카나드(Canard)는 항공기의 주 날개 앞쪽에 위치한 수평판을 말한다. 책자에 따라서 전방날개(Fore-plane)이라고 부르기도 하며, 혹은 수평꼬리날개가 앞쪽에 있다 하여 선미익이라고 부르거나 귀처럼 기수 부분에 달려 있다고 귀날개라고 하기도 한다.
- [화보] 전방날개 ‘카나드’ 사용한 비행기 보기
- [화보] X-48B ‘날개동체혼합형’ 차세대 비행기의 모습
- [화보] 최강 전투기 F-15K ‘역대최고’ 비행사진
- [화보] 검독수리의 비상! 날쌘 T-50의 비행모습
- [화보] 대잠초계기 P-3의 새로운 탄생 현장
- [화보] 전투기 날개 속엔 뭐가 들었을까?
- [화보] 韓美 군용항공기 조종석 어떤 모습?

 현재 카나드는 전투기나 혹은 일부 경항공기에서 볼 수 있지만 아직까지 일반적으로 널리 쓰인다고 볼 수는 없다. 하지만 꼬리 없는 항공기가 그렇듯, 카나드는 최근에야 등장하기 시작한 것은 아니다.

 세계최초의 카나드를 사용한 비행기는 바로 세계최초의 비행기이기도 한 라이트 형제의 플라이어 1호다. 이들이 카나드를 사용한 이유는 두 가지다. 첫 번째는 조종면이 실제로 움직이는 모습을 눈으로 확인할 수 있다. 두 번째는 혹시 추락하더라도 앞부분의 구조물이 먼저 땅에 닿으므로, 최소한 조종사가 땅에 직접 부딪히는 일만은 막을 수 있게 해준다. 라이트 형제보다 앞서, 글라이더 비행을 통해 항공역학에 대해 많은 발전을 이룩한 오토 릴리엔탈의 글라이더는 앞부분이 아무런 구조물이 없는 형태였다. 그는 사망 직전에 비행 도중 돌풍에 의해 추락했는데 맨 땅에 먼저 부딪혔기 때문에 목이 부러지는 중상을 입고 다음날 사망하고 만다. 라이트 형제는 이 오토 릴리엔탈의 사고를 교훈삼아 앞쪽에 구조물을 더 설치한 것이다.

 하지만 라이트 형제는 자신들의 항공기의 조종면을 카나드라 부르지는 않았으며, 방향타(Rudder)라고 불렀었다. 현재는 이 말이 수직꼬리날개에 달린 조종면을 부르는 것이었지만 당시 라이트형제의 플라이어1호에는 수직꼬리날개는 있었지만 수직꼬리날개의 조종면은 아예 존재 하지 않았다. 수직꼬리날개의 방향타를 방향타라고 부르게 된 것은 더 이후의 일이다.

 카나드라는 명칭을 사용하게 된 계기는 상토스 뒤몽 (Alberto Santos Dumont)의 항공기 덕이다. 본래 프랑스 태생인 뒤몽 역시 라이트 형제 처럼 항공기에 관심이 많았다. 그가 개발한 항공기 14-bis 역시 라이트 형제의 것 처럼 앞쪽에 작은 날개가 달리고 뒤쪽에 큰 뒷날개가 달리는 형태였는데, 전체적인 형상이 오리를 닮았다. 카나드는 프랑스어로 바로 오리를 뜻하는 말이었으며, 현재의 이 명칭은 그의 14-bis 항공기에서 유래된 것이다. (카나드는 영어식 발음이며, 프랑스어로는 카나르라고 읽는다.) 이 비행기는 라이트 형제의 플라이어 1호 보다 늦게 비행에 성공했지만, 카나드라는 명칭을 사용하게 된 계기를 마련한 셈이다.

 그런데 1910쯤 되면 하늘을 날아다니는 비행기는 대부분 카나드는 사라지고 꼬리날개를 사용하는 형태로 바뀌게 된다. 여기에는 몇 가지 이유가 있다. 첫 번째로는 라이트 형제의 플라이어 1호가 매우 불안정한 비행기였기 때문이다. 사실 이것은 카나드 자체의 문제라기보다는 당시 아직 항공기의 안정성에 대한 연구가 미흡하던 시기였기 때문에 그들의 설계에 몇 가지 문제점이 있었다.

 플라이어 1호는 최초로 비행에 성공하긴 했었지만 조종사가 손을 놓으면 쉽게 경로를 벗어나 버리며, 직선 비행을 위해서도 조종사는 끊임 없이 조종간을 움직여야 했다. 요즘이라면 앞서 봤었던 비행제어 컴퓨터의 도움으로 원하는 만큼 안정되게 비행할 수 있지만, 초기의 라이트 형제는 사람의 힘만으로 이 문제를 해결 했었다. 그러기 위해 두 형제는 플라이어 1호의 동력 비행에 앞서 비슷한 형태의 글라이더로 항공기에 관한 연구뿐만 아니라 상당히 많은 비행연습을 했었다. (이들의 플라이어 1호는 공력중심 위치가 무게중심 보다 시위길이의 20%가량 뒤쪽에 있었다. 이전에 설명했던 F-16은 약 15%다. 즉 플라이어 1호는 F-16보다도 더 불안정 했던 것이다.)

