항공기를 위에서 내려다보았을 때 주날개의 형태는 각 기종마다 모두 특이하다. 날개형태 에 따라서 항공기의 성능이 크게 좌우되기 때문이다.
항공기 주날개는 그 형태에 따라 직선익, 타원형 날개, 후퇴 날개, 전진 날개, 삼각날개, 가변 날개 등으로 나뉜다.
-직선익
직선익은 저속에서의 안정성이 우수하고, 날개 끝부분에 실속이 잘 걸리지 않는 특성이 있다.
그리고 직사각형 모양이라서 주날개를 쉽고, 강하게 제작할 수 있기 때문에 속도가 빠르지 않은 중저속 항공기, 특히 경비행기에 주로 사용되는 날개이기도 하다.
-타원익
타원익 직선익과 특성이 비슷하다고 할 수 있는데, 날개에서 발생되는 양력분포에 따라 부드러운 곡선으로 날개를 설계했기 때문에 직선익보다 전체적으로 더 양력효율이 높다. 하지만 타원형이라서 구조적으로 제작이 어렵기 때문에 거의 사용되지 않는 날개이기도 하다.
제 2차 세계대전 당시 영국 본토방공전(Battle of Britan)에서의 활약으로 유명했던 스핏파이어 전투기의 주날개 형태이기도 하다.
-후퇴익
후퇴익(Swept wing)은 가장 기본적인 날개인 직선익과 비교하여 직진시에 안정성이 우수하며, 항력이 적게 발생한다는 특성이 있다.
특히 음속 돌파시에 생기는 충격파의 발생을 지연시켜주기 때문에 다른 형식의 주날개보다 더 쉽고 더 빠르게 항공기를 음속에 도달할 수 있게 해주는 장점을 갖고 있다.
이것이 가능한 이유는 다음과 같다.
후퇴익 정면에서 불어오는 기류는 후퇴각 방향으로 흐르는 기류와 그 기류에 직각인 기류로 분할하여 생각할 수 있다.
이중에서 후퇴각을 따라서 흐르는 기류는 날개 끝 방향으로 향하기 때문에 날개에서 발생하는 양력이나 항력에 직접적인 영향을 미치지는 않는다.
즉, 후퇴익에 직접적인 영향을 미치는 기류는 후퇴각의 직각인 방향의 기류 흐름이라고 볼 수 있는 것이다.
따라서 후퇴각이 클수록 후퇴각 방향의 기류흐름은 커지게되니까, 그만큼 실제 날개에 영향을 미치는 기류는 실제 항공기 속도보다 늦출 수 있는 것이다.
그래서 후퇴익은 초음속돌파에 매우 효과적인 것이다.
하지만 후퇴익 고유의 단점 또한 갖고 있다.
후퇴익 그 날개 특성상 날개 위를 흐르는 공기가 그림과 같이 바깥쪽을 흐르게(Out flow) 된다.
따라서 날개 뿌리부분부터의 와류가 날개 끝으로 가면서 계속 합쳐져 날개 끝에 이르러서는 양력이 거의 발생하지 않는 상태에 빠지게 된다.
즉 날개끝에서 실속(翼端失速 : Wing tip stall)현상이 벌어지는 것이다.
이 날개끝 실속은 날개뿌리부분의 상대적인 상승을 가져와 기수가 갑자기 들리는 현상을 유발시킨다.
그리고 더욱더 심각한 현상은 이 실속이 날개 끝에 위치한 에일러론의 작동까지도 방해한다는 것이다.
따라서 이러한 단점을 막기 위하여 과거의 후퇴익 항공기들은 날개에 경계층판을 붙이기도 했다.
-전진익
일반적으로 전진익(Forward swept wing)이란 양력을 발생시키는 주날개의 좌우 끝이 날개가 동체에 붙어있는 동체뿌리보다 앞쪽에 있는 날개를 말한다.
전진익 항공기의 장점은 후퇴익 효과와 같이 고속비행이 가능하다는 것에 있다.
그리고 후퇴익과는 반대로 전진익 자체가 불안정성을 갖고 있기 때문에 조종성의 극대화를 추구할 수 있다는 것도 하나의 장점이다. 따라서 고기동성 연구를 목적으로 NASA에서 X-29라는 유명한 전진익 실험기를 만들기도 했다.
하지만 전진익은 아직 완전히 실용화된 기술은 아니다. 단점을 완전히 극복하지 못했기 때문이다.
전진익 항공기의 경우 날개와의 연결부위, 즉 날개뿌리는 항공기의 하중이 많이 걸리는 부분이기도 하다.
그래서 항공기가 고속으로 비행하게 될 경우에는 날개에 걸리는 하중이 지속적으로 증가하게 되며, 이 하중으로 인해 날개는 계속 뒤틀림이 발생하게 된다.
이렇게 하중이 증가하는 악순환으로 인해 날개가 일그러지거나 끊어지는 현상(발산현상 : Divergence)이 전진익의 단점인 것이다.
또한 전진익은 그림과 같이 후퇴익과 반대로 날개 안쪽으로 기류가 흐르기(In flow) 때문에 날개에서 발생하는 충격파가 날개뿌리로 모이게 된다.
이는 곧 날개뿌리근처의 구조 피로도를 증가시켜 고속비행기에는 간단히 적용시키기가 어렵게 된다.
그래서 X-29기는 이러한 단점을 극복하기 위해 탄소강화섬유 복합재로 날개뿌리 구조를 강화시키고, 카나드라고 부르는 작은 귀날개를 달기도 했다.
-델타익
델타익(Delta wing)은 음속 이상의 고속비행에 사용할 목적으로 개발된 날개이다.
아음속이하를 비행하는 항공기는 작은 후퇴각으로도 충분하지만 마하 2급이상의 고속비행을 목적으로 한다면 60도 이상의 후퇴각을 갖는 날개가 적합하다.
하지만 구조상으로 60도 이상의 후퇴각을 주면 초음속에서 견딜 수 있는 날개를 제작하기가 어려워진다.
그래서 이러한 문제를 극복하기 위해서 델터익이 탄생한 것이다.
델터익은 앞전의 후퇴각이 크면서도 날개의 중심 뼈대인 날개보(Spar)가 날개의 뒷전을 동체와 직각으로 가로지를 수가 있기 때문에 날개를 매우 강하게 만들 수 있다는 것이 장점이다. 또한 음속부근에서 공기역학적 중심의 변화가 거의 없다는 것도 장접으로 꼽힌다.
하지만 이렇게 고속비행에 적합한 반면 저속에서는 기동성이 떨어지는 것이 단점이다.
