비행기 구조 교과서

비행기는 어떻게 작동하고 움직이는가?
항공기의 비행 원리와 구조를 밝혀주는 최고의 항공 교양서

빌딩만큼 거대한 비행기가 하늘에 오르는 모습을 보면 누구라도 본능적인 의문과 경이를 품게 마련이다. 이때 수많은 질문이 머릿속을 가득 채우지만 이 질문에 답할 수 있는 사람은 많지 않다. 비행기의 구조와 원리는 학교에서 배운 적이 없고, 찾아볼 수 있는 책이라곤 일반인의 이해 수준을 전혀 고려하지 않은 전문 교재가 대다수이며, 정보의 바다라는 인터넷에서 건질 수 있는 자료는 매우 파편화되어 있어 산만하다. 일관성 있게 잘 정리된 자료를 찾는 건 거의 포기하는 게 좋을 정도다.

제트 엔진 ? 운항 시스템 ? 착륙 장치 ? 안전 대책
항공과학의 결정체를 이해하는 100가지 핵심 지식

30년 경력의 베테랑 파일럿인 저자는 체계적으로 잘 정리된 항공 교양 도서를 목표로 『비행기 구조 교과서』를 집필했다. 일반인이 항공 학교나 비행 전문 기관에 진학하지 않아도 비행기의 작동 원리와 구조를 이해하면 좋겠다는 저자의 바람이 담긴 책인 것이다. 2016년 『비행기 조종 교과서』로 여객기 조종을 일반인의 눈높이에서 소개한 저자는 이번에 조종술보다 비행기의 구조와 작동 원리를 설명하는 데에 중점을 두었다. 특히 저자는 다음과 같은 점에 초점을 맞추어 책을 집필했다고 한다.
첫째 자세하게 설명하지 못하더라도 감각적으로 이해할 수 있게 했다. 비행기를 이해하기 위해 양력이 무엇이고, 어떻게 발생하는 것인지 알아두는 것은 좋지만 너무 깊게 들어가면 오히려 이해도를 떨어뜨릴 뿐이다. 저자는 양력을 감각적으로 이해시키기 위해 공기의 반작용으로 설명한다. 전문가의 눈으로 본다면 충분한 설명이 되지 못하지만, 일반인이 비행 원리를 이해하는 데 이 정도면 충분하다.
둘째 복잡하고 긴 설명보다 그림과 도해를 중시했다. 반드시 알아두고 넘어가야 할 내용과 정보는 그림으로 요약해서 제시한다. 이 책은 총 100개의 항목으로 이루어져 있는데, 매 항목마다 해당 내용을 그림과 도표로 잘 설명하고 있다. 소양이 있는 사람이 본다면 도해와 그래프만으로 책 내용을 모두 이해할 정도다.
셋째 단순히 관련 수식을 소개하는 것이 아니라 실제 수치를 활용해서 현장감 있는 설명이 되도록 했다. 양력과 항력을 구하는 식이나, 양항비를 구하는 식, 최대 이륙 중량이나 바이패스비를 설명할 때면 실제 항공 현장에서 운항한 여객기의 실제 사례를 들어 설명했다. 예를 들어 초기 터보팬 엔진인 JT8D와 GE90-115B를 비교하면서 실제 순추력과 총추력이 얼마인지를 계산해서 보여준다.
넷째 언제나 가까운 예를 들어 생각하고 설명한다. 비행기를 앞으로 나아가게 하는 힘인 추력을 설명할 때, 공기를 분사하면서 앞으로 나아가는 풍선을 예로 든 것이 대표적이다. 비행기는 공기를 빨아들여 후방으로 보내고 그 반작용으로 추력을 얻는데, 풍선도 비행기와 같은 원리로 공중을 난다.
총 6장으로 구성된 『비행기 구조 교과서』는 1장에서 양력과 관련한 다양한 내용을 다루고, 2장에서는 항공기와 비행기의 차이점, 음속과의 관계를 살펴본다. 실제 비행기의 구조와 원리는 3장에서부터 본격적으로 알아본다. 수많은 장치가 유기적으로 결합되어 작동하는 비행기의 원리를 재미있게 설명한다.
4장은 제트 엔진의 구조를 살펴본다. 제트 엔진이 어떻게 힘을 내는지를 알아보고 실제 수치를 활용해 힘의 크기를 계산해본다. 5장은 비행기 운항과 관련 수치를 설명한다. 비행할 때면 비행기에 여러 힘이 작용하기 마련인데, 각 힘의 관계는 물론이고 어느 정도의 크기인지를 실제로 계산한다. 마지막 6장은 비행기의 안전 대책을 다룬다. 비행기를 설계하고 운행할 때는 언제나 최악의 경우를 가정한다. 때문에 굉장히 많은 안전장치가 준비되어 있는데, 인명이 달린 문제인 만큼 비행기를 이해하는 데 있어 안전 대책도 매우 중요하다 하겠다.

