(5) Departure Procedures

Departure Procedures

 

instrument departure procedures는 terminal area에서 적절한 en route structure까지 장애물 회피를 제공하는 IFR 절차이다. 이러한 절차들은 주로 출항 항공기에게 장애물 회피를 제공하도록 설계되었다. DPs(Departure Procedures)에는 두 가지 유형이 있다:

 

∙Obstacle Departure Procedures (ODPs)

 

∙Standard Instrument Departures (SIDs)

 

공항에 대한 계기 접근이 처음 개발될 때 ODP의 필요성이 평가된다. 항공기가 assessment area의 한계 내에서 활주로로부터 어느 방향으로든 선회할 수 있으며 장애물로부터 개방된 경우 해당 활주로가 diverse departure assessment를 통과하며 ODP가 게재되지 않는다. diverse departure assessment는 항공기가 최소 1,000ft의 ROC를(산악 지형의 경우에는 최소 2,000ft의 ROC를) 확보할 수 있을 때까지 상승하는 동안 규정된 ROC(required obstacle clearance)가 확보되도록 보장한다. 모든 departures(diverse 포함)에 필요한 ROC는 조종사가 DER(departure end of the runway)을 최소 35ft로 통과하고, 최초 선회를 수행하기 전에 400ft까지 상승하며, minimum IFR altitude에 도달하기 전까지 최소 200ft/NM의 climb gradient를 유지함을 기준으로 한다(단, 달리 명시된 경우 제외). ODP assessment 이후 ATC flow management, 시스템 개선, 혹은 소음 감소를 위해 SID를 설정할 수 있다.

 

Design Criteria

 

departure 설계 기준은 DER을 최소 35ft로 통과한 후 200ft/NM으로 상승하는 것으로 시작된다. [그림 1-14] 항공기 상승 경로는 ROC(required obstacle clearance)로부터 최소 35ft의 추가 장애물 간격을 제공한다. ROC는 OCS(obstacle clearance surface)와 required climb gradient(200ft/NM) 사이의 간격이다. ROC는 DER에서 0이다. 그리고 출항 경로를 따라 en route operations를 위한 적절한 ROC에 도달하기 전까지 증가한다. en route operations를 위한 적절한 ROC는 대략 25NM에서 1,000ft로 달성된다(산악 지역의 경우에는 대략 46NM에서 2,000ft로 달성됨).

diverse departure를 사용하는 활주로(ODP가 게재되지 않은 활주로)에서 이륙하였으며 published route를 운항하지 않는 경우, 그리고 published route의 MEA나 MOCA 미만을 운항하는 경우 25/46NM 너머에서 장애물을 회피하는 것은 조종사의 책임이다. [그림 1-15]

최근 TERPS 기준의 변화로 인하여 OCS가 더 낮아졌다. [그림 1-16] 허나 이전 기준에 따라 평가된 departures가 아직 많이 존재한다. [그림 1-14] departure가 이전의 기준에 따라 평가되었는지, 혹은 현재의 기준에 따라 평가되었는지를 조종사가 확인할 방법이 없으므로 모든 departures가 현재의 기준에 따라 평가되기 전까지는 departure environment를, 그리고 이와 연관된 장애물들을 숙지해야 한다(특히 DER을 35ft 미만으로 통과하는 경우).

모든 departure procedures는 처음에 40:1 OCS(Obstacle Clearance Surface)를 기준으로 장애물을 평가한다. 만약 40:1 OCS를 관통하는 장애물이 없다면 standard(200ft/NM) climb gradient는 장애물로부터 최소 48ft/NM의 안전거리를 제공한다. 또한 departure design에는 PCG(positive course guidance)가 포함되어야 한다(일반적으로 straight departures의 경우 DER로부터 5 ~ 10NM 이내). 설령 항공기의 성능이 minimum climb gradient를 크게 초과하여도 항상 차트에 게재된 departure routing을 비행해야 한다.

 

공항은 Chart Supplements의 A/FD section에 declared distances를 게재한다. 여기에는 takeoff runway available (TORA), takeoff distance available (TODA), accelerate-stop distance available (ASDA), 그리고 landing distance available (LDA)이 포함된다. [그림 2-16]

 

모든 departure design에 40:1 OCS를 적용하는 것이 가장 이상적이다. 허나 지형과 인공 장애물로 인해 대체 조건을 사용해야 하는 경우가 종종 존재한다. 이 경우 200ft/NM을 초과하는 climb gradient, standard takeoff minimums의 증가(장애물을 “see and avoid” 하기 위하여), 특정 reduced takeoff length에서의 200ft/NM 상승, 혹은 이러한 선택지들과 특정 departure route의 조합이 departure design에 포함될 수 있다.

