사각 타이어?

영국 Heathrow Airport 에서 지난 9일에 일어난 British Airways A380 의 Tire Flat 사진입니다. 특이하게도 4각형의 모양이 되었지요. 그 이유에 대해서 많은 이야기들이 나오고 있고, 현지 전문가들도 갑론을박이 있지만 정확한 원인에 대해서는 밝혀지지 않고 있습니다. 타이어의 상태나 손상된 시점과 방식에 따라 원인은 다양하겠지만, 관련 기사를 검색해본 결과 홍콩에서 이륙하는 과정에서 FOD 를 입은 것으로 판단됩니다.

이 현상에 대해서 아직까지도 확실한 답이 없어 제 나름대로의 생각을 글로 써보기로 했습니다.

저도 처음 보는 현상이지만 생각을 해보면 아주 가능성이 없는 상황은 아니라고 보여집니다. 일반적으로 항공기의 타이어가 손상되는 모습은 자동차와 다르게 과도한 마모손상이나 열 또는 압력에 의한 손상이 대부분이기 때문에 눈에 확실하게 보이는 경우가 많습니다. 아래 사진에서 보여지는 모습의 손상이 일반적이라고 보시면 되겠습니다.

하지만, 이번 경우의 모습은 자동차 타이어의 일반적인 손상 형태인 FOD 에 의한 이유가 아닐까 추측해 봅니다. 아래의 사진은 제 차의 타이어 손상상태를 촬영한 모습입니다만, 대부분의 자동차 타이어 손상은 이런 형태가 많습니다. 이물질이 Tread 에 박혀있는 상태로 서서히 압력이 감소되면서 타이어의 손상이 진행되는 경우가 많은데, 승용차의 경우는 35 psig 정도로 그리 높은 압력이 아니기 때문에 못이 박힌다고 해도 풍선처럼 터지는 현상이 벌어지지는 않습니다.  항공기의 경우는 일반도로처럼 이물질이 많은 곳을 주행하는 것이 아니고, 활주로나 주기장과 같이 비교적 이물질이 없게 관리되는 지역에서 운행하기 때문에 타이어에 아래와 같은 손상을 초래하는 경우가 흔하지는 않습니다.

자동차 타이어 손상의 예와 같은 원인으로 항공기 타이어에 손상이 가해진다면, 이어지는 현상은 자동차와 많이 다르게 나타나게 됩니다. 일단, 이 부분을 이해하기 위해서 기압에 대한 기본적인 지식이 필요한데, 우리가 느끼고 있지는 못하지만 지구에 존재하는 공기층의 무게로 인한 지표면의 대기압은 대략 14 psi 에 해당합니다.  해수면 고도에서 14.7 psi 로 규정되고 고도에 따라 측정위치 위쪽의 공기의 무게가 달라지기 때문에 그에 따른 압력도 달라지게 된다는 사실을 물리시간에 배우셨는데, 아마도 기억은 하지 못하실 것 같군요.  쉽게 설명해서, 바다 속으로 깊이 들어갈수록 수압이 높아지는 원리와 같다고 보시면 되겠습니다.

여기서 14 psi 라는 압력은 14 Pound per Square Inch 라는 의미로 1 제곱인치 넓이에 14 파운드의 무게로 누르는 힘이라는 뜻입니다. 따라서 우리의 몸에 작용하는 압력을 무게로 환산해서 표현해 보면, 우리의 피부에 500원 동전 넓이마다 2리터 생수병 3개의 무게에 해당하는 무게로 누르는 힘과 같은 압력이 작용하고 있다고 보시면 됩니다. 꽤나 큰 압력인데, 그럼에도 불구하고 우리의 인체가 압력을 느끼지 못하는 이유는 인체 내부의 압력도 이와 동등하게 유지되고 있기 때문입니다. 높은 산에 오르거나 비행기를 탔을 때 귀가 멍해지는 이유가 바로 인체 내외부의 압력차로 인한 현상이라고 보시면 되겠고, 이 압력차로 인해 산에서 밥이 설익는 현상이나 고산병을 설명할 수 있게 되는 것입니다.

일반적으로 정상인 항공기 타이어의 압력은 대형항공기 기준으로 200 psig 내외를 유지합니다. 어마어마한 무게를 견뎌야 하는 이유로 압력도높지만, 이런 압력을 견디기 위해 아주 견고하게 만들어지기도 하지요.  위의 사고에서는 홍콩에서 이륙하는 과정에 FOD 를 입게되고, 작은 이물질이 타이어에 박혀 압력이 조금씩 줄어가는 과정이 비행중에 발생하게 되었다고 예측이 됩니다. 하지만 비행기의 특성상 고고도를 비행하게 되고, 일반적인 순항고도인 40,000 feet 상공의 대기압은 지상의 14% 수준에 불과하기 때문에, 장시간 비행하는 과정에서 손상된 타이어의 내부압력은 외기압과 같은 2 psi 정도가 됩니다.

정상적인 타이어의 압력을 그림으로 표현해 보았습니다. 대기압보다 큰 압력으로 모양을 유지하고 있어야 합니다.

위의 표준 대기표에서 알 수 있듯이 A380 의 순항고도가 40,000 feet 를 넘기 때문에, 평균 2 psi 의 대기압에 타이어는 노출되게 되어 비행중에 같은 압력으로 타이어 내부의 압력이 만들어지게 될 것입니다. 이 상태에서 착륙을 위해 고도를 낮추게 되면 다시 대기압은 높아지게 되고 타이어는 내부의 압력보다 외부의 압력이 커지는 현상이 벌어져 고무재질인 타이어는 압축되는 힘을 받게 되는 것입니다. 손상의 정도가 컸다면 쉽게 대기압을 받아들여 내부의 압력이 같아질 수 있었겠지만, 작은 손상으로 외부압력이 타이어의 내부로 유입될 수 없는 상황에 처하게 되었다면 타이어는 외부에서 안쪽 방향으로 균일한 압력을 전달받아 사방으로 수축되는 현상이 일어나게 됩니다.  그 결과가 4각형의 타이어의 형태로 나타나게 된 것이 아닌가 저는 추측합니다.

대기압의 힘이 어느정도 강한지 실감이 되지 않는 분들은 아래의 영상을 보시면 이해가 되실 것 같네요. 우리가 느끼지 못하는 공기의 압력은 생각보다 큰 힘을 가지고 있습니다. ^^*

 

   

 

 

 

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