쉽고 빠르게, 하지만 깊이 있게!
복잡다단한 내용을 단박에 설명하는 그림과 도표

일반인이 단박에 비행기를 이해하기란 매우 어려운 일이다. 일단 비행기가 무엇인지 이해하기 위해 알아야 할 게 너무 많다. 항공역학을 이해하고, 수많은 기계장치의 역할과 원리를 알아야 한다. 수만 개의 부품으로 만들어진 자동차보다 복잡한 기계가 바로 비행기다.
『비행기 구조 교과서』는 이처럼 복잡다단한 비행기를 일반인이 비교적 쉽고 빠르게 이해할 수 있다는 장점이 있다. 핵심 개념을 명쾌한 설명과 그림으로 전달하며, 이해가 어려운 개념이나 수식은 적절한 예시와 실제 사례를 들어 소개한다. 교양서를 지향하는 이 책은 ‘왜’라는 질문에 철저하게 답변하며 따라서 기초 수준의 물리와 수학을 알고 있다면 무리 없이 이해할 수 있다. 저자의 친절한 설명을 따라 천천히 읽다 보면 제트 엔진은 어떻게 힘을 내는지, 앞이 보이지 않는 상황에서 비행기가 어떻게 착륙하는지, 수백 톤에 달하는 비행기가 어떻게 공중에 뜰 수 있는지 등 여러 의문이 명쾌하게 해결된다.
저자는 이 책을 통해 많은 이들이 비행기에 관심을 갖고, 비행기를 좋아하는 사람이 한 명이라도 더 많아지기를 바란다고 한다. 평소 비행기의 구조와 원리가 궁금했다면 『비행기 구조 교과서』가 많은 도움을 줄 것이다.

저자 : 나카무라 간지
전문 항공 해설자. 와세다 대학을 졸업하고 전일본공수주식회사(ANA)에서 30여 년 동안 보잉727과 보잉747의 조종사로 활동했다. 세계 10여 개국, 20여 도시의 노선을 비행했다. 총비행시간은 1만 4,807시간 33분. 현재는 항공사에서 쌓은 비행 경험을 살려 실제 승무원의 눈으로 본 비행기의 구조와 성능, 운항 등을 해설하며 집필 활동을 하고 있다. 주요 저서로는 『비행기 조종 교과서』 『비행기 엔진 교과서』 등이 있다.

역자 : 전종훈
서울대 전기공학부를 졸업 후, 일본 문부과학성 초청 장학생으로 도쿄대학교 전기공학과 대학원을 졸업하였다. 북유럽에서 디자인을 공부한 후, 현재는 산업 디자이너로 일하면서 번역에이전시 엔터스코리아에서 출판기획 및 일본어 전문 번역가로 활동 중이다.

