이전 장에서는 계기 비행의 기초를 다졌다. 항공기를 기동하기 위해, 그리고 안전한 비행을 유지하기 위해서는 조종사가 계기 정보를 해석하여 수정 조치를 적용할 수 있어야 한다. 비행하는 각 항공기의 모델마다 서로 다른 기술이 필요할 수 있음을 조종사는 인지해야 한다. 성공적인 자세 계기 비행을 위해선 항공기 무게, 속도, 그리고 외장 변화에 따라 서로 다른 기법을 수행해야 한다. 조종사는 비행 기동을 수행하기 전에 POH/AFM의 모든 부분을 숙지해야 한다.
Chapter 7, Section II는 기본 자세 계기 비행 기동들에 대하여 설명한다. 또한 EFD(electronic flight display)에 나타난 지시들을 해석하여 각 비행 기동들을 수행하는 방법을 설명한다. 정상적인 비행 기동들 외에도 “partial panel” flight가 다루어진다. 모든 비행 기동들은 AHRS(Attitude Heading Reference System)가 작동하지 않는 상태에서 “partial panel”로 수행될 수 있다(단, instrument takeoff 제외).
pitch attitude는 비행기의 세로축과 실제 수평선 사이의 각도이다. 수평 비행의 경우 pitch attitude는 속도와 하중에 따라 달라진다. small airplanes의 경우 하중은 일반적으로 무시될 수 있다. 일정한 속도에서는 수평 비행을 위한 특정한 pitch attitude가 하나뿐이다. 느린 순항 속도에서는 수평 비행 자세가 그림 7-47과 같이 nose-high를 나타낸다. 빠른 순항 속도에서는 수평 비행 자세가 nose-low이다. [그림 7-48] 그림 7-49는 정상 순항 속도에서의 자세 지시를 나타낸다.
PFD에서 pitch를 직접적으로, 혹은 간접적으로 표시하는 계기는 자세계, 고도계, 승강계, 속도계, 그리고 airspeed trend indicators와 altitude trend indicators이다.
Attitude Indicator
자세계는 조종사에게 직접적인 pitch attitude를 제공한다. EFD system의 자세계 화면이 커짐에 따라 조종사의 상황 인식이 크게 향상되었다. 대부분의 자세계는 PFD 화면의 전체 폭에 걸쳐 있다.
항공기의 pitch attitude는 elevator의 편향을 변화시킴으로써 제어된다. 조종사가 조종간을 당겨서 elevator를 상승시키면 yellow chevron이 인공 수평선으로부터 위로 움직이기 시작한다. 이는 AHRS가 지구의 평면과 항공기 세로축 사이의 각도 변화를 감지함으로써 이루어진다.
PFD 화면에 표시되는 자세계는 외부의 시각적 단서들을 대신한다. 조종사는 자연 지평선에 의존하기보다는 PFD 화면의 인공 수평선에 의존해야 한다.
정상 순항 속도에서는 yellow chevron(aircraft symbol)이 인공 수평선에 위치한다. EFD는 종래의 자세계와는 달리 인공 수평선으로부터의 chevron 위치를 조작할 수 없다. chevron의 위치는 고정되어 있으며 항상 AHRS에 의해 계산된 pitch 각도를 표시한다.
자세계는 항상 pitch attitude만을 표시한다(고도는 표시하지 않음). 조종사는 자세계만을 사용하여 수평 비행을 유지하려 시도해서는 안 된다. pitch를 위아래로 조금만 움직여도 항공기 고도에 얼마나 영향을 미칠 수 있는지를 이해해야 한다. pitch가 1도 변화할 때마다 고도가 어떻게 변화하는지를 알려면 pitch attitude를 점진적으로 높이는 연습을 해야 한다. [그림 7-50과 7-51] 그림 7-50과 7-51에서 항공기는 감속하고 고도는 증가한다.
chevron의 길이는 대략 5도이며 pitch 조절을 위한 정확한 기준을 제공한다. 자세계를 참조하여 pitch 변화를 만든 다음 과도한 조종간 압력을 trim 하는 것이 중요하다. 이러한 압력을 완화하면 비행이 더 안정화되고 조종사의 작업 부하가 줄어든다. 항공기가 수평 비행에 대해 trim 되었다면 조종사는 pitch attitude를 변화하기 위해 elevator 압력을 부드럽고 정확하게 조작해야 한다.
elevator를 부드럽게 제어할 수 있는 능력을 익히기 위해서는 조종간을 매우 가볍게 쥐는 법을 터득해야 한다. 일반적으로 엄지와 두 개의 손가락만으로도 조종간을 움직이기에 충분하다. 조종사는 조종간을 꽉 움켜쥐는 것을 피해야 한다. 조종사가 조종간을 꽉 쥘 경우 과도한 압력을 가하는 경향이 있으며 이는 항공기의 자세를 변화시킨다.
정확한 수정이 이루어질 때까지 부드럽고 작은 pitch 변화를 만드는 연습을 한다. 연습을 통해 조종사는 1도 단위로 pitch를 변경하여 항공기 자세를 원활하게 조작할 수 있다.
elevator 조작을 마스터하는 마지막 단계는 trim이다. 부드러운 자세 계기 비행을 위해서는 항공기를 trim하여 조종간 압력을 완화하는 것이 필수적이다. 이를 위해서는 조종간을 잠시 놓아준다. 항공기 pitch attitude가 움직이려는 방향을 주목한다. 조종간을 다시 쥔 다음 압력을 가하여 원래의 자세로 되돌린다. 조종간 압력 방향으로 trim을 적용한다. trim을 약간만 적용하여도 pitch attitude의 큰 변화를 만든다. 조급하게 굴지 말고 trim을 여러 번 변경한다.