그 리고 주날개의 가로세로비가 작기 때문에 저속 순항시 유도항력이 크게 발생하고, 안정성이 나빠진다는 것도 단점에 해당한다.
그리고 일반적인 고양력장치를 쓸수 없으므로 저속 착륙시에는 부족한 양력을 보완하기 위하여 매우 큰 받음각을 취한상태로 착륙해야만 한다는 것도 역시 무시할 수 없는 장점이다.
따라서 이러한 단점을 보완하고자 더블 델터익, 카나드 델터익, 오지익과 같은 다양한 날개가 파생되었다.
-가변익
위에서 살펴보았듯이 날개는 그 형태에 따라서 각각 다양한 특성을 나타내었다. 그래서 항공기의 속도에 따라서 날개의 모양을 바꾸어 각 형식의 장점을 최대한 활용한다는 개념의 날개가 바로 가변익(Swing wing/Variable Geometry wing)이다.
그래서 가변익은 저속시에는 양력특성이 우수하고 안정된 비행성능을 제공하는 직선익과 같은 형태를 갖추고, 천음속에서나 음속 돌파할 때에는 후퇴익을, 초음속일때는 삼각익과 같 은 날개형태를 유지한다.
따라서 이러한 장점만 본다면 가변익은 이상적인 날개형태라고도 할 수 있으나 실제로는 날개 연결부위의 작동장치와 강도문제로 중량이 증가되어, 결국 고정형 날개에 비해서 크게 성능이 향상된다고 볼 수는 없다.
이러한 복잡한 시스템을 사용하므로써 발생하는 유지비용과 항공기 단가를 생각한다면 가변익은 아직은 특수목적의 날개라고 할 수 있겠다
카나드(CANARD)항공기
카나드가 일반인에게 어느 정도 알려진 시기는 요 근래의 일이다. 그러면 카나드의 기원은 언제인가? 그것은 인류최초로 동력비행에 성공한 라이트형제의 플라이어호까지 거슬러 올라가게 된다. 라이트형제가 개발한 비행기가 최초의 동력비행기이자 최초의 카나드 비행기라는 것을 아는 이는 거의 없다.
카나드란 무엇인가?
항공기에 관심이 있어 항공기 사진이나 모형 등을 자주 접해본 사람들은 자그마한 날개가 항공기의 앞부분에 있는 것을 몇 번쯤은 보았을 것이다. 필자도 대학에 들어오기 전 이런 모양을 한 항공기를 몇 번 대해본 적이 있다. 하지만 아무 생각 없이 이런 항공기도 있구나 하며 그냥 넘어갔었다. 대학을 다니면서 선배님들과 서적을 통하여 이 자그만 날개의 역할과 우수한 성능을 알게 되었다. 그래서 이번 기사에서는 이 날개의 역할과 역사 등에 대해 다루어보기로 한다.
항공기 앞부분에 위치한 이러한 작은 날개를 통상 카나드(Canard)라고 한다. 이것은 카나드란 말 외에도 전익, 선미익, 귀날개 등으로 불리기도 한다. 카나드의 어원은 불어에서 오리를 까나르(Canard)라고 부른데서 유래한다. 실제로 카나드 항공기는 날씬한 기수를 가지며, 동체의 뒷부분이 크고 주 날개가 후미에 위치하기 때문에 위에서 보면 오리같이 생겼다.
일반적으로 항공기의 모양은 기체의 뒷부분에 수직이나 수평꼬리날개가 위치한다. 카나드 항공기는 카나드를 기수부분에 달아서 수평꼬리 날개를 대신하는 역할을 한다. 물론 F-15/SMTD처럼 수평꼬리날개가 있으면서 카나드가 달린 항공기도 몇몇 있기도 하지만 일반적으로 카나드 항공기는 수평꼬리날개가 없고 수직꼬리날개는 그대로 동체의 후미에 위치한다.
이렇게 카나드 형식을 한 항공기로 널리 알려진 것은 스웨덴의 다목적 전투기 JAS-37 비겐(VIGGEN)이 있다. 이 전투기가 알려지면서 카나드에 대한 관심이 고조되기 시작했다. 현재는 비겐과 같은 회사에서 만들어진 JAS-39 그리펜(GRIPEN)과 프랑스의 라팔(RAFALE), 러시아의 수호이 SU-35등에서 카나드 형식을 널리 취하고 있다.
카나드를 사용하는 이유
최근 카나드를 장착한 항공기가 많이 출현하고 있다. 이것은 항공기의 기동성의 향상과 이착륙거리의 단축 등 항공기의 공력특성을 개선하는 방법의 하나로 카나드를 많이 사용하고 있기 때문이다.
카나드는 일반적으로 주날개보다 큰 받음 각을 가진다. 그래서 보통의 비행조건일 경우 두날개 모두 양력을 가진다. 또한 고도를 높이기 위하여 카나드의 머리를 쳐드는 경우도 양력이 같이 증가하여 좋은 효과를 가진다. 이 때문에 날개의 면적, 중량, 항력 등이 일반 항공기에 비해 줄어들 수 있다는 장점이 있다.
그리고 일반 항공기에서 양력을 증가시키기 위해 주날개의 받음 각을 크게 증가시키면 수평꼬리날개가 실속 상태로 빠지는 경우가 발생하는데 이 때 이 항공기는 자동적으로 기수부분이 앞으로 숙여지는 기수하강(Nose down)현상이 일어난다. 그러나 카나드 항공기는 이러한 기수하강 현상을 방지하고 곧바로 조종 가능하게 해주는 역할을 한다. 그래서 카나드는 궁극적으로 항공기 전체의 실속을 방지한다는 역할도 하게 되었다. 반면 일반적인 항공기에서는 수평꼬리날개가 실속상태가 되면 거의 회복하기 힘든 상태가 된다. 물론 카나드 항공기도 두날개 모두 실속이 되면 회복하기 힘든 상황이 있기도 하지만 이런 현상은 거의 일어나지 않는다.
또한 카나드는 경량의 복합재를 사용하므로 구조무게를 감소할 수도 있으며 카나드의 받음각을 조절하여 피치제어를 하여 항공기의 자세제어를 용이하게 한다.
이착륙 성능을 개선하는데도 카나드의 사용은 좋은 역할을 하는데 이것은 카나드의 받음각을 증가시키면 양력과 항력이 함께 증가하여 이착륙 거리를 줄이는 데도 많이 응용되고 있다. 항공기가 착륙할 때에는 기수가 하강하여 강착 장치에 충격을 줄 수 있다. 이 때 카나드를 이용하여 기수를 들어주고 착륙 후에는 에어브레이크의 역할도 한다. 이륙시에는 카나드를 이용해 기수를 들어주어 받음각을 증가시킨다. 이리하여 충분한 양력을 얻게 되어 짧은 이착륙 거리를 가지는 항공기(STOL기:Short Take off & Landing)들은 대부분 카나드를 가진 항공기이다.
