지면 효과 (Ground Effect)

 조종사들은 착륙할 때 활주로에 touchdown 직전 항공기가 더 이상 강하하지 않으려는 느낌을 받음. 이는 날개에 흐르는 공기흐름이 지면에 가까워짐에 따라 방해를 받아 흐름의 형태가 바뀌어 마치 날개와 지면 사이에 공기가 갇혀 있어 에어쿠션과 같은 현상이 발생하게 되는데 이러한 현상을 ground effect라고 함.

 

 비행 중인 항공기가 땅이나 물과 같은 표면에 가까이 접근하면 날개에 발생하는 vortex는 지면에 의해 방해를 받아 그 크기가 약해짐. Vortex가 약해지면 유도항력이 감소되는 효과가 있으며, 유도항력이 감소하면 그만큼 추력이 증가되는 역할을 하고, 추력이 증가되면 속도가 증가하고 양력이 증가되어 항공기는 더 이상 강하하려 하지 않게 됨.

 

 Ground effect로 인해 wingtip vortex의 감소는 넓은 형태의 양력 배분으로 변화되고 유도항력을 줄여줌. 그로 인해 날개는 더 적은 받음각만을 필요로 하게 됨. 일정한 받음각을 유지하면 양력계수(CL)의 증가로 나타남.

 

 Ground effect가 발생하면 유도항력이 감소되어 추력 증가의 효과로 변환됨. 날개에 흐르는 공기흐름의 형태가 바뀌므로 공기 압력을 측정하여 지시하는 고도계, 속도계 등은 오차가 발생할 수도 있음. Ground effect는 정압의 압력을 증대시키므로 속도는 정상보다 낮게 지시하여 정상보다 더 느린 속도에서도 항공기를 airborne 시키려 함.

 

반응형

 

 Ground effect의 직접적인 결과 중 하나는 일정한 양력계수(CL)에서 항공기가 지면에 가까워지면 감소되는 유도 항력 때문. 항공기가 wing span과 같은 높이에 있을 때 유도항력 감소는 1.4%에 불과하지만 wing span의 1/4에 해당하는 높이일 때 유도항력 감소는 23.5%, wing span의 1/10에 해당하는 높이에 있을 때 유도항력 감소는 47.6%.

 

 즉, 항공기가 지면에 매우 가까워질수록 유도 항력 감소가 커짐. 이러한 변화 때문에 ground effect는 이륙을 위한 airborne 도중이나 착륙 시 touchdown 직전에 가장 크게 나타남. 이륙 후 ground effect에서 벗어나는 항공기는 착륙 중 ground effect로 진입하는 항공기와는 상반되는 상황에 조우하게 됨.

 

 

 Ground effect를 벗어나는 항공기는 다음과 같은 현상을 마주하게 됨.

• 동일한 양력 계수를 유지하기 위해 더 큰 받음각이 요구됨
• 유도항력의 증가와 추력 증가가 요구됨
• 안정성의 감소와 순간적인 항공기 기수변화(nose-up)
• 정압 감소와 지시속도가 증가

 Ground effect는 이륙과 착륙을 할 때 나타나므로 ground effect가 발생하는 높이 이내에서 이륙할 때 특성을 이해하지 못하고 항공기를 조작하면 위험한 상황이 발생할 가능성이 있음. Ground effect 상황에서는 유도항력이 감소하기 때문에 권고된 속도보다 더 적은 속도에서도 이륙이 가능한 것처럼 보임. 부족한 속도에서 이륙을 시도하는 경우 항공기는 다시 활주로에 settle back(내려앉는)이 발생할 수 있음.

 

 조종사는 이륙 속도가 되기 전에 항공기를 이륙시켜서는 안 됨. 정해진 상승 성능을 이루기 위해서는 적절한 이륙속도를 지켜야 함.

 

 착륙하는 동안에도 ground effect가 발생하면 항공기는 유도항력이 감소되어 마치 양력이 증가하는 현상을 느낄 수 있으며 floating 현상이 발생. Ground effect가 있는 지역에서 엔진의 출력을 늦게 줄이면 유도항력의 감소로 인한 추력 증가의 효과까지 더하여 floating 거리를 늘리게 됨.