음속돌파는 눈에 보인다? 항공기 주변의 응축.

항공기 주변에서는 공기의 유동에 따라 압축 혹은 팽창이 벌어지고 이에 따라 공기중의 습기 가 응축(condensation)되며 습기의 양등에 따라 항공기 주변에 구름같은 모양으로 나타나게 됩니다. 그리고 이게 눈에 별나게 보일 수도 있으며 꼭 음속 돌파를 하지 않아도 보일 수 있습니다. 일단 항공기 주변에서 벌어지는 응축을 원인에 따라 크게 3가지로 구분해볼 수 있습니다. 1. 양력에 의한 응축. 2. 와류에 의한 응축. 3. Prandtl-Glauert singularity에 의한 응축. 양력에 의한 것은 날개 윗면과 아랫면의 공기 흐름의 속도차에 의해 발생합니다. 날개 윗면과 아랫면의 공기흐름 속도차는 아시다시피 양력으로 비행기를 띄워올리게 되죠. 그런데 이 때, 이 각기 다른 속도의 공기흐름 사이에서는 압력차가 나게되고 압력이 내려가 는 곳이 생기죠. 압력이 내려가면 온도도 내려가며 이 때문에 공기중에 수분이 충분하다면 그 압력이 내려가 는 부분에서 응축현상이 벌어지게 됩니다. 바로 주익 뒷단 전면이 가장 잘 발생하는 곳이죠. 만약 날씨가 약간 후덥지근하고 짜증스럽기 짝이 없을 정도로 습기가 많은 날, 비행장에 가 셨다면 이륙중인 항공기의 주익부근에서 이런 응축 현상을 보실 수 있을 겁니다. 와류에 의한 응축은 아마 가장 쉽게 눈에 띄는 현상일겁니다. 이건 습기많은 날, 항공기의 날개쪽을 보시면 바로 볼 수 있을 겁니다. 날개끝에서 하얀 얇은 구름의 띠가 뻗어나오는게 보일테니 말입니다. 이건 날개끝단등에서 발생한 와류의 중심쪽이 낮은 압력을 일으키며 벌어지는 응축입니다. 압력이 떨어지며 온도가 낮아지고 수증기 응축이 벌어진 결과가 그거죠. Prandtl-Glauert의 경우는 흔히 천음속대나 음속돌파에서 벌어집니다. 아마 몇몇 사이트에서는 이 현상이 벌어진걸 찍은 사진에다가 초음속 돌파의 충격파가 보이 는거다 라고 설명할 겁니다. 일단 이건 항상 초음속 돌파때만 생기는건 아닙니다. 그리고 보다 자세한건 다음 사이트를 한번 참조해보시는 것도 나쁠건 없을 겁니다. <a href="http://www.fluidmech.net/tutorials/sonic/prandtl-glauert-clouds.htm" target=nlink>http://www.fluidmech.net/tutorials/sonic/prandtl-glauert-clouds.htm</a> 비단 초음속 돌파때만 아니라 비행기가 천음속대에 있을 때도 비행기의 일부에서는 국부적인 충격파가 상대적으로 더 크게 발생하는 곳이 있습니다. 가령 툭 튀어나온 캐노피 뒷부분과 같은 곳이 여기에 속하죠. 이렇게 국부적인 충격파가 발생하고 이게 어느정도 진행하다 팽창하는데 이 때, 압력이 변하는 곳이 생기고 조건만 잘맞으면 응축은 벌어지는 겁니다. 충격파의 팽창형태에 따라 응축의 모양의 달라지고 때에 따라 항공기 주변에 도넛이나 깔대 기처럼 생긴 구름이 나타났다 사라지기도 하죠. 한편 음속돌파시에도 역시 충격파는 발생합니다. 이 역시도 발생한 충격파는 팽창하고 마찬가지로 조건만 좋다면 응축은 벌어집니다. 눈에 보이는거죠.