항공기 trim이 완료되었으면 조종간을 가능한 한 풀어준다. 조종간에 압력이 가해질 경우 무의식적인 압력이 elevator와 ailerons에 가해진다. 이는 원하는 비행경로로부터 항공기를 이탈시킨다. 잔잔하고 난기류가 없는 상태에서 항공기가 trim 되어있다면 조종사는 조종간을 놓고도 수평비행을 장시간 유지할 수 있다. 이는 IMC(instrument meteorological conditions)에서 비행하기 전에 배우는 어려운 기술들 중 하나이다.
Altimeter
출력이 일정할 경우 수평비행으로부터의 편차는 pitch 변화의 결과이다(단, 난기류 조건 제외). 출력이 일정할 경우 고도계는 수평 비행에 대한 pitch attitude를 간접적으로 나타낸다. 비행기가 수평 비행을 하고 있다면 고도가 일정하게 유지되어야 한다. 따라서 원하는 고도로부터 벗어난 경우 pitch 변화가 필요함을 알 수 있다. 예를 들어 항공기 고도가 증가하고 있다면 기수를 낮추어야 한다.
PFD의 pitch가 변화하기 시작하면 altitude tape의 altitude trend indicator가 변화의 방향을 나타내기 시작한다. trend indicator가 증가하는 속도, 그리고 고도계 값의 변화는 얼마나 많은 pitch 변화가 필요한지를 결정하는데 도움을 준다.
조종사가 특정 항공기의 계기에 익숙해지면 pitch 변화, altimeter tapes, 그리고 altitude trend indicators의 상관관계를 파악하는 방법을 배운다. 자세계와 함께 altitude tape와 altitude trend indicator를 scan에 추가함으로써 조종사의 계기 cross-check이 발달한다.
Partial Panel Flight
연습해야 할 한 가지 중요한 기술은 고도계를 primary pitch indicator로 참조하는 partial panel flight이다. 자세계를 사용하지 않고 altitude tape와 trend indicator만을 참조하여 pitch를 제어하는 연습을 한다. 조종사는 altitude tape와 trend indicator의 변화율을 참조하여 고도 편차를 수정하는 방법을 배워야 한다. IMC에서 비행할 때, 그리고 partial panel로 비행할 때는 갑작스러운 조종간 변화를 피해야 한다. 고도 변화에 갑작스럽게 반응할 경우 커다한 pitch 변화로 이어질 수 있으며 이는 초기 고도로부터 훨씬 벗어나게 만들 수 있다.
조종사가 altitude tape와 altitude trend indicators만을 사용하여 pitch를 제어할 경우 필요 이상의 pitch 수정을 가하여 항공기를 과조작할 수 있다. 과조작으로 인하여 비행기는 nose-high attitude에서 nose-low attitude(그 반대 또한 마찬가지)로 변화될 수 있다. 우왕좌왕 하지 않으면서 원래의 고도로 돌아가려면 미세한 pitch 변화가 이루어져야 한다.
고도의 변화가 발생하면 두 가지 행동을 수행해야 한다. 먼저 지시계의 움직임을 멈추기 위하여 부드러운 조종간 압력을 가한다. altitude tape의 움직임이 멈추었다면 원래의 고도로 돌아가기 위하여 pitch attitude를 변화한다.
한정된 계기로 계기 비행을 수행하는 도중에는 정교한 조종간 입력만이 수행되어야 한다. 고도의 변화를 나타내는 계기 움직임이 나타났다면 조종사는 그 변화를 멈추기 위해 미세한 조종간 입력을 가해야 한다. 급격한 조종간 움직임은 진동 효과를 발생하여 고도 변화를 악화시킬 뿐이다. 이러한 형식의 진동은 조종사의 방향감각을 잃게 만들어 고도에 fixate되게 만들 수 있다. 고도계에 fixation 되면 방향 제어와 속도 제어가 상실될 수 있다.
일반적으로 100ft 미만의 고도 변화에 대해서는 1도의 pitch 변화를 사용한다(이는 chevron 두께의 1/5에 해당). pitch의 작은 변화를 통해 성능을 평가할 수 있을 뿐만 아니라 항공기의 과조작을 막는다.
계기는 포괄적으로 사용되어야 한다. 허나 고장으로 인해 조종사가 한정된 계기만을 사용할 수 있는 경우가 발생할 것이다. 이는 partial panel 비행 훈련이 중요한 이유이다. 조종사가 각 계기를 개별적으로 사용하는 방법을 이해한다면 그 외의 계기들이 고장 났다 하더라도 비행을 수행하는데 큰 변화가 발생하지 않는다.
VSI Tape
VSI tape은 pitch attitude의 간접적인 지시를 제공하며 곧 발생할 고도 변화를 보다 즉각적으로 표시한다. vertical speed는 trend 정보뿐만 아니라 rate 정보도 제공한다. VSI tape을 altitude trend tape와 함께 사용할 경우 조종사는 어느 정도의 수정이 필요한지를 더 제대로 이해할 수 있다. 연습을 통해 조종사는 특정 항공기의 성능을 익히고 특정한 rate 지시를 수정하기 위해 얼마나 많은 pitch 변화가 필요한지를 알게 된다.
현대의 glass panel displays는 과거의 아날로그 VSI와는 달리 즉각적인 VSI를 가진다. 과거의 VSI 시스템은 rate 정보를 지시하는데 지연이 있었다. 현대의 glass panel displays는 digital air data computer를 사용하기 때문에 지연을 나타내지 않는다. 고도 변화가 즉각적으로 표시되며 빠르게 수정될 수 있다.