감수 : 김영남
30여 년 경력의 베테랑 파일럿. 공군사관학교 27기생으로 1979년부터 1995년까지 16년간 초음속 경량 전투기 F-5E의 조종사로 활약했다. 예편 후 2016년까지 민간 항공사인 아시아나항공에서 보잉767의 기장을 역임했으며, 2016년 2월부터 제주항공으로 자리를 옮겨 보잉737을 운항 중이다.

머리말 _ 5

Chapter 1 제트 여객기란 무엇인가
1-01 선녀의 날개옷과 이카로스의 날개 _ 14
1-02 새는 어떻게 하늘을 날 수 있을까? _ 16
1-03 닭은 왜 날지 못할까? _ 18
1-04 펭귄은 날 수 있다 _ 20
1-05 세계에서 처음으로 하늘을 난 사람은? _ 22
1-06 양력은 비행뿐만 아니라 다양하게 이용된다 _ 24
1-07 비행하기에 가장 적합한 고도는 성층권 _ 26
1-08 국제표준대기는 대기의 ‘표준’ _ 28
1-09 공기의 힘은 엄청나다 _ 30
1-10 날개는 공기의 반작용을 받는다 _ 32
1-11 양력과 항력의 식 _ 34
1-12 비행할 때 비행기에 작용하는 힘의 관계는? _ 36
1-13 어떻게 앞으로 나아갈까? _ 38
1-14 비행기는 어느 정도의 힘으로 비행하는가? _ 40
토막 상식 1 아름답지만 위험한 성층권 _ 42

Chapter 2 제트 여객기의 종류
2-01 항공기와 비행기의 다른 점은? _ 44
2-02 왜 여객기는 키돌이 비행을 하지 못할까? _ 46
2-03 비행기 각 부분의 역할 _ 48
2-04 날개 모양이 여러 가지인 이유 _ 50
2-05 음속으로 비행하면 충격파가 발생한다 _ 52
2-06 초음속 여객기가 지금은 없는 이유 _ 54
2-07 단발 엔진을 장착한 여객기가 없는 이유 _ 56
2-08 프로펠러기와 제트기의 다른 점 _ 58
2-09 마력과 추력의 차이 _ 60
토막 상식 2 비행기는 진북이 아닌 자북을 기준으로 한다 _ 62

Chapter 3 하늘을 날기 위한 구조와 원리
3-01 조종실은 어떻게 생겼나? _ 64
3-02 비행기가 나는 세 방향 _ 66
3-03 조종간과 비행기 움직임 사이의 관계 _ 68
3-04 비행기 자세를 알려주는 계기판 _ 70
3-05 어떻게 현재 위치를 알 수 있을까? _ 72
3-06 진화를 거듭한 오토파일럿 _ 74
3-07 비행 속도는 어떻게 측정할까? _ 76
3-08 비행고도란? _ 78
3-09 착륙 장치의 구조 _ 80
3-10 안전한 착륙을 위한 구조 _ 82
3-11 이착륙 시에 활약하는 플랩 _ 84
3-12 오일의 힘으로 멀리 있는 키를 조작 _ 86
3-13 에어컨과 여압의 관계 _ 88
3-14 보조 동력 장치(APU)의 역할 _ 90
3-15 비행기를 지키는 여러 방빙 장치 _ 92
3-16 공기의 힘을 최대한 이용한다 _ 94
3-17 비행을 도와주는 여러 통신 _ 96
3-18 비행기가 사용하는 전력은 어떻게 마련할까? _ 98
3-19 연료 탱크는 어디에 있을까? _ 100
토막 상식 3 어두운 밤과 달밤은 크게 다르다 _ 102

