랜딩기어

메인 기어는 랜딩기어에서 항공기 무게의 대부분을 지탱하는 주요 지지 장치이다. 일반적으로 동체 중앙부나 날개 아래에 위치하며, 이착륙 시 발생하는 대부분의 충격 하중을 받아들인다. 대형 여객기나 수송기의 경우 무게 중심을 고려하여 두 개의 메인 기어가 주로 사용되지만, 중량이 큰 군용 수송기나 일부 특수 항공기에서는 네 개 이상의 메인 기어를 탑재하기도 한다.

메인 기어의 구성은 쇼크 앱소버, 휠 및 타이어, 브레이크 시스템으로 이루어진다. 쇼크 앱소버는 착륙 충격을 흡수하고 지면과의 접촉을 부드럽게 만드는 핵심 부품이다. 휠과 타이어는 항공기를 지면 위에서 굴러가게 하며, 고성능 브레이크 시스템은 착륙 후 항공기를 신속하게 감속시키고 지상 주행 시 속도 조절을 담당한다.

설계 시 메인 기어는 항공기의 최대 이륙 중량과 착륙 하중을 견딜 수 있도록 강도가 확보되어야 한다. 동시에 항공역학적 저항을 줄이기 위해 비행 중에는 대부분 날개나 동체 내부로 완전히 수납되는 구조를 가진다. 이 수납 메커니즘은 기어 도어와 함께 복잡한 유압 또는 전기 구동 시스템으로 작동한다.

노즈 기어는 항공기 기수의 하단에 위치한 랜딩기어로, 주로 지상 주행 시 조향과 항공기 전방 하중의 지지를 담당한다. 메인 기어와 함께 항공기의 무게를 지면에 전달하고, 이착륙 시 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 한다. 대부분의 현대 트라이사이클 랜딩기어 구성에서 중심이 되는 요소로, 이를 통해 항공기는 지상에서 안정적으로 주행하고 방향을 전환할 수 있다.

노즈 기어의 핵심 기능은 조향이다. 조향 메커니즘은 조종사의 조종간 또는 러더 페달 입력, 혹은 지상 주행용 조타륜을 통해 제어된다. 이는 항공기가 활주로에서 활주하거나 유도로를 따라 이동할 때 정확한 방향 조절을 가능하게 한다. 또한, 노즈 기어에는 쇼크 앱소버가 장착되어 이륙 및 착륙 시 전방에 가해지는 충격을 효과적으로 완화한다.

노즈 기어의 설계는 항공기의 크기와 용도에 따라 다양하다. 소형 경비행기에서는 단순한 고정식 구조를 가지는 반면, 대형 여객기나 수송기에서는 강력한 충격 흡수 장치와 복잡한 수납 메커니즘을 갖춘 강화된 구조를 사용한다. 특히 중대형기에서는 조향 각도와 속도를 제어하는 시스템이 통합되어 지상 조종의 정밀성과 안전성을 높인다.

노즈 기어는 테일 기어 구성과 대비된다. 테일 기어 방식은 항공기의 꼬리에 작은 바퀴나 스키드를 두는 방식으로, 역사적으로 많은 항공기에 사용되었으나, 현대에는 주로 트라이사이클 방식의 노즈 기어가 선호된다. 이는 조종사의 시야를 향상시키고 이착륙 안정성을 높이며, 고속 활주 시 브레이크 효율을 좋게 하는 장점이 있기 때문이다.

쇼크 앱소버는 랜딩기어의 핵심 구성 요소로서, 항공기가 착륙할 때 발생하는 수직 충격 에너지를 흡수하고 감쇠시켜 기체와 탑승자에게 전달되는 충격을 최소화한다. 이는 단순히 충격을 받아내는 것을 넘어, 항공기가 지면에 부드럽게 정착하고 이후 지상 주행 중 불규칙한 활주로 표면에서 발생하는 진동을 완화하는 역할도 수행한다. 효과적인 쇼크 흡수는 기체 구조의 피로 수명을 연장하고, 탑승 승객의 편안함을 보장하며, 특히 군용기의 경우 민감한 탑재 장비를 보호하는 데 필수적이다.

