1. 개요
항공기가 공중이라는 3차원 공간에서 기동중 방향전환을 하기위해 회전하는 3가지 축. 오일러 각 문서에서 자세한 내용을 볼 수 있다.이 3개의 축이다.
2. 상세
좀더 쉬운 개념 설명. 이 이미지에서 '뱅크'가 '롤'을 의미한다. 위의 그림은 F4U 콜세어.
- 뱅크 또는 롤(Roll)은 선회를 위해 기동하는 선방식(롤을 어느 정도 한 후 피치를 주면 선회).
- 피치(Pitch)는 고도를 변경하기 위해 기동하는 방식
- 요우(Yaw)는 각종 선회 시 진행방향과 항공기의 기수가 일치하지 않는 현상을 수정하거나 할때 사용. 주익이 요 방향으로는 항력을 발생시키지 않기에 반응 속도는 빠르지만, 그만큼 불안정하다. 기수를 정밀하게 조작할 필요가 있을 시에도 사용한다. 예를 들자면 미사일이나 선회전 시에 기관포를 발사하기 위해 기수 방향을 일시적으로 트는 경우 등이 있겠다.
피치를 하기 위해서는 항공기의 스틱(즉 조종간)을 앞이나 뒤쪽(조종사의 몸 방향)으로 밀거나 당긴다(당기면 상승). 이때 수평미익의 끝단에 붙어있는 승강타라는 조종 날개가 움직인다. 이렇게 하면 기수 방향을 위/아래로 바꿀 수 있다.
롤을 하기 위해서는 스틱을 좌 또는 우측으로 꺾는다. 이때 주익 양 끝단에 붙어있는 에일러론이라는 가변 날개 한 쌍이 각각 상승, 하강한다(서로 반대로 움직인다). 이때 항공기가 기울어진 각도를 뱅크각이라고 하며 롤을 하는 행위를 '뱅크각을 줬다'라고도 한다.
요우를 하기 위해서는 러더[1]를 좌, 우측으로 찬다. 이때 수직미익의 끝단에 붙어있는 러더가 좌 또는 우측으로 움직인다.
전투기는 이 3가지의 항공기 조작법을 다양하게 조합하여 도그파이트를 한다. 또, 당연한 거지만 항공분야의 연장선상에 있는 우주항공분야에서도 이 개념을 사용한다.
이 세 가지 축이 항공기의 움직임에 핵심이 되나, 항공기의 움직임은 자동차가 도로에서 코너를 돌듯이 바로 진행 경로가 변하는 것이 아니다. 도리어 자동차와 비교하자면 도로에 비해 마찰력이 0에 가깝기 때문에 드리프트 주행에 가깝다. 예를 들어, 요우를 하면 수직 미익의 러더가 움직인 동시에 항공기의 진행 방향이 바뀌는 게 아니라, 진행 방향과 기수의 방향 간에 차이가 발생한다.(이를 Slip Angle 이라 부른다.) 물론 결과적으로 항공기의 진행 방향은 달라지게 되는데 기수의 방향이 달라지므로 엔진의 분사 방향이 변화하게 되기 때문이다.
극히 드문 경우를 제외하고는 대부분의 경우 항공기의 반응속도는 롤>피치>요우 순이다. 이는 유체역학과 관성 모멘트 때문인데, 롤의 경우 가장 무거운 동체가 크게 움직이지 않아서 관성 모멘트가 가장 작은 데다가 롤 이전과 이후에 항력 차이가 없기 때문에 저항이 가장 적고, 피치의 경우에는 주익이 움직이지 않아 관성모멘트는 그럭저럭 작지만 동체, 주익과 수평미익에 받음각이 생기기 때문에 피치를 주는 순간 항력이 증가하여 피치를 상쇄시키기 때문에 약간 더 반응이 느리다. 요우는 주익과 동체를 모두 움직여야 하기 때문에 가장 관성모멘트가 큰 데다가 요를 주면 동체와 수직미익에 받음각이 생겨서 항력이 요를 상쇄하기에 기동하기 가장 어렵다. 이 때문에 항공기의 선회는 자동차와는 달리 방향타를 써서 기수의 방향을 돌리는 것(요우)이 아니라 먼저 롤을 한 뒤 피치를 해서 선회하는 방식을 사용한다. 물론 중력과 공력이 작용하는 한 롤과 요는 같이 작용하는 특성이 있기 때문에 의식하지 않더라도 선회과정에서 요를 사용하게 된다.
오일러 각은 그래픽스[2] 및 로보틱스에서도 쓰인다.
3. 기타
3축 제어를 고안하고 항공기에 사용한 것은 라이트 형제다. 그 이전에도 3축의 각각 부분을 연구하거나 알아낸 인물들은 있었지만, 3축을 하나로 묶고 실제로 사용한 것은 라이트 형제가 최초.카메라 촬영에도 이런 X, Y, Z 3축 회전이 있다. X축 회전은 항공기와 마찬가지로 롤링(rolling), Y축 회전은 틸팅(tilting), Z축 회전은 패닝(panning)[3]이라고 한다. 카메라 자체가 전후로 움직이면 돌링(Dollying)이라고 한다. 줌은 카메라가 이동하지도 회전하지도 않고 확대/축소만 되는 것으로 다르다.
가구나 모니터 등에서는 X, Y, Z 3축 회전을 피벗(Pivot), 틸트(Tilt), 스위블(Swivel) 등의 용어로 표현한다.
[1] 조종석 아래 발판. 양발로 조종하며 한쪽을 앞으로 밀면 반대쪽은 뒤로 빠진다. 비행 시뮬레이션 게임에서 조이스틱만 사용하는 경우에는 조이스틱 자체를 비트는 걸로 대신하기도 한다.[2] 다만 그래픽스에서는 짐벌 락이라는 한계 때문에 복소수의 확장형인 사원수를 쓰기도 한다.[3] 파노라마 촬영을 생각하면 쉽다.