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작성일 : 21-05-05 07:05
[기타] 항공기 착륙 충격 소화
 글쓴이 : archwave
조회 : 2,000  


기존 정규 항공모함에 착륙할 때 테일후크와 어레스팅와이어가 반드시 필요하고, 어레스팅와이어로 제동하는 탓에, 일반적인 착륙 방법인 플레어 ( 기수 더 들면서 뒷바퀴로 착지(터치다운)) 을 할 수 없다는 것이 공포 분위기를 자아내며, 잘 계산된 충돌이라고 말하기도 합니다.

지상발진기를 항모에서 이륙시키는 전자기식 사출기에 필요한 조건 ( http://www.gasengi.com/main/board.php?bo_table=military&wr_id=608359 ) --- 이 글에서 항공모함 착륙시에도 테일후크, 어레스팅와이어를 쓸 필요가 없다고 한 것에 대해 우선 수직방향 충격에 관해 써보겠습니다.

착륙시 보통 일정한 속도로 고도를 낮춥니다. 대형 여객기에서는 분당 700~800 피트 정도이고, 기종에 따라 분당 500 피트를 택하기도 하는 모양이고요.

분당 800 피트 (800 feet/min) 는 초속 4 미터, 시속 14.6 km 에 해당합니다.
그렇게 빠르지는 않지만, 단단한 활주로에 부딪히면 많이 아프니까 댐퍼 (shock absorber, 쇼바) 와 타이어로 충격을 흡수합니다.

타이어가 활주로에 닿는 순간 기체와 활주로 사이 상대 속도는 착륙시 하강 속도이며,
댐퍼와 타이어가 완전히 눌린 순간은 상대 속도가 0 이 되며,
다시 살짝 튀어오르는 순간 속도가 살짝 반전되었다 다시 0 이 되고 점점 진폭이 급감해서 결국 상대 속도 0 으로 안정됩니다.

댐퍼/타이어가 눌리는 깊이를 이동거리(변위)
착륙시 하강 속도를 초기 속도로 놓으면
댐퍼/타이어에 걸린 평균 가속도를 구할 수 있고,
댐퍼/타이어로 흡수할 수 있는 평균 가속도와 착륙시 하강 속도를 써서 필요한 변위를 구할 수 있습니다.

위 그래프 아래 각 기종별 가속도 수치는 착륙 수직 가속도 피크 최대치이기 때문에,
평균 가속도로 쓰려면 절반으로 하는 것이 적절하다고 가정하면,
( 가속도와 변위는 반비례 )
위 그래프에서 나온 수치에 2 미터를 곱한 것이 적절 변위가 되겠고요.

어떤 이유로든 하강 속도가 너무 빠르다면 그만큼 변위량을 늘려주면 되지만 ( 변위량은 하강 속도의 제곱에 비례 ) 댐퍼 눌림 깊이는 한계가 있기 때문에 타이어가 닿는 곳에 추가 댐퍼를 놓고, 비상착륙의 경우라면 동체가 닿을 곳에도 완충 매트리스를 놓는 것이 좋겠고요.

수평 방향은 리니어 모터로 추종할 수 있기 때문에 문제가 안 됩니다. ( 비상착륙의 경우에도 )

지상 활주로에 착륙하든 항공모함에 테일후크/어레스팅와이어 안 쓰고 착륙하든
동일 기종인 경우 착륙시 하강 속도, 착륙시 수직 가속도, 댐퍼/타이어 변위량의 함수 관계는 동일합니다.

테일후크/어레스팅와이어를 안 쓴다면 전통적인 항공기 착륙법인 기수 더 들고 착지를 쓸 수 있습니다.
또한 기수는 나중에 속도가 내려가서 양력이 사라진 후에야 내려오게 됩니다. 이 때 앞바퀴에 가해지는 충격 역시 지상 활주로에 착륙할 때와 동일하고요.
출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com


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멍때린법사 21-05-05 07:12
   
그냥 봐서는 공기도 스프링도 오일링도 안보이네요..
저 안이 사실 디게 궁금했는데.. 혹시 저안 내부구조 이미지는 없으신지?
     
archwave 21-05-05 13:46
   
저 타이어 달린 기둥 안에 오일과 질소 가스가 들어갑니다. 유압과 공압의 혼성인 셈이고, 그게 가장 효과가 좋다나요.
     
archwave 21-05-05 13:55
   
위 그림 따온 링크 알려드릴께요. 더 알고 싶으시면 [ 랜딩기어 구조 ] 로 구글링해보세요.

https://m.blog.naver.com/e-kasa/221092417756
Republic 21-05-05 07:28
   
아침 7시에 이런 글 올리는 열정만큼은 인정
그리고 피스아이 착륙할 수 있다는게 밑 발제 댓글 링크죠?
min011 21-05-05 09:19
   
말도 안되는 소리를 너무 진지하게 쓰셔서... ㅎㅎ

뭐 암튼 덧붙이자면 항모 착함할때도 기수 들고 내립니다. 기수 들어야 후크도 걸리는 각이 나오구요.