VSI tape를 사용하여 원하는 고도로 돌아가기 위해 필요한 pitch 변화를 결정해야 한다. 좋은 rule of thumb로는 고도 변화의 두 배가 되는 vertical speed 변화율을 사용하는 것이 좋다. 그러나 이 변화율이 특정 항공기의 최적 상승률/하강률 이상이어서는 안 된다. 예를 들어 원하는 고도로부터 고도가 200ft 떨어진 경우 400fpm의 변화율이 충분할 것이다. 만약 고도가 700ft 변화한 경우 이를 두 배로 하였을 때 1,400fpm의 변화율이 필요하다. 대부분의 항공기는 이를 수행할 수 없으므로 최적의 상승률/하강률로 제한한다. 최적의 변화율은 500에서 1,000fpm 사이로 다양할 것이다.
계기 조종사가 마주하는 한 가지 오류는 과조작이다. 최적의 변화율로부터 200fpm 이상의 편차가 지시될 경우 과조작이 발생한다. 예를 들어 고도계에 200ft의 고도 변화가 지시될 경우 400fpm이 계기에 지시되어야 한다. 만약 계기가 600fpm(최적보다 200 많음)을 나타낸다면 조종사는 항공기를 과조작 하는 것이다.
원하는 고도로 되돌아갈 때의 primary pitch 계기는 VSI tape이다. 원하는 수직속도로부터 편차가 발생할 경우 자세계를 사용하여 적절한 pitch 변화를 만든다.
항공기가 target altitude에 도달함에 따라 수직속도를 낮출 수 있다. 이는 보다 안정된 방법으로 고도를 잡기 위함이다. target altitude에서 level off를 만들어내기 위해선 일반적으로 target altitude로부터 상승률/하강률의 10% 이내일 때 수직속도를 낮추기 시작한다. 이는 급격한 조종간 입력 없이, 혹은 G-load로 인한 불편함 없이 level off를 수행하게 만들어준다.
Airspeed Indicator(ASI)
ASI는 pitch attitude의 간접적인 지시를 제공한다. 일정한 출력 및 pitch attitude에서는 속도가 일정하게 유지된다. pitch attitude가 낮아질 경우 속도가 증가하므로 기수를 들어야 한다.
pitch attitude를 높이면 항공기의 기수가 상승한다. 이는 받음각, 그리고 유도 항력의 증가를 발생시킨다. 항력의 증가는 항공기의 가속도를 감소시킨다(이는 ASI에 표시됨). airspeed trend indicator는 6초 후의 속도에 대한 trend를 나타낸다. 반대로 항공기의 기수가 내려가면 유도항력과 받음각이 감소한다.
ASI를 pitch 계기로 사용할 경우 이와 연관된 지연이 있다. 이는 ASI의 설계 방법과 연관된 지연이 아니라 가속도 변화와 연관된 지연이다. 가속도의 변화가 어느 정도인지에 따라서 ASI는 pitch 변화를 적시에 나타내지 않을 수 있다. pitch 변화를 위하여 ASI만을 참조할 경우 신속한 수정이 이루어지지 못할 수 있다. 그러나 부드러운 pitch 변화가 수행되었다면 현대의 glass panel displays는 1노트의 속도 변화도 나타낼 수 있으며 또한 airspeed trends도 나타낼 수 있다.
계기만을 참조하여 비행할 경우 pitch 제어를 위해선 모든 계기들을 cross-check 해야 한다. pitch와 관련된 계기들을 모두 cross-check 함으로서 조종사는 항공기 자세를 더욱 제대로 시각화할 수 있다.
pitch를 위한 primary instrument는 특정 매개변수에 대해 가장 적합한 정보를 제공하는 계기이다. 수평비행에서 일정한 고도를 유지하고 있다면 고도를 직접적으로 표시하는 계기는 무엇인가? 고도를 표시할 수 있는 유일한 계기는 고도계이다. 다른 계기들은 supporting instruments로서 고도가 변화하는 trend를 나타낼 수는 있으나 직접적으로 고도를 나타내지는 않는다.
supporting instruments는 고도의 변화가 다가오고 있음을 경고해 준다. 숙련된 조종사는 효율적인 cross-check을 통해 고도 유지를 더욱 제대로 수행할 수 있다.
Bank Control
이 내용은 항공기 삼타일치가 유지된 상태를 가정한다(즉, 항공기의 세로축이 상대풍과 정렬됨). PFD의 자세계는 날개가 수평인지를 나타낸다. turn rate indicator, slip/skid indicator, 그리고 heading indicator 또한 항공기가 직진 비행경로(zero bank)를 유지하는지를 나타낸다.
Attitude Indicator
PFD에서 자세계는 항공기의 정확한 bank angle을 표시할 수 있는 유일한 계기이다. 이는 자세계에 표시된 roll scale 덕분이다.
그림 7-52는 자세계 화면을 구성하고 있는 요소들을 식별한다. 화면의 상단은 파란색(하늘을 나타냄)이고 하단은 갈색(지면을 나타냄)이며 이 둘을 구분하는 흰색 선(수평선)이 있음을 주목한다. 수평선과 평행한 선들은 pitch scale이다(이는 5도마다 표시되며 10도마다 라벨이 표시됨). pitch scale은 항상 수평선과 평행을 유지한다.
