(7) Elementary Eights

Elementary Eights

 

elementary eights란 비행기가 숫자 8 모양과 유사한 경로를 지면에 그리는 기동들을 의미한다. 초급 기동부터 고급 기동까지 다양한 종류의 eight 기동들이 있다. eight 기동들은 조종사의 삼타일치 기술을 발달시키고, 선정한 지상 참조물에 대한 인식을 강화하며, 주의 분배를 강화하여 비행이 기계적이기보다는 본능적이게 되도록 만든다. 허나 eight 기동들의 진짜 의의는 조종사가 정밀하게 비행할 수 있는 능력을 발달시킨다는 것이다.

 

elementary eights에는 eights along a road, eights across a road, 그리고 eights around pylons가 있다. 이 기동들은 모두 turn around a point가 변형된 것이다. 기동들은 모두 두 개의 지상 참조물을 사용하며 비행기가 한쪽 방향으로 선회한 후에 반대쪽 방향으로 선회하게 된다 - 마치 숫자 8 모양처럼.

 

eight 기동들은 다음 목적을 위해 만들어졌다:

 

• 비행기와 지상 참조물 사이의 관계를 명확하게 유지하는 기술 발달.

 

• 선회 및 직진 비행 도중 비행경로와 지상 참조물, 조종간 제어, 그리고 바깥 위험 확인 및 계기 지시 확인 사이에 주의를 분배하는 능력 발달.

 

• 기동을 수행하기 전에 기동의 각 특정 부분들과 전체적인 기동을 시각화하는 기술 발달.

 

• 선회 도중 bank angle을 조절하기 위한 조작이 직관적으로 이루어지도록 하는 기술 발달(선회 도중 groundspeed가 변화하기 때문에 일정한 선회 반경을 유지하면서 적절한 지상 경로를 유지하려면 bank angle을 조절해야 함).

 

Eights Along a Road

 

Eights along a road는 서로 반대되는 두 번의 360도 선회로 구성된 ground reference maneuver이다. 각 360도 선회의 중심을 통과하는 가상 선은 직선 지상 참조물(도로, 철도, 울타리, 송유관, 등등)과 수직을 이룬다 [그림 7-7]. 이 기동의 목적은 편류를 수정하고, 지상 참조물로부터 방향정위를 유지하고, 일정한 고도를 유지하는 동안 주의 분배를 더욱 발전시키는 것이다.

eights along a road는 직선 지상 참조물로 바람이 평행하게 불거나 수직으로 불 때 수행될 수 있다. 기동에 적용되는 원리는 바람의 방향과 무관하므로 여기서는 바람이 수직으로 부는 상황만을 설명하겠다. 먼저 바람의 방향과 수직을 이루는 직선 지상 참조물을 정한다. 그리고 직선 참조물의 직상공을 비행하도록 비행기를 위치시킨다. 이는 비행기를 측풍에 놓이게 만드므로 조종사는 적절한 wind correction angle을 통해 편류를 수정해야 한다.

 

이제부터의 설명은 그림 7-7에 나타나 있다. 처음에 비행기는 측풍 구간에 위치하며 지상 참조물 상공에 위치한다. 첫 번째 선회는 우선회로 배풍 구간으로 향한다. 선회 초기에는 medium bank가 필요하며 항공기가 정확히 배풍 구간에 위치하기 전까지 bank angle이 점진적으로 증가한다. 비행기가 배풍에서 측풍으로 선회하는 도중에는 bank angle을 점진적으로 감소해야 한다. 왜냐하면 groundspeed가 감소하기 때문이다(groundspeed 감소의 절반은 배풍에서 측풍까지 2/3를 선회하는 동안 발생한다).

 

조종사는 wind correction angle이 정확하도록 bank angle을 조정해야 하며 bank angle을 풀어주는 rate도 제어해야 한다. 비행기의 우측에서 바람이 분다고 가정하였을 때 비행기의 heading은 약간 우측으로 향해야 한다. 첫 180도 선회를 완료하였을 때 비행기는 정확히 측풍에 위치하며 최대 wind correction angle이 만들어져 있어야 한다.

