(2) Learning Methods

Learning Methods

 

자세 계기 비행을 학습하기 위해 사용되는 두 가지 기본적인 방법은 “control and performance”와 “primary and supporting”이다. 두 방법에서 자세 제어를 위해 사용되는 계기와 반응은 모두 동일하다. 두 방법은 자세계에 대한 의존도와 그 외 계기들의 해석 방식에서 차이를 보인다.

 

Attitude Instrument Flying Using the Control and Performance Method

 

항공기 성능은 항공기의 자세와 출력을 제어함으로써 달성된다. 항공기의 자세는 지구 수평선에 대한 항공기의 pitch 축과 roll 축의 관계이다. 자연 수평선을 참조하지 않고도 안정된 비행을 유지하기 위해 조종사는 자세와 출력을 제어해서 계기 비행을 수행할 수 있다. 이러한 전반적인 과정이 자세 계기 비행의 control and performance method라 알려져 있다. 이 과정은 control, performance, 그리고 navigation instruments을 통해 basic instrument flight maneuvers에 적용되며 그 결과로 이륙부터 착륙까지 비행이 부드러워진다.

 

Control Instruments

 

control instrument는 즉각적으로 자세와 출력을 나타낸다. 정교한 조작을 허용하기 위해 각 계기에는 눈금이 표시된다. 이 설명에서 “power(출력)”라는 용어는 기술적으로 더 정확한 표현인 “추력, 혹은 항력 관계(thrust or drag relationship)”을 대신하여 사용된다. control은 attitude indicator와 power indicator를 통해 결정된다. power indicator는 항공기마다 다르며 여기에는 manifold pressure, tachometer, fuel flow, 등등이 있다. [그림 6-1]

Performance Instruments

 

performance instrument는 항공기의 실제 성능을 나타낸다. performance는 altimeter, airspeed indicator, 혹은 VSI(vertical speed indicator)를 통해 결정된다. [그림 6-2]

Navigation Instruments

 

navigation instrument는 특정 항법 시설이나 fix에 대한 항공기의 위치를 나타낸다. 이 계기들에는 다양한 유형의 course indicator, range indicator, glideslope indicator, 그리고 bearing pointer가 포함된다. [그림 6-3] 기술적으로 진보된 계기를 갖춘 새로운 항공기는 혼합 정보를 통해 보다 정확한 위치 정보를 제공한다.

Procedure Steps in Using Control and Performance

 

1. 원하는 성능으로 이어질 수 있는 attitude와 power를 control instrument에 설정한다. 이미 알고 있거나 미리 계산된 자세 변화와 대략적인 출력 설정은 조종사의 업무량을 줄여주는데 도움이 된다.

 

2. 조종간 압력이 상쇄되기 전까지 trim을 수행한다. 원활하고 정밀한 항공기 조작을 위해서는 trim이 필수적이다. 이는 항공기가 특정 자세로부터 거의 벗어나지 않게 해주므로 조종사는 기타 조종실 업무에도 주의를 기울일 수 있다.

 

3. 자세나 출력 설정을 통해 원하는 성능이 나타나는지를 확인하기 위해 performance instruments를 cross-check 한다. cross-check은 보는 것과 해석하는 것을 모두 필요로 한다. 만약 편차가 확인되었다면 원하는 성능을 달성하는데 필요한 조정의 양과 방향을 결정한다.

 

4. control instruments를 통해 자세 및/혹은 출력을 조정한다.

 

Aircraft Control During Instrument Flight

 

Attitude Control

 

자세계를 올바르게 사용하는 것, 자세를 변화시켜야 할 시기를 아는 것, 그리고 정확한 양으로 자세를 부드럽게 변화시키는 것을 통해 항공기 자세가 올바르게 제어될 수 있다. 자세계는 pitch나 bank 자세의 변화를 즉각적으로 • 직접적으로 표시한다.

 

Pitch control

 

수평선에 대해 miniature aircraft나 fuselage dot의 “pitch attitude”를 정확한 양만큼 변경하면 pitch가 변화한다. 이러한 변화는 자세계의 유형에 따라 도(°)나 bar width로 측정된다. 원하는 성능으로부터 벗어난 정도가 수정의 양을 결정한다.

