조종면이 있는 슈팅글라이더
보이는 과학 : IN LAB 013
비행기 조종은 조종면을 통해 가능합니다.
비행기의 주날개에서 에어포일과 받음각에 의해 아래방향으로 방향이 바뀐 공기의 흐름은 반작용으로 비행기가 무게를 극복하고 날 수 있게 해주는 양력을 만들어 줍니다.
그리고 비행기의 주날개와 꼬리날개에는 공기의 흐름을 더 정교하게 조절할 수 있는 조종면을 만들어 주고,
이 조종면을 움직이면 날개 주변의 공기 흐름이 바뀌고 그에 따라 비행기는 상승, 하강, 회전, 선회 등의 다양한 움직임을 할 수 있습니다.
조종면이 있는 슈팅글라이더
준비물 : 페이퍼파일럿(T-50) kit, 딱풀, 유리테이프, 클립 등
글라이더 kit는 "페이퍼파일럿"으로 검색하면 쉽게 구할 수 있습니다.
종이로 만드는 슈팅글라이더는 딱풀을 이용하여 붙이고 유리테이프 등을 이용해 보강하는 것이 좋습니다.
제작과정에서 다음 단계는 풀이 충분하게 마르면 진행해야 합니다.
페이퍼파일럿 kit는 제작과정에서 조금만 틀어져도 비행에 많은 영향을 받습니다. 정밀한 제작이 가능한 초등 고학년부터 운영이 가능합니다.
유아 및 초등저학년은 우드락으로 제작하거나 완성된 슈팅글라이더를 사용하는 것이 좋습니다.
(1) 도안에서 1번부터 7번까지 비행기 동체 도안을 떼어내어 준비합니다.
(2) 1번, 2번, 3번을 딱풀을 이용하여 붙여 줍니다.
(3) 7번에 5번을, 6번에 4번을 붙여 주고, 접는 선을 따라 바깥쪽으로 접어줍니다.
(4) (2) 번과 (3) 번에서 만든 동체를 붙여 줍니다.
(5) 8번과 9번을 붙여 날개를 만들어 줍니다.
(6) 동체에 날개를 붙여 완성합니다.
(7) 발사기 도안을 떼어내어 접는 선을 따라 접어 줍니다.
(8) 고무줄을 끼워 넣고 풀로 붙여 줍니다.
(9) 발사기를 만들고 야외나 넓은 곳으로 이동하여 글라이더를 날려 봅니다.
종이로 제작되는 슈팅글라이더는 발사 과정과 비행 중 생기는 충돌에 의해 뒤틀림과 부분적인 파손이 많이 생깁니다.
종이로 제작되는 슈팅글라이더를 날릴 때에는 발사할 때마다 동체나 날개의 뒤틀림 등을 보정해 주고, 테이프 등을 미리 준비하여 부분적인 파손을 수리하면서 날려야 합니다.
조종면을 조작하지 않은 페이퍼파일럿 T-50은 멀리 날리기용 글라이더와 마찬가지로 무게중심과 공력중심 사이의 거리가 비교적 멀게 설계되어 있기 때문에 발사 직후 빠른 초기속도에서 양력이 크게 작용하며 글라이더가 위쪽으로 솟구치며 한 바퀴 회전한 후 활강합니다.
페이퍼파일럿 T-50 직선비행 보정
(1) 비행기 주날개 뒤쪽 플랩의 가운데를 가위등으로 잘라 2개로 만들어 줍니다.
(2) 두 개의 클립을 준비하여 클립 하나를 머리 부분에 끼우고 테이프로 고정합니다. 나머지 하나는 동체 중앙부근에 끼워 줍니다.
(3) 글라이더를 날려보고 한쪽으로 기울어지며 비행하면
기울어지는 쪽 플랩을 아래방향으로 조금 접어 줍니다.
기울어지는 정도가 작으면 안쪽 플랩을, 기울어지는 정도가 심하면 바깥쪽 플랩을 접어 줍니다.