 

정풍을 향하여 선회가 계속될수록 비행기의 groundspeed는 감소한다. 따라서 조종사는 선회율을 낮추기 위해 bank angle을 줄여야 한다. 만약 조종사가 bank angle을 줄이지 않는다면 높은 선회율로 인해 선회가 조기에 완료될 것이다. 정풍의 영향은 이렇게 설명될 수도 있다 - 정풍이 비행기를 풍하쪽으로 편류시킴과 동시에 groundspeed가 낮아지게 만든다. 만약 필요 이상의 bank angle을 사용하게 되면 비행기의 선회율이 너무 빨라질 것이며 그러면 비행기는 지상 참조물로 되돌아가기 전에 선회를 완료할 것이다.

 

비행기가 정확히 정풍(첫 선회의 270도 지점)에 위치할 때는 wind correction 없이 shallow bank를 유지해야 한다. 비행기가 다시 측풍으로 선회할 때 groundspeed가 증가하기 시작한다. 때문에 360도 선회 완료 시 지상 참조물에 도달하기 위해서는 bank angle과 그에 상응하는 선회율을 비례적으로 조절해야 한다. 이때 조종사는 이전에 발생하였던 실수들이 수정되도록 bank angle을 변화시킬 수 있다. 조종사는 비행기가 기동 시작 지점 상공에서 직진 수평비행을 하도록 rollout 타이밍을 조정해야 하며 직진 지상 참조물 상공을 계속 비행할 수 있도록 충분한 편류 수정을 적용해야 한다. 이제 비행기의 좌측에서 바람이 분다고 가정하였을 때 비행기는 좌측 wind correction angle로 수정되어야 한다.

 

wind correction이 설정된 상태에서 지상 참조물을 따라 잠깐 직진 수평 비행을 수행하였다면 풍상 쪽 지상 참조물로부터 360도 선회를 시작하기 위해 반대쪽으로 medium bank 선회를 시작한다. 바람은 비행기의 groundspeed를 감소시킬 것이며 비행기를 지상 참조물 쪽으로 편류시킬 것이다. 따라서 조종사는 일정한 선회 반경을 위해 첫 90도 선회 도중 bank를 천천히 줄여야 한다. 그 다음 90도 선회 도중에는 groundspeed가 증가하므로 bank angle을 증가시켜야 하며 180도 지점에 도달하기 전에 적절한 wind correction angle을 설정해야 한다.

 

남은 180도 선회를 하는 동안 바람은 배풍, 그리고 측풍으로 변화한다. 이전의 배풍 및 측풍 설명과 마찬가지로 조종사는 배풍 구간에 도달하는 동안 bank angle을 증가시켜야 하며 측풍 구간에 도달하는 동안 bank angle을 감소시켜야 한다. 또한 roll in rate와 roll out rate는 groundspeed 변화율과 일치되어야 한다. 정풍 구간이나 배풍 구간에서 측풍 구간으로 향할 때 90도 선회의 2/3를 진행하는 동안 groundspeed 변화의 절반이 발생함을 기억하라. 남은 groundspeed 변화는 남은 1/3의 선회를 진행하는 동안 발생한다. 이와 반대로 측풍 구간에서 정풍 구간이나 배풍 구간으로 향할 때에는 90도 선회의 1/3을 진행하는 동안 groundspeed 변화의 절반이 발생한다. 남은 groundspeed 변화는 남은 2/3의 선회를 진행하는 동안 발생한다.

 

eights along a ground reference를 성공적으로 수행하기 위해선 bank angle의 변화를 부드럽고 정확하게 조절해서 일정한 선회 반경을 유지하고 편류를 상쇄해야 한다. 이러한 조작들을 예측하는 조종사의 속도는 전반적인 기동의 정확성과 주의(외부 위험과 계기 지시를 확인할 수 있는 능력)의 양에 직접적으로 영향을 미친다.