 

Bank Control

 

bank scale에 대해 “bank attitude”나 bank pointer를 정확한 양만큼 변경하면 bank가 변화한다. bank scale은 보통 0, 10, 30, 60, 그리고 90도로 눈금이 매겨지며 이는 자세계의 위나 아래에 위치한다. 사용되는 bank angle은 보통 선회할 양과 유사하지만 30도는 초과하지는 않는다.

 

Power Control

 

자세 변화에 맞춰 특정 속도를 유지하기 위해서는 올바른 출력 제어가 필요하다. 출력 변화는 throttle과 power indicator 를 통해 이루어진다. power indicator는 난기류, 부적절한 trim, 혹은 부주의한 조종간 압력의 영향을 받지 않는다. 따라서 power 설정이 일정하게 유지되고 있는지 주의 깊게 확인할 필요는 없다.

 

항공기에 대한 경험을 통해 주어진 양의 출력 변경을 위해선 throttle을 얼마나 움직여야 하는지를 배운다. 출력 변화를 위해 먼저 throttle을 움직인다. 그 다음에는 정확한 출력 설정을 위해 indicator를 cross-check 한다. 출력 설정 도중 indicator에 fix 되지 않는 것이 중요하다. 다양한 비행 외장에 대한 대략적인 출력 설정을 알고 있으면 출력의 overcontrol을 방지하는데 도움이 된다.

 

Attitude Instrument Flying Using the Primary and Supporting Method

 

자세 계기 비행을 가르치는 또 다른 기본 방법은 control • performance와 관련된 계기들을 분류하는 것이다. 모든 기동들은 가로(pitch), 세로(bank/roll), 그리고 수직(yaw) 축에 대한 움직임을 어느 정도 수반한다. 본 교재에서는 자세 제어가 pitch control, bank control, power control, 그리고 trim control의 측면에서 강조된다. control • performance와 관련된 계기들은 pitch control, bank control, power control, 그리고 trim으로 분류된다.

 

Pitch Control

 

pitch control이란 elevator를 통해 항공기 가로축을 중심으로 발생하는 회전을 조종하는 것이다. 적절한 계기를 통해 pitch attitude를 해석한 후 수평선을 기준으로 원하는 pitch attitude가 만들어지도록 조종간 압력을 가한다. 이러한 계기에는 attitude indicator, altimeter, VSI, 그리고 airspeed indicator가 포함된다. [그림 6-4] 자세계는 항공기의 pitch attitude를 직접적으로 표시하며 그 외의 pitch attitude control instruments는 항공기의 pitch attitude를 간접적으로 나타낸다.

 

Attitude Indicator

 

pitch attitude 조작은 항공기 세로축과 실제 수평선간의 각도 관계를 제어한다. 자세계는 항공기의 pitch attitude를 직접적으로 • 즉각적으로 표시한다. horizon bar와 관련하여 miniature aircraft를 특정 pitch attitude로 위치시키기 위해 항공기 조종간이 사용된다. [그림 6-5]

이륙 전에 miniature aircraft는 수평선과 관련하여 올바른 위치에 있어야 한다. 이 위치는 항공기의 매뉴얼에 명시되어 있다. 올바른 순항 속도로 수평 자세에 도달하였다면 miniature aircraft가 horizon bar와 정렬되도록 조정한다. 이는 하중이 변화하였거나 조정을 필요로 하는 그 외 상황일 때 수행될 수 있다. 순항 속도 이외의 속도에서 miniature aircraft의 위치를 조정해서는 안 된다. 이는 자세계가 모든 기동 도중 실제 pitch를 나타내도록 만들기 위함이다.

 

pitch attitude를 수정하기 위해 attitude indicator를 사용할 때에는 조종간 압력이 매우 가벼워야 한다. 자세계의 miniature aircraft 위/아래로 horizon bar가 이동할 때 bar width의 절반이 초과되어선 안 된다. [그림 6-6] 더 많은 변화가 필요하다면 bar width의 절반 미만을 추가로 이동시킨다. 이렇게 하면 정상 비행으로부터 발생한 편차가 보통 상쇄될 수 있다.