파란색 영역의 곡선은 roll scale이다. scale의 맨 위에 있는 삼각형은 zero index이다. scale의 해시 마크는 bank angle을 나타낸다. [그림 7-53] roll scale은 수평선을 기준으로 항상 동일한 위치에 있다.
roll pointer는 bank의 각도와 방향을 나타낸다. [그림 7-53] roll pointer는 aircraft symbol과 정렬된다. roll pointer는 자연 수평선과 비교한 항공기 가로축의 각도를 나타낸다. slip/skid indicator는 항공기의 세로축이 상대풍과 정렬되어 있는지를 나타낸다(즉, 삼타일치). roll index와 slip/skid indicator가 정렬된 상태에서 roll index의 왼쪽이나 오른쪽으로 움직일 경우 항공기가 그쪽 방향으로 선회하게 된다. roll scale의 눈금이 잘게 만들어진 덕분에 약 1도 이내로 bank angle을 결정하는 것이 쉽다. 삼타일치가 유지된 상태에서 roll index와 roll pointer가 정렬되어 있다면 항공기는 직진 비행을 수행하고 있다.
EFD의 장점은 세차 오류가 제거된 것이다. 아날로그 계기에서는 회전하는 자이로에 가해지는 힘에 의해 세차 오류가 발생하였다. 새로운 반도체 계기를 통해 세차 오류가 제거되었다.
자세계는 정확한 pitch 및 bank angles를 나타낼 수 있다. 따라서 자세계가 primary instrument가 되는 순간은 특정한 bank angle이나 pitch angle로 비행을 수행하려 할 때이다. 그 외의 경우에는 자세계를 control instrument로 생각할 수 있다.
Horizontal Situation Indicator(HSI)
HSI는 360도로 회전하는 compass card이며 이는 magnetic heading을 나타낸다. HSI는 정확한 headings를 나타낼 수 있는 유일한 계기이다. HSI 고장 시 나침반이 예비 계기로 사용될 수 있다. 그러나 나침반은 불규칙하고 불안정한 움직임을 나타내기 때문에 supporting instrument로 사용될 가능성이 더 높다.
원하는 변화율을 달성하기 위해서는 HSI의 heading 변화율과 그 변화율을 만족하기 위해 필요한 bank angle 양 사이의 관계를 이해하는 것이 중요하다. heading 변화율이 느리다는 것은 bank angle이 작음을 의미한다. 이는 원하는 직진 비행경로에서 벗어나는데 더 많은 시간을 소요한다. heading 변화율이 빠르다는 것은 bank angle이 큼을 의미한다.
Heading Indicator
heading indicator는 흰색 숫자가 있는 검정색 박스이다. 이는 항공기의 magnetic heading을 지시한다. [그림 7-54] 항공기 heading은 가강 가까운 도(°)로 표시된다. 이 숫자가 변화하기 시작하면 조종사는 더 이상 직진 비행이 이루어지지 않음을 인지해야 한다.
Turn Rate Indicator
turn rate indicator는 bank를 간접적으로 나타낸다. 이것은 반표준율 선회와 표준율 선회를 양 방향으로 표시할 수 있는 자홍색 trend indicator이다. [그림 7-54] turn indicator는 자홍색 선을 표준율 선회 마킹 바깥으로 연장하여 초당 최대 4도의 선회를 지시할 수 있다. 선회율이 초당 4도를 초과하였다면 자홍색 선은 6초 이후의 heading을 정확하게 표시할 수 없다(자홍색 선이 멈추고 화살표가 표시될 것임). 이는 정상 운영 범위를 초과하였음을 조종사에게 알려준다.
Slip/Skid Indicator
slip/skid indicator는 자세계에 표시된 삼각형의 아래 부분이다. 이 계기는 항공기의 세로축이 상대풍과 정렬되어 있는지를 나타낸다. [그림 7-54]
조종사는 직진비행을 유지할 때 항상 roll pointer와 roll index를 cross-check 해야 한다. heading은 일정하게 유지되지만 roll pointer와 roll index가 정렬되어 있지 않다면 항공기는 uncoodinated flight 상태이다. 항공기를 삼타일치 상태로 되돌리기 위해서는 rudder를 가해야 한다.
Power Control
출력은 중력, 항력, 그리고 관성력을 극복하는 추력을 만들어낸다.
출력의 제어는 고도와 속도에 연관되어야 한다. 왜냐하면 출력의 변화는 비행기의 속도, 혹은 고도를 변화시키기 때문이다. 특정한 속도에서의 출력 설정은 비행기가 수평 비행중인지, 상승 중인지, 혹은 하강 중인지를 결정한다. 수평비행 도중 출력이 증가하되 속도가 일정하게 유지된다면 비행기는 상승한다. 반면 출력이 감소하되 속도가 일정하게 유지된다면 비행기는 하강한다. 만약 출력 적용 시 고도를 일정하게 유지한다면 속도가 달라진다.