(4) 글라이더를 날려보고 급격하게 상승과 하강을 보정해 줍니다.
급격하게 상승하면 가운데 끼운 클립을 앞쪽으로 이동시킵니다.
하강하면서 추락하면 가운데 끼운 클립을 뒤쪽으로 이동시킵니다.
페이퍼파일럿 T-50 조종면
페이퍼파일럿 T-50 글라이더에는 3종류의 조작이 가능한 조종면이 있습니다
주날개 안쪽에 있는 접는 선은 아래쪽으로 접으면 플랩의 기능을 합니다. 비행기에서 플랩을 내리면 공기가 날개를 따라 흐르는 방향이 더 아래쪽으로 바뀌고, 이에 따라 추가적인 양력이 발생하게 됩니다. 플랩은 주로 이륙이나 착륙 시에 사용되며, 항공기가 낮은 속도에서도 충분한 양력을 확보할 수 있도록 도와줍니다. 즉, 더 낮은 속도에서도 안전하게 이륙하거나 착륙할 수 있도록 하는 중요한 장치입니다. 페이퍼파일럿에서 주날개에 있는 플랩은 직선비행을 위한 보정을 위해 사용합니다.
실제항공기에서 직선비행을 위해서는 트림, 밸런스, 안티서보라는 장치를 사용합니다. 페이퍼파일럿 T-50 설명서에 플랩으로 설명하고 있어 혼란을 피하기 위해 여기서는 플랩으로 사용하겠습니다.
설명서에 있는 주날개 앞쪽 플랩은 방향을 바꾸어 주면 수평비행 보정을 더 복잡하게 만들어 주기 때문에 사용하지 않습니다.
위치: 주날개 안쪽 접는 선
역할 (실제 항공기): 아래로 내려 공기의 흐름을 아래로 바꾸고 양력을 증가시켜 이륙과 착륙 시 저속에서도 비행 가능하게 함
역할 (페이퍼파일럿): 주로 직선 비행 보정용으로 사용 한쪽만 내려도 균형 조정 가능
주날개 바깥쪽에 있는 접는 선은 에일러론의 기능을 합니다. 비행기에서 에일러론은 동체를 회전축을 기준으로 비행기를 회전시키거나, 비행기를 기울여 선회하는 데 사용됩니다. 페이퍼파일럿에서 한쪽 에일러론을 아래쪽이나 위쪽으로 조금 접어주면 글라이더는 선회비행을 합니다. 페이퍼파일럿에서 양쪽 에일러론을 서로 반대 방향으로 조금 접어주면 글라이더는 동체를 회전축으로 회전비행을 합니다.
위치: 주날개 바깥쪽 접는 선
역할 (실제 항공기): 좌우 날개의 각도를 다르게 조정하여 롤(roll) 회전 또는 선회(turn) 가능
역할 (페이퍼파일럿): 한쪽만 위 또는 아래로 접으면 글라이더가 선회 비행, 양쪽을 반대 방향으로 접으면 글라이더가 회전 비행(롤링)
꼬리날개에 있는 접는 선은 엘리베이터의 기능을 합니다. 비행기에서 엘리베이터를 올리면 공기의 흐름이 위쪽으로 바뀌고 반작용에 의해 꼬리 부분이 아래쪽으로 내려가면서 머리 부분이 위쪽으로 향하게 되어 항공기는 상승하게 되고, 반대로 엘리베이터를 내리면 공기의 방향이 위쪽으로 바뀌고 반작용에 의해 꼬리 부분이 위쪽으로 올라가면서 머리 부분은 아래쪽으로 향하게 되어 하강하게 됩니다. 페이퍼파일럿에서도 엘리베이터는 글라이더의 상승하거나 하강하게 할 수 있습니다.