호넷기준으로 받음각 8도 전후로 내립니다. 2.5도 정도로 하강하니까 기수가 5~6도 정도 들고 내려옵니다.

플레어를 안할뿐. 플레어가 기수를 드는게 아니고 터치다운직전에 더 들어서 하강률을 0에 가깝게 줄이는 동작입니다.

하강속도 800피트니 이건 어프로치 할때 속도고 터치다운 전에 플레어 해서 0에 가깝게 해서 스무스하게 내립니다. 항모는 플레어를 못해서 그 하강속도로 박는거고.

기수를 안들고 내리는게 아닙니다.
     
ArcticOne 21-05-05 15:29
   
일반 전투기는 하강속도 800피트는 안나오게 하려고 부단히 노력합니다.
뭔 일이 있지 않는 이상은요.
착함에서나 기본 VS가 -700ft/m이 나오지 당연하지만 일반 항공기나 지상기로 했다간 기어가 작살나죠.
min011 21-05-05 09:22
   
톰캣는 15도 aoa로 내리니까 기수 많이 들고 내립니다. 잘못 알고 계신듯
     
archwave 21-05-05 13:51
   
아예 안 들고 내릴 수는 없죠.
글을 [기수 들고 착지] 가 아니라 [ 기수 더 들고 착지 ] 라고 썼어야 했네요.
비몽사몽간에 썼더니..
아직 댓글 얼마 안 달려 수정 가능하겠군요. 수정하겠습니다.
     
archwave 21-05-05 14:16
   
항공모함에 착함할때 플레어를 못 하기에 수직 방향 충격이 너무 크다.
그래서 지상발진기를 랜딩기어 강화하지 않고는 못 쓴다는 분이 계셔서,
그 얘기에 너무 몰입해서 하다 보니 [ 터치다운 직전 더 들지 못 한다 ] 이걸 [ 들지 못 한다 ] 로 간략히 말하던게 버릇(?) 되어서 위 글을 쓸 때도 실수했습니다.

에어브레이크가 없는 기종에서도 착륙할 때 플랩 조작해서 수평 방향으로 제동하듯이, 플레어는 수직방향 에어브레이크를 하는 셈이죠.

이게 아주 정상적 착륙에서는 잘 동작하지만, 공항에 항공기 착륙 영상 돌아다니는 것만 봐도 랜딩기어가 아주 푹 꺼지기도 하는 경우가 많죠. 플레어 안 하고 착륙하는 것이나 다름없을 정도로요.

결국 지상 활주로에 착륙하든 항공모함에 어레스팅와이어 안 쓰고 착륙하든 두 경우 모두 플레어가 안 걸리고 착륙하는 일들이 일어나는데, 왜 활주로 짧으니까 플레어 못 한다는 것에 집착하는 사람이 있는 것인지..

최악의 경우 한계점 이런 쪽으로만 생각하고 있다 보니까, 플레어 여부는 생각할 필요도 없으니 재껴놨던거라 왜 이게 화제가 되는거야라는 생각이 들더군요.
          
ArcticOne 21-05-05 17:32
   
결국 지상 활주로에 착륙하든 항공모함에 어레스팅와이어 안 쓰고 착륙하든 두 경우 모두 플레어가 안 걸리고 착륙하는 일들이 일어나는데, 왜 활주로 짧으니까 플레어 못 한다는 것에 집착하는 사람이 있는 것인지..

최악의 경우 한계점 이런 쪽으로만 생각하고 있다 보니까, 플레어 여부는 생각할 필요도 없으니 재껴놨던거라 왜 이게 화제가 되는거야라는 생각이 들더군요.