고도와 속도의 관계는 pitch나 출력의 변화 필요성을 결정한다. 원하는 값으로부터 속도가 벗어날 경우 먼저 고도계를 확인한 다음 출력 변화가 필요한지를 결정한다. 고도와 속도는 서로 교환할 수 있다고 생각해보라. 기수를 낮춤으로써 고도를 속도와 바꿀 수 있으며, 혹은 기수를 올림으로써속도를 고도로 바꿀 수 있다. 만약 원하는 값보다 고도는 높고 속도는 낮다면(혹은 그 반대) pitch만을 변경하여도 원하는 고도 및 속도로 되돌아갈 수 있다. [그림 7-55] 속도와 고도가 둘 다 높거나 낮을 경우에 원하는 속도 및 고도로 되돌아가기 위해선 pitch와 출력을 둘 다 변화시켜야 한다. [그림 7-56]
직진수평비행 상태에서 고도와 heading은 유지하면서 속도를 변화시키려면 pitch, bank, 그리고 출력이 조정되어야 한다. single-engine 프로펠러 비행기가 직진수평비행 상태에서 속도 변화를 위해 출력이 변경되었다면 모든 축들을 중심으로 자세가 변화하려는 경향이 있다. 따라서 일정한 고도와 heading을 유지하려면 출력 변화에 비례한 다양한 조종간 압력을 가해야 한다. 증속을 위해 출력을 추가할 때 속도 변화에 따라 forward-elevator pressure를 가하지 않는다면 pitch가 상승한다. 출력의 증가로 인해 비행기는 좌측으로 yaw 및 roll 하려는 경향을 나타낸다. 이는 aileron과 rudder 압력으로 상쇄되어야 한다. 이러한 변화에 앞서기 위해서는 cross-check의 속도가 증가해야 하며 이는 비행기의 형식, 토크 특성, 그리고 출력과 속도의 변화 정도에 따라 달라진다.
Power Settings
다양한 속도에서 직진수평비행을 유지하는데 필요한 대략적인 출력 설정을 사전에 알고 있을 경우 출력 제어 및 속도 변화가 훨씬 쉬워진다. 그러나 속도를 크게 변화하는 경우에는 초기 출력 변경 시 underpower, 혹은 overpower를 하는 것이 일반적인 절차이다. 이는 속도의 변화율을 높이기 위함이다. (작은 속도 변화가 필요한 경우, 혹은 감속이나 가속이 빠르게 이루어지는 비행기의 경우에는 이러한 절차가 필요하지 않음).
정상 순항 속도를 120노트로 유지하기 위해선 23″Hg가 필요하고 100노트를 유지하기 위해선 18″Hg가 필요한 비행기를 예시로 고려해보자. 직진수평비행을 유지하면서 속도를 120노트에서 100노트로 감속하는 것이 아래에서 설명되며 그림 7-57, 7-58, 그리고 7-59에 설명되어 있다.
출력 감소 이전의 계기 지시는 그림 7-57에 나와 있다. 기본적인 자세가 자세계상에 나타나 있다. 특정한 pitch, bank, 그리고 출력 제어 요구 사항들은 다음의 primary instruments에서 확인된다:
Altimeter – Primary Pitch
Heading Indicator – Primary Bank
Airspeed Indicator – Primary Power
pitch와 bank의 supporting instruments는 그림 7-57에 나타나 있다. supporting power instrument가 manifold pressure gauge(혹은 고정 피치 프로펠러의 경우에는 tachometer)임을 주목한다. 그러나 대략 15″Hg(underpower)로 출력 감소가 이루어질 경우에는 manifold pressure gauge가 primary power instrument가 된다. [그림 7-58] 연습을 통해 조종사는 throttle의 움직임, 소리의 변화, 그리고 조종간 압력의 변화를 감지하여 power instrument를 잠깐 보는 것만으로도 출력 설정을 변경할 수 있다.
추력이 감소함에 따라 cross-check 속도를 높인다. 또한 pitch와 bank 계기가 고도 및 heading의 변화를 나타내는 순간 left rudder, back-elevator, 그리고 aileron 압력을 가할 준비를 한다. 여기에 익숙해지면 조종사는 heading과 고도의 변화 없이 이러한 변화들을 cross-check, 해석, 및 제어하는 방법을 배우게 된다. 속도가 감소하는 도중 고도를 유지하기 위해선 그에 비례하여 pitch attitude를 증가시켜야 한다. 마찬가지로 토크를 제어하는 효과적인 방법은 rudder를 사용하여 yaw를 상쇄하는 것이다.
출력 감소 시 고도계는 primary pitch가 되고, heading indicator는 primary bank가 되며, manifold pressure gauge는 순간적으로(그림 7-58에서 15″Hg일 때) primary power가 된다. 비행기가 감속하는 도중 조종간 압력을 trim 해야 한다. 속도가 100노트에 가까워지면 manifold pressure를 대략 18″Hg로 조절한다. 이때 manifold pressure는 다시 supporting power instrument가 된다. 그리고 ASI가 다시 primary power가 된다. [그림 7-59]
Airspeed Changes in Straight-and-Level Flight
직진수평비행 도중 속도를 변화시키는 연습을 하면 three basic instrument skills에 대한 숙련도를 향상시킬 수 있다. 또한 직진수평비행 도중 예상되는 몇 가지 일반적인 오류들을 이해하기 쉽게 만들어준다. clean configuration(최소 항력 상태)에서 비행기를 제어하는 법을 배운 이후에는 flaps와 landing gear를 올리거나 내리는 도중에 속도를 변화하는 연습을 한다. 이는 cross check과 control 숙련도를 높인다. 훈련 도중 gear와 flap의 작동에 대해 POH/AFM이 지정한 속도 제한을 준수해야 한다.
일부 비행기의 경우 landing gear와 flaps를 내림과 동시에 직진수평비행을 유지하려면 갑작스럽고 지나친 자세 변화가 필요할 수 있다. gear가 연장되면 기수는 아래로 향하려는 경향이 있다. 그리고 flaps를 낮추었을 때 일시적으로 양력이 증가한다(partial flap일 경우). 이때 flaps가 최대 연장 지점에 가까워질수록 항력이 현저하게 증가한다.