초기 항공기에는 스프링이나 고무 코드와 같은 단순한 탄성체가 쇼크 흡수 장치로 사용되었으나, 현대의 쇼크 앱소버는 주로 유압과 가스를 결합한 올레오-뉴메틱식 설계가 표준이다. 이 방식은 실린더와 피스톤으로 구성되어 있으며, 실린더 내부의 질소 가스는 스프링처럼 탄성 요소 역할을 하고, 유압 오일은 피스톤의 움직임을 통해 에너지를 열로 변환하여 감쇠하는 역할을 한다. 착륙 충격 시 피스톤이 압축되면 오일이 작은 오리피스를 통과하며 저항을 생성해 충격을 흡수한다.

일부 소형 항공기나 헬리콥터의 랜딩기어에는 스프링 강철로 만든 정적인 스프링식 기어가 사용되기도 한다. 이는 구조가 단순하고 유지보수가 용이한 장점이 있지만, 충격 흡수 효율은 올레오-뉴메틱식에 비해 떨어진다. 대형 여객기나 군용기와 같이 높은 착륙 하중과 에너지를 처리해야 하는 기체에는 더 복잡하고 효율적인 시스템이 요구된다.

쇼크 앱소버의 성능은 정비 상태에 크게 의존한다. 유압 오일의 누설이나 질소 가스의 압력 손실은 충격 흡수 능력을 현저히 저하시켜, 경한 착륙에도 기체가 튀는 현상이나 과도한 진동을 유발할 수 있다. 따라서 정기적인 점검과 압력 보충, 오일 누설 확인 등 세심한 유지보수가 항공 안전을 위해 반드시 수행되어야 한다.

랜딩기어의 휠과 브레이크는 항공기가 지상에서 이동, 제동, 방향 전환을 수행하는 핵심 구성 요소이다. 이들은 항공기의 무게를 지탱하면서도 고속 주행과 무거운 하중에 견딜 수 있도록 설계된다.

휠은 일반적으로 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금으로 제작된 림과 고압의 공기를 채운 타이어로 구성된다. 항공기 타이어는 자동차 타이어보다 훨씬 높은 공기압을 유지하며, 이착륙 시 순간적으로 발생하는 엄청난 하중과 마모를 견뎌내야 한다. 특히 제트기의 경우 고속 이륙으로 인한 발열에 대비해 특수한 고온 저항성 고무 컴파운드가 사용되기도 한다. 휠 구성은 항공기 크기와 용도에 따라 단일 휠, 이중 휠, 또는 보기 휠 배열 등 다양한 형태로 존재한다.

브레이크 시스템은 주로 메인 기어에 장착되어 이착륙 시 항공기를 감속하고 지상에서 정지시키는 역할을 한다. 대형 항공기에는 고성능 디스크 브레이크가 일반적으로 사용되며, 여러 개의 브레이크 로터와 패드가 조합되어 강력한 제동력을 발생시킨니다. 최신 항공기에는 앤티스키드 브레이크 시스템이 장착되어 제동 시 타이어의 폐색을 방지하고 제동 효율을 극대화한다. 또한, 역추진装置와 함께 작동하여 활주로 사용 길이를 줄이는 데 기여한다.

이러한 휠과 브레이크는 정기적인 검사와 유지보수가 필수적이다. 고속 회전과 강한 제동력으로 인해 타이어 마모와 브레이크 패드 소모가 빠르게 진행될 수 있기 때문이다. 따라서 이들의 상태는 각 비행 전 사전 점검의 중요한 항목으로 포함되어 항공기의 지상 안전을 보장한다.

삼점식 랜딩기어는 현대 항공기에서 가장 널리 채택된 랜딩기어 배치 방식이다. 이 방식은 두 개의 메인 기어와 하나의 노즈 기어 또는 테일 기어로 구성되어, 세 개의 지지점이 항공기를 안정적으로 지지한다. 대부분의 제트 여객기와 일반 항공기들은 이 삼점식 구성을 사용하며, 특히 노즈 기어를 앞쪽에 배치하는 삼륜식이 주류를 이룬다.