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플레어가 안걸리고 착륙하는 일들이 일어나는건 맞습니다. 근데 그건 하나만 생각하시고 나머지는 안보시는거죠.
기본적으로 골격이 강화된 함재기 같은게 아니면 파일럿들은 하드랜딩 했다는것을 로그에 남기고 당연히 정비사들이 달라붙어서 꼼꼼히 조사합니다.
어디 금간건 없는지. 부품 교체할것은 없는지.
또한 일반적으로 지상 활주로에 착륙하는데 sink rate가 분당 600피트 700피트 이런 경우는 없습니다. 미 해군 항모 파일럿들은 제외하구요. 착함 습관을 간직하려고 일부러 착함하는것처럼 지상에도 착륙한다고 들었습니다.
737-700이 정상적으로 어프로치하다가 잘못된 착륙 방법으로 (노즈먼저 땅에 닿음) 노즈기어에 무리 줬다가 아예 주저앉은 경우도 있었으니 일반적으로 sink rate가 너무 높으면 기어 주저앉는건 한순간입니다.

그 러시아나 프랑스도 미국처럼 함재기를 따로 만들지는 않지만 일단 어느정도 기골을 보강은 해서 함재기로 올려둡니다.
C-130이 포레스탈에서 29번 이착륙을 할 때, 20번인가를 어레스팅 케이블 없이 착륙했는데 프로펠러라 페더링 후, 리버스가 가능하고 실제로 그렇게 했음에도 불구하고 굉장히 세게 착륙합니다. 노즈기어엔 충격흡수장치를 따로 달아줘야했고요.
그나마 C-130은 스톨 속도가 낮은 편에 속하니 (대충 90노트 대입니다)...

플레어 이야기가 자꾸 나오는데, 이걸 못한다고 하는 이유는 어제도 말씀드렸지만 그라운드 이펙트 때문입니다.
이게 뭔지 잘 모르시는건지 그냥 언급을 안하시는건진 잘 모르겠지만 땅이나 물, 항모 갑판에 가까워질수록 그라운드 이펙트 덕분에 둥둥 뜨는 시간이 생깁니다. 조건만 충족시키면 착륙을 하려고 해도 한참동안 둥둥 떠가는 상황도 발생하죠. 일반적인 상황의 지상 활주로에서는 이 시간을 자세 제어하고 부드럽게 착지하는데 쓰지만 항모에서는 어레스팅 케이블을 쓰던, 말씀하신 셔틀 플레이트를 쓰던 일단 착륙해야하는 장소가 정해져있기에 이 시간을 갖질 못합니다. 게다가 더 한건 물과 날개 사이에 그래도 상당한 틈이 있다가 갑판 위로 오는 순간 그라운드 이펙트가 더 심해진다는거고요. 결국 뭘 해도 내리 찍듯 하는것이 관건이 될것입니다.

전투기는 여러 급기동도 하고 맞바람도 실컷 맞는 등, 임무 도중 기체에 안그래도 많은 스트레스가 걸립니다.
기체가 산산조각 나는데엔 작은 실금부터 시작되는거죠.
그런데 지상기로, 아무런 기골 강화 없이 착함을 움직이는 판과 완충제로 해내겠다고 하시니, 이걸 실제로 한다면 전 사고를 불러일으키는 행위라고 봅니다. 어제도 말씀드렸지만 아마 착륙 자체는 후크만 보강해줘도 지금 당장 니밋츠에 착륙 가능 할 수 있을수도 있다고 전 봅니다. 요점은 지속되는 착함으로 인해 생기는 스트레스를 함재기로 개발되거나 알맞게 개조된 항공기와는 다르게 기체가 언제까지 버틸 수 있는가 입니다. 겉으로는 안보이는 문제 이걸 매 착륙마다 해낼수는 없는거죠. 이러한 문제를 없애기 위해 만든게 함재기입니다.

또 걱정되는것은 랜딩기어에 문제가 생겼을 경우 입니다.
랜딩기어가 안나오거나, 락이 안걸린다면 기체가 보강됐어도 기어는 착함하며 접히기 마련입니다. 이 경우, 어레스팅 케이블이 있으면 착륙이 가능합니다. 실제로 F-18이 캐리어 랜딩하다가 노즈 기어가 안나온 상태에서 케이블과 후크 이용해서 착륙한 경우가 있었죠.
배리케이드의 방식도 있으나 잘 쓰이진 않고 테일후크가 작동한다면 왠만하면 그것을 쓰는것같습니다. 실제로 러시아는 배리케이드 없이 케이블로만 쓰고 있구요.