조종 기법은 비행하는 비행기의 양력 및 항력 특성에 따라 다양하다. 따라서 속도, gear, 그리고 flap의 다양한 조합과 관련된 출력 설정 및 trim에 대한 지식을 통해 계기 cross-check과 판독에 대한 문제를 줄일 수 있다. [그림 7-60]
예를 들어 직진수평비행 중인 비행기의 속도가 120노트이고, 출력은 23″Hg manifold pressure/2,300 rpm이며, gear와 flaps는 올려진 상태이다. 감속 이후 gear와 flaps가 완전히 연장된 상태에서 직진수평비행을 유지하려면 25″Hg manifold pressure/2,500 rpm이 요구된다. maximum gear extension speed는 115노트이고 maximum flap extension speed는 105노트이다. gear와 flaps의 연장, 그리고 95노트로의 감속은 다음 절차를 통해 이루어질 수 있다:
1. rpm을 2,500으로 유지한다. 왜냐하면 full drag configuration에서는 높은 출력 설정이 사용되기 때문이다.
2. manifold pressure를 10″Hg로 감소시킨다. 속도가 감소함에 따라 cross-check 속도를 증가시킨다.
3. 받음각의 증가, 그리고 토크의 감소에 대해 trim을 조절한다.
4. 115노트에서 gear를 내린다. 기수가 내려가려는 경향이 발생할 것이며 감속률이 증가한다. 일정한 고도 유지를 위해 pitch attitude를 증가한다. back-elevator pressures를 trim한다. (만약 105노트에서 full flaps를 사용하였다면 cross-check, interpretation, 그리고 control이 매우 빨라져야 한다. 간단한 방법으로 flaps를 내리기 전에 gear를 내려서 자세를 안정화한다.)
5. gear를 낮춘 상태에서 18″Hg manifold pressure는 100노트의 수평비행을 유지한다. 속도계가 대략 105노트를 나타내면 18″Hg manifold pressure를 향해 출력을 부드럽게 증가한 다음 retrim을 한다. 자세계는 이제 직진수평비행으로부터 약 2.5 bar width nose-high를 나타낸다.
6. flap을 작동시킴과 동시에 미리 설정해둔 값(25″Hg)으로 출력을 증가시킨다. 일정한 고도 및 heading을 유지하기 위해 필요한 압력을 trim한다. 95노트에서 자세계는 직진수평비행으로부터 bar width nose-low를 나타낸다.
Trim Technique
trim control은 조종사가 길러야할 가장 중요한 비행 습관 중 하나이다. trimming은 원하는 비행 자세를 유지하기 위해 조종면에 적용해야 하는 조종 압력을 완화하는 것을 의미한다. 그 결과 조종사가 조종면에서 손을 떼고도 항공기가 현재 자세를 유지하도록 하는 것이 목표이다. 손을 떼고도 비행이 가능할 정도로 항공기가 trim 되었다면 조종사는 비행계기와 그 외의 시스템을 모니터링 하는데 더 많은 시간을 할애할 수 있다.
항공기를 trim 하려면 먼저 trim이 필요한 조종면에 압력을 가한다. 그 다음 압력을 가하는 방향으로 trim wheel을 돌린다. 조종면에 가해지는 압력을 완화한 다음 그 자세를 위한 primary instrument를 모니터링 한다. 원하는 성능이 만들어졌다면 손을 뗀다. 추가적인 trimming이 필요하다면 trimming steps를 다시 수행한다.
항공기는 pitch attitude나 고도가 아닌 특정 속도에 대하여 trim된다. 항공기 속도가 바뀌었다면 re-trim이 필요하다. 예를 들어 항공기가 100노트로 직진수평비행을 하고 있다. 이때 50rpm의 증가는 속도의 증가를 발생시킨다. 속도가 증가함에 따라 양력이 더욱 발생하여 항공기가 상승한다. 이러한 부가적인 추력이 어느 정도 높은 고도에서 안정화되면 속도는 다시 100노트에서 안정화될 것이다.
이는 trim이 속도와 어떻게 연관되어 있는지를 보여준다. 초기 고도를 유지하려면 조종간에 forward pressure를 가함과 동시에 trim wheel을 앞으로 돌려서 조종간 압력을 없애야 한다. trim wheel을 앞으로 돌리는 것은 trim 된 속도를 증가시키는 것과 같다. 속도가 변화할 때마다 re-trimming이 필요하다. 모든 전환 구간 도중 trimming을 수행할 수 있다. 그러나 최종적으로 trim을 수행하기 전에는 속도를 일정하게 유지해야만 한다. 만약 속도가 변화할 경우 항공기가 trim된 속도가 만들어지기 전까지 고도가 변화한다.
Common Errors in Straight-and-Level Flight
Pitch
pitch 오류는 일반적으로 다음과 같은 실수들로 인해 발생한다:
1. 자세계 yellow chevron(aircraft symbol)의 부적절한 조정.
수정 조치: 항공기가 수평을 유지하고 속도가 안정되었다면 원하는 성능 달성을 위해 pitch attitude를 미세하게 조정한다. 이를 확인하기 위해 supporting instruments를 cross-check 한다.
2. pitch instruments의 cross-check 및 interpretation이 불충분하다. [그림 7-61]
예시: 속도 지시가 낮다. 조종사는 nose-high pitch attitude 상태라 생각하고 forward pressure를 가한다. 사실 감속의 이유는 낮은 출력 설정이었다.
수정 조치: 모든 supporting flight instruments의 cross-check 속도를 증가한다. 조종간 입력을 가하기 전에 속도와 고도를 안정화해야 한다.
