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연료 효율을 높여라!
‘이노베이션 데이’ 행사는 담당자가 직접 나와 최신 기술을 소개하는 방식으로 진행돼요. 행사장 안 곳곳에 발표 자료와 비행기 부품이 전시돼 있어 기자들이 자유롭게 관람하며 궁금한 내용을 질문할 수 있지요.
이번 행사에서 많은 사람들의 관심을 돌고래 벨루가를 쏙 닮은 이 비행기는 비행기 부품을 실어 나르는 비행기다. 몸이 일반 비행기보다 훨씬 크고 둥그렇다. 받은 주제는 비행기의 연료 효율성이었어요. 비행기는 대기를 오염시키는 원인 중 하나로 뽑혀요. 비행기에 사용하는 항공유는 화석 연료의 일종이기 때문에 질소산화물과 이산화탄소를 배출하거든요. 특히 자동차와 기차, 배 같은 다른 교통수단에 비해 배출하는 이산화탄소의 양이 최대 20배나 많답니다.
하지만 비행기는 현재 먼 곳을 가장 빨리 갈 수 있는 가장 유용한 교통수단이에요. 따라서 과학자들은 비행기의 연료를 적게 쓰면서도 멀리 이동할 수 있는 방법을 연구하고 있어요.
상어를 닮은 날개의 비밀
새롭게 만들어진 A320의 가장 큰 특징은 날개예요. 다른 비행기 날개보다 폭이 좁고 더 많이 구부러져 있어서 알파벳 대문자 ‘L’ 모양을 하고 있거든요. ‘샤크렛’이라고 불리는 이 날개 모양은 비행기의 연료 효율을 높이기 위한 에어버스만의 새로운 기술이에요. 샤크렛은 상어 등에 수직으로 서 있는 등지느러미를 닮아 붙여진 이름이지요.
일반적으로 비행기가 비행할 때 날개 끝에 회오리바람이 생겨요. 수평 형태의 날개에 부딪힌 공기는 날개 위와 아래로 나뉘어 흐르게 되거든요. 이때 날개 위아래의 기압이 달라지는 데, 높은 기압의 아래쪽 공기가 낮은 기압인 위쪽으로 올라오기 위해 날개를 따라 끝으로 이동하게 돼요. 이러한 공기의 움직임 때문에 날개 끝에 다다른 공기는 날개를 감싸듯 회오리 평평한 날개 끝에는 와류가 크게 발생해 공기 저항을 크게 받아 연료를 많이 쓰게 된다. 치게 돼요. 이 힘을 ‘와류’라고 불러요.
와류는 비행기의 움직임을 방해하는 ‘공기 저항’의 일종이에요. 와류가 클수록 비행기는 앞으로 나아가기 위해 많은 힘을 써야 하고, 결국 연료를 더 많이 쓰게 된답니다.
3D 프린팅도 한몫
연료 효율성을 높이는 또다른 방법은 비행기의 무게를 줄이는 거예요. 비행기 무게를 1% 줄이면 연료 사용량을 0.75% 정도 줄일 수 있거든요. 따라서 최근에는 비행기를 만드는 데 3D 프린팅을 활용하고 있어요.
현재 가장 큰 비행기인 A380이나 보잉777 항공기의 경우 부품 개수가 200만 개가 넘어요. 비행기 한 대를 만들기 위해선 이 많은 부품을 따로 만든 뒤 다시 조립해야 하기 때문에 시간과 비용이 많이 들지요.
3D 프린터로 비행기 전체를 한꺼번에 만들면 무게는 물론 만드는 시간을 훨씬 줄일 수 있어요. 대표적으로 최근 에어버스에서 3D 프린팅으로만 만든 비행기 ‘토르(THOR)’가 있지요. 가로, 세로 4m 크기의 이 비행기는 무게가 21kg일 정도로 가볍답니다.
그런데 날개 끝을 샤크렛처럼 크게 구부리면 와류를 줄일 수 있어요. 부드럽게 구부러진 부분이 공기의 흐름을 바꿔 회오리가 만들어지는 것을 방해하는 거예요. 그럼 연료 사용량을 기존의 날개보다 4% 줄일 수 있고, 연료 효율성은 15% 높일 수 있답니다.
“와우~!”
