비행기 창의 원리

 

  아크릴 계통의 투명재료로 만들었을 것으로 추정되는 비행기의 창을 보면, 2중창은 창사이로 통하는 구멍이 창틀에 뚫려 있지만 3중창은 중간창에 직경 1mm 정도의 홀이 있고 안쪽 창틀에 구멍이 나있다. 왜 3중창의 중간창에 홀이 있는 것일까? 

 

                     [그림1] 3중 유리창의 홀                                              [그림2] 창틀 구멍

 

 

  미국의 라이트형제가 비행기를 최초로 만든 이 후에 세계는 더욱 작아지고, 지구는 한 개 마을이 되고 있다. 문제가 있다면 장거리 비행기들이 3만~4만 피트(feets) 고도로 대류권계면과 성층권 하부를 운항하기 때문에 배기가스(CO2)의 오염이 심각해지는 것이다. 성층권은 더구나 대류현상이 없기 때문에 오염물질이 바다나 생물권으로 흡수되지 않고 잔류하는 문제가 있다. 확인된 것은 아니지만 비행기 창에서 보여지는 대기의 수평선을 보면 거무스름한 빛을 띠게 되는데 이것이 대기의 오염을 보여주는게 아닌가 싶기도 하다.

 

  아무튼 대기의 수평선이 있으며 이는 중력에 의해 대기가 잡혀있는 것이고, 따라서 대기 아래 사는 사람도 대기의 무게를 온 몸으로 받게 되는 것이다. 이것이 대기압이다. 한곳에 대기압도 여러 상황에 따라 변하게 되고 따라서 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 대기가 이동하게되고 이것이 바람이 된다.

  대기압은 갈릴레이의 제자인 토리첼리가 가장 먼저 실험적으로 파악한 것으로 전해진다. 대기 1기압은 해수면 기준으로이다.  즉, 대기압은 수은기둥 760mm 또는 물 10.3m 기둥의 무게(중력)에 의한 압력과 같다는 의미이다. 대기도 바다와 같은 구조로 되어 있다. 바다에 표면이 있듯이 대기에도 표면(다만, 경계를 분명히 설정하기가 곤란하다. 위로 올라 갈수록 공기가 성분도 변하고 희박해지기 때문이다. 대기는 대략 지상 1000km 높이를 갖고 있되 대기의 표면부에는 수소가 희박하게 존재한다)이 있다. 바다에 해산(海山)이 있다면 해산 꼭대기는 바다 표면에서 볼 때 수심이 얕은 곳이므로 수압이 낮은 것처럼 산꼭대기는 대기 표면에서 보면 공기층의 깊이가 얕아서 산꼭대기를 누르는 공기층의 무게가 가벼워서 기압이 낮아진다. 토리첼리가 기압을 측정했을 때 산위에서 같은 실험을하면 수은기둥이 낮아질 것이라는 생각을 한 사람은 파스칼이다. 파스칼은 처남에게 편지를 썻다. 파스칼이 사는 곳은 높은 산이 없었기 때문에 처남으로 하여금 산 아래아 산 꼭대기에서 수은기둥 실험을 하도록 했다. 파스칼의 생각대로 실험 결과가 나왔다. 

 

  비행기 창의 홀은 압력에 의한 창의 파손과 변형을 막기 위해 뚫은 것이다. 비행기가 아래에서 위로 올라갈 때 비행기의 안이나 밖이나 기압이 내려간다. 홀을 뚫으면 공기가 바깥창과 중간창 사이로 공기가 유출되어 기압이 균형을 이루게 된다.  따라서 홀을 뚫지 않으면 창속은 1기압을 유지할 것이므로 창이 비행기 안과 바깥쪽으로 불룩하게 일어날 것이다. 위에서 아래로 내려오는 경우는 홀이 없어도 원래 위치로 돌아올 것이다. 비행기를 제작할 때 지상에서 만들기 때문에 창 사이가 1기압을 유지할 것이기 때문이다.

 창틀의 구멍은 왜 뚫었을까? 2중창의 경우는 창 사이로 공기 유출입을 시키고, 3중창의 경우는 중간창과 안쪽창 사이에 공기 유출입을 시키기 위한 것이다. 창에 구멍을 내지 않는 이유는 습기 때문이다. 창틀에 구멍을 내고 사이에 습기가 유출입하기 어려운 다공성 물질을 넣는다. 습기가 많이 들어가면 창밖의 저온 때문에 성에가 낀다. 이로부터 바깥창에 성에가 끼는 정도를 보면 비행기의 낡은 정도를 추정할 수도 있겠다.

 

 

 

               [그림 3] 비행 상황                                                   [그림 4] 착륙시 물병 변화

 

 

  기압의 문제는 이착륙 때 자주 느끼는 현상이다. 이륙해 올라가면 기내의 기압이 낮아져서 고막이 밖으로 밀려나 먹먹해 지는데 이 때는 입술을 다물고 침을 삼키듯이하여 고막 내부의 기압을 낮추어 주어야 한다. 반대로 위에서 아래로 내려오면 외부 기압이 올라가 고막이 내이쪽으로 밀려 먹먹해진다. 이럴 때는 하품을하여 고막 안쪽으로 공기가 들어가 기압이 맞추어 지도록 해주어야 한다.  

  

        --------------------------  by  Dajaehun