 

Eights Across A Road

 

이 기동은 eights along a road를 변형시킨 것으로 동일한 원리와 기술을 수반한다. 주된 차이점은 8 모양의 각 고리를 완료하였을 때 비행기가 특정 지상 참조점이나 교차점을 지나야 한다는 것이다. [그림 7-8]

도로가 각 고리들을 가로질러야 하며 바람은 고리에 수직이어야 한다. 지상 참조점을 지날 때마다 그 가로지르는 각이 같아야 하며 비행기의 날개는 수평이어야 한다. 지상 참조점 직상공에서 바로 반대쪽 bank로 roll을 하면서 eight 기동들을 수행할 수도 있다.

 

Eights Around Pylons

 

eights around pylons는 turns around a point에서 사용된 편류 수정 원리와 기법을 사용하는 ground reference maneuver로 다른 ground tack maneuvers와 같은 목적을 가진다. eights around pylons는 “pylons”라 불리는 두 개의 지상 참조점을 사용한다. 각 pylon 주위를 서로 반대 방향으로 선회해서 8 모양의 경로를 그린다. [그림 7-9]

이 기동 도중 pylon들 사이에서는 배풍을 비행하고 pylon들 바깥에서는 정풍을 비행한다. 하나의 pylon에서 다른 pylon으로 비스듬히 향할 때 순간 직진 수평비행을 수행할 수도 있다. pylon들은 바람과 수직을 이루는 선상에 위치해야 한다. 비행기가 풍하쪽으로 향하는 상태에서 pylon들의 중간 지점이 통과될 때 기동이 시작되어야 한다. pylon들로부터 일정한 선회 반경을 유지하기 위한 초기 bank angle은 pylon들 사이의 거리와 풍속에 의해 결정된다. 매 선회에 진입한 후와 매 선회로부터 rollout을 하기 전(비행기가 배풍으로 향하여 groundspeed가 가장 높은 때)에는 steepest bank가 필요하다. 비행기가 정풍으로 향하여 groundspeed가 가장 낮은 때에는 shallowest bank가 필요하다.

 

다른 ground reference maneuvers와 마찬가지로 bank angle을 변화시키는 속도는 풍속에 달려있다. 만약 비행기가 하나의 pylon에서 다른 pylon으로 비스듬히 진행한다면 매 선회로부터 rollout을 할 때마다 충분한 wind correction angle이 적용되어야 한다. 이는 비행기가 순간 직진 수평비행을 수행한 후 다음 pylon을 이전과 같은 반경으로 선회할 수 있는 지점에 도달시키기 위함이다. 직진 수평 구간은 두 개의 원에 접해야 한다.

 

Common Errors

 

elementary eights 수행 도중 발생하는 일반적인 실수:

 

1. 기동 도중 주변을 충분히 확인하지 못함.

2. 선택한 지상 참조물이 적절하지 못함.

3. 기동 진입 전에 일정한 수평 고도를 설정하지 못함.

4. 기동 도중 적절한 고도 제어를 유지하지 못함.

5. 풍향을 제대로 산정하지 못함.

6. 일정한 선회 반경을 제대로 유지하지 못함.

7. 부드럽고 연속으로 조종간을 제어하지 못함.

8. 적절한 wind correction angles를 설정하지 못함.

9. 삼타일치를 적용하지 못하여 slips나 skids 발생함.

10. 기동 진행 중 방향정위를 유지하지 못함.

 

Eights-on-Pylons

 

eights on pylons는 가장 어려운 ground reference maneuvers이다. 이 기동에 수반되는 기술들 때문에 eights-on-pylons는 비행기의 직관적 조작을 발달시키는데 있어 타의 추종을 불허한다. 이 기동은 pivot points에 대한 특정한 시각적 기준을 유지하기 위해 고도가 변화한다는 점을 제외하고는 eights around pylons와 유사하다.