이안 번즈가 운전하는 요트를 본 사람들이 탄성을 질렀어요. 요트가 바다 위를 날고 있었거든요. 이안 번즈는 ‘오라클USA’ 팀의 리더인 요트 선수로, 지난 해 국제 요트 대회인 ‘아메리카스컵’ 최종 예선에서 준우승을 차지했지요. 번즈는 준우승의 비결이 ‘샤크렛’에 있다고 말했어요.
이안 번즈가 운전하는 요트를 본 사람들이 탄성을 질렀어요. 요트가 바다 위를 날고 있었거든요. 이안 번즈는 ‘오라클USA’ 팀의 리더인 요트 선수로, 지난 해 국제 요트 대회인 ‘아메리카스컵’ 최종 예선에서 준우승을 차지했지요. 번즈는 준우승의 비결이 ‘샤크렛’에 있다고 말했어요.
협동할 줄 아는 어린이가 되세요!
오라클USA 팀을 소개해 주세요.
비행기 날개 모양을 적용한 최초의 팀이에요. 아주 오래 전부터 더 빠르게 달리는 요트를 만들기 위해 매일 머리를 맞댔어요. 그러다 공기의 저항을 최소화한다는 에어버스의 ‘샤크렛’을 알게 됐지요. 에어버스의 도움으로 샤크렛 모양의 수중날개를 만들었고, 요트의 속도를 높일 수 있었어요.
요트가 물 위로 떠오를 때의 기분은 어떤가요?
하늘을 나는 것 같아요. 요트를 타고 달릴 땐 물과 부딪히면서 생긴 시끄러운 소리와 엄청난 진동이 몸에 느껴지거든요. 그런데 요트가 물 위에 떠오르는 순간 소음과 진동이 멈춰요. 그럼 마치 내가 새가 된 것 같은 기분이 든답니다.
<;어린이과학동아>; 친구들에게 한말씀 해주세요.
우리 팀의 우승 비결은 팀워크예요. 요트를 운전하다 보면 바람의 방향이 갑자기 바뀌거나 다른 팀 요트와 부딪히는 등 다양한 변수가 일어나거든요. 하지만 서로를 믿으며 순간순간 팀에서 필요한 부분을 먼저 나서서 채우다 보니 큰 사고 없이 대회에서 우승할 수 있었지요. <;어린이과학동아>; 친구들도 친구들과 협동할 줄 아는 어린이가 되세요~!
요트의 수중날개를 샤크렛처럼
오라클USA팀은 ‘아메리카스 컵’에 참가해 지난 2회 연속 우승을 한 강호팀이에요. 그리고 지난 2014년부터는 저항을 줄이고 요트의 속도를 높이기 위해 비행기 제조회사인 에어버스와 함께 머리를 맞대기 시작했지요.
일반적으로 물에서는 공기 중보다 움직이기가 어려워요. 물의 밀도가 공기보다 800배 높기 때문이에요. 마찬가지로 물에서는 요트의 움직임을 방해하는 힘이 훨씬 커요. 그래서 사람들은 요트의 속도를 높이기 위해 바닥에 ‘ㄴ’자 모양의 날개를 붙이는 방법을 생각해 냈지요.
요트 아래에 날개를 붙인 채로 바다를 달리면 비행기가 날 때와 비슷한 상황이 일어나요. 수평 모양의 날개에 부딪힌 물은 날개 위아래로 나뉘어 흐르고, 아래쪽의 수압이 위쪽보다 커져요. 이런 수압 차이 때문에 날개 아래쪽에서 요트를 위로 밀어올리는 힘이 생겨요. 이 힘을 ‘양력’이라고 해요. 이 양력의 영향으로 요트의 밑바닥이 물 위로 떠오르게 되지요.
이때 요트 바닥이 위로 떠오르기 때문에 마치 요트가 물 위를 나는 것처럼 보여요. 양력은 요트의 속도와 비례하기 때문에 속도가 빠를수록 요트가 더 높이 떠오를 수 있답니다. 오라클 USA팀은 A320에 사용한 샤크렛과 똑같은 모양의 날개를 만들어 요트에 달았어요. 또한 요트에 300개의 센서를 붙여 풍속과 풍향 등 주변 환경에 대한 정보를 팔목시계를 통해 실시간으로 파악할 수 있도록 했지요. 그 결과 더 빠른 기록을 세우며 우승할 수 있었답니다.
상어를 닮은 비행기부터 물위를 떠서 나는 플라잉 요트까지! 앞으로 는 또 어떤 모습의 비행기가 탄생할까요? 또 어떤 신기한 탈것이 등장할까요? 친구들도 한 번 상상해 보세요!