만약 이착륙을 돕는 그 판이 (셔틀 플레이트라고 부르겠습니다) 고장나면 이륙과 착륙은 어떻게 되는건가요? 스키 점프대야 뭐 별거 없고, 사출 시스템은 어레스팅 케이블과는 다른 시스템이기에 케이블 하나 끊긴다해도 (케이블이야 여러 개이기도 하구요) 사출에는 아무런 지장이 없습니다. 하지만 계속 제안하시는 아이디어는 이륙과 착륙이 같은 하나의 시스템을 이용하는것으로 보이며 이 경우, 이게 고장나면 지상기는 이륙도 못하고 자리만 차지하는 신세가 됩니다. 안그래도 정규항모에 비해 작아서 효율이 중요한 경항모에서 이러한 문제는 항모의 의미를 아예 퇴색시켜버리는 일이 되겠죠. 또 여기에 대항해서 시스템을 하나 들고 오시겠지만 그러느니 차라리 충분히 성능 검증된 사출과 어레스팅 케이블 그리고 함재기를 이용하는 현재의 시스템을 사용하는게 더 났지 않나요?
왜 이런 리스크를 굳이 다 안으시고 지상기를 이용하시고 싶으신건지 모르겠네요.

뭐, 여전히 그 방식이 맞다 생각하시면 그렇게 나가시면 됩니다. 그러나 제가 볼때는 이와 같이 문제점이 여럿 보입니다. 미국이 굳이 이런 방법 안쓰고 함재기 따로 만들어서 쓰는데엔 분명한 이유가 있겠죠. 사실 F-35A 쓰면 기관포도 기본 내장 되어있기도 하고 아예 F-15를 올려서 쓸 수 있는 국가인데도 현재 시스템을 고집하는 것을 보면 뭔가 분명히 있는걸로 보입니다.
               
archwave 21-05-05 19:43
   
제가 현재 생각하는 방식은 최악의 경우 대처를 한다면 나머지는 저절로 해결된다는 식입니다. 안 보는 것이 아니고요. 실제로 어려운 것 해결하면 쉬운 것은 덤으로 해결되더군요.

제가 구상하는 항공모함에서도 지상 활주로와 똑 같이 플레어를 당연히 거는 것이 기본입니다.
위 글의 그림에 있는 댐퍼 변위 이것만 실시간 측정해도 하드 랜딩이 어느 정도 걸렸는지 나오기 때문에 정비 소요가 자동 산출될 수 있고요.
지상 활주로에서와 마찬가지로 드물게 하드랜딩이 일어나겠지만, 일어난줄도 모르고 계속 쓰는 일이 없다면 문제가 아니란 것이고요.

그라운드 이펙트는 알고 있습니다. 그게 있으니까 위그선 같은 것도 가능하죠.

https://youtu.be/5q6rdBxDKu4
https://youtu.be/iEc0oWM4MGE
https://youtu.be/qi92Va9XuX8

둥둥 떠다닌다는 것이 어떤 것인지 알고 있습니다. 콩콩 튀어도 문제없다 말씀드렸었죠.
그런데 위 영상들을 봐도 기체는 매우 심하게 요동치고 둥둥 뜨고 콩콩 튀지만,
활주로와 바퀴 사이 관점에서 보면 추종 못 할 정도로 심하지 않습니다.

제 아이디어가 그 정도는 커버한다고 해도 되겠네요.
저 3 가지 영상에 나온 사례들 정도는 충분히 커버 가능할 것입니다.
더 심한 사례들이 나온 영상이 있다면 링크 좀 부탁드립니다.

랜딩기어 안 나오는 경우는 물론이고, 동체 착륙해야 하는 경우에도 대응 가능합니다.
문제가 있다면 문제를 해석하면 해법은 나오기 마련이죠.

제가 스키 점프대 자료를 올렸는데요. 그게 바로 셔틀 플레이트 고장에 대한 대비이기도 합니다.
셔틀 플레이트가 고장나는 경우 고장 자체를 모를 수는 없습니다.

셔틀 플레이트 고장은 아예 안 되는 경우는 힘들고, 충분한 제동이 안 걸리거나 출력이 잘 안 나오는 경우는 가능할 수 있습니다. ( 이런 고장은 실시간 체크가 되는 것이니 이상 발생을 즉각 알 수 있습니다. )

그럴때 항공기는 고 어라운드를 실행하고, 스키 점프대를 올립니다.
그리고 셔틀 플레이트는 이륙 모드로 전환해서 항공기를 최대한 밀어준 후에 스키점프대에 마련해둔 슬롯과 갑판 사이의 틈으로 기어들어가고요. 랜딩기어 타이어는 그 틈의 영향을 받지 않고요.