 

eight on pylons 수행 도중 조종사는 비행기 가로축과 평행한 가상의 선이 본인의 눈에서 pylon까지 뻗어 있다고 상상한다. 비행기는 이 선을 따라 pylon을 중심으로 선회하는 것처럼 보인다. 다시 말해, 만약 팽팽한 줄이 조종사의 눈에서 pylon으로 뻗어 있다면 비행기가 pylon을 중심으로 선회할 때 그 줄이 비행기 가로축과 평행하게 유지될 것이다. eight on pylon의 목적은 조종사의 눈에서 pylon까지 뻗어 있는 줄을 비행기 가로축과 평행하게 유지하는 것이다. 비행기가 pylon을 중심으로 선회하는 동안 줄이 비행기 가로축과 각을 이루어서는 안 된다. [그림 7-10] 가끔 교관들은 eight on pylon을 설명할 때 pylon에 대한 시각적 기준선을 나타내기 위해 “wingtip”이라는 용어를 사용한다. 이러한 설명은 옳지 않다. 날개에 따라(high-wing, low-wing, swept-wing, 그리고 tapered-wing), 그리고 좌석 위치에 따라(tandem, side-by-side seating) 조종사의 눈에서 wingtip으로 향하는 각도가 전부 달라지기 때문이다.

대신 시각적 기준선이 wingtip과 관련하여 위치할 수는 있으며(wingtip의 앞, 뒤, 위, 혹은 아래) 이는 조종사마다, 그리고 좌석마다 다르다. tandem 비행기에서는 좌석에 따른 시각적 기준선 변화가 크다. side-by-side 비행기에서는 좌석에 따른 시각적 기준선 변화가 적다(단, 사람들의 좌석 눈높이가 거의 같은 경우). 따라서 eight on pylons를 정확히 수행하기 위해선 조종사 눈높이로부터 비행기 가로축에 평행한 시각적 기준선을 사용해야 한다.

 

eights-on-pylons를 위한 적절한 고도를 “pivotal altitude”라 부르며 이는 groundspeed에 의해 결정된다. 이전의 ground-track 기동들에서는 비행기가 특정 경로를 비행하도록 조종사가 바람 수정을 시도하였다. 반면 eights-on-pylons의 경우 조종사는 지상의 특정 지점에 대한 측면 방향정위가 유지되도록 비행한다. 이는 비행경로와 pylon 사이에서 주의를 분배하는 동안 비행기를 정확하게 조종하는 능력을 발달시킨다.

 

pivotal altitude에 대한 설명도 필수적이다. 우선 pivotal altitude를 추정하기 위한 rule of thumb는 groundspeed를 제곱한 다음 이를 15(groundspeed가 miles per hour인 경우)나 11.3(groundspeed인 knots인 경우)으로 나누고 지상 참조물의 MSL(mean sea level) 고도를 더하는 것이다. pivotal altitude란 pylon에 대한 시각적 기준선이 pylon을 중심으로 회전하는 것처럼 보이는 고도를 의미한다. 비행기가 pylon 주위를 선회할 때 만약 팽팽한 줄이 조종사의 눈에서 pylon을 향해 시각적으로 연장된다면 이 줄이 비행기의 가로축과 평행하게 유지될 것이다. [그림 7-12] pivotal altitude는 bank angle에 의해 달라지지 않는다(단, bank가 너무 깊어져서 groundspeed가 영향을 받는 경우 제외).

(Pivotal altitude 공식이 유도되는 방법. 출처: youtube/ERAU SpecialVFR)

 

pylon까지의 거리는 bank angle에 영향을 미친다. pivotal altitude보다 높은 고도에서는 시각적 참조선이 pylon에 대한 원형 경로로부터 뒤를 향해 움직이는 것처럼 보인다. 반대로 pivotal altitude보다 낮은 고도에서는 시각적 참조선이 원형 경로로부터 앞을 향해 움직이는 것처럼 보인다. [그림 7-13] 이를 시연해보기 위해 대기속도를 maneuvering speed로 조절하고 pivotal altitude 아래에서 medium-bank로 선회를 수행한다. 선회가 진행될수록 시각적 기준선이 지면을 따라 앞으로(pylon은 뒤로) 움직이는 것처럼 보인다. 그런 다음에는 pivotal altitude보다 더 높은 고도로 상승한다. 다시 maneuvering speed에 도달하였다면 medium-bank로 선회를 수행한다. 높은 고도에서는 선회가 진행될수록 시각적 기준선이 지면을 따라 뒤로(pylon은 앞으로) 움직이는 것처럼 보인다.

