(10) Wake Turbulence

Wake Turbulence

 

모든 항공기는 비행 도중 항적 난기류(wake turbulence)를 생성한다. 이는 wingtips로부터 길게 나부끼는 한 쌍의 counter-rotating vortices에 의해 발생한다. 대형 항공기에서 발생한 와류를 마주치게 되면 문제가 발생한다. 이는 항공기의 roll-control authority가 초과되는 rolling moment를 부과할 수 있기 때문이다. 또한 와류 내에서 발생한 난기류를 근거리에서 마주치게 되면 항공기 구성 부품과 장비가 손상될 수 있다. 이러한 이유로 조종사는 와류의 위치를 예상한 다음 이에 따라 비행경로를 조정해야 한다.

 

Vortex Generation

 

양력은 날개 표면의 압력 차이로 인해 발생한다. 낮은 압력이 날개 상단에 발생하고 높은 압력이 날개 하단에 발생한다. 이러한 압력 차이는 날개 뒷부분의 공기 흐름을 감아올리며 이로 인해 wingtips 아래로 길게 나부끼는 소용돌이 모양의 공기가 만들어진다. 항적 난기류는 두 개의 counter rotating vortices로 이루어진다. 대부분의 에너지는 각 와류의 중심으로부터 몇 피트 이내에 있다. [그림 14-45]

Vortex Strength

 

Terminal area

 

항적 난기류는 항공기 무게의 함수로만 여겨져 왔다. 허나 최근 연구는 추가적인 변수들(예를 들어 날개의 특성, 항적 난기류가 소멸하는 속도, 그리고 항적 난기류에 대한 항공기의 저항)을 고려하고 있다. 와류의 특성은 flaps나 그 외 날개 장치의 사용 여부, 그리고 속도 변화에 의해 달라진다. 허나 기본적인 요인은 무게와 속도이다. 따라서 와류의 강도는 항공기 무게가 증가하거나 속도가 감소할 때 증가한다. 가장 높은 와류 강도는 항공기가 무겁고, 느리고, clean할 때 발생한다. “dirty” 외장일 때에는 난류가 발생해서 항적 난기류의 소멸을 촉진한다.

 

En Route

 

“Super”(A380) 항공기와 “Heavy”(B-747, B-777, A340, 등등) 항공기가 많아지면서 en route에서 발생한 항적 난기류 사건들이 영향을 받았다. 와류를 만들어낸 항공기로부터 30NM 및 2000ft 떨어진 지점에서 항적 난기류가 발생했었다. 공기의 밀도도 항적 난기류의 강도에 영향을 미친다. 비록 높은 고도에서는 높은 속도로 순항하지만 공기 밀도가 감소하므로 terminal에서와 비슷한 강도의 항적 난기류가 발생할 수 있다. 또한 순항 속도가 높아질수록 항적 난기류가 소멸하는데 걸리는 시간이 줄어든다.

 

Vortex Behavior

 

와류는 독특한 특징을 가지고 있으며 이는 항적 난기류의 위치를 파악하고 회피 조치를 취하는데 도움을 제공한다.

 

와류는 항공기가 지면을 떠나는 순간부터 착륙하기 전까지 발생한다. 왜냐하면 와류는 날개 양력의 부산물이기 때문이다. [그림 14-46] 와류를 항공기의 정면에서 바라보았을 때 이는 바깥으로 향하고, 위로 향하며, wingtips를 중심으로 회전한다. 대형 항공기를 이용한 테스트 결과 와류는 지상으로부터 날개폭보다 높은 고도에서 날개폭보다 약간 짧은 간격으로 남아 있으며  바람에 의해 편류한다. 또한 테스트 결과 와류는 분 당 수백 피트의 속도로 가라앉으며 와류 발생 항공기로부터의 시간 및 거리에 따라 하강률과 강도가 감소한다.

대형 항공기의 와류가 지면 근처(100 ~ 200ft 이내)로 가라앉으면 이들은 2 ~ 3노트의 속도로 수평 이동하는 경향을 보인다. 측풍은 upwind vortex의 수평 이동을 감소시키고 downwind vortex의 수평 이동을 증가시킨다. light quartering tailwind는 최악의 상황을 만들어낸다. 왜냐하면 와류가 final approach에서 touchdown zone까지 존재할 수 있기 때문이다.

(출처: FAR AIM)

Vortex Avoidance Procedures

 

다음 절차들은 특정 상황에서 조종사가 와류를 피할 수 있도록 돕기 위한 것이다.

 

∙ 동일한 활주로에서 대형 항공기 다음에 착륙하는 경우 – 대형 항공기의 비행경로 이상을 유지하고 대형 항공기의 착륙 지점 너머에서 착륙한다.

(출처: Advisory Circular 90-23G)

∙ 2,500ft보다 가까운 평행 활주로에서 대형 항공기 다음에 착륙하는 경우 – 편류의 가능성을 고려한다. 대형 항공기의 비행경로 이상을 유지하고 대형 항공기의 착륙 지점을 확인한다.

∙ 교차 활주로에서 대형 항공기 다음에 착륙하는 경우 – 대형 항공기의 비행경로 이상을 통과한다.

∙ 동일한 활주로에서 대형 항공기가 이륙한 다음에 착륙하는 경우 – 대형 항공기의 rotating point 이전에 착륙한다.

∙ 교차 활주로에서 대형 항공기가 이륙한 다음에 착륙하는 경우 – 대형 항공기의 rotation point를 확인한다. 만약 대형 항공기가 교차로 너머에서 이륙하였다면 교차로 이전에 착륙한다. 만약 대형 항공기가 교차로 이전에 이륙하였다면 해당 항공기의 비행경로 아래를 피한다. 교차로에 도달하기 전에 착륙이 보장되지 않는다면 접근을 포기한다.

∙ 동일한 활주로에서 대형 항공기가 이륙한 다음에 이륙하는 경우 – 대형 항공기의 rotation point 이전에 이륙한다. 항적 난기류가 없는 곳으로 선회하기 전까지는 대형 항공기의 비행경로 위로 상승한다.

 

∙ 동일한 활주로에서 intersection takeoff를 수행하는 경우 – 대형 항공기의 rotation point 이전에 이륙한다. 또한 근처의 대형 항공기 운항을(특히 활주로 풍상쪽 운항을) 주의해야 한다. intersection takeoff clearance를 받았다면 대형 항공기의 경로 아래를 교차하는 heading을 피한다.

 

∙ 대형 항공기가 low approach, missed approach, 혹은 touch-and-go landing을 수행한 후에 이륙이나 착륙을 수행하는 경우에는 최소 2분을 기다리는 것이 좋다.

 

∙ en route에서는 대형 항공기의 아래와 뒤를 피하는 것이 바람직하다. 만약 대형 항공기가 동일한 경로의 위에서 확인되었다면 항공기를 옆으로(가급적 풍상쪽으로) 이동한다.