래로 흐르는 Downwash 효과가 생겨 작용 반작용의 힘으로 떠오르게 됩니다. 



그리고 비행기는 받음각이 커질수록 더욱 큰 양력이 생기게 되죠. 인피니티 글라이더는 엘리베이터를 이용하는 것 입니다. 수평 꼬리에 위치한 엘리베이터를 올려 접으면 꼬리가 내려가는 힘이 생겨 코가 위를 향하게 되어 + 받음각이 형성 됩니다. 


이렇게 가벼운 무게와 직진성 그리고 약간의 튜닝으로 양력까지 얻으며 천천히 하늘을 활공하는 멋진 인피니티 글라이더가 완성 됩니다.


무한 비행의 비밀


인피니티 글라이더는 자체로도 잘 나는데 이대로 무한비행을 할 수 있을까요?

비행기가 같은 고도를 요지하기 위해서는 양력의 힘과 무게의 힘이 같아야 합니다. 그러나 인피니티 글라이더는 아무리 가벼워도 아쉽게도 공기보다 무거운 중항공기여서 엔진과 같은 자체 동력이 없기 때문에 무게의 힘이 양력보다 큽니다. 결국 외부 바람의 도움을 받지 않는 이상 결국 시간이 지나면 무게와 저항 때문에 땅에 떨어지게 됩니다. 그래서 부족한 양력의 힘을 조종판을 통해 인위적으로 만들어 내는 것 입니다.



조종판은 어떻게 양력에 도움을 줄 수 있는지는 행글라이더를 통해 알 수 있습니다. 인간을 태우고 나는 글라이더가 하늘을 나는 이유는 바람과 산의 경사에 있습니다. 바람이 강하게 산을 향해 불면 산을 타고 올라가는 상승기류 (updraft)가 발생합니다. 이 상승기류는 비행기 날개 아래를 치며 작용 반작용으로 비행기의 양력에 도움을 줍니다. 조종판의 역할은 여기서 산 입니다. 그러나 인피니티 글라이더와 같은 경우는 바람이 산으로 불어오는 것이 아니라, 산이 움직이는 것과 같습니다. 조종판을 잡고 움직이면 산이 움직이는 것과 같고 바람은 조종판을 타고 올라가며 상승기류가 생기게 되는 것이죠. 거기에 잘 나는 가벼운 글라이더를 올리면 부족한 양력의 힘을 더해 주어서 같은 고도를 계속 유지할 수 있는 것 입니다. 그래서 판의 각도와 속도, 그리고 글라이더가 비행하는 위치가 중요하며 연습을 통해 바람의 감각을 키워야 합니다. 미세한 비행기의 움직임을 캐치하고 그에 대응해서 판의 각도와 속도 그리고 위치를 조절하는 연습을 하는 것이죠.










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