이와 같이 카나드를 가진 항공기를 카나드 항공기(Canard Aircraft)라고 하며, 카나드 없이 수평꼬리날개만을 가진 일반적인 항공기를 Conventional Aircraft라고 부른다.
라이트형제가 처음으로 카나드 형식을 실용화시킨 이후 90여년동안 사람들은 카나드처럼 Conventional형식이 아닌 형식의 유용성을 나타나리라 말하고 있다. 실제로 일반 항공 관계자들 사이에서도 Conventional형식을 고집하는 이와 카나드 형식이 널리 사용되어야 한다는 이들 사이의 논쟁은 계속되고 있다. 실질적으로 방대한 양의 적용대상과 다양한 상황으로 인해 이 논쟁에 대한 명확한 해결책은 쉽게 결정 내리기는 힘들다.
다음에서는 이같은 형식의 항공기에 대하여 설명하여 두가지 형식이 가지는 특성과 차이점을 안정성이라는 면에 대해 알아보기로 한다.
Conventional 형식
정상적인 비행을 하기 위해서는 항공기에 작용하는 모든 힘들이 평형을 유지하여야 하며 항공기를 회전시키려는 모멘트 성분들도 없어야 한다. 이러한 조건을 갖춘 상태를 항공기가 '트림' 되었다고 한다. 또한 항공기가 돌풍이나 기타 작은 충격에 의해 상태가 변한 후에도 원래의 고도, 속도, 자세 등으로 되돌아가는 경향을 정적으로 안정한 상태라 한다. 여기에서는 Conventional항공기의 안정성에 비중을 두어 설명해 본다.
Conventional 항공기에서 중력중심(Center of Gravity: CG)은 양력의 중심 앞에 위치한다. 그림에서 보다시피 중력과 주날개에서 반시계 방향으로 생기는 모멘트로 인해 기수하강현상이 일어난다. 이런 불안정한 상태에서 극복하는 방법으로 Conventional 항공기에서는 수평꼬리날개 즉, 수평 안전판을 사용하고 있다. 이 때 이 수평꼬리날개에서는 아랫방 향의 힘을 발생하게 하여 중력과 모멘트로 인한 기수하강의 힘을 상쇄시키는 것이다. 이렇게 하여 항공기는 다시 안정된 상태가 되는 것이다. 그림을 보며 주의 깊게 생각해 보면 이런 사실을 쉽게 알 수 있을 것이다. 이 때 주날개는 항공기의 최대중력을 지지해야 하며 수평고리날개에서 생기는 아래하중의 균형을 잡는 역할도 해야 한다 .이렇게 해서 항공기는 균형을 유지하게 된다.
돌풍과 같은 현상으로 인해 주날개가 실속이 되는 경우도 있다 . 이때 항공기는 어느 정도의 속도가 생길 때까지 지면방향으로 떨어지게 되지만 적당한 속도가 형성되면 날개에는 일반적인 기류가 형성되어 다시 양력을 가지게 된다 .이 때 승강타의 위치와 추력을 적절히 조절하면 다시 회복할 수 있다. Conventional 형식의 항공기는 아직까지는 가장 많이 사용하는 것을 카나드 형식이나 Three-surface 형식보다는 연구된 결과도 많고 가장 일반적인 형식이어서 앞으로도 계속 항공기의 주류를 이룰 것이다.
카나드 형식
카나드는 자체적으로 불안정하다. 이것을 정적으로 불안정하다고 하는데 요즘은 이런 정적불안정성을 역으로 이용하고 있다 .주날개보다 먼저 카나드가 실속이 되게 하고 이를 이용해 카나드만이 가질 수 있는 특유의 안정성과 조종성을 얻기도 한다. 카나드 항공기에서 중력중심(CG)은 일반적으로 주날개의 앞부분에 위치한다. 이것과 주날개에서 생기는 피칭모멘트의 영향으로 카나드는 주날개보다 많은 단위면적당 하중 분담율을 가지게 된다.
카나드는 항상 주날개보다 먼저 실속이 되어야 한다. 이렇게 카나드가 실속이 되면 양력이 없어지고 피칭모멘트만이 발생하여 기수하강을 하게 된다. 이로 인해 카나드의 받음각은 작아지게 된다. 따라서 카나드는 다시 양력을 받게 되고 이로 인해 항공기는 원자세로 되돌아 오게 된다. 그러므로 카나드는 주날개보다 먼저 실속이 되어 주날개가 실속이 되는 것을 미리 방지해주는 역할을 한다. 카나드는 선택적으로 실속이 되거나 실속되지 않을 수 있다. 이것을 이용해서 조종사는 의도적으로 기수를 들거나 내릴 수 있게 되었다.
항공기가 안정하게 비행하고 있다가 조종사가 갑자기 심한 뱅크각을 주거나 주위의 돌풍이 일어났다면 카나드는 실속상태가 된다. 이로 인해 항공기는 기수하강을 하게 되고 이로 인해 주날개는 실속이 되지 않는다. 카나드에서 다시 양력이 발생해 이 항공기는 기수하강현상을 멈추게 되고 한정한 상황이 되는 것이다.
조종성이란 면에서도 카나드 형식은 탁월한다. 초기 동력비행 시대에 카나드 형식의 정적 불안정성과 조종성의 저하로 항공기 제작자들의 관심에서 멀어졌지만 카나드를 이용한 피치제어의 우수성과 컴퓨터 및 제어기술의 발달에 힘입어 불안정성을 줄여가며 고도의 조종성을 가지게 되었다. 이런 고도의 조종성을 요하는 것은 물론 전투기이다. 전투시의 높은 기동성은 상대를 제압하기에 충분하다. 따라서 최근에 개발되거나 개발될 예정인 전투기에서는 대부분 카나드와 삼각익을 적절히 이용하는 경향이 뚜렷하다. 카나드의 장점에다 삼각익의 장점인 많은 연료의 탑재, 넓은 날개면으로 인한 다량의 무기를 장착할 수 있는 능력 등으로 인해 이런 형식을 이용하는 것은 당연한 일이다. 또한 삼각익의 단점이라 할 수 있는 저속에서 날개면에 발생하는 공기 흐름의 박리현상을 카나드를 이용하여 줄일 수도 있게 되었다.