항공모함 입장에서 정상 상황과 다른 것은 스키 점프대가 올라가는 것 뿐입니다.

셔틀 플레이트가 착륙시에는 회생 제동 모드로 동작하는데, 중간에 이륙용 가속 모드로 전환하는 탓에 항공기를 밀어주는 힘이 충분하지 않은 것을 스키 점프대로 보충해주는거죠.

증기식 사출기, 포드급의 전자기식 사출기에서 고장이 발생하면 함재기를 그냥 물 속에 쳐박는 것과는 다릅니다.

고 어라운드 이후 다시 돌아오기 전에 셔틀 플레이트 다른 것이 준비되서 착륙하겠고요. 이거까지 고장나있다면 또 고 어라운드해야겠죠.
               
archwave 21-05-05 19:51
   
어제 단어를 잘못 썼었네요. 완충재가 아니라 완충기라고 했어야 하는데, 이게 혼선을 줬을지도..

짧은 활주거리라 해서 플레어를 못 쓸 이유가 전혀 없습니다.
어레스팅와이어를 안 쓰는 이상 플레어를 안 할 이유가 없죠.

수직 방향 움직임은 지상 활주로에 착륙할 때와 완전히 동일합니다.

단지 수평 방향으로 더 강한 제동이 걸릴 뿐이란 것만 다릅니다.
               
archwave 21-05-05 19:57
   
제 아이디어는 증기식 사출기에서는 아예 실현 불가능입니다.
전자기식 사출기 (정확히 말하면 리니어 모터) 를 쓰는 경우에만 실현 가능성이 생기고요.

미국은 함재기/경사갑판/사출기/어레스팅와이어등으로 구축한 자산이 굉장히 많습니다.
노우하우는 물론이고 훈련된 인력도 무엇보다 중요한 자산이겠고요.
이걸 당장 바꿔야 할 이유가 없죠.

전자기식 사출기가 나온 다음에야 비로소 생각이라도 해볼 수 있는 아이디어가 옛날부터 적용되었을리 없고, 노우하우가 쌓였을리 없고, 인력이 있을리가 없죠.

그와 달리 한국은 그냥 시작입니다.

제 구상은 무인기와도 아주 잘 어울립니다.
랜딩기어가 아예 없는 기체를 얼마든지 운용할 수 있거든요. 당연히 테일후크 같은 것도 없고, 이착륙 시스템이랄게 없습니다.

유인/무인기 복합 작전 환경이 무르익는다면 미국도 제 생각과 비슷하게 갈지도요.
                    
archwave 21-05-06 13:00
   
무인기와 잘 어울린다는 것 추가 설명.

랜딩기어가 없으면 기체 높이가 낮아집니다. 또한 자동적재 시스템을 쓰기 좋아지고요.
물류 센터 창고 시스템 식으로 격납고가 만들어질 수 있죠.

위 아래 층 동체/날개를 엇갈리게 적재하면 날개 접은 것보다 오히려 공간 소비가 적어지고요. ( 유인기에서도 마찬가지 )

자동적재/자동무장 착탈과 아울러 사람이 손 댈 일 없어지는 시스템이 가능한겁니다.
archwave 21-05-06 11:52
   
제가 항상 최악의 경우를 우선 생각하기 때문에 정상 상황에 대해서는 설명하는 것도 필요없다는 식이라서 말해둬야 할 것을 잊는 경우가 많은데요. 그래서 사족 첨가.

플레어(기수 더 들고 착지)를 하는 경우는 위 글은 그리 고려할 필요도 없습니다.

최악의 경우 갑판에 들이받는 식의 일이 일어날 때 어느 정도까지 충격을 견뎌야 하고, 그럴려면 뭘 해야 하는가 관점의 글이니까요.

지상 활주로에서 하듯이 정상적인 플레어를 한다면 랜딩기어의 변위는 최소한으로 그칩니다. 저 그래프의 왼쪽 한참 더 가는거고, 변위는 20 cm 도 안 될 수 있거든요.

극심한 하드랜딩의 경우를 해결한다면, 정상적인 부드러운 착륙은 생각할 필요없이 해결되는겁니다.