삼점식 랜딩기어는 크게 두 가지 형태로 나뉜다. 첫 번째는 전륜식 또는 삼륜식으로, 두 개의 메인 기어가 주익 근처에 있고 하나의 노즈 기어가 기수 하단에 위치한다. 이 방식은 시야가 우수하고 지상 주행 시 조향이 용이하여 대부분의 항공기에 적용된다. 두 번째는 후륜식으로, 메인 기어 앞쪽에 하나의 테일 기어가 배치되는 방식이다. 이는 초기의 프로펠러 항공기나 일부 특수 목적기에서 주로 사용되었다.

이 배치 방식의 가장 큰 장점은 구조적 안정성과 조종의 용이성이다. 세 점으로 지면을 지지하기 때문에 항공기가 지상에 서 있을 때나 주행 중에 전복될 위험이 적다. 또한 노즈 기어 방식은 이륙 시 양력을 얻기 위해 기수를 들어 올리는 동작이 자연스럽고, 착륙 접지 시에도 기수를 낮추어 제동 효과를 높이는 데 유리하다. 이러한 특성으로 인해 삼점식, 특히 전륜식은 항공기 설계의 표준으로 자리 잡았다.

자전거식 랜딩기어는 항공기 하부에 두 개의 메인 기어가 주축을 이루고, 동체 전방 또는 후방에 보조 지지대가 위치하는 구성이다. 이 방식은 마치 자전거의 두 바퀴와 안정을 위한 보조 바퀴와 유사한 형태를 띠며, 주로 소형 경량 항공기나 특수 목적의 항공기에 채택된다. 두 개의 메인 기어가 동체 중심선 아래에 일렬로 배치되기 때문에 지상에서의 횡방향 안정성이 상대적으로 낮다는 특징이 있다.

이러한 안정성 문제를 보완하기 위해, 동체 측면에 아웃리거라고 불리는 보조 지지대를 추가로 설치하는 경우가 일반적이다. 아웃리거는 주로 날개 끝이나 동체 측면에 장착되어 항공기가 지상에 정지해 있을 때나 저속 주행 시 기체가 옆으로 넘어지는 것을 방지한다. 이는 자전거식 랜딩기어를 채택한 많은 글라이더나 초경량비행장치, 그리고 일부 전투기의 초기 모델에서 확인할 수 있는 구조이다.

자전거식 랜딩기어의 주요 장점은 구조가 단순하고 경량화가 가능하며, 특히 동체 하부에 공간을 효율적으로 활용할 수 있다는 점이다. 이는 폭탄창이나 대형 연료 탱크 등 다른 장비를 설치해야 하는 군용기 설계에 유리한 요소로 작용했다. 그러나 이착륙 시 특히 횡풍이 불거나 활주로 표면이 고르지 않을 경우 조종사가 측면 방향으로의 균형을 유지하기 어려울 수 있어 조종이 까다롭다는 단점도 함께 지닌다.

이러한 특성으로 인해 자전거식 랜딩기어는 현대의 대부분의 민항기나 일반 항공기에서는 찾아보기 어렵고, 삼점식 랜딩기어가 표준으로 자리 잡았다. 그러나 특정한 설계 요구사항이나 역사적인 이유로 일부 기체에 한정되어 사용되며, 항공기 랜딩기어의 다양한 설계 철학과 발전 과정을 보여주는 중요한 사례 중 하나로 남아 있다.

스키드 랜딩기어는 바퀴 대신 스키 모양의 구조물을 사용하는 방식이다. 주로 눈이나 얼음 위에 착륙하는 항공기에 사용되며, 일부 초기 항공기나 특수 목적의 경량 항공기에서도 볼 수 있다. 스키는 넓은 면적으로 하중을 분산시켜 항공기가 부드럽게 활주할 수 있도록 돕지만, 일반 포장 활주로에서는 마찰력이 낮아 조종이 어렵다는 단점이 있다.

플로트 랜딩기어는 수상 비행을 위해 설계된 장치로, 항공기 하부에 부착된 봉 모양의 구조물이다. 이 플로트는 충분한 부력을 제공하여 항공기가 수면에 뜨고 이동할 수 있게 한다. 수상 비행기는 이착륙을 위해 물 위를 사용하며, 플로트는 물속에서의 안정성과 조종성을 확보하는 데 중요한 역할을 한다.