Chapter 4 제트 엔진의 구조
4-01 가스 터빈 엔진이란? _ 104
4-02 제트 엔진의 등장 _ 106
4-03 제트 엔진의 추력은? _ 108
4-04 효율적으로 힘을 내기 위한 아이디어 _ 110
4-05 주류로 자리 잡은 터보팬 엔진 _ 112
4-06 엔진에 있는 팬의 역할은? _ 114
4-07 팬 회전수는 어느 정도일까? _ 116
4-08 엔진이 내는 힘은 어느 정도일까? _ 118
4-09 비행기 액셀러레이터는 손으로 조작한다 _ 120
4-10 어떻게 출력을 올릴까? _ 122
4-11 엔진 역분사란? _ 124
4-12 제트 엔진 계기판이란? _ 126
4-13 추력 크기를 알려주는 계기 _ 128
4-14 엔진 스타트 방법 _ 130
4-15 엔진이 만드는 4개의 힘 _ 132
토막 상식 4 체크리스트란 무엇인가? _ 134

Chapter 5 운항 시스템의 구조
5-01 비행기가 깨어날 때 _ 136
5-02 비행기 출발 준비 모습 _ 138
5-03 비행 계획이란 무엇인가? _ 140
5-04 탑재 연료량을 면밀하게 계산한다 _ 142
5-05 출발·도착 시각은 언제인가? _ 144
5-06 왜 붉은 라이트를 켤까? _ 146
5-07 다양한 추력을 사용하여 비행한다 _ 148
5-08 이륙하는 속도는 어느 정도일까? _ 150
5-09 이륙에 필요한 거리는 어느 정도일까? _ 152
5-10 이륙 시에 사용하는 플랩의 비밀 _ 154
5-11 양력으로 상승하는 것은 아니다 _ 156
5-12 무엇에 의지해서 상승하는가? _ 158
5-13 여객기는 어디까지 올라갈 수 있을까? _ 160
5-14 어느 정도의 속도로 상승할까? _ 162
5-15 대지속도는 바람의 속도를 반영한다 _ 164
5-16 살짝 무서운 마하의 세계 _ 166
5-17 비행고도를 정확하게 측정하는 방법 _ 168
5-18 순항고도는 어떻게 정할까? _ 170
5-19 순항의 주류는 ‘경제 순항’ _ 172
5-20 어느 정도의 힘으로 순항하는가? _ 174
5-21 무거우면 하강을 천천히 한다? _ 176
5-22 하강 중에 아이들의 힘은? _ 178
5-23 여압을 1기압으로 할 이유는 없다 _ 180
5-24 선회할 때 비행기는 무거워진다 _ 182
5-25 짙은 안개 속에서도 활주로를 알 수 있는 이유 _ 184
5-26 여객기의 착륙거리는 어느 정도일까? _ 186
토막 상식 5 여러 종류의 브리핑이 있다 _ 188

Chapter 6 제트 여객기의 안전 대책
6-01 휴대전화 전원은 왜 꺼야 할까? _ 190
6-02 엔진 스타트를 중지하는 경우 _ 192
6-03 이륙 중에 엔진이 고장 나면? _ 194
6-04 이륙할 때 테이블을 원래 위치에 돌려놓는 이유 _ 196
6-05 긴급 상황에는 연료를 방출하여 무게를 줄인다 _ 198
6-06 엔진 고장의 대표적인 예는? _ 200
6-07 비행기를 지키는 여러 가지 방화 대책 _ 202
6-08 소홀히 할 수 없는 눈과 얼음 _ 204
6-09 만약 급감압이 발생하면 어떻게 할까? _ 206
6-10 가야 할까 돌아가야 할까 타이밍이 중요하다 _ 208
6-11 태평양 한가운데서도 헤매지 않는다 _ 210
6-12 태평양 한가운데서 문제가 발생한다면? _ 212
6-13 충돌을 방지하기 위한 대책 _ 214
6-14 착륙할지 말지에 대한 판단 기준 _ 216
6-15 비행 안전을 높여주는 CRM _ 218
6-16 팀으로 대처하는 훈련 LOFT _ 220
6-17 안전을 위해 빼놓을 수 없는 정기 점검 _ 222

찾아보기 _ 225
참고 문헌 _ 231