(출처: youtube/Lakefront Aviation)

 

높은 고도에서 기동을 시연해본 후 출력을 줄이고 maneuvering speed로 하강을 시작하되 pylon으로부터 medium bank 선회를 계속 수행한다. 고도가 낮아질수록 시각적 기준선이 지면을 따라 뒤로 움직이는 모습이 점점 느려질 것이고 결국 잠시 멈출 것이다. 여기서 pivotal altitude 아래로 계속 하강한다면 시각적 기준선이 앞으로 움직일 것이다.

 

시각적 기준선이 지면을 따라 앞이나 뒤로 움직이지 않는 고도가 pivotal altitude이다. 만약 pivotal altitude 아래로 하강하였다면 조종사는 시각적 참조선이 뒤나 앞으로 움직이지 않는 지점까지 고도를 회복해야 하며 이때 속도 유지를 위해 출력을 증가시켜야 한다. 조종사는 이러한 방식을 통해 pivotal altitude를 결정할 수 있다.

 

groundspeed가 변화하면 pivotal altitude도 변화한다. 기동 도중에 heading이 계속해서 변하기 때문에 groundspeed도 계속해서 변한다. 때문에 기동 도중에 pivotal altitude가 약간씩 변화한다. 조종사는 pylons에 대한 시각적 기준선을 유지하기 위해 상승이나 하강을 수행해야 한다.

 

적절한 pylon을 선택하는 것은 eights on pylons를 성공적으로 수행하는데 있어 중요한 요소이다. pylon들은 충분히 저명해야 한다(하나의 pylon으로부터 선회를 마치고 다음 pylon으로 향할 때 해당 pylon이 보일 정도로 저명해야 함). 선회를 위한 계획을 세울 여유가 존재할 정도로 pylon들 사이에 간격도 두어야 한다(단, 직진 수평 비행이 3 ~ 5초를 초과할 정도로 간격을 두어서는 안 됨). 또한 pylon들의 높이는 같아야 한다. 왜냐하면 높이 차이가 존재하게 되면 각 선회 사이에 상승이나 하강을 수행해야 하기 때문이다. 조종사는 바람 방향에 수직으로 놓인 선을 따라서 두 개의 pylon을 선택해야 한다.

 

조종사는 비행 전 계획 도중 pivotal altitude를 추정해두어야 한다. 기상 보고, 그리고 그 지역에서 비행한 다른 조종사들로부터 풍향/풍속 정보를 제공받을 수 있다. 만약 이미 알고 있는 지상 참조물을 사용할 것이라면 sectional chart가 참조물의 MSL을 제공해줄 것이다. POH는 항공기 무게를 기초로 maneuvering airspeeds를 제공한다. 이 정보들을 통해 조종사는 각 구간(정풍, 배풍, 측풍)에서의 pivotal altitude를 계산해 두어야 한다.

 

첫 번째 pylon의 풍하쪽 지점까지 pylon들 사이를 대각선으로 비행해서 첫 번째 선회가 정풍으로 향하도록 기동을 시작한다. pylon이 wingtip의 바로 앞에 나타나는 지점에 도달하였다면 시각적 기준선이 pylon과 정렬되는 지점에서 풍상쪽 날개를 낮추고 선회를 시작한다. 시각적 기준선이 pylon을 중심으로 회전하는 것처럼 보여야 한다. 비행기가 정풍으로 향하는 동안 groundspeed가 감소해서 pivotal altitude가 감소한다. 때문에 pylon과의 시각적 기준선을 유지하기 위해선 하강을 수행해야 한다. 선회가 계속 진행됨에 따라 바람은 점점 측풍이 된다. 이 기동은 일정한 선회 반경을 요구하지 않으므로 편류 수정을 적용하지 않아도 된다.

