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카나드의 역사

최고관리자

2023-04-25 13:15 1,834 0 0 0

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<초기의 카나드>

카나드가 일반인에게 어느 정도 알려진 시기는 요 근래의 일이다. 그러면 카나드의 기원은 언제인가?

그것은 인류최초로 동력비행에 성공한 라이트형제의 플라이어(Flyer)호 까지 거슬러 올라가게 된다.

라이트 형제가 개발한 항공기가 최초의 동력항공기이자 최초의 카나드항공기라는 것을 아는 이는 거의 없다.

라이트형제가 키티호크에서 처음을 동력비행에 성공한 것은 1903년 12월이다.

일찍이 그들은 조종사가 몸을 움직여서 글라이더 등을 조종하는 방식은 조종하는 데 별로 유용하지 않고 게다가 위험하다는 사실을 알게 되었다.

1899년부터 그들은 이러한 생각에 기초하여 먼저 글라이더를 만들었다. 이 글라이더는 수평과 수직의 조종성능을 갖게 설계되어 있었다.

이 때부터 기수부분에 카나드가 사용되었다. 물론 이것이 처음부터 카나드라 불린 것은 아니었다. 이것은 이 당시 단지 하나의 수평조종면이었다.

그들은 지속적으로 글라이더의 형태와 크기를 변형시키며 실험과 연구를 계속하였다.

이 글라이더에서 수평 조종면은 주날개의 앞부분에 위치하여 세로 안정성을 갖게 되었다. 라이트 형제는

이 조종면이 보다 나은 조종성을 주며 기체가 아래로 곤두박질치는 nose dive현상을 막는다고 생각했다.

그들은 실제로 이 수평조정면인 카나드를 사용함으로서 위험한 실속 상황에서도 수차례 살아남게 되었다.

이들이 이 카나드를 이용해 얻은 또하나의 이점으로는 항공기가 갑자기 기수를 드는 nose up현상에서 주 날개가 실속되는 것을 방지하는 것이다.

이와 같은 많은 실험과 경험을 통해 1903년 최초의 동력비행에 성공하게 되었다.

라이트 형제의 비행성공소식이 유럽등지로 알려진 후 많은 사람들이 항공기 제작에 뛰어들었다.

영국과 프랑스를 선두로 유럽 각지에서 많은 항공기가 제작되었는데 이들은 한결 같이 카나드 형식을 취하는 것이었다.

마치 카나드의 전성시대인양 모든 기종들이 이 형식으로 항공기를 만들었다.

하지만 1913년 이후 이 형태의 항공기는 거의 자취를 감추게 되었다. 가장 일반적인 형식인 Conventional 형식이 개발된 것이다.

카나드 항공기는 전방의 카나드가 조종사의 시계를 방해하여 조종하는데 문제가 있고,

기체 뒤에 위치한 수평꼬리날개가 그 당시로서는 더 안정한 비행성능을 지녔다는 결론을 얻었기 때문이다.

<안정성 입증(1927-1930)>

1913-1927년 사이에는 위와 같은 이유로 카나드 항공기가 거의 만들어지지 않았다.

이 후 독일의 Fokewolf Flugzeghau항공기 제작소에서 엔테(ENTE : 오리)라는 카나드 항공기를 만들었다.

이 회사는 제 2차 세계대전중 전투기 제작사로 유명한데 이전에는 루프타자항공의 여객기를 만들고 있었다.

당시 이곳에서는 A38항공기를 제작하고 있었다. 이 A39의 사업만으로도 회사를 유지하는데는

충분히 안정했지만 초기의 카나드 형태가 실속극복능력을 가진다는 점에 착안하여 1930년 ENTE F-19A를 제작하게 되었다.

이항공기는 앞의 카나드가 실속이 되어도 카나드 항공기의 특징인 실속극복특성을 안정성과 조종성을 잃지 않았다.

앞의 카나드는 주날개보다 많은 하중을 받게 되었고 중력중심(CG)은 주날개의 앞부분에 위치하게 되어 보다 안정한 비행을 할 수 있게 되었다.

하지만 이 항공기도 회사내의 경영상황과 아래와 같은 문제점으로 개발이 중단되었다.

1. 작은 마력에 비해 기체자체의 무게가 초과했기 때문에 상업적으로 가치가 떨어진다.

2. 기체설계의 문제로 이륙성능이 불량하였다.

3. 조종사의 바로 앞부분에 카나드가 위치하여 조종사의 시야를 가리게 되는 카나드의 치명적인 단점이 존재했었다.

