1. 개요
지면효과(Ground Effect)란 고정익 및 회전익 항공기의 날개에서 양력이 증가하고 유도항력이 감소하는 효과를 가리킨다.대부분 고정익 항공기가 지면과 가깝게 비행하는 경우에 발생한다. 지면효과는 착륙 시에 조종사에게 항공기가 지면과 멀어지려는 듯한 느낌을 주고, 이륙 과정에서는 일시적으로 실속[1]속도를 낮출 수도 있다.
회전익 항공기 (헬리콥터) 의 경우도 고정익 항공기와 마찬가지로 고정익 항공기의 날개라고 할 수 있는 블레이드에서 양력 이 증가하고 유도항력 이 감소한다.
조종사는 항공기가 지면효과를 통해 안전한 상승 속도에 다다를 때 까지 활주로 바로 위 낮은 고도에서 비행할 수 있다.
2. 지면효과의 원칙
고정익 항공기가 땅으로부터 날개폭보다 낮은 고도로 비행할 때[2] 발생하기 시작하며, 지면과 가까워질수록 강해진다.지면이 날개끝와류[3]를 막기 때문에 발생한다. 날개가 땅과 매우 가깝게 비행할 경우, 날개끝와류가 땅의 방해에 의해 제대로 형성될 수 없다. 그래서 유도항력이 감소하고, 항공기의 속도가 증가하며 떠오른다.
지면효과가 나타나는 동안, 날개는 같은 양의 양력을 얻기 위해 더 작은 받음각을 필요로 한다. 만약 받음각과 속도가 변함이 없다면, 앙력 계수의 증가가 뒤따른다. 이는 플로팅효과를 초래하는 것이다. 지면효과는 또한 속도와 추력의 관계도 변화시키는데, 유도 항력이 낮아지면 같은 속도를 유지하기 위해 요구되는 추력도 낮아진다. 낮은 날개를 가진 항공기들은 높은 날개를 가진 항공기들보다 지면효과로부터 더 많은 영향을 받는다. 올려씻음과 세류의 변화, 그리고 날개 끝의 소용돌이로 인해 지면효과가 발생하면 대기속도 시스템에 오류가 발생할 수 있다. 또 다른 지면효과에 대한 중요한 것은 지면의 구조가 지면효과의 강도에 직접적인 영향을 미친다는 것이다. 다시말해, 콘크리트 또는 다른 부드러우면서도 딱딱한 표면은 물이나 무너진 땅 보다 더 큰 효과를 가져올 것이라는 얘기다.
헬리콥터의 경우 지면효과가 작용하는 고도 이내에서는 블레이드의 받음각(AOA)를 감소시키는 유도흐름(Induced Flow,Downwash)이 감소하기 때문에 받음각이 증가하여 양력이 증가되는 효과를 가진다. 유도흐름은 로터가 회전하면서 발생하게 되는 아랫방향의 하강류로서 유도흐름과 회전성 상대풍(Rotational relative wind) 이 합성된 상대풍을 Resultant relative wind 라 하며 이 상대풍이 블레이드의 시위선과 이루는 각을 헬리콥터에서는 받음각이라고 한다. 즉, 헬리콥터가 지면효과의 영향을 받으면 받음각(AOA)을 감소시키는 유도흐름을 감소시키고 동일 양력을 발생시키기 위해 필요한 블레이드 피치가(AOI) 감소함에 따라 결과적으로 유도항력이 감소하게 되는 것이다. 사실 고정익 항공기와 같은 설명이지만 명칭만 다를 뿐이다.
3. 지면효과 항공기
지면효과를 이용하여 비행할 수 있는 항공기가 있기는 하다. 이런 항공기는 어느 정도까지는 지면효과로 날수 있지만, 일반 비행기처럼 장거리 활공능력은 없다. 비행할 수 있다손처도 매우 짧은 거리에서만 가능하다. 때문에 보통 비행기가 아닌 배로 허가받는다. 이런 교통수단은 삼각익을 사용하거나 탠덤 날개를 이용한다.[1] 항공기가 충분한 양력을 받지 못해 속도를 잃고 추락하는 것을 말한다.[2] 헬리콥터(회전익)의 경우 회전자의 지름 길이보다 낮은 고도로 비행할 때[3] 영어로는 Wing tip vortex. 날개가 양력을 발생시키기 시작할 때 날개 위는 아래에 비해 상대적으로 낮은 기압을 가지게 된다. 이때 날개 끝단에서 높은 기압을 가진 날개 아래쪽 공기가 낮은 기압을 가진 날개 위쪽으로 이동하기 때문에 발생하며, 항공기 진행방향의 반대쪽 하방으로 소용돌이 흐름이 발생한다.