3. 편차의 허용
예시: 직진수평비행에 대한 PTS에 따라 조종사의 고도 범위는 ±100ft이다. 조종사는 고도가 60ft 벗어난 것을 감지하였지만 기준치 이내에 있기 때문에 수정을 하지 않았다.
수정 조치: 이러한 편차가 발견될 경우 조종사는 항공기를 원래의 고도로 되돌리기 위해 즉시 수정 조작을 수행해야 한다. 고도가 벗어나는 경우가 예상될 수는 있지만 허용되어서는 안 된다.
4. 과조작 – 과도한 pitch 변화
예시: 고도가 벗어난 것을 조종사가 확인하였다. 원래의 고도로 빠르게 돌아가기 위하여 과한 pitch 변화를 만들었다. 과한 pitch 변화는 자세를 불안정하게 만들어 이러한 오류를 악화시킨다.
수정 조치: 원하는 고도로 되돌아가기 위해서는 미세하고 부드러운 수정(고도가 벗어난 정도에 따라 0.5도에서 2도까지)이 이루어져야 한다. 계기비행은 항공기 자세 유지를 위한 작은 수정들로 이루어진다. IMC에서 비행할 때 항공기 제어 상실, 그리고 공간정위상실을 피하기 위해선 과한 자세 변화를 피해야 한다.
5. 수정된 pitch를 유지하지 못함
pitch의 변화는 지체 없이 수행되어야 하며 이를 유지해야 한다. 수정을 만든 이후 조종사가 항공기를 trimming하지 않을 경우 pitch attitude가 변화한다. pitch가 변화될 때마다 trim을 다시 조정하는 것이 중요하다. 이는 유지해야 할 조종간 압력을 없애준다. 신속한 cross-check은 원하는 pitch attitude에서 벗어나는 것을 방지하는데 도움을 준다.
예시: 조종사가 고도 변화를 확인하였다. pitch attitude를 변화하였지만 trim은 조정하지 않았다. 주의 산만으로 인해 조종사의 cross-check이 느려지고 조종간에 가한 압력이 줄어들기 시작한다. 이로 인해 pitch attitude가 변화하였고 결국 원하는 고도로의 회복이 복잡해진다.
수정 조치: pitch를 변화한 후 조종간 압력을 완화하기 위해 즉시 항공기를 trim한다. 원하는 성능이 만들어지는지를 확인하기 위해 신속한 cross-check을 수행해야 한다.
6. cross-check 도중 fixation
interpretation을 위해 하나의 계기에 너무 많은 시간을 할애하거나, 혹은 하나의 계기에만 너무 많은 중요함을 부여하는 것이다. 항공기 자세들 중 하나에서 편차가 발생하는 것을 방지하기 위해선 cross-check 도중 동일한 시간을 소비해야 한다.
예시: 조종사가 pitch attitude를 수정한 다음 pitch 수정이 적절한지를 확인하기 위해 고도계에만 모든 주의를 집중하였다. 이때 heading indicator에는 주의를 기울이지 않았다(heading indicator는 좌선회를 나타내고 있음). [그림 7-62]
수정 조치: 조종사는 cross-check 도중 모든 계기를 모니터링 해야 한다. 수정이 적절한지를 확인하기 위해 하나의 계기에만 fixate 되선 안 된다. 항공기가 또 다른 자세로 벗어나는 것을 방지하기 위해 모든 계기를 계속하여 스캔한다.
Heading
heading 오류는 일반적으로 다음과 같은 실수들로 인해 발생한다(허나 이에 국한되지는 않음):
1. heading indicator를 cross-check 하지 못함(특히 출력이나 pitch attitude의 변경 도중).
2. heading의 변화를 제대로 판독하지 못하여 잘못된 방향으로 수정을 만듦.
3. 미리 선정해둔 heading을 기억하지 못함.
4. heading 변화율, 그리고 이와 연관된 bank attitude의 관계를 알지 못함.
5. heading 변화 시 과조작을 함(특히 출력 변화 도중).
6. heading 변화 시 rudder를 너무 이르게 적용함.
7. 작은 heading 편차를 수정하지 못함. heading 오차를 0으로 만들려는 목표가 있지 않는 한 조종사는 점점 더 큰 편차를 허용할 것이다. 1도 오차의 수정은 20도 오차의 수정보다 훨씬 적은 시간과 집중력을 소모한다.
8. 부적절한 bank attitude로 수정. 10도의 heading 오차를 20도의 bank로 수정하려는 경우 20도 bank angle이 만들어지기 전에 이미 원하는 heading을 지나갈 것이다. 이는 반대 방향을 향하여 다시 수정을 하게 만들 것이다. 잘못된 수정 조치를 사용하여 기존의 오류들을 가중하지 않는다.
9. 이전에 발생한 오류의 원인에 주목하지 않아서 같은 오류를 반복한다. 예를 들어 비행기의 trim이 맞지 않아서 왼쪽 날개가 낮아지려는 경향이 있다. 좌선회가 만들어질 때마다 반복적으로 수정은 하지만 trim은 무시된다.
Power
출력 오류는 일반적으로 다음과 같은 실수들로 인해 발생한다(허나 이에 국한되지는 않음):
1. 항공기의 특정 출력 설정 및 pitch attitudes를 알지 못함.
2. 갑작스러운 throttle 적용.
3. 출력 변화, 상승, 혹은 하강 도중 속도의 lead를 잡지 못함.
예시: 하강으로부터 level off를 할 때 출력을 증가시킨다. 이는 항공기 가속도 감소로 인한 속도 감소를 방지하기 위함이다. 항공기가 level pitch attitude를 만들어낼 때까지 출력을 가하지 않을 경우 항공기는 이미 원하는 속도 이하로 감속하였을 것이다. 이는 출력의 추가적 조정을 필요로 할 것이다.