비록 이 항공기가 위와 같은 단점을 극복하진 못하고 개발이 중지하게 외었지만 카나드를

사용함으로써 큰 받음각을 가질 수 있게 되었고 주날개가 실속이 되기 전에 카나드가 먼저 실속이 되어

피치자세를 정상으로 복원하는 특성 등은 명백한 실적이고 이후 제작된 카나드 항공기에도 많은 영향을 끼쳤다.

<고속에의 도전 (1939-1945)>

이 시기는 2차 세계대전이 태평양지대까지 확대되어 세계열강들이 한창전쟁에 열을 올리던 시기이다.

이 때 각국의 군용기 중 전투기는 고속과 뛰어난 조종성을 확보하게 되었다.

이 시기에 개발된 카나드 항공기로 알려진 것은 미국 커티스사의 XP-55(Ascender : 주권자)를 들 수 있다.

XP-55는 주익이 큰 후퇴각을 가지며 기체의 모든 부분이 금속제로 이루어 진 것이 특징이다.

하지만 이 항공기는 완전한 연구가 뒷받침되지 안흔 채 제작되어 1945년 5우러 시험비행에서 추락하게 되었다.

이후 XP-55는 불량한 실속특성과 극도로 긴 활주거리, 기초설계의 미흡으로 인해 개발이 중지되었다.

하지만 이 항공기 또한 성능의 불량이라는 취약점만을 가진 것이 아니다. 이 항공기로 인해 최대 속도 670 ㎞/h 라는

고속의 카나드항공기 시대를 열게 된 것을 간과할 수 없다.

<제트 항공기에의 적용 (1965년 이후)>

제트 전투기에 최초로 카나드를 이용한 성공적인 예를 들라고 하면 단연 JA-37 VIGGEN이다.

당시 스웨덴은 소련이라는 초강대국과 국경을 마주하고 있으며 지형적으로도 산이 많고 험한 특성을 가지고 있다.

이런 상황에서 스웨덴에서 독자적으로 개발한 전투기가 바로 JA-37 VIGGEN이다.

상대적으로 약소국인 스웨덴에서 자국의 특성에 맞는 이런 걸작 항공기를 만들어 세계의 이목을 집중시켰다.

이 항공기는 카나드를 이용해 고양력을 얻을 수 있게 되었고, 주날개 내측에서 발생하는

간섭현상을 방지하는 역할을 하여 기류를 보다 안정하게 하였다.

이 전투기는 델타익 형식이 가지는 양호한 세로 안정성을 가지고 있기 때문에 카나드는 안정면 역할 보다는

조종면과, 양력증강 역할이 더욱 커지게 되었다. 또한 카나드가 비교적 후방에 위치하기 때문엔 전투기에 치명적인

시계방해의 약점을 보완하게 되었다. 한마디로 카나드를 이용한 항공기의 대표자라 해도 과언은 아닐 것이다.

스웨덴은 최근 JA-37을 기본으로 하여 JAS-39 그리펜을 또다시 개발하여 카나드 항공기 부문의 선진국가임을 확인시켜 주었다.

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1960년대는 카나드 형식의 항공기가 다시 항공기 제작자들의 관심을 끌게 된 시기이다. 의>

이것은 스웨덴의 다목적 전투기 JA-37 VIGGEN의 성공과, Elbert L. Rutan이라는 한 아마추어 항공기 제작자에 의해 이루어졌다. 의>

Rutan은 자기가 직접 제작한 스포츠 항공기를 통해 카나드형식을 가진 항공기가 세로의 안정성도 충분히 가지며 의>

적합한 실속특성도 가진다는 것을 명확하게 보여 주었다.

그는 학생시절부터 카나드 형식의 특이한 모습에 매력을 느꼈다. 이후 JA-37 VIGGEN의 개발에 영향을 받아 의>

카나드 형식의 항공기를 만드는 데 전념하였다. 그는 이전에도 무선조종 카나드 항공기를 만들면서 많은 경험을 가진 상태였다. 의>

Rutan은 자동차를 이용해서 간단한 풍동실험장치를 개발해 비행특성을 연구하여 지속적으로 제작에 전념하였다. 의>

이 특이한 풍동실험장치는 자동차의 상부에 고정지지대를 설치하여 실험할 모형항공기를 매단 후 자동차가 달릴 때의 의>

공기의 흐름을 이용하여 간단한 실험을 하였다. 그리하여 제작한 것이 그가 Edward 공군기지에 일하고 있는 동안 만든 VariViggen이다. 의>

1968년 원형제작에 들어가고, 1972년 5월에 처녀비행을 하였다. 의>

이 항공기의 제작으로 그는 카나드 형식의 스포츠항공기 제작에 최고의 권위를 가지게 되었다. 의>

이후에도 그는 개량형인 Vari-Eze, Long-Eze 등의 스포츠 항공기를 개발했으며, 최초로 무착륙 세계일주에 의>

성공한 보이저(Voyager : 항해자)또한 그가 개발한 것이다. 이로 인해 그는 항공업계의 카나드 실용기 개발에 큰 영향을 미쳤다. 의>

그가 경험한 분야는 카나드 외에도 Joint-Wing, Ring-Wing 항공기 등을 제작하였다. 이처럼 그가 항공기 개발에 공헌한 점은 대단히 크다.