카나드 항공기에서 발생하는 문제점으로는 카나드에서 후류(wake)가 발생한다는 것이다. 이 후류가 주날개에 영향을 주어 양면간의 간섭이 일어난다는 점이다. 하지만 이것이 오히려 득이 될 수도 있다. X-29와 같은 전진익기에서는 카나드에서 발생하는 후류로 인해 주날개의 안쪽에서 발생할 수 있는 실속을 억제시키는 역할을 하였다 .그래서 이 카나드의 위치나 모양을 적절히 사용하면 오히려 좋은 효과를 얻을 수 있다.
또 하나의 문제점이라 한다면 항공기가 착륙할 때 착륙속도를 줄이고 보다 부드럽게 활주로에 진입하기 위해 사용하는 고양력 장치의 일정인 플랩(Flap) 설계상의 어려움이다. 카나드의 특징중의 하나인 최대양력능력 때문이다. 앞에서도 언급한 바와 같이 카나드는 주날개보다 훨씬 많은 단위 면적당 하중을 받는다. 중력중심의 뒤에 위치한 주날개의 양력이 고양력 장치를 사용하면 카나드에서 분담해야 할 양력이 더욱 증가하게 되는데, 이로 인해 중심의 뒷부분에서 보다 많은 양력이 생기게 된다. 이때 카나드가 분담해야 할 하중이 커지게 되어 기수하강을 하게 된다. 이로 인해 이 항공기는 균형을 잃게 되어서 오히려 더 부적합한 착륙특성을 가지게 된다. 하지만 이런 문제점도 카나드의 강도를 충분히 크게 하고, 받음각을 적절히 조절해 주면 충분히 극복할 수 있다. 그러므로 카나드 형식의 특징중의 하나인 STOL(짧은 이륙거리)성질을 가진다. 이때 카나드는 착륙시 받음각이 증가되어서 이 항공기는 보다 많은 양력과 항력을 동시에 얻을 수 있게 되어 Conventional 형식의 항공기보다 우수한 착륙특성을 가지게 되는 것이다.
Three Surface 형식
주날개와 수평꼬리날개, 그리고 주날개의 앞부분에 붙어 있는 또 하나의 제 3의 면을 가지는 형식을 Three-surface Aircraft라고 한다. 이 형식은 카나드 형식과 Conventional형식의 장점들을 적절히 합한 형식이다. 항공기의 전후에 위치한 두 개의 면이 모두 세로의 트림을 위해 사용된다.
이 형식은 중력중심이 가능범위 내에만 있으면 다른 형식보다 우수한 최소유도항력을 가지게 된다. 유도항력이란 추력을 방해하는 역할을 하는 힘으로 속도성분에 따라 생기는 항력이다. 최소유도항력을 얻기 위해 카나드 형식과 Conventional형식은 단지 하나의 중력중심을 가지는데 반해 이것은 보다 넓은 범위를 가진다. 또한 3개의 조종면을 갖는 항공기는 이론상으로도 Conventional이나 카나드 형식의 항공기에 비해 훨씬 적은 최소유도항력을 가지는 것으로 판명되었다. 따라서 이런 형식은 최소유도항력, 세로의 트림, 세로안정성을 위한 모든 점들을 만족시킬 수 있다는 장점이 있다.
카나드 형식은 고양력 장치 설계의 어려움이 있었다. 하지만 Three-surface 항공기에서 이것은 별로 어려울 것이 없다. 꼬리부분에 있는 엘리베이터는 카나드와 주 날개사이에 발생하는 양력불균형을 극복할 수 있게 해주었다. 이로 인해 더욱 큰 고양력 장치를 설치할 수 있게 되었고 착륙속도 또한 현저하게 줄이게 되어 고도의 착륙특성을 가지게 되었다. 하지만 현재는 3개의 면을 가짐으로 발생하는 많은 중력과 항력, 그리고 조종계통의 복잡성 등은 문제점을 남아있다. X-29 실험기나, F-15/SMTD, SU-35 등의 기종에서 이 형식을 채택하고 있다. 이 항공기들은 컴퓨터와 전자 제어 장치들을 이용해서 조종의 안정성을 주게 되어 안정하면서도 우수한 조종성을 지니게 되었다.
카나드를 이용한 CCV의 실현
CCV란 영어로 Control Configured Vehicle의 약자로 굳이 우리말로 표현하면 고기동 항공기이다. CCV는 전투기에 연속적인 지상공격과 공중전시 좌우의 적기를 효율적으로 공격할 수 있는 기능을 갖춘 혁신적인 항공기이다. 이러한 CCV는 변형된 카나드를 수평과 수직으로 항공기에 장착하여 그림과 같은 고기동의 전투에 사용된다. 그림을 보면서 CCV가 어떤 기능을 수행하는지 알아보자.
먼저 CCV는 산악지대와 같은 지상을 공격할 때 우수한 기능을 발휘한다. 경사진 지상에 여러 개의 공격목표가 있을 때 일반적인 공격기는 먼저 지상의 한 목표물을 설정하고 여기에 기수를 맞춘 후 이를 공격하고 수평을 잡은 후 다른 목표물을 다시 공격해야 한다. 이 때 공격기가 수평을 잡고 다시 목표물을 공격하는 데에는 많은 시간이 소요되는데 이 시간동안 적의 공격을 받은 수 있다. 하지만 CCV는 상하로 움직일 때 전방의 수평 카나드와 후방의 수평 조종면을 같은 방향으로 적절히 조종하면 기술을 수평으로 유지하면서 상하의 운동을 할 수 있다. 따라서 저공비행을 한 후 아래에 위치한 목표물부터 차례로 기수의 변화 없이 공격할 수 있어 한번 만에 목표물을 모두 공격할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 공중전에서도 이와 같은 특성을 이용하여 상하에 위치한 적기를 단시간에 간단히 공격할 수 있다.
공중전에서 적기가 좌우로 위치하는 경우 일반 전투기는 먼저 한쪽을 조준하여 공격하게 되는데 이 때 원래의 위치를 크게 벗어나게 되어 다음 공격목표를 공격하는데 많은 어려움이 따른다. 이 때 CCV는 아래의 그림과 같이 수직으로 위치한 카나드와 수직꼬리날개를 조절하여 전진방향을 그대로 유지한 채 기수를 좌우로 틀어서 목표물을 쉽게 공격할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 CCV는 조종면이 일반 항공기보다 두 개나 더 많이 있어 조종계통의 복잡화를 초래한다. 하지만 Fly-By-Wire와 같은 전자조종계통의 발달로 실제 운용이 그리 어려운 일은 아니다. 현재 일본의 실험기와 미국의 F-16에 이러한 CCV의 개념이 일부 적용되고 있다.
