비행기 창문은 왜 네모가 아닐까? 둥근 모서리에 남은 1954년의 교훈

비행기에서 창가 자리에 앉으면 바깥 풍경부터 보게 된다. 그런데 잠깐, 집 창문은 네모인데 왜 여객기 창문은 모서리가 둥글까? 실내를 예쁘게 보이게 하려는 디자인일까?

이 질문을 따라가면 1954년 1월 10일 지중해로 이어진다. 로마에서 런던으로 향하던 코멧 여객기가 추락했다. 얼마 뒤 또 다른 코멧 사고가 발생했고, 조사는 객실을 둘러싼 금속 구조가 반복되는 하중을 어떻게 견디는지에 집중하게 된다. 창문 이야기는 여기서 단순한 디자인 상식을 넘어선다.

각진 객실 창문을 볼 수 있는 에어프랑스 코멧 1A(F-BGNX). 본문에 등장하는 사고 기체가 아닌 동형 계열 항공기의 자료 사진이다. 사진: P G Ryle / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0. 축소·재압축.

1. 당시 코멧은 실패작으로 출발하지 않았다

영국 공군박물관에 따르면 코멧의 첫 비행은 1949년 7월 27일이었다. 제트 엔진과 압력을 유지하는 객실을 갖춘 이 항공기는 당시 승객들에게 새로운 속도와 편안함을 약속했다. 오늘날 당연하게 여기는 제트 여객기 여행의 초창기였다.

그래서 이 사건은 기술이 부족한 사람들이 대충 만든 비행기의 이야기로 읽으면 핵심을 놓친다. 새로운 운항 조건에서는 무엇을 검증해야 하는지까지 새로 배워야 했다. 더 높이, 더 빠르게 나는 기술과 그 생활을 수없이 반복할 수 있는 구조는 서로 연결되어 있지만 같은 질문은 아니다.

2. 비행기는 압력 차를 버티는 큰 용기다

고도를 높이면 바깥 공기의 압력이 낮아진다. 승객이 지내는 객실은 그보다 높은 압력을 유지해야 하므로, 동체에는 안에서 바깥으로 밀어내는 하중이 걸린다. 비행과 착륙을 거듭하면서 이 하중도 반복된다.

여기서 창문은 동체에 만든 개구부다. FAA의 설명에 따르면, 코멧의 각진 창과 창틀 주변에서는 모서리에 응력이 집중됐다. 응력이란 재료 내부가 받는 힘의 정도라고 생각하면 된다. 곡선으로 이어진 가장자리는 급격한 모서리보다 그 집중을 줄이는 데 유리하다. 다만 창문 모양만으로 구조 전체의 안전성이 결정되지는 않는다.

3. 한 번 버티는 것과 오래 버티는 것은 다르다

금속 피로는 이름 때문에 금속이 사람처럼 지친다는 인상을 준다. 공군박물관은 이를 반복 하중에 따라 균열이 자라는 현상으로 설명한다. 한 번 가했을 때 재료를 바로 부수지 않는 수준의 힘도 계속 반복되면 문제가 될 수 있다.

철사를 한 번 조금 구부렸을 때는 멀쩡하지만 같은 자리를 여러 번 꺾으면 결국 끊어지는 모습을 떠올릴 수 있다. 물론 실제 동체의 하중과 균열은 이 비유보다 복잡하다. 비유가 보여 주는 핵심은 하나다. 오늘 견뎠다는 사실만으로 같은 일을 오래 반복해도 괜찮다고 결론 내릴 수는 없다.

4. 원인을 찾으려고 동체를 물탱크에 넣었다

조사팀은 실제 크기의 동체를 물탱크에 넣고 압력을 반복해서 가했다. FAA 자료에 따르면 물은 공기보다 훨씬 덜 압축되기 때문에, 파손이 일어났을 때 시험을 더 안전하게 진행할 수 있었다. 목적은 단 한 번 세게 누르는 대신 여러 차례의 비행을 재현하는 것이었다.

공군박물관은 시험 기체 G-ALYU가 실제 비행과 모의 시험을 합쳐 약 3,000회의 주기를 거친 뒤 앞쪽 왼편 비상탈출구 근처 리벳 구멍에서 균열로 파손됐다고 설명한다. 한편 바다에서 건진 사고 기체의 잔해도 재구성됐다. 추측만으로 범인을 정한 것이 아니라, 시험과 실제 잔해를 맞춰 간 것이다.

5. 그런데 “승객 창문에서 시작됐다”는 요약은 조심해야 한다

인터넷에서는 이 사건을 흔히 네모난 객실 창문 때문에 비행기가 부서졌다고 설명한다. 응력 집중이라는 교훈은 담고 있지만, 사고 조사에서 확인한 구체적인 위치까지 정확히 전하는 문장은 아니다.

FAA가 정리한 엘바섬 사고 기체 G-ALYP의 최초 파손 부위는 동체 위쪽 자동방향탐지기(ADF) 창 주변이었다. 승객이 경치를 보는 옆면 객실 창문과는 다르다. 물탱크 시험에서 파손된 탈출구 주변과도 구분해야 한다. 비슷해 보이는 두 증거를 하나로 섞으면 이야기의 결론은 그럴듯해도 사실관계는 틀어진다.

6. 둥글게 바꾸면 모든 문제가 끝날까?

그렇지도 않다. 케임브리지대의 자료에는 둥근 창을 갖춘 코멧 2 동체의 피로 시험 사진이 소개되어 있다. 이 경우에도 반복 가압 시험에서 리벳 구멍을 시작점으로 균열이 발생했다. 곡선은 중요한 설계 요소지만 균열 가능성을 지워 버리는 마법은 아니다.

같은 자료가 강조하는 변화는 시험 철학이다. 부품만 따로 보는 데서 나아가 항공기 전체를 시험하는 방향으로 시야가 넓어졌다. 부품 하나하나가 기준을 만족하더라도, 조립된 구조에서 하중이 어떻게 전달되고 어디에 균열이 자라는지까지 확인해야 한다는 의미다.

7. 다음번 창가 좌석에서는 다르게 보일지도

이 이야기를 알고 나면 둥근 모서리가 조금 다르게 보인다. 풍경을 담는 액자이면서, 재료의 성질과 반복 사용을 고려한 설계의 흔적이기도 하다. 눈에 잘 띄지 않는 작은 곡선에도 오랜 조사와 실험에서 얻은 지식이 들어간다.

더 오래 남는 질문은 이것이다. 우리는 무언가를 시험할 때 한 번의 성공을 확인하고 있는가, 실제 사용 조건의 반복을 확인하고 있는가? 비행기에서 시작한 질문이지만 다른 기계나 제품을 볼 때도 생각해 볼 만하다.

여러분은 창가파인가요, 통로파인가요? 평소 당연하게 지나쳤는데 이유가 궁금한 비행기 구조도 댓글로 남겨 주세요.

참고 자료 · 사진 출처

• FAA — De Havilland DH-106 Comet 1: 응력 집중, 수조 시험, 사고 기체의 ADF 창 부위.
• RAF Museum — Comet Failure: 시험 기체의 파손과 잔해 조사.
• RAF Museum — de Havilland Comet 1XB: 개발 및 사고의 역사.
• University of Cambridge — Fatigue cracked fuselage of Comet 2 jet aircraft: 둥근 창을 가진 동체의 피로 시험.
• 사진: P G Ryle / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0. 축소·재압축한 이미지에도 동일 라이선스 적용.