[푸른하늘] 프로펠러 비행기

제트비행기가 등장하기 전 하늘을 나는 비행기들은 몸체 앞부분이나 날개에 프로펠러가 달린 프로펠러형 이었다.

프로펠러 비행기는 제트비행기보다 성능이 떨어지는 것으로 생각하지만 실제 제트엔진에 비해 무척이나 효율적이며 우수하다. 프로펠러 비행은 정지 상태에서 엔진을 작동시키면 바로 안정적인 추력을 발생시킬 수 있다. 또 적당한 회전속도를 유지하면서 비행이 가능하기 때문에 제트엔진보다 연료 사용도 효율적이다.

하지만 제트엔진보다 속도가 떨어지는 것은 단점이다.

최근 등장하는 초고속 프로펠러 비행기의 경우 음속에 가까운 속도인 마하 0.87의 속도까지 낼 수 있지만 여전히 프로펠러 비행기에 있어 음속돌파는 불가능에 가깝다.

그렇다면 프로펠러 비행기는 어떤 원리로 하늘을 나는 것일까?

프로펠러 비행기는 프로펠러가 ‘날개깃(blade)’을 고속으로 회전시켜 만드는 추력으로 하늘을 난다. 프로펠러 날개깃이 프로펠러 앞으로 진입하려는 공기를 압축하여 비행기 몸체 뒤쪽으로 내보내면서 추력이 발생하는 것이다.

프로펠러 날개의 추력발생원리는 비행기 날개에서 양력이 발생하는 것과 똑같은 원리인데 빠르게 이동하는 공기가 유선형으로 된 날개를 지나면서 공기의 압력차로 인해 양력이나 추력을 만들어 낸다. 날개는 고정된 형태에서 지표면을 기준으로 수직으로 작용하는 양력을 만들어 낸다. 반면 프로펠러는 고속으로 회전하면서 인위적으로 공기의 압력차를 만들어 지표면에 수평으로 작용하는 추력을 만든다.

단순한 형태로 보여지는 프로펠러 비행기도 그 날개깃의 갯수와 프로펠러 갯수, 프로펠러가 장착된 위치 등에 따라 다양하게 분류된다. 우선 날개깃 숫자에 따른 분류는 프로펠러 엔진이 가지는 날개깃 숫자에 따라 2엽, 3엽, 4엽, 6엽 8엽 프로펠러 비행기로 분류된다. 프로펠러 수가 많을수록 더 강력한 추력과 안정적이면서 빠른 속도를 낼 수 있다. 하지만 날개깃이 많을수록 엔진의 효율은 떨어진다.

프로펠러 개수에 의한 분류는 단일 프로펠러 비행기와 프로펠러 날개가 2개 연속으로 달린 2중 프로펠러 비행기가 있다.

또 프로펠러 엔진의 장착 위치에 따라 견인식과 추진식으로 나뉘는데 견인식은 프로펠러가 비행기 앞부분이나 날개에 장착돼 프로펠러가 비행기를 견인하듯 비행하는 방식을 말하며 추진식은 프로펠러가 비행기 몸체 끝이나 날개 끝에 달려 비행기를 밀어 내듯이 비행하는 방식을 말한다. 현재 우리가 보는 대부분의 프로펠러 비행기는 견인식 프로펠러 비행기며 추진식 프로펠러 비행기는 우리나라 한국항공우주연구원에서 개발한 선미익 프로펠러 비행기인 반디호가 있다.

/글:양길식 과학칼럼니스트, 자료제공:한국항공우주연구원