항공기를 위에서 내려다보았을 때 주날개의 형태는 각 기종마다 모두 특이하다. 날개형태 에 따라서 항공기의 성능이 크게 좌우되기 때문이다.
항공기 주날개는 그 형태에 따라 직선익, 타원형 날개, 후퇴 날개, 전진 날개, 삼각날개, 가변 날개 등으로 나뉜다.
-직선익
직선익은 저속에서의 안정성이 우수하고, 날개 끝부분에 실속이 잘 걸리지 않는 특성이 있다.
그리고 직사각형 모양이라서 주날개를 쉽고, 강하게 제작할 수 있기 때문에 속도가 빠르지 않은 중저속 항공기, 특히 경비행기에 주로 사용되는 날개이기도 하다.
-타원익
타원익 직선익과 특성이 비슷하다고 할 수 있는데, 날개에서 발생되는 양력분포에 따라 부드러운 곡선으로 날개를 설계했기 때문에 직선익보다 전체적으로 더 양력효율이 높다. 하지만 타원형이라서 구조적으로 제작이 어렵기 때문에 거의 사용되지 않는 날개이기도 하다.
제 2차 세계대전 당시 영국 본토방공전(Battle of Britan)에서의 활약으로 유명했던 스핏파이어 전투기의 주날개 형태이기도 하다.
-후퇴익
후퇴익(Swept wing)은 가장 기본적인 날개인 직선익과 비교하여 직진시에 안정성이 우수하며, 항력이 적게 발생한다는 특성이 있다.
특히 음속 돌파시에 생기는 충격파의 발생을 지연시켜주기 때문에 다른 형식의 주날개보다 더 쉽고 더 빠르게 항공기를 음속에 도달할 수 있게 해주는 장점을 갖고 있다.
이것이 가능한 이유는 다음과 같다.
후퇴익 정면에서 불어오는 기류는 후퇴각 방향으로 흐르는 기류와 그 기류에 직각인 기류로 분할하여 생각할 수 있다.
이중에서 후퇴각을 따라서 흐르는 기류는 날개 끝 방향으로 향하기 때문에 날개에서 발생하는 양력이나 항력에 직접적인 영향을 미치지는 않는다.
즉, 후퇴익에 직접적인 영향을 미치는 기류는 후퇴각의 직각인 방향의 기류 흐름이라고 볼 수 있는 것이다.
따라서 후퇴각이 클수록 후퇴각 방향의 기류흐름은 커지게되니까, 그만큼 실제 날개에 영향을 미치는 기류는 실제 항공기 속도보다 늦출 수 있는 것이다.
그래서 후퇴익은 초음속돌파에 매우 효과적인 것이다.
하지만 후퇴익 고유의 단점 또한 갖고 있다.
후퇴익 그 날개 특성상 날개 위를 흐르는 공기가 그림과 같이 바깥쪽을 흐르게(Out flow) 된다.
따라서 날개 뿌리부분부터의 와류가 날개 끝으로 가면서 계속 합쳐져 날개 끝에 이르러서는 양력이 거의 발생하지 않는 상태에 빠지게 된다.
즉 날개끝에서 실속(翼端失速 : Wing tip stall)현상이 벌어지는 것이다.
이 날개끝 실속은 날개뿌리부분의 상대적인 상승을 가져와 기수가 갑자기 들리는 현상을 유발시킨다.
그리고 더욱더 심각한 현상은 이 실속이 날개 끝에 위치한 에일러론의 작동까지도 방해한다는 것이다.
따라서 이러한 단점을 막기 위하여 과거의 후퇴익 항공기들은 날개에 경계층판을 붙이기도 했다.
-전진익
일반적으로 전진익(Forward swept wing)이란 양력을 발생시키는 주날개의 좌우 끝이 날개가 동체에 붙어있는 동체뿌리보다 앞쪽에 있는 날개를 말한다.
전진익 항공기의 장점은 후퇴익 효과와 같이 고속비행이 가능하다는 것에 있다.
그리고 후퇴익과는 반대로 전진익 자체가 불안정성을 갖고 있기 때문에 조종성의 극대화를 추구할 수 있다는 것도 하나의 장점이다. 따라서 고기동성 연구를 목적으로 NASA에서 X-29라는 유명한 전진익 실험기를 만들기도 했다.
하지만 전진익은 아직 완전히 실용화된 기술은 아니다. 단점을 완전히 극복하지 못했기 때문이다.
전진익 항공기의 경우 날개와의 연결부위, 즉 날개뿌리는 항공기의 하중이 많이 걸리는 부분이기도 하다.
그래서 항공기가 고속으로 비행하게 될 경우에는 날개에 걸리는 하중이 지속적으로 증가하게 되며, 이 하중으로 인해 날개는 계속 뒤틀림이 발생하게 된다.
이렇게 하중이 증가하는 악순환으로 인해 날개가 일그러지거나 끊어지는 현상(발산현상 : Divergence)이 전진익의 단점인 것이다.
또한 전진익은 그림과 같이 후퇴익과 반대로 날개 안쪽으로 기류가 흐르기(In flow) 때문에 날개에서 발생하는 충격파가 날개뿌리로 모이게 된다.
이는 곧 날개뿌리근처의 구조 피로도를 증가시켜 고속비행기에는 간단히 적용시키기가 어렵게 된다.
그래서 X-29기는 이러한 단점을 극복하기 위해 탄소강화섬유 복합재로 날개뿌리 구조를 강화시키고, 카나드라고 부르는 작은 귀날개를 달기도 했다.
-델타익
델타익(Delta wing)은 음속 이상의 고속비행에 사용할 목적으로 개발된 날개이다.
아음속이하를 비행하는 항공기는 작은 후퇴각으로도 충분하지만 마하 2급이상의 고속비행을 목적으로 한다면 60도 이상의 후퇴각을 갖는 날개가 적합하다.
하지만 구조상으로 60도 이상의 후퇴각을 주면 초음속에서 견딜 수 있는 날개를 제작하기가 어려워진다.
그래서 이러한 문제를 극복하기 위해서 델터익이 탄생한 것이다.
델터익은 앞전의 후퇴각이 크면서도 날개의 중심 뼈대인 날개보(Spar)가 날개의 뒷전을 동체와 직각으로 가로지를 수가 있기 때문에 날개를 매우 강하게 만들 수 있다는 것이 장점이다. 또한 음속부근에서 공기역학적 중심의 변화가 거의 없다는 것도 장접으로 꼽힌다.
하지만 이렇게 고속비행에 적합한 반면 저속에서는 기동성이 떨어지는 것이 단점이다.