<민간기에의 사용 (1980년대 이후)>

Rutan의 스포츠 항공기의 성공에 영향을 받아 1980년대에 들어서는 거의 모든 항공기 제작사가 카나드 형식의 의>

상업용 항공기 개발에 가담하기 시작했다. 제작사는 중소기업에서 대기업까지 다양하지만 각 제작사가 의>

개발한 카나드 항공기의 공통점은 엔진뒤에 프로펠러가 설치되는 Pusher형식의 터보프롭엔진을 장착하고, 의>

aspect비(날개의 가로세로비)가 큰 주익을 가지며, 대부분이 Composite구조를 가진다. 그의>

런데 왜 가로세로비가 큰 주익을 선택한 것일까? 일반적으로 새의 날개를 보면 언제나 날개의 길이가 시위보다 풜씬 큰 것을 알 수 있다. 의>

이렇게 가로세로비가 큰 항공기는 저속비행을 하며, 긴 비행거리를 가지고, 장시간의 비행을 요구하는 항공기에 사용한다. 의>

앞에서 말한 카나드의 장점과 위와 같은 구조를 같이 사용하면 비행거리와 경제성을 중요시하는 민간기의 요구조건을 모두 만족시킨다. 의>

이런 이유가 80년대 카나드 민항기 개발을 더욱 부추기는 역할을 했다.

민간기에 카나드가 적용된 대표적인 예를 보면 비치항공사의 Beech 2000 Starship을 들 수 있다. 의>

1983년 가을 미국의 텍사스주 댈라스에서 열린 전미 비즈니스기 협회(NBAA)가 주최하는 대회에서 Starship의 의>

실물크기와 원형 85%크기의 비행 모델이 전시되어 대중을 주목케하였다.

본기의 프로젝트는 1979년에 시작해서 82년 가을에 설계를 마쳤고, 83년 여름에는 85%스케일이 처녀비행을 했다. 의>

수용 인원은 조종사 2명, 승객 6-9명이다. 중량을 줄이기 위해 복합구조를 채택하고 있으며, 의>

Starship의 조종석은 비행, 순항 등의 정보를 보내주는 계기판들을 모두 CRT를 이용해서 "all glass"화 했다. 의>

이런 Starship의 내부 뿐만 아니라 외형 또한 영화 '스타워즈'에나 나올법한 특이하고 세련된 모양을 하고 있다.

앞으로의 전망

위에서 알아본 것처럼 카나드 항공기는 초기에는 한 시대를 풍미하던 주된 형식이었다. 의>

하지만 당시로는 카나드 형식보다 우수하다고 인식된 Conventional 형식에 이 자리를 물려주고 제작자들의 관심에서 멀어졌었다.의>

몇몇 과학자와 Burt Rutan과 같은 관심있는 제작자들의 계속된 연구개발과 경험을 통하여 카나드의 이점이 알려지게 되었다. 의>

여기에 항공기 제어기술의 발달이 가세하여 카나드는 다시 처음의 위치를 되찾으려 하고 있다. 의>

미래에 날게 될 차세대 항공기의 외형을 보면 대부분이 카나드 형식을 취하고 있다.

앞으로도 다양한 항공기가 개발될 것이고 모양 또한 천차만별일 것이다.

이중에서 카나드는 더 나은 형식이 개발될 때까지 중요한 위치를 차지할 것이다. 의>

아직까지 항공대학교 항공기제작연구회에서 만든 X-2를 제외하고는 국내에서 제작된 초경량항공기와 소형항공기에서는 의>

카나드 형식을 적용한 예는 거의 없으나 머지않아 국내에서도 카나드의 이점을 살린 항공기가 개발될 것이다. 의>

이 기사를 쓰기 위해 많은 자료를 모았지만 국내에서는 일부 논문집에만 간간이 실려 있을 뿐 별다른 자료를 구할 수가 없었다. 의>

항공관련 연구소나 각 대학에서도 보다 다양한 분야의 연구가 시금한 것을 느낄 수 있었다. 의>

그리고 이러한 연구는 단지 이론만으로 끝맺지 말고 실제로 항공기의 제작에 적용하는 것도 매운 중요할 것이다.
의>

# by 범도리 | 2004/07/06 01:21 TermProject

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