Altimeter

 

항공기가 수평 비행을 유지하고 있다면 고도계의 지시침은 일정한 고도를 유지한다. 만약 고도계가 고도 감소를 나타내고 있다면 하강을 멈추기 위해 pitch attitude를 위로 조정해야 한다. 만약 고도계가 고도 증가를 나타내고 있다면 상승을 멈추기 위해 pitch attitude를 아래로 조정해야 한다. [그림 6-7] 또한 고도계는 지시침이 움직이는 속도를 통해서도 상승/하강 pitch attitude를 나타낼 수 있다. 고도가 증가/감소하는 속도를 조정하기 위해 pitch attitude를 약간 조정할 수 있다. pitch attitude는 외부 힘(예를 들어 난기류나 up/down draft)에 의해 발생한 조그마한 고도 변화를 보정하는 데만 사용된다.

Vertical Speed Indicator(VSI)

 

일정한 고도를 비행할 때 VSI(이는 vertical velocity indicator나 rate-of-climb indicator라고도 불림)는 0을 유지한다. 만약 지시침이 0 위로 움직였다면 상승을 멈추고 수평 비행으로 돌아가기 위해 pitch attitude를 아래로 조정해야 한다. VSI의 지시 변화를 신속하게 조정하면 고도가 크게 바뀌는 것을 방지할 수 있다. [그림 6-8] 난기류는 지시침이 0 근처에서 오락가락 하게 만든다. 이러한 상황에서는 변동 값의 평균치를 올바른 계기 값으로 간주해야 한다. 고도계는 VSI만큼 민감하지 않으므로 난기류 상황에서는 고도계를 참조하는 것이 도움이 된다.

vertical speed는 fpm으로 표시된다. [그림 6-8] 계기의 전면은 숫자들로 눈금이 매겨진다(예를 들어 1, 2, 3, 등등). 이는 분 당 천 피트의 상승/하강을 나타낸다. 예를 들어 지시침이 0.5에 정렬되어 있다면 항공기는 분 당 500ft를 상승한다. 계기는 두 영역으로 나뉜다: 상승(up)과 하강(down).

 

난기류 조건에서는 VSI가 크게 변동하는 것이 일반적이다. 상황을 더 악화시키지 않기 위해 미세한 수정을 적용해야 한다.

 

과도한 수정은 원하는 고도로부터 항공기가 overshoot하게 만든다. 허나 수정이 너무 작아서 원하는 고도로 되돌아가는 시간이 불필요하게 길어져서도 안 된다. 참고로 고도 변화량의 약 2배에 해당하는 VSI 변화율이 생성되어야 한다. 예를 들어 원하는 고도로부터 항공기가 100ft 떨어져 있다면 200 fpm으로 수정해야 한다.

 

상승/하강 도중 원하는 rate로 고도를 변화시키기 위해 VSI가 사용된다. 원하는 상승률/하강률을 유지하기 위해 pitch attitude와 power가 조정되어야 한다.

 

조종간에 압력을 가하였는데 원하는 fpm보다 200이 초과되는 VSI가 지시되었다면 이는 과조작을 의미한다. 예를 들어 고도 회복을 위해 500fpm을 사용하려 시도하였는데 700fpm 이상이 지시되었다면 과조작이 적용된 것이다. 지시침의 초기 움직임은 수직 움직임의 경향을 나타낸다. 수정 이후 VSI가 올바른 값을 지시하기까지 걸리는 시간을 lag라 부른다. lag는 pitch가 변화되는 속도와 그 양에 비례한다. 조종간 압력을 완화해서 pitch attitude를 neutralize하면 과조작을 줄일 수 있다.

 

일부 항공기는 IVSI(instantaneous vertical speed indicator)를 장비한다. “IVSI”라는 문자가 계기의 전면에 표시된다. 이 계기에서의 lag가 거의 없거나 아예 없어서 상승률/하강률을 즉시 표시하므로 계기 해석에 도움을 준다.

 

VSI의 calibration이 틀어져서 수평 비행 도중 점진적인 상승이나 하강이 지시되는 경우가 간혹 있다. 만약 재조정이 이루어질 수 없다면 pitch control을 위해 VSI를 사용할 때 이러한 오차를 고려해야 한다. 예를 들어 부적절하게 설정된 VSI는 수평 비행 도중 100 fpm의 하강을 나타낼 수 있다. 만약 이 값으로부터 벗어났다면 pitch attitude가 변화한 것이다.

