How do airplanes actually fly? - Raymond Adkins

번역: 유경 이 검토: DK Kim

By 1917, Albert Einstein had explained the relationship between space and time.

1917년, 알베르트 아인슈타인은 시간과 공간의 관계를 설명했습니다.

But, that year, he designed a flawed airplane wing.

하지만 같은 해에 직접 고안한 비행기 날개에는 결함이 있었죠.

His attempt was based on an incomplete theory of flight.

불완전한 비행 이론에 근거해 디자인을 했기 때문입니다.

Indeed, insufficient and inaccurate explanations still circulate today.

사실 오늘날에도 불충분하고 잘못된 비행 이론들이 여전히 떠돌고 있습니다.

So, where did Einstein go wrong?

그럼 아인슈타인은 무엇을 놓쳤을까요?

And how do planes fly?

그리고 비행기는 어떻게 나는 걸까요?

Though we don’t always think of it this way, air is a fluid medium—

우리가 항상 의식하지는 않지만 공기는 유체입니다.

it’s just less dense than liquids like water.

단지 물 같은 액체보다 밀도가 낮을 뿐이죠.

Things that are lighter than air are buoyant within it,

공기보다 가벼운 것은 공기 중에 뜨지만

while heavier objects require an upward force, called lift, to stay aloft.

더 무거운 물체가 떠 있으려면 양력이라는 상승력이 있어야 합니다.

For planes, this force is mostly generated by the wings.

비행기에서는 주로 날개에서 양력이 생깁니다.

One especially pervasive false description of lift

양력의 원인으로 널리 퍼진 잘못된 이론은

is the “Longer Path” or “Equal Transit Time” explanation.

‘긴 경로’ 이론 혹은 ‘동시 통과’ 이론입니다.

It states that air molecules traveling over the top of a curved wing

이 이론에 따르면 곡면 날개 위로 지나가는 공기 분자가

cover a longer distance than those traveling underneath.

아래로 지나가는 공기 분자보다 더 먼 거리를 이동합니다.

For the air molecules above to reach the wing’s trailing edge

공기 분자가 위아래로 나뉘어 흐를 때 위로 지나가는 공기 분자가

in the same instance as those that split off and went below,

아래로 지나가는 공기 분자와 같은 시점에 날개 끝에 도달하려면

air must travel faster above,

아래쪽에 비해 더 빨리 흘러야 하고

creating a pocket of lower pressure that lifts the plane.

그 결과 비행기를 들어 올리는 낮은 압력이 형성됩니다.

This explanation has been thoroughly debunked.

이 설명은 모든 면에서 거짓으로 판명되었습니다.

Air molecules floating above and below the wing don't need to meet back up.

날개 위아래로 흐르는 공기 분자는 날개 끝에서 다시 만나지 않죠.

In reality, the air traveling above reaches the wing’s trailing edge

실제로는 날개 위로 흐르는 공기가 아래로 흐르는 공기보다

much faster than the air beneath.

훨씬 더 빠르게 날개 끝에 도달합니다.

To get a sense of how lift is actually generated,

실제로 양력이 어떻게 생성되는지 보기 위해

let's simulate an airplane wing in motion.

비행 중에 비행기 날개에 생기는 일을 생각해봅시다.

As it moves forward, the wing affects the movement of the air around it.

날개는 앞으로 이동하면서 주변 공기 움직임에 영향을 미칩니다.

As air meets the wing’s solid surface, a thin layer sticks to the wing.

공기가 단단한 날개 표면과 만나면 얇은 공기 층이 날개에 달라붙는데

This layer pulls the surrounding air with it.

이 공기 층이 주변 공기를 끌어당기죠.

The air splits into pathways above and below the wing,

공기는 날개 위아래로 나뉘어

following the wing’s contour.

날개의 표면을 따라 흘러갑니다.

As the air that’s routed above makes its way around the nose of the wing,

위로 지나가는 공기가 날개 앞 부분을 따라 흐르면

it experiences centripetal acceleration,

구심 가속도가 생기는데

the force you also feel in a sharply turning car.

급하게 방향을 바꾸는 자동차 안에서 느끼는 힘과 같죠.

The air above therefore gathers more speed than the air traveling below.

따라서 날개 위로 흐르는 공기는 아래쪽보다 속도가 더 붙습니다.

This increased speed is coupled with a decrease in pressure above the wing,

공기 흐름 속도가 빨라지면 날개 윗면의 압력이 낮아지면서

which pulls even more air across the wing’s upper surface.