 라이트 형제는 자신들의 비행기의 불안정성이 카나드 때문이라고 생각했었으며, 이후 카나드와 함께 수평꼬리날개를 단 형태의 비행기를 만들었다가 나중에는 카나드를 없애고 수평꼬리날개만을 사용했다. 상토스 뒤몽 역시 14-bis 이후 15-bis는 수평꼬리날개를 가진 비행기로 만들었다. (다만 15-bis는 비행에 성공하지는 못했으며 다시 몇 번의 실패 끝에 비행가능한 항공기를 설계할 수 있었다.)

 또한 당시 사용하던 엔진도 카나드를 함께 사용하는데 어려움이 있었다. 비행기가 착륙을 하려면 받음각을 높이기 위해 기수를 위로 들어야 하는데, 만약 이 자세에서 프로펠러가 뒤쪽에 있으면 땅에 닿기 쉽다. (실제로 14-bis도 이 때문에 착륙 중 프로펠러가 망가졌다.) 그렇기 때문에 프로펠러를 앞쪽에 다는 것이 유리한데 이를 위해서는 엔진 역시 앞쪽으로 이동할 필요가 있다. 또한 1910년대 당시 엔진들이 공랭식이 많았던 것도 엔진이 앞쪽에 배치되게 되는 한 가지 이유다.

  바람으로 식히는 방식이므로 바람을 많이 받는 전방에 엔진이 위치하는 편이 냉각 효율이 좋았다. 이 당시의 항공기는 엔진이 전체 항공기 무게에서 상당히 많은 중량을 차지했기 때문에, 이것이 앞쪽에 오게 되면 무게중심 역시 상당히 앞으로 이동한다. 이런 상황에서 날개가 뒤쪽에 있으면 지나치게 크게 기수를 숙이려고 하는 성질이 생기므로 날개 역시 앞쪽으로 올 필요가 있으며, 결과적으로 피치 방향 안정성 및 조종을 담당하던 카나드는 뒤쪽으로 가서 수평꼬리날개가 될 수  밖에 없었다.

 물론 카나드를 사용하는 항공기가 완전히 역사 속에서 사라졌던 것은 아니다. 점차 고속 비행을 추구하다 보니, 전방 기수부분을 좀 더 날렵하고 뾰족하게 만들 필요가 있었다. 그러기 위해서는  부피가 큰 엔진을 뒤쪽으로 배치하는 편이 유리했다. 또한 프로펠러에서 발생하는 후류가 날개나 수평꼬리날개 등에 미치는 영향도 줄일 수 있었다.

 물론 앞서 말한 프로펠러가 땅에 닿는 문제가 생기긴 하지만, 이것은 착륙장치를 좀 더 길게 만드는 것으로 해결이 가능했다. 엔진이 뒤쪽으로 배치되면 자연스레 주날개도 뒤로 배치되며, 수평꼬리날개는 앞쪽으로 와서 카나드 형태가 되었다. (아예 이전시간에 봤던 XP-56 블랙블렛처럼 아예 수평꼬리날개를 없앤 항공기도 있었지만.)

 대표적인 카나드 항공기로 미국에서는 1941년 처음 만든 XP-55가 있었으며, 영국은 M.35와 M.39 시리즈가, 일본은 J7W 신덴이 있었다. 그러나 이들 항공기들은 기대 이하의 성능을 보여주거나, 너무 뒤늦게 나와서 전쟁이 끝남에 따라 개발이 취소되는 등의 이유로 실험기만 제작되었다.

 카나드를 사용하면 얻을 수 있는 이점으로 정적으로 안정된 항공기를 만들어도, 아랫방향으로 누르는 힘은 만들지 않아도 된다는 점이다. 앞서 안정성 부분에서 보았듯이 정적으로 안정된 항공기는 무게중심 보다 공력중심이 뒤쪽에 있으므로 가만히 있으면 기수가 숙여진다. 그리고 날개보다 훨씬 뒤쪽에 있는 수평꼬리날개가 아래로 눌러줘서 기수가 처지는 것을 막아 줬었다. 하지만 카나드는 무게중심보다 앞쪽에 있으므로 도리어 위로 들어올리는 힘을 만들어야 기수가 처지지 않는다. 즉 아래로 누르는 힘이 없으므로 전체 양력 발생면에서는 효율이 좋다.

 그러나 엔진의 배치라던지, 그에 따른 주날개의 무게중심과의 위치라던지 이런 점을 감안하면 이런 장점에도 불구하고 카나드는 비주류로 머물 수 밖에 없었다. 카나드가 좀 더 많이 쓰이게 되는 것은 초음속 항공기 시대로 넘어오면서 부터였다.

출처: http://www2.airforce.mil.kr:7777/webzine/special/view_article.jsp?bid=2002&aid=1689&page=1

기사제공= 주간 공군웹진 공감/ 필자 이승진

▼관련기사/화보
- [화보] 전방날개 ‘카나드’ 사용한 비행기 보기
- [화보] X-48B ‘날개동체혼합형’ 차세대 비행기의 모습
- [화보] 최강 전투기 F-15K ‘역대최고’ 비행사진
- [화보] 검독수리의 비상! 날쌘 T-50의 비행모습
- [화보] 대잠초계기 P-3의 새로운 탄생 현장
- [화보] 전투기 날개 속엔 뭐가 들었을까?
- [화보] 韓美 군용항공기 조종석 어떤 모습?

크리에이티브 커먼즈 라이선스

이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리-변경금지 2.0 대한민국 라이선스에 따라 이용하실 수 있습니다.