[Where] 어디서 토사 붕괴는 징후 없이 터지나
여객기 창문은 왜 하나같이 둥글까요? 디자인 취향이 아닙니다. 1954년, 두 대의 여객기가 하늘에서 부서진 뒤 바뀐 생존의 모양입니다.
응력 집중은 힘이 한 지점에 몰려 쌓이는 현상입니다. 판에 구멍을 뚫으면 힘이 구멍을 피해 돌아갑니다.
이때 가장자리에 힘이 몰립니다. 매끈한 원형 구멍에서도 가장자리 응력은 평소의 약 3배가 됩니다.
그런데 날카로운 모서리는 이 값이 훨씬 커집니다. 물길이 좁은 틈을 만나 거세지는 것과 비슷합니다.
곡선은 힘을 흘려보내고, 모서리는 힘을 가둔다.
그래서 엔지니어들은 구멍을 낼 때 모서리를 둥글게 깎습니다. 창문도 예외가 아닙니다.
드하빌랜드 코멧은 1952년 5월 2일 세계 최초로 승객을 태우고 제트 상업 운항을 시작했습니다.
높은 고도를 날기 위해 객실에 공기를 넣어 압력을 유지했습니다. 이것을 여압이라고 합니다.
동체는 비행할 때마다 풍선처럼 부풀었다가 줄었습니다. 창문은 거의 네모에 가까운 모양이었습니다.
이 반복이 금속에 조금씩 상처를 남겼습니다. 이렇게 반복된 하중에 금속이 지쳐 부서지는 현상을 금속 피로라고 부릅니다.
| 날짜 | 사건 |
|---|---|
| 1954.1.10 | 엘바섬 앞바다 공중 분해 |
| 1954.4.8 | 나폴리 앞바다 공중 분해 |
| 1954.4.12 | 감항 증명 취소 |
| 1958.10.4 | 코멧 4 대서양 정기 운항 |
엘바섬 사고로 35명, 나폴리 사고로 21명이 숨졌습니다. 첫 사고 직후 여러 부분을 고쳐 운항을 재개했지만, 두 번째 사고를 막지 못했습니다.
영국 왕립항공연구소는 실제 기체를 거대한 수조에 넣었습니다. 물로 압력을 걸었다 뺐다 하며 비행을 흉내 냈습니다.
공기 대신 물을 쓴 이유는 안전입니다. 물은 압축이 거의 안 돼서, 터져도 폭발하듯 찢어지지 않습니다.
누적 약 3,060회 만에 동체가 찢어졌습니다. 균열은 비상 탈출구 창의 모서리에서 시작됐습니다.
바다에서 건진 엘바 기체에서는 동체 위쪽 ADF 안테나 창 주변에 피로 흔적이 남아 있었습니다.
측정된 모서리 응력은 재료 강도의 약 70%에 달했습니다. 한 번 견디는 데는 충분하지만 매일 반복하면 버틸 수 없는 수준입니다.
평판 응력: 1
원형 구멍 가장자리: 약 3균열이 리벳·볼트 구멍의 작은 제작 결함에서 출발했다는 분석도 있습니다. 모서리와 구멍이 함께 작용한 셈입니다.
제조사는 시제품 동체로 1만 6천 회를 견뎌 냈습니다. 그런데 이 동체는 이전에 정상의 2배 압력 시험을 거친 상태였습니다.
과부하를 받은 모서리 금속이 오히려 단단해져 피로 수명이 길게 측정됐습니다. 실제 생산 기체는 약 1,000회 수준이었습니다.
| 구분 | 코멧 1 | 오늘의 여객기 |
|---|---|---|
| 창 모양 | 네모에 가까움 | 둥근 타원 |
| 설계 철학 | 안전 수명 | 손상 허용 |
| 시험 동체 | 재사용 | 전용 동체 |
이후 규정은 피로 시험에 새 동체를 쓰도록 바뀌었습니다. 창문은 둥글어졌고, 균열이 번지지 않게 막는 설계가 표준이 됐습니다.
오늘날 창은 보통 3겹입니다. 가운데 판의 작은 구멍은 압력을 바깥 판으로 넘겨 주는 숨구멍입니다.
이 글은 일반 상식 해설입니다. 실제 항공기와 구조물의 안전 판단은 전문가의 진단을 따라야 합니다.
출처: 미국 연방항공청(FAA) 사고 교훈 자료, 함부르크 응용과학대 코멧 강연 자료.