그 리고 주날개의 가로세로비가 작기 때문에 저속 순항시 유도항력이 크게 발생하고, 안정성이 나빠진다는 것도 단점에 해당한다.
그리고 일반적인 고양력장치를 쓸수 없으므로 저속 착륙시에는 부족한 양력을 보완하기 위하여 매우 큰 받음각을 취한상태로 착륙해야만 한다는 것도 역시 무시할 수 없는 장점이다.
따라서 이러한 단점을 보완하고자 더블 델터익, 카나드 델터익, 오지익과 같은 다양한 날개가 파생되었다.
-가변익
위에서 살펴보았듯이 날개는 그 형태에 따라서 각각 다양한 특성을 나타내었다. 그래서 항공기의 속도에 따라서 날개의 모양을 바꾸어 각 형식의 장점을 최대한 활용한다는 개념의 날개가 바로 가변익(Swing wing/Variable Geometry wing)이다.
그래서 가변익은 저속시에는 양력특성이 우수하고 안정된 비행성능을 제공하는 직선익과 같은 형태를 갖추고, 천음속에서나 음속 돌파할 때에는 후퇴익을, 초음속일때는 삼각익과 같 은 날개형태를 유지한다.
따라서 이러한 장점만 본다면 가변익은 이상적인 날개형태라고도 할 수 있으나 실제로는 날개 연결부위의 작동장치와 강도문제로 중량이 증가되어, 결국 고정형 날개에 비해서 크게 성능이 향상된다고 볼 수는 없다.
이러한 복잡한 시스템을 사용하므로써 발생하는 유지비용과 항공기 단가를 생각한다면 가변익은 아직은 특수목적의 날개라고 할 수 있겠다
카나드(CANARD)항공기
카나드가 일반인에게 어느 정도 알려진 시기는 요 근래의 일이다. 그러면 카나드의 기원은 언제인가? 그것은 인류최초로 동력비행에 성공한 라이트형제의 플라이어호까지 거슬러 올라가게 된다. 라이트형제가 개발한 비행기가 최초의 동력비행기이자 최초의 카나드 비행기라는 것을 아는 이는 거의 없다.
카나드란 무엇인가?
항공기에 관심이 있어 항공기 사진이나 모형 등을 자주 접해본 사람들은 자그마한 날개가 항공기의 앞부분에 있는 것을 몇 번쯤은 보았을 것이다. 필자도 대학에 들어오기 전 이런 모양을 한 항공기를 몇 번 대해본 적이 있다. 하지만 아무 생각 없이 이런 항공기도 있구나 하며 그냥 넘어갔었다. 대학을 다니면서 선배님들과 서적을 통하여 이 자그만 날개의 역할과 우수한 성능을 알게 되었다. 그래서 이번 기사에서는 이 날개의 역할과 역사 등에 대해 다루어보기로 한다.
항공기 앞부분에 위치한 이러한 작은 날개를 통상 카나드(Canard)라고 한다. 이것은 카나드란 말 외에도 전익, 선미익, 귀날개 등으로 불리기도 한다. 카나드의 어원은 불어에서 오리를 까나르(Canard)라고 부른데서 유래한다. 실제로 카나드 항공기는 날씬한 기수를 가지며, 동체의 뒷부분이 크고 주 날개가 후미에 위치하기 때문에 위에서 보면 오리같이 생겼다.
일반적으로 항공기의 모양은 기체의 뒷부분에 수직이나 수평꼬리날개가 위치한다. 카나드 항공기는 카나드를 기수부분에 달아서 수평꼬리 날개를 대신하는 역할을 한다. 물론 F-15/SMTD처럼 수평꼬리날개가 있으면서 카나드가 달린 항공기도 몇몇 있기도 하지만 일반적으로 카나드 항공기는 수평꼬리날개가 없고 수직꼬리날개는 그대로 동체의 후미에 위치한다.
이렇게 카나드 형식을 한 항공기로 널리 알려진 것은 스웨덴의 다목적 전투기 JAS-37 비겐(VIGGEN)이 있다. 이 전투기가 알려지면서 카나드에 대한 관심이 고조되기 시작했다. 현재는 비겐과 같은 회사에서 만들어진 JAS-39 그리펜(GRIPEN)과 프랑스의 라팔(RAFALE), 러시아의 수호이 SU-35등에서 카나드 형식을 널리 취하고 있다.
카나드를 사용하는 이유
최근 카나드를 장착한 항공기가 많이 출현하고 있다. 이것은 항공기의 기동성의 향상과 이착륙거리의 단축 등 항공기의 공력특성을 개선하는 방법의 하나로 카나드를 많이 사용하고 있기 때문이다.
카나드는 일반적으로 주날개보다 큰 받음 각을 가진다. 그래서 보통의 비행조건일 경우 두날개 모두 양력을 가진다. 또한 고도를 높이기 위하여 카나드의 머리를 쳐드는 경우도 양력이 같이 증가하여 좋은 효과를 가진다. 이 때문에 날개의 면적, 중량, 항력 등이 일반 항공기에 비해 줄어들 수 있다는 장점이 있다.
그리고 일반 항공기에서 양력을 증가시키기 위해 주날개의 받음 각을 크게 증가시키면 수평꼬리날개가 실속 상태로 빠지는 경우가 발생하는데 이 때 이 항공기는 자동적으로 기수부분이 앞으로 숙여지는 기수하강(Nose down)현상이 일어난다. 그러나 카나드 항공기는 이러한 기수하강 현상을 방지하고 곧바로 조종 가능하게 해주는 역할을 한다. 그래서 카나드는 궁극적으로 항공기 전체의 실속을 방지한다는 역할도 하게 되었다. 반면 일반적인 항공기에서는 수평꼬리날개가 실속상태가 되면 거의 회복하기 힘든 상태가 된다. 물론 카나드 항공기도 두날개 모두 실속이 되면 회복하기 힘든 상황이 있기도 하지만 이런 현상은 거의 일어나지 않는다.
또한 카나드는 경량의 복합재를 사용하므로 구조무게를 감소할 수도 있으며 카나드의 받음각을 조절하여 피치제어를 하여 항공기의 자세제어를 용이하게 한다.
이착륙 성능을 개선하는데도 카나드의 사용은 좋은 역할을 하는데 이것은 카나드의 받음각을 증가시키면 양력과 항력이 함께 증가하여 이착륙 거리를 줄이는 데도 많이 응용되고 있다. 항공기가 착륙할 때에는 기수가 하강하여 강착 장치에 충격을 줄 수 있다. 이 때 카나드를 이용하여 기수를 들어주고 착륙 후에는 에어브레이크의 역할도 한다. 이륙시에는 카나드를 이용해 기수를 들어주어 받음각을 증가시킨다. 이리하여 충분한 양력을 얻게 되어 짧은 이착륙 거리를 가지는 항공기(STOL기:Short Take off & Landing)들은 대부분 카나드를 가진 항공기이다.
