[김주혁의 과학 칼럼] 환경을 위한 설계

윙렛

환경보호를 하기 위해 사람들의 관심과 노력은 향상하고 있지만 아직 환경이 나아지기 위한 눈에 띄는 효과는 미미하다. 누군가는 환경을 보호하기 위해 많은 노력을 기울이고 있을 것이다. 그러나 어떤 누군가는 환경을 자신과 동떨어진 일이라고 외면하고 있을지도 모른다. 또한 이와 더불어 기하급수적으로 발전하는 과학 기술의 발전은 곧 부메랑처럼 고스란히 환경 오염으로 되돌아오는 경우가 비일비재하다. 이러한 환경의 문제점을 인식하고 개선하고자 친환경적인 설계를 연구하는 기관들과 분야들 또한 증가하고 있다. 오늘 필자는 윙렛이라는 설계로 조금이나마 환경에 이로움을 주는 친환경적인 설계 방법을 소개하고자 한다.

 

 

윙렛을 알기 위해서는 항공기 날개의 간단한 원리를 이해할 필요가 있다. 항공기 날개는 위쪽이 비교적 볼록한 에어포일의 형태로 되어있다. 이러한 에어포일의 형태는 공기가 위에서 아래로 이동하기 쉬워 아래로 이동하는 공기의 반작용으로 인해 양력이 발생하여 비행에 도움을 준다.. 이때 항공기의 날개 끝부분에는 윗면과 아랫면을 분리해주는 부분이 없다고 가정해보면 고기압의 아랫면에서 저기압의 윗면으로 공기가 휘어져 들어가게 된다. 이 공기의 회전이 소용돌이처럼 날개 끝부분에 생기는 현상을 와류라고 한다. 이러한 와류를 발생하기 위해 날개 끝부분을 살짝 꺾는 것을 윙렛이라고 하는 것이다.1 

 

이러한 와류가 생기면 어떠한 문제점이 생길 것일까? 우선 안정성의 문제가 있다. 와류는 특히 여객기에 좋지 않다. 와류로 인해 항공기의 속도가 느려지고, 항공기가 커질수록 이 소용돌이도 더욱 커지게 되는데, 이는 근접 비행하는 항공기의 비행 안전에 치명적이다. 실제로 이 문제로 항공기가 추락한 사고까지 있어 이를 고려해아 한다. 그리고 연료의 문제점이 있다. 앞서 말했듯이 와류가 발생하면 항공기의 속도가 느려지게 되면 그에 따른 연료도 많이 나올 것이다. 항공기의 연료(항공 연료)는 자동차와 비교도 안될 만큼 상당한 양의 매연가스를 배출하고 그 가격도 상당하다. 와류로 인한 항공기의 효율성 감소는 곧 환경 문제로도 이어질 수 있다.

 

이러한 점을 해결하고자 윙렛이 등장한 것이다. 윙렛이 처음 도입된 것은 이미 1897년으로 영국의 란체스터가 날개 끝에 판을 하나 덧붙인 것이 처음이다. 당시의 윙렛은 큰 효과를 보이지는 못하였으나 게이트 사의 사업용 항공기 리어젯에 적용된 이후부터 실용화되기 시작했다. 예시로 공중급유기 KC-135는 윙렛을 부착하여 많은 양의 연료 절감 효과를 얻을 수 있었고 이로 항력감소의 효과를 인정받게 되어 본격적으로 윙렛은 보잉의 B747-400, 맥도널더글라스의 MD-11, 에어버스의 A340 등 장착되기 시작했다. 이러한 윙렛을 사용하면 어떤 효과가 나타날까? 윙렛은 날개 끝부분의 강한 내리흐름을 어느 정도 방지할 수 있어 추력을 증가시키는 효과를 나타낸다. 이는 양력을 방해하는 유도항력을 10~30%가량 감소시키는 효과이고 전체적인 항력으로는 4~8%에 해당하는 수치를 감소시키는 것이다.2 

 

몇몇 사람들은 이러한 감소 수치를 보고 미미하다고 생각할지도 모른다. 그러나 이러한 수치가 점점 감소할수록 항공기 연료 절약에 긍정적인 영향을 안겨줄 것이고 이는 곧 친환경적으로 이어질 것이다. 효율을 위한 약간의 설계가 환경에 이로운 영향을 주는 것이다. 이러한 면에서 나에게 친환경적인 설계는 처음부터 환경보호의 거창해 보이는 목적이 아니라 우리 주변에 환경오염을 유발할 수 있는 점을 최소화하기 위해 조금의 관심으로 시작하여 개발하는 것이다. 친환경, 있어 보이는 말이어서 어렵게 접근하는 것이 아니라 주변 상황에서 인식하는 태도가 필요하다.

 

앞서 말한대로 친환경 설계라고 하면 대부분의 사람은 전기자동차, 친환경 신소재 등과 같이 처음부터 친환경을 목적으로 하는 기술들을 생각할 것이다. 물론 친환경 기술들이 다양하게 언급되는 것은 매우 좋은 현상일 것이다. 친환경 기술에 대한 사람들의 관심이 증가할 만큼 환경오염을 예방할 가능성 또한 커진다는 의미이기 때문이다. 그러나 모든 일은 사소함부터 시작된다는 말도 있듯이 사소해보일지 모르는 설계가 환경에 큰 도움을 줄 수 있다.  미래 공학도를 희망하는 학생으로서 일상생활의 기계 및 기술을 더욱 친환경적으로 설계하는 것에 관심을 두고 연구해야겠다.

 

각주

1.참고 : https://airtravelinfo.kr/wiki/index.php?title=와류

2.인용 : https://www.dongascience.com/news.php?idx=-57951

 

 

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