 

Airspeed Indicator

 

airspeed indicator는 pitch attitude를 간접적으로 제공한다. 일정한 출력과 일정한 고도를 유지하면 항공기는 일정한 속도로 수평 비행을 유지한다. 만약 속도가 상승하였다면 pitch attitude가 낮아진 것이니 pitch attitude를 높여야 한다. [그림 6-9] 만약 속도가 감소하였다면 pitch attitude가 높아진 것이니 pitch attitude를 낮춰야 한다. [그림 6-10] 속도의 변화율이 빠르다는 것은 pitch의 변화가 크다는 것이다. 반면 속도의 변화율이 느리다는 것은 pitch의 변화가 작다는 것이다. 속도계는 pitch 계기로 사용될 뿐만 아니라 수평 비행 도중 출력 제어를 위해 사용될 수도 있다. pitch의 변화는 속도의 즉각적인 변화를 통해 지시된다. 속도계에는 lag가 거의 없다.

Pitch Attitude Instrument Cross-Check

 

고도계는 수평 비행 도중 pitch attitude를 나타내는 중요한 계기이다(단, 뇌우와 같이 수직 기류가 강한 조건에서는 제외). 올바른 출력이 사용된다면 pitch attitude 계기들 중 무엇으로도 수평 비행 자세를 유지할 수 있다. 허나 고도계만이 정확한 고도 정보를 제공한다. pitch attitude 계기들 중 하나가 pitch attitude를 조정해야 할 필요성을 나타냈다면 자세계를 통해 이를 수정해야 한다. pitch attitude 제어와 관련된 일반적 오류는 다음과 같다:

 

∙ 과조작.

∙ 부적절한 출력 사용.

∙ pitch attitude 계기들을 충분히 cross-check 하지 않으며 pitch attitude의 변화가 필요할 때 수정 조치를 취하지 않음.

 

Bank Control

 

bank control이란 날개와 수평선 사이의 각도를 제어하는 것이다. 적절한 계기를 통해 bank attitude를 해석한 후 aileron 압력을 가해서 항공기가 세로축을 중심으로 roll 하게 만든다. 이러한 계기들에는 다음이 포함된다 [그림 6-11]:

 

∙ Attitude indicator

∙ Heading indicator

∙ Magnetic compass

∙ Turn coordinator/turn-and-slip indicator

Attitude Indicator

 

자세계는 실제 비행 자세를 즉각적으로 • 직접적으로 보여주는 유일한 계기로 가장 기본적인 자세 기준이다.

 

Heading Indicator

 

heading indicator는 적절한 bank 정보와 heading 정보를 제공하며 bank를 위한 primary instrument로 간주된다.

 

Magnetic Compass

 

magnetic compass는 heading 정보를 제공하며 heading indicator와 함께 사용될 때 bank instrument로 간주된다. magnetic compass는 난기류, 상승, 하강, 출력 변화, 그리고 속도 조절로 인한 가속/감속의 영향을 받으므로 계기를 사용할 때 주의해야 한다. 또한 magnetic compass가 지시하는 값은 선회 방향에 따라 lead/lag를 나타낼 것이다. 따라서 이러한 값은 선회 정보를 표시하는 다른 계기들(attitude and heading indicators, 그리고 turn-and-slip indicator와 turn coordinator)과 함께 고려되어야 한다.

 

Turn Coordinator/Turn-and-slip Indicator

 

이 계기들은 모두 선회 정보를 제공한다. [그림 6-12] turn coordinator는 bank rate와 turn rate를 제공한다. 반면 turn-and-slip indicator는 turn rate만 제공한다.

Power Control

 

속도 조정을 위한 출력 변화는 모든 항공기 축 주위에서, 혹은 일부 항공기 축 주위에서 움직임을 일으킬 수 있다. 움직임의 양과 방향은 출력의 변화량이나 출력을 변화시키는 속도에 따라 달라진다. 수평 비행 도중 출력 변화가 pitch attitude와 airspeed에 미치는 영향이 그림 6-13과 6-14에 나타나 있다. 출력을 조정한 후 출력 조정이 원하는대로 이루어졌는지 확인하기 위해 power instruments를 cross-check 한다. 다른 계기에서 출력 조정의 필요성을 나타내던 나타내지 않던 power instruments를 cross-check 해서 출력 조정이 이루어져야 한다. 항공기는 다양한 엔진에 의해 구동되며 각 엔진은 출력의 양을 나타내는 특정 계기를 가지고 있다. 계기 비행 도중 출력을 조정할 때 이러한 계기를 사용해야 한다.

power indicator instruments는 다음을 포함한다 [그림 6-15]:

 

∙ Airspeed indicator

∙ Engine instruments

Airspeed Indicator

 

속도계는 항공기의 출력을 나타내며 이는 항공기가 balance와 trim을 잡은 상태에서 수평 비행 중일 때 가장 잘 확인된다. 만약 수평 비행 도중 속도가 증가하였다면 출력이 증가하였다고 추정될 수 있으며 이에 따라 power나 trim을 다시 조정해야 한다.