이러한 특수 랜딩기어는 항공기의 운용 환경에 따라 선택된다. 스키식은 극한의 북극이나 남극 지역에서, 플로트식은 호수, 강, 해안가 근처에서 주로 활용된다. 이들은 바퀴식 랜딩기어와 결합된 형태로 설계되기도 하여, 다양한 지형과 수역에서의 다목적 운용을 가능하게 한다.

랜딩기어의 작동 방식은 크게 수동과 자동으로 구분된다. 초기 항공기에서는 조종사가 직접 레버를 당기거나 크랭크를 돌려 기어를 내리고 올리는 수동 방식을 사용했다. 이 방식은 기계적 구조가 단순하고 신뢰성이 높다는 장점이 있지만, 조종사의 작업 부담을 증가시키고 고속 비행 중 정확한 작동이 어려울 수 있다는 단점이 있다.

현대의 대부분의 항공기, 특히 대형 여객기나 군용기에서는 자동 작동 시스템이 표준으로 채택되어 있다. 이 시스템은 일반적으로 유압 시스템을 주된 동력원으로 사용하며, 조종사는 조종석 내의 스위치 하나로 기어의 수납 및 하강을 제어한다. 스위치를 조작하면 유압 펌프가 작동하여 유압 유체를 해당 액추에이터로 보내 기어를 움직인다. 이 과정은 비행 관리 컴퓨터나 전용 제어 모듈에 의해 모니터링 및 보조된다.

자동 시스템에는 여러 안전 장치가 통합되어 있다. 예를 들어, 기어가 완전히 내려가고 잠금 장치가 걸리지 않으면 경고음이 울리도록 설계되어 있다. 또한, 유압 시스템에 고장이 발생할 경우를 대비해 비상 작동 시스템을 갖추고 있다. 대부분의 항공기는 비상 시 질소 가스를 이용한 팽창식 작동 장치나, 수동으로 펌프를 작동시켜 기어를 내릴 수 있는 백업 방식을 마련해 두고 있다.

이러한 자동화는 조종사의 업무 부하를 줄이고 이착륙 안전성을 높이는 데 기여한다. 특히 이륙 후 기어를 신속하고 확실하게 수납하여 항력을 줄이는 것은 연비와 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 신뢰할 수 있는 자동 작동 시스템은 현대 항공 설계에서 필수적이다.

랜딩기어의 위치와 상태는 항공기의 안전한 운용에 있어 매우 중요하다. 따라서 항공기에는 랜딩기어의 정확한 위치를 조종사에게 알리고, 비정상적인 상황을 경고하는 다양한 표시 및 경고 시스템이 탑재된다.

가장 기본적인 시스템은 기어 위치 표시기이다. 이는 조종석 내에 설치된 기어 레버 옆이나 계기판에 위치하며, 각 기어(메인 기어와 노즈 기어)의 '업(UP)' 또는 '다운(DOWN)' 상태를 시각적으로 보여준다. 일반적으로 녹색등은 기어가 완전히 내려가고 잠금이 걸린 정상 상태를, 적색등은 기어가 완전히 올라가고 잠금이 걸린 상태를 나타낸다. 기어가 움직이는 중간 과정이나 완전히 잠기지 않은 상태에서는 주황색 또는 황색등이 점등되거나 표시등이 꺼지는 경우도 있다. 일부 항공기에는 기어 레버 자체에 물리적인 위치 표시기가 함께 설치되기도 한다.

이와 함께 항공기에는 랜딩기어와 관련된 여러 가지 경고 시스템이 있다. 가장 대표적인 것은 기어 미확인 경고음이다. 항공기가 착륙을 위한 최저 고도에 접근하거나, 착륙 구성을 했음에도 불구하고 기어가 내려가지 않은 상태에서 엔진 출력을 줄이는 등 착륙 태세가 감지되면, 조종석에서 반복적인 경고음(예: "기어! 기어!")이 울리거나 경고등이 점등된다. 또한, 기어가 완전히 내려가지 않았을 때 활주로 접근등을 켜면 기어 그림자가 보이지 않아 상태를 확인할 수 있는 시각적 경고 방법도 활용된다. 이러한 시스템들은 조종사의 착각이나 실수를 방지하여 지상 활주 중 기어가 접혀지는 사고나, 기어를 내리지 않은 채 착륙을 시도하는 사고를 예방하는 데 결정적인 역할을 한다.

