[AIRCRAFT] 비행기 속도의 비밀
[AIRCRAFT] 비행기 속도의 비밀
  • 유호상
  • 승인 2019.06.01 17:30
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바퀴도 없는 비행기 속도는 어떻게 잴까? 모니터에 표시된 그라운드 스피드라는 말은 또 무엇일까?
게다가 가끔은 늦게 출발한 비행기가 정시에 도착하는 기이한 일까지 벌어진다. 문뜩 이유가 궁금해진다.

ⓒHosangYou
ⓒHosangYou

●초음속 비행의 미스터리

2015년 1월10일 영국항공 114편 보잉 777기는 뉴욕 JFK 공항을 이륙해 런던 히드로 공항으로 향했다. 114편은 보통 6시간 50분이 걸리는 이 구간을 이날은 5시간 16분 만에 도착했다. 무려 1시간 반이나 빠른 도착이었다. 시간 계산을 해 보니 더욱 놀랄 수밖에 없었다. 이 비행기는 무려 시속 1,200km로 날아온 것이다. 소리의 속도가 1,080km/h이므로 이 말은 비행기가 초음속으로 비행을 했다는 의미였다. 아니 콩코드도 아닌 일반 여객기가 초음속 비행을 했다니 도대체 이게 무슨 해괴한 사건이란 말인가?


이런 ‘이변’이 있을 수 있었던 것은 비행기의 속도를 재는 방식이 자동차와 다르기 때문이다. 비행기는 바퀴와 기어가 돌아가는 회전수를 측정해서 속도를 재는 데 반해 비행기는 바퀴가 없어서 공기의 흐름으로 속도를 재야 한다. 그래서 비행기 앞부분을 보면 바늘처럼 생긴 피토관(Pitot Tube)*이라는 것이 붙어 있다. 이 장치를 이용해 공기의 흐름(압력)을 측정해서 속도를 파악한다. 때문에 두 대의 비행기가 동시에 똑같은 거리를 이동하더라도 밑에서(공기 밀도가 높은 곳) 나는 비행기보다 위에서(공기밀도가 낮은 곳) 나는 비행기의 속도가 낮게 측정된다. 지상 10km 높이의 순항고도에서는 공기가 지상의 절반도 되지 않는다. 즉 이 정도 높이에서 비행할 


때는 지상 기준으로 900km/h의 속도로 이동하더라도 옅은 공기로 인해 낮은 대기압력이 측정된다. 그래서 피토관은 비행기가 500~600km/h 정도의 속도로 날 때 생기는 대기압력으로 인식한다는 얘기다. 이때의 속도를 대기 속도(Air Speed)라 한다. 반면 지상에서의 이동을 기준으로 속도를 계산하는 것이 지상 속도(Ground Speed)이다.


이런 경우를 떠올려 볼 수 있다. 100m 길이의 풀장이 있다. 목까지 차는 물에 들어가 풀장의 끝에서 끝으로 이동한다면 물의 저항 때문에 걷기가 힘들다. 수심이 훨씬 낮은 쪽으로 이동해서 걷겠다는 생각은 자연스러운 수순이다. 무릎까지만 찬 물에서 걷자 몸이 한결 가볍다. 게다가 속도는 몇 배는 빨라질 것이다. 이때 걷는 방향으로 바닥이 움직이는 무빙워크가 2배의 속도로 움직이고 있다고 가정해 보자. 여기에 올라타면 같은 속도로 걷고 있지만 얕은 곳에서 걸을 때보다는 2배, 깊은 곳에서 걸을 때보다 이동 속도는 6~7배는 빠를 것이다. 이때 깊은 물속이 낮은 고도, 얕은 물속이 높은 고도, 그리고 무빙워크는 뒤에서 부는 바람을 의미한다.