 

Engine Instruments

 

engine instruments(예를 들어 manifold pressure indicator)는 주어진 설정에 대한 항공기 성능을 표시한다. 출력 설정이 변경되면 각 engine instruments에 그 변화가 반영되며 항공기 성능이 영향을 받는다(대기속도가 증가하거나 감소함). 고정 피치 프로펠러의 경우에는 프로펠러 회전 속도(tachometer의 RPM)가 증가하거나 감소할 때에도 항공기 성능이 영향을 받는다(대기속도가 증가하거나 감소함).

 

Trim Control

 

올바른 trim 기법은 부드럽고 정교한 계기 비행을 위해 필수적이며 이는 그림 6-16에 표시된 계기들을 활용한다. 기동 도중 항공기가 올바르게 trim 되어야 한다. 비행 기술의 수준은 조종사가 trim 기법을 얼마나 제대로 배우느냐에 따라 크게 달라진다.

Airplane Trim

 

모든 조종간 압력이 완화된 상태에서 원하는 자세가 유지되면 비행기는 올바르게 trim 된 것이다. 모든 조종간 압력을 완화하게 되면 항공기를 특정 자세로 유지하는 것이 훨씬 쉬워진다. 이는 항법 계기와 기타 조종실 업무들에 더 많은 시간을 할애할 수 있게 해준다.

 

항공기는 다음과 같은 방법으로 trim 된다:

 

∙ 원하는 자세를 설정하기 위해 조종간 압력을 가한다. 그런 다음 조종간 압력을 놓았을 때 항공기가 그 자세를 유지하도록 trim을 조정한다.

 

∙ ball이 중앙으로부터 이동한 방향으로 rudder trim을 움직인다. 그런 다음 날개 수평 자세가 유지되도록 aileron trim을 조정한다.

 

∙ 균형 잡힌 출력이나 추력을 사용하면 삼타일치 비행을 유지하는데 도움이 된다. 자세, 출력, 혹은 외장이 변경되면 trim을 조정해야 할 수 있다. 항공기 자세를 바꾸기 위해 trim만 사용하면 항공기 제어가 불규칙해진다. 조종간 압력과 이후의 trim 조정이 조합되어야 부드럽고 정확한 자세 변경이 이루어진다. trim control은 항공기 조작을 원활하게 만드는데 도움이 된다.

 

Example of Primary and Support Instruments

 

일정한 속도로 직진수평비행을 한다는 것은 zero bank(일정한 heading) 상태에서 정확한 고도가 유지됨을 의미한다. 이러한 비행 상태를 유지하는데 사용되는 primary pitch, bank, 그리고 power 계기는 다음과 같다:

 

∙ Altimeter – altimeter는 가장 적절한 고도 정보를 제공하며 이는 pitch를 위한 primary 계기이다.

 

∙ Heading Indicator – heading indicator는 가장 적절한 bank 정보나 heading 정보를 제공하며 이는 bank를 위한 primary 계기이다.

 

∙ Airspeed Indicator – airspeed indicator는 출력 생산량 측면에서 수평 비행과 관련된 가장 적절한 정보를 제공하며 이는 power를 위한 primary 계기이다.

 

자세계가 기본적인 자세 기준이긴 하지만 primary and supporting instruments 개념이 pitch-and-bank attitudes를 설정 및 유지하는데 있어 특정 계기의 가치를 떨어뜨리지는 않는다. 자세계는 실제 비행 자세를 즉각적이고 직접적으로 표시하는 유일한 계기이다. 가능하다면 pitch-and-bank attitude를 설정 및 유지하는데 자세계가 사용되어야 한다. basic instrument maneuvers 도중 primary and supporting instruments를 사용하는 방법에 대해서는 Chapter 7, Airplane Basic Flight Maneuvers에 자세히 설명되어 있다.