이들 항공스포츠는 대부분 초기 항공기 개발 과정에서 파생된 것들로 항공기 등에 사용되는 비행 원리들이 녹아 있다. 특히 여객기에 탑승하는 것과 달리 양력이나 바람의 저항 등을 직접 경험하게 됨으로써 가장 원초적인 비행 원리를 경험하게 해준다.
가장 원초적 비행 원리의 행글라이더
기계의 힘을 전혀 빌리지 않고 비행하는 행글라이더는 가장 원초적인 비행 원리가 적용된다.
행글라이더(hang-glider)는 hang(매달리다)과 glider(활공기)가 결합된 단어로 기계의 힘없이 글라이더 형태의 날개에 사람이 매달려서 비행하는 것을 의미한다.
행글라이더가 나는 원리는 모든 항공기 날개에 적용되는 베르누이의 법칙으로 설명 할 수 있다.
행글라이더의 날개 단면을 살펴보면 항공기의 날개의 단면과 같이 위쪽이 볼록한 유선형으로 돼있다. 이 때문에 비행을 할 때 날개 위쪽의 공기 속도가 빨라지고 압력이 낮아져서 상대적으로 압력이 높은 아래쪽에서 위쪽으로 날개를 밀어 올리는 힘, 즉 양력이 발생하게 되는 것이다.
그리고 날개 아래의 높은 압력을 만들어 주는 공기가 뒤로 빠져 나가면서 앞쪽으로 기울어진 행글라이더의 날개를 밀어주게 돼 행글라이더는 앞쪽으로 나가는 추진력을 얻게 된다.
행글라이더는 그 모양에 따라 표준형, 개방형, 고정익형으로 분류할 수 있다. 표준형(Rogallo)은 앞쪽의 부리 각이 80~90도인 삼각형 모양의 글라이더며, 개방형은 부리 각이 110~120도, 행글라이더의 최고 형태인 고정익은 부리 각이 120~140도다.
최초의 행글라이더는 높은 곳에서 낮은 곳으로 밖에 날지 못했지만 상승기류를 타고 하늘에서 오랫동안 머무를 수 있는 기술이 선보임에 따라 더 높게, 더 멀리, 더 오래 날 수 있게 됐다. 그 같은 노력으로 현재 체공 시간은 무려 10시간 5분(미국의 J.휴즈)에 달한다.
낙하산과 행글라이더의 조합, 패러글라이더
패러글라이더는 낙하산(parachute)과 행글라이더(hang-glider)의 합성어다. 낙하산의 안정성에 분해·조립·운반의 용이성, 그리고 행글라이더의 활공성과 속도를 고루 갖춘 항공스포츠다.
패러글라이더는 행글라이더와 마찬가지로 별도의 동력장치 없이 사람이 달려가면서 이륙해 비행한 후 두발로 착륙한다.
산의 정상이나 능선에서 10m 가량의 도움닫기 후 이륙을 하며, 좌우 조종 줄이 있어 방향을 전환한다. 또한 착륙할 때에는 브레이크 손잡이를 사용한다.
패러글라이더는 같은 무동력 활공기인 행글라이더보다 늦게 보급됐지만 기체 조작이 간편하고, 장비의 무게(약 4kg)가 가볍기 때문에 세계적으로 동호인 수가 가장 많은 항공스포츠다.
패러글라이더가 고안된 것은 지난 1984년. 등산가인 J.M.부아뱅이 빠른 하산을 위해 낙하산 형태의 특수한 기구를 사용했는데, 이것이 패러글라이더의 원형이다.
기술이 발달하면서 산이 아닌 평지에서도 패러글라이더를 즐기기 위해 프로펠러를 사용한 모터패러글라이더가 등장했다. 또한 좌석이 있고 그 좌석 뒤쪽에 엔진과 프로펠러가 장착된 패러플레인도 개발됐다.
엔진 고장에도 활공할 수 있는 초경량 항공기
하늘을 나는 꿈을 갖고 있는 모든 사람이 파일럿이 될 수는 없다. 그렇기 때문에 사람들은 조종이 쉽고 위험성이 적은 초경량 항공기에 많은 관심을 가져왔다.
초경량 항공기란 2인승 이하로 항공기의 자체 중량이 225kg(2인 좌석 기준) 이하며, 프로펠러에서 추진력을 얻고 착륙장치가 장착된 항공기를 말한다.
초경량 항공기는 크게 ULM(Ultra Light Motor)과 ULP(Ultra Light Plane)로 나눌 수 있는데, ULM은 행글라이더에 좌석·바퀴·엔진·프로펠러가 달린 모양으로 행글라이더를 조종할 수 있는 사람이라면 쉽게 배울 수 있다.
패러글라이더는 낙하산과 행글라이더의 합성어다. 낙하산의 안정성에 분해·조립·운반의 용이성, 그리고 행글라이더의 활공성과 속도를 고루 갖춘 항공스포츠다.
ULP는 경비행기와 비슷한 모양의 고정날개인 글라이더 형태의 날개를 가지고 있다. ULM보다 더욱 안정적이고 이륙거리가 짧아서 넓지 않은 공간에서도 즐길 수 있다. 이 같은 이유 때문에 널리 각광받고 있지만 날개 등의 해체가 불가능해 항공기를 보관할 격납고가 필요하다.