이와 같이 카나드를 가진 항공기를 카나드 항공기(Canard Aircraft)라고 하며, 카나드 없이 수평꼬리날개만을 가진 일반적인 항공기를 Conventional Aircraft라고 부른다.
라이트형제가 처음으로 카나드 형식을 실용화시킨 이후 90여년동안 사람들은 카나드처럼 Conventional형식이 아닌 형식의 유용성을 나타나리라 말하고 있다. 실제로 일반 항공 관계자들 사이에서도 Conventional형식을 고집하는 이와 카나드 형식이 널리 사용되어야 한다는 이들 사이의 논쟁은 계속되고 있다. 실질적으로 방대한 양의 적용대상과 다양한 상황으로 인해 이 논쟁에 대한 명확한 해결책은 쉽게 결정 내리기는 힘들다.
다음에서는 이같은 형식의 항공기에 대하여 설명하여 두가지 형식이 가지는 특성과 차이점을 안정성이라는 면에 대해 알아보기로 한다.
Conventional 형식
정상적인 비행을 하기 위해서는 항공기에 작용하는 모든 힘들이 평형을 유지하여야 하며 항공기를 회전시키려는 모멘트 성분들도 없어야 한다. 이러한 조건을 갖춘 상태를 항공기가 '트림' 되었다고 한다. 또한 항공기가 돌풍이나 기타 작은 충격에 의해 상태가 변한 후에도 원래의 고도, 속도, 자세 등으로 되돌아가는 경향을 정적으로 안정한 상태라 한다. 여기에서는 Conventional항공기의 안정성에 비중을 두어 설명해 본다.
Conventional 항공기에서 중력중심(Center of Gravity: CG)은 양력의 중심 앞에 위치한다. 그림에서 보다시피 중력과 주날개에서 반시계 방향으로 생기는 모멘트로 인해 기수하강현상이 일어난다. 이런 불안정한 상태에서 극복하는 방법으로 Conventional 항공기에서는 수평꼬리날개 즉, 수평 안전판을 사용하고 있다. 이 때 이 수평꼬리날개에서는 아랫방 향의 힘을 발생하게 하여 중력과 모멘트로 인한 기수하강의 힘을 상쇄시키는 것이다. 이렇게 하여 항공기는 다시 안정된 상태가 되는 것이다. 그림을 보며 주의 깊게 생각해 보면 이런 사실을 쉽게 알 수 있을 것이다. 이 때 주날개는 항공기의 최대중력을 지지해야 하며 수평고리날개에서 생기는 아래하중의 균형을 잡는 역할도 해야 한다 .이렇게 해서 항공기는 균형을 유지하게 된다.
돌풍과 같은 현상으로 인해 주날개가 실속이 되는 경우도 있다 . 이때 항공기는 어느 정도의 속도가 생길 때까지 지면방향으로 떨어지게 되지만 적당한 속도가 형성되면 날개에는 일반적인 기류가 형성되어 다시 양력을 가지게 된다 .이 때 승강타의 위치와 추력을 적절히 조절하면 다시 회복할 수 있다. Conventional 형식의 항공기는 아직까지는 가장 많이 사용하는 것을 카나드 형식이나 Three-surface 형식보다는 연구된 결과도 많고 가장 일반적인 형식이어서 앞으로도 계속 항공기의 주류를 이룰 것이다.
카나드 형식
카나드는 자체적으로 불안정하다. 이것을 정적으로 불안정하다고 하는데 요즘은 이런 정적불안정성을 역으로 이용하고 있다 .주날개보다 먼저 카나드가 실속이 되게 하고 이를 이용해 카나드만이 가질 수 있는 특유의 안정성과 조종성을 얻기도 한다. 카나드 항공기에서 중력중심(CG)은 일반적으로 주날개의 앞부분에 위치한다. 이것과 주날개에서 생기는 피칭모멘트의 영향으로 카나드는 주날개보다 많은 단위면적당 하중 분담율을 가지게 된다.
카나드는 항상 주날개보다 먼저 실속이 되어야 한다. 이렇게 카나드가 실속이 되면 양력이 없어지고 피칭모멘트만이 발생하여 기수하강을 하게 된다. 이로 인해 카나드의 받음각은 작아지게 된다. 따라서 카나드는 다시 양력을 받게 되고 이로 인해 항공기는 원자세로 되돌아 오게 된다. 그러므로 카나드는 주날개보다 먼저 실속이 되어 주날개가 실속이 되는 것을 미리 방지해주는 역할을 한다. 카나드는 선택적으로 실속이 되거나 실속되지 않을 수 있다. 이것을 이용해서 조종사는 의도적으로 기수를 들거나 내릴 수 있게 되었다.
항공기가 안정하게 비행하고 있다가 조종사가 갑자기 심한 뱅크각을 주거나 주위의 돌풍이 일어났다면 카나드는 실속상태가 된다. 이로 인해 항공기는 기수하강을 하게 되고 이로 인해 주날개는 실속이 되지 않는다. 카나드에서 다시 양력이 발생해 이 항공기는 기수하강현상을 멈추게 되고 한정한 상황이 되는 것이다.
조종성이란 면에서도 카나드 형식은 탁월한다. 초기 동력비행 시대에 카나드 형식의 정적 불안정성과 조종성의 저하로 항공기 제작자들의 관심에서 멀어졌지만 카나드를 이용한 피치제어의 우수성과 컴퓨터 및 제어기술의 발달에 힘입어 불안정성을 줄여가며 고도의 조종성을 가지게 되었다. 이런 고도의 조종성을 요하는 것은 물론 전투기이다. 전투시의 높은 기동성은 상대를 제압하기에 충분하다. 따라서 최근에 개발되거나 개발될 예정인 전투기에서는 대부분 카나드와 삼각익을 적절히 이용하는 경향이 뚜렷하다. 카나드의 장점에다 삼각익의 장점인 많은 연료의 탑재, 넓은 날개면으로 인한 다량의 무기를 장착할 수 있는 능력 등으로 인해 이런 형식을 이용하는 것은 당연한 일이다. 또한 삼각익의 단점이라 할 수 있는 저속에서 날개면에 발생하는 공기 흐름의 박리현상을 카나드를 이용하여 줄일 수도 있게 되었다.