 

장애물로 인하여 200ft/NM보다 높은 climb gradient가 필요할 수 있다. 이 경우 장애물 상공에서 제공되는 ROC는 게재된 climb gradient의 24%에 해당한다. ODP와 SID에서 장애물 회피를 위한 required climb gradient는 다음 공식을 통해 구할 수 있다:

다음 공식은 장애물 이외의 목적(예를 들어 ATC requirements)을 위한 SID climb gradients를 계산하는데 사용된다:

Note: 이 climb gradient는 장애물을 위한 climb gradient 이상이어야 한다.

 

특정 고도에 도달하기 전까지, 혹은 en route environment(예를 들어 MEA, MOCA)에 도달하기 전까지는 차트에 게재된 climb gradient 이상을 유지해야 한다. climb gradients를 포함하는 departure design은 항공기의 성능을 고려하지 않는다. TERPS 기준은 항공기가 모든 엔진 및 시스템이 완전히 작동하는 상태로 운항된다 가정한다. 이륙 후 발생할 수 있는 엔진 고장, EOPs(engine out procedures), 혹은 기타 비상 상황을 대비하기 위한 비상 절차를 개발하는 것은 operator의 책임이다. 특정 climb gradient가 필요한 경우 조종사는 항공기의 성능을 완전히 이해한 후 해당 상승 조건을 준수할 수 있는지 판단해야 한다. standard climb(200ft/NM)은 대부분의 항공기에서 문제가 되지 않는다. 장애물로 인하여 climb gradient가 증가된 경우에는 항공기의 성능을 계산하는 것이 중요하다(특히 더운 날 높은 고도의 공항에서 이륙할 때). 계산을 돕기 위하여 모든 TPP 책자의 앞부분에는 특정 climb gradients 및 groundspeeds와 관련된 상승률 표가 포함되어 있다. [그림 1-17]

Low, Close-In Obstacles

 

DER로부터 1NM 이내에 위치한, 그리고 40:1 OCS를 관통하는 장애물을 “low, close-in obstacles”라 부른다. 이러한 장애물들은 DER elevation으로부터 200ft 미만이고, 활주로로부터 1NM 이내에 위치하며, takeoff minimums의 증가를 필요로 하지 않는다. 이러한 장애물을 통과하기 위한 standard ROC는 매우 짧은 거리에서 200ft/NM을 초과하는 climb gradient를 필요로 한다(단, 항공기가 DER로부터 200ft에 도달하기 전까지). 과도한 climb gradient가 게재되는 것을 방지하기 위하여 TPP 책자의 Takeoff Minimums and (Obstacle) Departure Procedures section에 장애물 고도(AGL/MSL)와 위치가 명시되어 있다. 이러한 note는 조종사의 장애물 회피를 돕기 위함이다. 이는 다양한 방법을 통해 수행될 수 있다:

 

∙장애물을 육안으로 확인한 다음 장애물을 둘러 기동할 수 있다.

 

∙이른 이륙/상승 성능은 항공기가 장애물을 훨씬 넘어설 수 있도록 해준다.

 

∙만약 departure 도중 장애물이 육안으로 확인될 수 없다면 이륙 후 장애물을 회피하기 위해 필요한 선회나 기동을 비행 전 계획 시 고려해야 한다.

 

이러한 장애물들은 DER에 근접할 때까지 이륙하지 않는 항공기, 혹은 최소 상승률로 상승하는 항공기에게 특히나 중요하다. [그림 1-18]

One-Engine-Inoperative(OEI) Takeoff Obstacle Clearance Requirements

 

Part 121이나 135에 따라 운영되는 Large and turbine-powered, multiengine transport/commuter category airplanes는 TERPS에서 다루는 IFR departure procedure 조건 말고도 추가적인 이륙 장애물 회피 조건을 갖추고 있다.

 

Part 25 transport category/Part 23 commuter category airplane certification rules는 OEI(one-engine-inoperative) takeoff flight path를 규정한다. OEI takeoff flight path는 OEI takeoff distance의 끝 지점 상공 35ft에서 시작되어 활주로 표고로부터 최소 1,500ft의 높이에서 종료되는 일련의 구간으로 구성된다. 허나 장애물 회피를 위해 필요한 경우에는 OEI net takeoff flight path assessment가 1,500ft 너머로 계속될 수 있다.

 

actual(혹은 gross) OEI flight path는 이륙 당시의 항공기 무게, 외장, 그리고 환경 요인을 기초로 이륙 절차를 사용하였을 때 달성될 수 있는 vertical OEI climb profile을 나타낸다. OEI net takeoff flight path는 운영 조건에서 예상되는 변화들에 대한 안전 여유를 제공하기 위하여 certification rules에서 명시하는 값만큼 성능이 저하된 actual OEI takeoff flight path이다. OEI net takeoff flight path는 비행경로의 중심선으로부터 특정 거리 이내에 위치한 장애물로부터 적어도 35ft 위에 위치해야 한다(Part 121 및 135의 Subpart I). 실제 장애물 회피 능력은 gross flight path와 net flight path의 차이에 35ft를 더한 값과 같다. [그림 1-19]