 

만약 시각적 기준선이 pylon의 앞으로 움직이는 것처럼 보인다면(혹은 pylon이 뒤로 움직이는 것처럼 보인다면) 고도를 높여야 한다. 만약 시각적 참조선이 pylon 뒤로 움직이는 것처럼 보인다면(혹은 pylon이 앞으로 움직이는 것처럼 보인다면) 고도를 낮추어야 한다. rudder를 통해 yaw를 가해서 날개와 시각적 기준선을 강제로 pylon으로 향하게 만들면 저고도에서, 그리고 steep bank angle 상태에서 uncoordinated flight가 발생하므로 이를 시도해서는 안 된다.

 

downwind heading으로 향하고 있을 때 조종사는 선회로부터 rollout을 해서 비행기가 두 번째 pylon의 풍하쪽에 접하는 지점으로 향하게 만들어야 한다. rollout을 할 때 편류 수정을 위한 wind correction angle 적용해서 첫 번째 pylon을 중심으로 선회를 시작할 때 사용된 거리에 상응하는 지점에서 두 번째 선회가 시작될 수 있게 해야 한다.

 

시각적 기준선이 pylon과 연장되는 지점에 도달하였다면 풍상쪽 날개를 낮추고 선회를 시작한다. 첫 번째 pylon에서 적용했던 방법을 그대로 이용해서 선회를 수행한다(단, 선회 방향은 반대임).

 

설령 바람이 강하더라도 즉각적인 수정과 미세한 조종을 통해 pylon에 대한 시각적 기준선이 똑바로 유지될 수 있다. 조종사는 돌풍이나 부주의로 인해 발생한 일시적인 변화를 수정하기 위해 bank angle을 조절할 수 있다(예를 들어 시각적 기준선이 뒤로 이동하였다면 이를 되돌리기 위해 bank angle을 약간 감소시킨다. 혹은 시각적 기준선이 앞으로 이동하였다면 이를 되돌리기 위해 bank angle을 순간 증가시킨다). 연습을 거치면 이러한 수정들이 거의 눈에 띄지 않을 정도로 미미해질 수 있다. 시각적 기준선의 움직임에 의해 pylon의 위치가 달라진다는 것을 이해해야 한다. 고도계를 통해 pivotal altitude를 수정하려는 시도는 효과적이지 못하다.

 

eight on pylons는 다양한 범위의 bank angle(shallow ~ steep)에서 수행된다. [그림 7-14] bank의 양은 pivotal altitude를 변화시키지 않는다는 것을 이해해야 한다. 학생의 기동 숙련도가 높아졌다면 교관은 선회가 가장 가파른 지점에서 특정 bank angle이 발생하도록 기동에 진입하라 지시해서 기동의 난이도를 높여야 한다.

Common Errors

 

가장 일반적인 실수는 rudder를 잘못 사용하는 것이다. 조종사들은 시각적 기준선이 pylon으로부터 앞으로 움직일 경우 날개를 뒤로 향하게 만들기 위해 선회 방향으로 rudder를 가하는 경향이 있다. 반대로 시각적 기준선이 pylon으로부터 앞으로 움직이는 경우에는 선회 바깥 방향으로 rudder를 가하는 경향이 있다 조종사는 삼타일치를 위해서만 rudder를 사용해야 한다.

 

그 외의 일반적인 실수들은 다음과 같다:

 

1. 기동 도중 주변을 충분히 확인하지 못함.

2. 선회 도중 skidding이나 slipping이 발생함.

3. 고도가 지나치게 상승하거나 하강함.

4. pylon 선택이 적절하지 못함.

5. 정풍으로 향하도록 pylon 선회를 진입하지 못함.

6. pylon들 사이를 비행할 때 편류가 충분히 보상되는 heading을 취하지 못함.

7. bank를 적용할 타이밍을 맞추지 못해서 선회 진입 후 pylon이 정확한 위치에 오지 못함.

8. 조작이 갑작스러움.

9. pivotal altitude를 선택하지 못함.