카나드 항공기에서 발생하는 문제점으로는 카나드에서 후류(wake)가 발생한다는 것이다. 이 후류가 주날개에 영향을 주어 양면간의 간섭이 일어난다는 점이다. 하지만 이것이 오히려 득이 될 수도 있다. X-29와 같은 전진익기에서는 카나드에서 발생하는 후류로 인해 주날개의 안쪽에서 발생할 수 있는 실속을 억제시키는 역할을 하였다 .그래서 이 카나드의 위치나 모양을 적절히 사용하면 오히려 좋은 효과를 얻을 수 있다.
또 하나의 문제점이라 한다면 항공기가 착륙할 때 착륙속도를 줄이고 보다 부드럽게 활주로에 진입하기 위해 사용하는 고양력 장치의 일정인 플랩(Flap) 설계상의 어려움이다. 카나드의 특징중의 하나인 최대양력능력 때문이다. 앞에서도 언급한 바와 같이 카나드는 주날개보다 훨씬 많은 단위 면적당 하중을 받는다. 중력중심의 뒤에 위치한 주날개의 양력이 고양력 장치를 사용하면 카나드에서 분담해야 할 양력이 더욱 증가하게 되는데, 이로 인해 중심의 뒷부분에서 보다 많은 양력이 생기게 된다. 이때 카나드가 분담해야 할 하중이 커지게 되어 기수하강을 하게 된다. 이로 인해 이 항공기는 균형을 잃게 되어서 오히려 더 부적합한 착륙특성을 가지게 된다. 하지만 이런 문제점도 카나드의 강도를 충분히 크게 하고, 받음각을 적절히 조절해 주면 충분히 극복할 수 있다. 그러므로 카나드 형식의 특징중의 하나인 STOL(짧은 이륙거리)성질을 가진다. 이때 카나드는 착륙시 받음각이 증가되어서 이 항공기는 보다 많은 양력과 항력을 동시에 얻을 수 있게 되어 Conventional 형식의 항공기보다 우수한 착륙특성을 가지게 되는 것이다.
Three Surface 형식
주날개와 수평꼬리날개, 그리고 주날개의 앞부분에 붙어 있는 또 하나의 제 3의 면을 가지는 형식을 Three-surface Aircraft라고 한다. 이 형식은 카나드 형식과 Conventional형식의 장점들을 적절히 합한 형식이다. 항공기의 전후에 위치한 두 개의 면이 모두 세로의 트림을 위해 사용된다.
이 형식은 중력중심이 가능범위 내에만 있으면 다른 형식보다 우수한 최소유도항력을 가지게 된다. 유도항력이란 추력을 방해하는 역할을 하는 힘으로 속도성분에 따라 생기는 항력이다. 최소유도항력을 얻기 위해 카나드 형식과 Conventional형식은 단지 하나의 중력중심을 가지는데 반해 이것은 보다 넓은 범위를 가진다. 또한 3개의 조종면을 갖는 항공기는 이론상으로도 Conventional이나 카나드 형식의 항공기에 비해 훨씬 적은 최소유도항력을 가지는 것으로 판명되었다. 따라서 이런 형식은 최소유도항력, 세로의 트림, 세로안정성을 위한 모든 점들을 만족시킬 수 있다는 장점이 있다.
카나드 형식은 고양력 장치 설계의 어려움이 있었다. 하지만 Three-surface 항공기에서 이것은 별로 어려울 것이 없다. 꼬리부분에 있는 엘리베이터는 카나드와 주 날개사이에 발생하는 양력불균형을 극복할 수 있게 해주었다. 이로 인해 더욱 큰 고양력 장치를 설치할 수 있게 되었고 착륙속도 또한 현저하게 줄이게 되어 고도의 착륙특성을 가지게 되었다. 하지만 현재는 3개의 면을 가짐으로 발생하는 많은 중력과 항력, 그리고 조종계통의 복잡성 등은 문제점을 남아있다. X-29 실험기나, F-15/SMTD, SU-35 등의 기종에서 이 형식을 채택하고 있다. 이 항공기들은 컴퓨터와 전자 제어 장치들을 이용해서 조종의 안정성을 주게 되어 안정하면서도 우수한 조종성을 지니게 되었다.
카나드를 이용한 CCV의 실현
CCV란 영어로 Control Configured Vehicle의 약자로 굳이 우리말로 표현하면 고기동 항공기이다. CCV는 전투기에 연속적인 지상공격과 공중전시 좌우의 적기를 효율적으로 공격할 수 있는 기능을 갖춘 혁신적인 항공기이다. 이러한 CCV는 변형된 카나드를 수평과 수직으로 항공기에 장착하여 그림과 같은 고기동의 전투에 사용된다. 그림을 보면서 CCV가 어떤 기능을 수행하는지 알아보자.
먼저 CCV는 산악지대와 같은 지상을 공격할 때 우수한 기능을 발휘한다. 경사진 지상에 여러 개의 공격목표가 있을 때 일반적인 공격기는 먼저 지상의 한 목표물을 설정하고 여기에 기수를 맞춘 후 이를 공격하고 수평을 잡은 후 다른 목표물을 다시 공격해야 한다. 이 때 공격기가 수평을 잡고 다시 목표물을 공격하는 데에는 많은 시간이 소요되는데 이 시간동안 적의 공격을 받은 수 있다. 하지만 CCV는 상하로 움직일 때 전방의 수평 카나드와 후방의 수평 조종면을 같은 방향으로 적절히 조종하면 기술을 수평으로 유지하면서 상하의 운동을 할 수 있다. 따라서 저공비행을 한 후 아래에 위치한 목표물부터 차례로 기수의 변화 없이 공격할 수 있어 한번 만에 목표물을 모두 공격할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 공중전에서도 이와 같은 특성을 이용하여 상하에 위치한 적기를 단시간에 간단히 공격할 수 있다.
공중전에서 적기가 좌우로 위치하는 경우 일반 전투기는 먼저 한쪽을 조준하여 공격하게 되는데 이 때 원래의 위치를 크게 벗어나게 되어 다음 공격목표를 공격하는데 많은 어려움이 따른다. 이 때 CCV는 아래의 그림과 같이 수직으로 위치한 카나드와 수직꼬리날개를 조절하여 전진방향을 그대로 유지한 채 기수를 좌우로 틀어서 목표물을 쉽게 공격할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 CCV는 조종면이 일반 항공기보다 두 개나 더 많이 있어 조종계통의 복잡화를 초래한다. 하지만 Fly-By-Wire와 같은 전자조종계통의 발달로 실제 운용이 그리 어려운 일은 아니다. 현재 일본의 실험기와 미국의 F-16에 이러한 CCV의 개념이 일부 적용되고 있다.