랜딩기어 설계에서 가장 핵심적인 고려사항은 항공기의 무게를 지면에 전달하고, 이착륙 시 발생하는 큰 충격 에너지를 효과적으로 흡수하여 기체와 탑승자에게 전달되는 하중을 최소화하는 것이다. 이를 위해 랜딩기어는 강력한 구조 강도와 함께 정교한 충격 흡수 시스템을 갖추고 있다.

충격 흡수의 주된 역할은 쇼크 앱소버가 담당한다. 현대 항공기에서는 주로 오일과 질소 가스가 함께 채워진 올레오-뉴메틱식 쇼크 앱소버가 널리 사용된다. 이 장치는 항공기가 지면에 접촉할 때 발생하는 운동 에너지를 오일의 마찰 열과 가스의 압축 에너지로 변환하여 소산시킨다. 이 과정을 통해 충격이 순간적으로 전달되지 않고 부드럽게 완화된다.

하중 측면에서 랜딩기어는 정적 하중과 동적 하중을 모두 견뎌내도록 설계된다. 정적 하중은 지상에 정지해 있을 때의 항공기 총 중량을 의미하며, 동적 하중은 이륙, 착륙, 지상 주행 시 발생하는 더 큰 하중을 포함한다. 설계 시에는 착륙 강하율, 항공기 총 중량, 지면 조건 등 다양한 요인이 고려되어 특정 안전 계수를 적용한 하중 한계치가 정해진다. 이는 항공기 설계와 구조 역학의 중요한 부분을 이룬다.

랜딩기어가 받는 하중은 구성 부품을 통해 분산된다. 충격은 휠과 타이어에서 첫 완화를 거친 후, 쇼크 앱소버를 통해 추가로 흡수되며, 최종적으로는 강력한 메인 기어와 노즈 기어의 구조체를 통해 기체 본체로 전달된다. 이러한 다층적인 설계는 극한의 상황에서도 기체 구조의 무결성을 보호하는 데 결정적인 역할을 한다.

랜딩기어의 수납 방식은 항공기 설계에서 공기역학적 성능과 구조적 효율성을 결정하는 핵심 요소이다. 이착륙 시에는 신뢰성 있게 펼쳐져 하중을 지지해야 하며, 비행 중에는 공기 저항을 최소화하기 위해 동체나 날개 내부로 완전히 수납되는 것이 일반적이다. 수납 방식은 항공기의 형상, 목적, 그리고 설계 시대에 따라 크게 달라진다.

주요 수납 방식은 크게 세 가지로 구분된다. 가장 흔한 방식은 랜딩기어 전체가 동체나 날개 내부의 전용 수납 공간으로 들어가는 내장식이다. 이 방식은 공기 저항을 현저히 줄여 고속 비행에 적합하지만, 구조가 복잡하고 중량이 증가하는 단점이 있다. 반면, 초기 항공기나 일부 경량기에서는 구조를 단순화하고 중량을 줄이기 위해 고정식 랜딩기어를 채택하기도 한다. 비행 중에도 기어가 외부에 노출되어 공기 저항이 크지만, 유지보수가 간편하고 제작 비용이 낮다는 장점이 있다. 세 번째로 반고정식이 있으며, 이는 주 기어는 고정되어 있고 노즈 기어나 테일 기어만 수납되는 하이브리드 방식이다.

수납 메커니즘은 주로 유압 실린더나 전동 액추에이터를 통해 구동된다. 기어는 회전 또는 접이식 링크를 통해 이동 경로를 따라 정해진 위치로 이동한 후, 다운록 장치에 의해 견고하게 고정된다. 수납 시에는 공간 활용과 공기역학적 형상 유지가, 하강 시에는 어떠한 상황에서도 정확한 위치에 잠금되어야 하는 신뢰성이 가장 중요하게 고려된다. 특히 고성능 군용기나 대형 여객기에서는 이 시스템의 고장이 치명적일 수 있으므로 중복 설계와 철저한 검증이 이루어진다.