Advisory Circular (AC) 120-91, Airport Obstacle Analysis는 이러한 조건을 준수하기 위한 takeoff and initial climb out airport obstacle analyses와 engine out obstacle avoidance procedures를 개발할 때 장애물로부터의 안전한 간격을 결정하는데 사용할 수 있는 지침과 기준을 제공한다. Part 121이나 135에 따라 IFR로 출항하는 조종사는 해당 규정의 장애물 회피 조건(subpart I)을 준수할 수 있는 engine-inoperative takeoff obstacle clearance or avoidance procedure를 사용해야 한다(14 CFR 91.175(f)(4)). OEI takeoff obstacle clearance assessment는 IFR departure procedure 및 이와 관련된 all-engines-operating climb gradient requirements와 별개이다. large, commuter, 그리고 turbine-powered aircraft에 적용되는 Part 91 operating rules는 OEI takeoff obstacle clearance or avoidance procedure의 사용을 요구하지 않는다. 허나 이러한 항공기의 Part 91 operators가 해당 절차를 사용하도록 권장된다.

 

OEI net takeoff flight path obstacle assessment는 OEI takeoff distance의 끝 지점 상공 35ft에서 시작된다. 반면 TERPS의 경우 DER에서 obstacle assessment가 시작된다. 따라서 OEI net takeoff flight path assessment가 DER 이전에 시작될 수도 있다. 이는 OEI climb를 위해 활주로의 일부분을 사용할 수 있도록 허용한다. OEI net takeoff flight path obstacle clearance assessment는 low, close-in obstacles의 회피도 고려해야 한다. 해당 장애물은 IFR departure procedure에 명시되어 있긴 하지만 TERPS-based IFR climb gradient를 준수한다 하여 반드시 회피되지는 않는다.

 

OEI net takeoff flight path는 각 항공기 유형마다 다르다. 그리고 OEI net takeoff flight path는 OEI flight track 바로 아래에 위치한 장애물에 대한, 그리고 비행경로의 중심선으로부터 특정 거리 이내에 위치한 장애물에 대한 required obstacle clearance가 매 이륙마다 평가된다. 반면 TERPS는 all-engine-operating climb profile이 en route environment에 도달하기 전까지 최소로 유지되어야 하는 required climb gradient를 제공한다. Part 25 transport category/Part 23 commuter category aircraft’s OEI takeoff flight path는 특정 항공기 유형에 대해 운영자가 설정하며 이후 해당 비행경로 아래(혹은 비행경로의 중심선으로부터 특정 거리 이내)의 모든 장애물을 통과할 수 있는 제한 중량을 결정한다.

 

이러한 항공기의 조종사와 운영자는 OEI net takeoff flight obstacle clearance and takeoff field length requirements에 관한 Part 121 subpart I나 Part 135 subpart I의 조건을 준수하기 위하여 airport/runway analysis 서비스 제공업체의 서비스를 이용해야할 수 있다. [그림 1-20] airport/runway analysis는 광범위한 공항/장애물 데이터베이스 및 지형 정보를 통해 항공기 성능을 계산하는 작업을 포함한다. 이를 통해 특정 공항, 활주로, 그리고 온도 범위에 대한 특정 항공기/엔진 구성에서의 maximum allowable takeoff and landing weights가 산출된다. 이러한 계산에는 flaps settings, 항공기 특성, 활주로 상태, 장애물 회피, 그리고 기상 조건도 고려된다. 또한 AFM에서 제공하는 OEI 상승 성능과 비행경로 데이터를 통해, 혹은 제조업체가 제공하는 항공 전자 성능 프로그램을 통해 자체분석을 수행하려는 운영자를 위하여 장애물 정보가 이러한 서비스 제공업체에 제공된다.

airport/runway analysis는 이륙 도중 엔진 고장이 발생한 후 straight-out departure를 수행한다는 가정을 기반으로 한다. 허나 straight-out departure가 실용적이지 않은 경우에는 각 활주로에 대한 special OEI turn procedure를 개발할 수 있다. OEI turn procedure는 차트에 게재된 IFR departure procedure를 따르거나, 혹은 allowable takeoff weight/payload를 증가시키기 위해 이 외의 방법으로 장애물을 피하도록 설계된 경로를 따를 수도 있다. special OEI procedure를 생생하게 나타내기 위하여 해당 절차를 그림으로 표현할 수 있다. 이륙 도중 엔진 고장이 발생한 경우 이는 비정상 상황이다. 따라서 소음 감소, 항공 교통, SIDs, DPs, 그리고 정상 운영 고려 사항들보다 조종사가 취하는 조치(OEI turn procedure 포함)가 우선된다.

 

airport/runway analysis는 AFM에서 제공하는 OEI net takeoff flight path data와 특정 lateral obstacle assessment area를 통해 장애물 회피를 평가한다는 것을 알아야 한다. 설령 OEI special procedure와 IFR departure procedure의 경로가 동일하다 하더라도 analysis에서 제공하는 takeoff weight limit가 반드시 IFR departure procedure에 게재된 all-engines-operating climb gradient를 준수해야 하지는 않는다.