수십 톤이 넘는 무거운 철제 비행기가 하늘 위로 번쩍 떠올라 날아가는 원리

Question

비행기 날개의 유선형 구조는 위쪽과 아래쪽을 지나가는 공기의 속도 차이를 만들어냅니다. 베르누이 정리와 뉴턴의 운동 법칙에 따라 날개 아래쪽 압력이 위쪽보다 높아지면서 위로 밀어 올리는 양력이 발생하는 항공 공학적 과학 원리가 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

날개는 앞쪽이 살짝 들린 각도(받음각)로 공기를 가르고, 위쪽 면이 볼록하게 휘어 있어요. 공기는 이 곡면을 따라 흐르면서 휘어지는데, 흐름이 곡선을 그리려면 바깥쪽보다 안쪽 압력이 낮아야 해요. 그래서 날개 윗면에 저압 구역이 생기고 그곳을 지나는 공기는 빨라져요. 베르누이 정리는 이 관계를 보여 줘요.

흔히 위아래 공기가 뒤끝에서 동시에 만나야 해서 윗면이 빠르다고 설명하지만, 실제로는 윗면 공기가 훨씬 먼저 도착해요.

같은 현상을 뉴턴 법칙으로 보면, 날개는 지나가는 공기를 아래쪽으로 꺾어 내려보내고 그 반작용으로 위로 밀려 올라가요. 베르누이와 뉴턴은 서로 다른 원리가 아니에요. 하나의 흐름을 압력과 운동량이라는 두 방향에서 본 설명이에요.

양력은 속도의 제곱과 날개 면적에 비례해요. 약 400톤인 보잉 747도 500㎡ 넘는 날개로 시속 290km쯤 달리면 그 무게를 들어 올려요. 이때 위아래 압력 차는 대기압의 10분의 1도 안 돼요. 이착륙 때 날개 뒤쪽 플랩을 펼치면 면적과 곡률이 커져서 느린 속도에서도 양력이 충분히 나와요 :)