*피토관(Pitot Tube) 
유체의 압력을 이용하여 속도를 측정하는 장비로 비행기의 앞부분에 장착되어 있다. 18세기 프랑스의 엔지니어인 앙리 피토(Henri Pitot)가 발명했다. 만약 피토관이 막히거나 고장이 나면 비행기의 속도가 정확히 측정되지 않아 위험한 상황이 발생할 수 있다.

모든 비행기 앞부분에는 바늘처럼 생긴 피토관이 앞을 향해 있다 ⓒHosangYou
모든 비행기 앞부분에는 바늘처럼 생긴 피토관이 앞을 향해 있다 ⓒHosangYou

●비행기 속도는 고무줄?

이 비행기가 실제로 높은 곳, 옅은 대기 압력 속에서 낸 속도는 500~600km/h 정도였고, 지상이었다면 900km/h 정도의 속도였을 것이다. 이때 운 좋게 뒤에서 부는 300km/h 이상 속도의 제트기류를 타게 된 것이다. 제트기류의 속도는 보통 100~200km/h 정도인데 이때는 유난히 세게 불었던 것. 그렇게 이 여객기는 본의 아니게 초음속 여객기가 될 수 있었다. 하지만, 만약 이 비행기가 공기밀도가 높은 저공에서 이 정도 속도를 냈다면 기체에 무리가 가서 손상되는 사고가 났을 것이다.


그렇다면 승객의 입장에서는 어느 쪽에 관심을 가질까? 당연히 지상 속도다. 얼마나 빨리 목적지까지 이동하고 있는지를 알려 주기 때문이다. 비행기 좌석 모니터에 나오는 그라운드 스피드라고 하는 것이 바로 이것이다. 보통 비행기가 약 3만 피트(지상으로부터 약 10km) 고도에서 순항할 때는 900km/h 안팎이다. 


반면, 조종사 입장에서는 대기 속도를 아는 것이 더 중요하다. 대기 속도를 알아야 실제로 비행기가 처한 상황을 정확히 파악할 수 있기 때문이다. 그러면 연료소모를 정확히 파악하고 비행기 구조물에 가해지는 부담 등을 피할 수 있게 된다. 극단적인 예로 비행기가 400km/h의 속도로 나아가려는데 맞바람이 400km/h로 불어오면 비행기는 제자리에 있는 결과가 된다. 그러면 실제로는 조금도 이동하지 못했는데 연료만 소모한 꼴이 된다. 거리에 따른 연료 계산에만 의지한다면 중대한 착오가 생기는 것이다. 조종사가 지상속도가 아닌 대기속도에 더 주의를 기울여야 하는 이유다.

구멍이 막히지 않도록 지상에서는 보통 커버를 씌워 놓는다 ⓒWikipedia
구멍이 막히지 않도록 지상에서는 보통 커버를 씌워 놓는다 ⓒWikipedia

●비행기가 과속?

2016년 국정감사에서 국회 국토교통위원회 소속의 모 의원은 비행기 과속 관련 안전수칙 마련이 시급하다고 주장했다. 늦게 출발하고 빨리 도착한 특정 사례를 거론하며 비행기가 과속을 해서야 되겠냐고 지적하는 웃지 못 할 일이 벌어졌다. 이후 이 의원에 대해 국토교통위원의 자격이 있냐는 비난이 쏟아진 것은 물론이다. 비행기의 운항시간을 구성하는 절차뿐만 아니라 비행기의 속도 개념에 대한 이해가 부족했기에 나온 ‘에피소드’였다. 

요컨대 비행기는 과속을 하지 않는다. 단지 빨리 도착할 뿐이다. 정치인도 여행자도 공부가 많이 필요한 시대다. 
 

기수에는 피토관뿐 아니라 각종 센서들이 붙어 있다 ⓒWikipedia
기수에는 피토관뿐 아니라 각종 센서들이 붙어 있다 ⓒWikipedia

*유호상은 어드벤처 액티비티를 즐기는 여행가이자 항공미디어 에디터로 활동 중이다.


글 유호상 에디터 트래비


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