초경량 항공기는 스포츠용 비행기를 만들기 위해서 미국의 행글라이더 제조회사에 의해 개발됐으며, 그 후 일본과 유럽 등으로 널리 퍼지게 됐다. 우리나라에는 지난 1970년대 말에 소개됐고, 1989년에 ULM 협회가 생겨나면서부터 널리 보급되기 시작했다.
일반적으로 초경량 항공기보다 무거운 경비행기는 많은 비용과 시간을 들여 자가용 조종사 면허(PPL:Private Pilot License)를 취득해야 조종할 수 있다. 반면 초경량 항공기는 만 14세 이상(만 20세 미만 보호자 동의 필요)이면 국내에서도 20시간의 비행과 교육으로 면허 취득이 가능하다.
초경량 항공기의 장점은 이륙거리가 짧고 비포장도로나 잔디밭에서도 이착륙이 가능하다는 점이다. 또한 조종술이 간단하고, 비행 중 엔진이 정지하는 사고에도 활공이 가능하기 때문에 비교적 안전하다.
항공기와 헬기의 장점 혼합한 자이로 플레인
헬리콥터와 모양이 비슷해 ‘자이로 콥터’라고도 불리는 자이로 플레인은 지난 1923년 처음 비행에 성공했으며, 초경량 비행기의 일종으로 ULM(Ultra Light Motor)에 속한다. 겉으로 보기에는 헬리콥터와 같지만 비행원리는 고정익 항공기에 가깝다.
자이로 플레인과 헬리콥터의 비행방식을 비교해 보면 헬리콥터는 기체의 위쪽에 달린 회전날개(로터:rotor)로부터 양력을 얻고, 그 양력과 로터의 각도 조절을 통해 전진 비행을 한다.
반면 자이로 플레인은 헬리콥터와 달리 이륙할 때만 엔진과 연결된 회전날개가 돌 뿐 그 후로는 좌석 뒤쪽에 있는 프로펠러에 의해 추진력을 얻는다. 이때 회전날개는 아무 동력이 없이 기체가 앞으로 나아가면서 얻어진 속도에 의해 스스로 회전, 양력을 얻는다.
그런 면에서 볼 때 자이로 플레인의 회전날개는 헬리콥터의 회전날개보다 비행기의 고정날개에 더 가깝다고 볼 수 있다.
자이로 플레인의 최대 장점은 양력이 감소하는 현상이 없으며, 엔진이 정지하더라도 회전날개의 회전에 의해 발생한 양력을 이용해 천천히 내려올 수 있다.
반면 고정날개의 경우 공기와의 마찰로 인해 양력이 감소하고 항력이 증가하는 현상(실속)이 발생하게 된다.
이 같은 여러 가지 특성으로 볼 때 자이로 플레인은 고정익 비행기와 헬리콥터의 장점을 혼합한 형태라고 볼 수 있다.
다소 장비의 가격이 비싸지만 구조가 간단해 쉽게 조립할 수 있고 짧은 이착륙 거리로 인해 해외에서는 ULP와 함께 많은 각광을 받고 있는 항공스포츠다.
뜨거운 공기로 떠오르는 열기구
열기구는 지난 1783년 몽골피에 형제에 의해 최초의 유인 비행이 이루어졌다. 지름 10m의 거대한 기구는 500m 높이까지 올라가서 25분 뒤에 9km 떨어진 곳에 무사히 내려왔다.
이 기구의 비행에는 뜨거운 공기가 사용됐으며, 공기를 가열하면 부피가 팽창되고 가벼워져서 위로 올라가게 되는 원리를 이용했다.
열기구는 공기를 가열하기 위한 연소장치(Burner), 뜨거운 공기를 가두어 주는 공기주머니(Envelope), 그리고 사람이나 비행에 필요한 장비를 싣는 바구니(Basket or Gondola)로 이루어져 있다.
초기의 열기구는 공기주머니의 공기를 가열하기 위해 밀짚과 나뭇가지 등을 태워 종이로 만든 공기주머니를 가열시켰다.
하지만 1950년대 이후로는 액체 프로판 가스(LPG)를 연료로 공기주머니를 가열시키고 있다.
특히 열기구에 이용되는 공기주머니는 연소장치의 열에 잘 견디고 높은 고도에서 찢어지지 않아야 하기 때문에 최근에는 폴리우레탄이 코팅된 나일론을 사용하고 있다.
열기구가 떠오르기 위해서는 먼저 송풍기로 공기주머니에 찬 공기를 채워 넣는다. 그리고 연소장치를 이용해 부풀어 오른 공기주머니의 공기를 가열하면, 뜨거운 공기에 의해 공기주머니에 부력이 생겨 열기구가 떠오르게 된다.
열기구에 이용되는 공기주머니는 연소장치의 열에 잘 견디고 높은 고도에서 찢어지지 않아야 하기 때문에 최근에는 폴리우레탄이 코팅된 나일론을 사용하고 있다.
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