주변 공기를 날개 윗면으로 더욱더 강하게 끌어당깁니다.

The air flowing across the lower surface, meanwhile,

반면에 날개 아래로 흐르는 공기는

experiences less of a change in direction and speed.

방향과 속력이 크게 달라지지 않습니다.

The pressure across the wing’s lower surface is thus higher

그러므로 날개 아랫면의 압력은

than that above the upper surface.

윗면의 압력보다 높아지고

This pressure difference results in the upwards force of lift.

바로 이 압력차가 양력이라는 상승력을 만들어 냅니다.

The faster the plane travels,

비행기가 더 빨리 달릴수록

the greater the pressure difference, and the greater that force.

압력차가 더 커지고 양력도 더 커집니다.

Once it overcomes the downward force of gravity,

양력이 중력이라는 하강력보다 커질 때 비행기가 이륙하는 거죠.

the plane takes off.

Air flows smoothly around curved wings.

공기는 곡선으로 된 날개 주위를 따라 부드럽게 흐릅니다.

But a wing’s curvature is not the cause of lift.

하지만 날개의 곡률 때문에 양력이 생기는 것은 아닙니다.

In fact, a flat wing that’s tilted upwards can also create lift—

사실, 위쪽으로 젖혀진 평평한 날개도 양력을 생성할 수 있습니다.

as long as the air bends around it,

공기가 날개 주변으로 휘어져

contributing to and reinforcing the pressure difference.

압력차를 만들고 키우기만 하면 되죠.

Meanwhile, having a wing that’s too curved or steeply angled

그런데 날개가 너무 구부러지거나 가파르게 기울어지면 좋지 않습니다.

can be disastrous:

the airflow above may detach from the wing and become turbulent.

날개 윗면의 기류가 날개와 분리되면서 난류가 생길 수도 있습니다.

This is probably what happened with Einstein’s wing design,

아인슈타인이 고안한 날개인 ‘고양이 등’이라는 별명의 디자인도

nicknamed “the cat’s back.”

이런 문제였을 겁니다.

By increasing the wing’s curvature,

아인슈타인은 날개의 곡률이 커질수록

Einstein thought it would generate more lift.

더 큰 양력이 생성되리라 생각했습니다.

But one test pilot reported that the plane wobbled

하지만 한 시험 비행 조종사는

비행기가 배가 나온 오리처럼 흔들거렸다고 보고했습니다.

like “a pregnant duck” in flight.

Our explanation is still a simplified description

지금까지의 설명은 이처럼 미묘하고 복잡한 과정을

of this nuanced, complex process.

단순화해서 설명하는 것입니다.

Other factors, like the air that’s flowing meters beyond the wing’s surface—

다른 요소들, 예컨대 날개 표면에서 몇 미터 넘게 떨어져서 흘러가는 공기,

being swept up, then down—

위로 치솟았다가 떨어지죠,

as well as air vortices formed at the wing’s tips,

날개 끝에서 형성되는 공기 와류 등

all influence lift.

모든 요소가 양력에 영향을 줍니다.

And, while experts agree that the pressure difference generates lift,

전문가들은 압력차가 양력을 생성한다는 데에는 동의하지만

their explanations for how can vary.

압력차가 생성되는 과정은 저마다 설명이 다릅니다.

Some might emphasize the air’s behavior at the wing’s surface,

어떤 사람들은 날개 표면에서 발생하는 공기의 움직임을 강조하고

others the upward force created as the air is deflected downwards.

일부는 공기가 아래쪽으로 꺾이면서 생기는 상승력을 강조하죠.

However, there's no controversy when it comes to the math.

하지만 수학적으로 접근하면 논란의 여지가 없습니다.

Engineers use a set of formulas called the Navier-Stokes equations

공학자들은 나비에-스토크스 방정식이라는 수식을 사용해

to precisely model air’s flow around a wing

날개 주변의 공기 흐름을 정확하게 표현하고

and detail how lift is generated.

어떻게 양력이 생기는지 자세히 설명합니다.

More than a century after Einstein’s foray into aeronautics,

아인슈타인이 항공학 분야로 뛰어든 지 1세기가 넘었지만

lift retains its reputation as a confounding concept.

양력은 여전히 혼란스러운 개념입니다.

But when it feels like it’s all going to come crashing down, remember:

곧 추락할 것만 같을 때는 기억하세요.

it’s just the physics of fluid in motion.

단지 유체 역학일 뿐입니다.

This video was made possible with support from Marriott Hotels.

이 영상은 메리어트 호텔의 지원을 받아 제작하였습니다.

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