위치: 꼬리날개 접는 선
역할 (실제 항공기): 위로 올리면 머리 들림(상승), 아래로 내리면 머리 숙임(하강)
역할 (페이퍼파일럿): 엘리베이터를 위로 접으면 상승, 아래로 접으면 하강, 발사 각도와 함께 조정하면 글라이더 궤도를 다양하게 만들 수 있음
페이퍼파일럿 T-50 조종면을 이용한 비행
꼬리날개의 엘리베이터를 조금만 위쪽으로 접어준 후 글라이더를 발사하면 상승 후 활강 비행을 합니다.
꼬리날개의 엘리베이터를 충분하게 위쪽으로 접어준 후 글라이더를 발사하면 급격하게 상승하면서 한 바퀴 돌아 활강 비행을 합니다.
한쪽 주날개의 에일러론을 위쪽으로 조금 접고, 꼬리날개의 엘리베이터를 조금 위쪽으로 접어준 후 글라이더를 발사하면 선회비행을 합니다.
양쪽 주날개의 에일러론을 서로 반대 방향으로 접어준 후 글라이더를 발사하면 동체를 회전축으로 회전하며 비행합니다.
보이는 과학
비행기에서 조종면의 방향을 바꾸어 주면 공기의 흐름이 바뀌면서 반작용을 만들어 주고 무게중심을 회전축으로 하는 원운동을 가능하게 해 줍니다.
비행기는 조종을 위해 주날개에 에일러론, 수직꼬리날개에 러더, 수평꼬리날개에 엘리베이터라는 조종면을 만들어 사용합니다.
비행기는 동체의 무게중심을 회전축으로 회전하는 롤링, 좌우로 회전하는 요잉, 위아래로 회전하는 피칭이라는 운동을 통하여 조종합니다. 롤링은 에일러론, 요잉은 러더, 피칭은 엘리베이터를 조작하여 조종이 가능합니다.
조종면에서 작용하는 힘의 크기는 지렛대의 법칙에 의해 무게중심과의 거리에 가장 큰 영향을 받으며, 무게중심과의 거리가 먼 경우 작은 힘으로도 큰 회전효과를 만들어 줍니다.
페이퍼파일럿 T-50 꼬리날개의 작은 엘리베이터에서 작용하는 힘은 무게중심과의 거리가 커서 작은 힘으로도 위아래로 회전하는 피칭이 가능하고, 급격한 상승비행을 가능하게 해 줍니다.
날개 안쪽 플랩에서 작용하는 힘은 상대적으로 작아서, 조종면을 보정하지 않은 글라이더가 롤링에 의해 한쪽으로 기울면서 비행할 때 수평비행을 위한 보정을 위해 사용이 가능합니다.
플랩을 반으로 잘라 두 개로 만들어 주면 롤링을 보정해 줄 때 안쪽 플랩과 바깥쪽 플랩에 작용하는 힘이 서로 달라, 안쪽 플랩만 접어주거나 바깥쪽 플랩만 접어주거나 플랩 두 개를 모두 접어주는 간단한 방법으로 좀 더 미세한 보정이 가능합니다.
주날개 바깥쪽에 있는 에일러론은 무게중심과의 거리가 커서 작은 힘으로도 글라이더의 회전비행이 가능합니다.
주날개 한쪽 에일러론을 위쪽으로 조금 접어주고 글라이더를 발사하면 롤링을 통하여 글라이더가 에일러론을 접어준 쪽으로 기울어지면서 양력과 중력의 합력이 기울어진 방향으로 작용합니다.
주날개의 에일러론 한쪽만을 접어준 글라이더는 양력과 중력의 합력이 아래방향으로 작용하기 때문에 기울어진 상태로 추락하게 됩니다.
주날개의 한쪽 에일러론과 함께 꼬리날개의 엘리베이터를 같이 조금 위쪽으로 접어주면 피칭을 통하여 글라이더의 머리 부분을 위쪽으로 올려주면서 선회비행이 가능합니다.
실제 비행기는 에일러론의 롤링과 꼬리날개의 러더 및 엘리베이터의 보정을 통하여 선회비행을 합니다.