4. 속도 변화 도중 airspeed tape, 혹은 manifold pressure indications에 fixation 됨. 이로 인해 속도, 출력, 그리고 pitch와 bank를 불규칙하게 제어할 수 있다.
Trim
trim 오류는 일반적으로 다음 실수들로부터 발생한다:
1. 좌석, 혹은 rudder pedals가 부적절하게 조정됨. 다리와 발이 편하게 놓이지 못하여 발목이 긴장될 경우 rudder 압력의 완화를 어렵게 만든다.
2. trim 장치의 작동 방법에 대하여 혼동함(trim은 다양한 비행기 형식에 따라 다름). 일부 trim wheels는 비행기의 축과 정렬되어 있으나 일부는 그렇지 않다. 일부는 예상과 반대 방향으로 회전한다.
3. 항공기는 pitch attitude가 아닌 속도에 trim 된다는 원리를 이해하지 못함.
4. trim을 하는 순서가 잘못됨. trim은 pitch attitudes를 변화시키기 위해 사용되는 것이 아니라 조종간 압력을 완화하기 위함이다. 올바른 trim 기법은 먼저 조종사가 조종간을 잡은 다음 trim을 통해 조종간 압력을 완화하는 것이다. 출력이 변경될 때마다 trim을 계속하여 변화해야 한다. trim을 지속적으로 사용하되 적은 양만을 사용한다.
각 항공기는 특정 무게에 대해 가장 효율적인 상승률을 보이는 특정 pitch attitude 및 속도를 가진다. POH/AFM은 가장 바람직한 상승을 만들어내는 속도를 포함한다. 이 값은 최대 총 중량에 기초한다. 조종사들은 이러한 속도가 무게에 따라 어떻게 변하는지를 알아야만 한다. 이를 통해 조종사는 비행 도중 속도를 보정할 수 있다.
Entry
Constant Airspeed Climb From Cruise Airspeed
순항 속도로부터 정속 상승에 진입하려면 천천히, 그리고 부드럽게 aft elevator pressure를 가한다. 이는 yellow chevron(aircraft symbol)을 들어올린다. [그림 7-63] 원하는 pitch에 도달하였다면 aft control pressure를 유지하면서 상승 출력을 가한다. 이러한 출력 증가는 pitch 변화를 시작하기 전에, 혹은 원하는 pitch에 도달한 이후에 수행될 수 있다. 특정한 상승 출력을 위하여 POH/AFM을 참조한다. 비행하는 항공기의 형식에 따라 pitch attitude가 달라진다. 속도가 감소함에 따라 조종간 압력이 증가해야 한다. 이는 자세를 유지하는데 필요한 추가적인 elevator 편향을 보상하기 위함이다. 조종간 압력을 없애기 위해 trim을 사용한다. trim을 효과적으로 사용함으로써 조종사는 pitch를 더욱 잘 유지할 수 있다. 이를 통해 조종사는 모든 계기의 효율적인 스캔을 수행하는데 더 많은 시간을 할애할 수 있다.
항공기의 성능을 모니터링하기 위해 VSI를 사용해야 한다. 부드러운 pitch 전환을 통해 VSI tape는 상승 경향을 나타내기 시작한다. 그리고 사용 중인 pitch 및 출력에 해당하는 상승률에서 안정된다. 현재의 무게와 대기 조건에 따라 이 상승률이 달라진다. 이를 위해 조종사는 무게와 대기 조건이 항공기 성능에 어떻게 영향을 미치는지에 대하여 알아야 한다.
항공기가 일정한 속도 및 pitch attitude에서 안정되면 pitch를 위한 primary flight instrument는 ASI가 된다. 그리고 primary bank instrument는 heading indicator가 된다. 항공기 형식에 따라 primary power instrument는 tachometer, 혹은 manifold pressure gauge이다. 만약 pitch attitude가 올바르다면 원하는 속도를 향해 천천히 감속할 것이다. 속도에 변화가 있다면 원하는 속도에서 항공기가 안정화되기 전까지 미세한 pitch 변경을 수행한다. 속도가 변경될 경우 trim을 조정해야 한다.
Constant Airspeed Climb From Established Airspeed
정속 상승에 진입하기 위해서는 먼저 순항 속도에서 상승 속도로 감속을 완료한다. 감속 시 직진수평 비행을 유지한다. 상승을 향해 진입하는 방법은 순항 속도에서 진입하는 방법과 유사하다(단, 이 경우에는 pitch attitude를 올릴 때 출력이 반드시 증가되어야 함). [그림 7-64] pitch를 변화한 후 출력을 가하면 항력 증가로 인해 속도가 감소한다. pitch 변화 이전에 출력을 가하면 excess thrust로 인해 속도가 증가한다.
Constant Rate Climbs
정률 상승의 진입 방법은 정속 상승과 매우 유사하다. 출력 증가 시 elevator pressure를 부드럽게 가하여 원하는 pitch attitude(원하는 상승률이 나오는 값)까지 yellow chevron을 올린다. 이 기동의 초반에는 ASI가 pitch를 위한 primary instrument이다. 상승률이 안정화된 이후에는 VSI tape이 primary가 된다. ASI는 이제 power를 위한 primary instrument이다. 원하는 상승률로부터 편차가 발생할 경우 미세한 pitch 변화가 필요할 것이다. [그림 7-65]
성능, pitch, 그리고 출력의 편차를 보정하기 위해 수정을 만들 때 안정적인 비행 자세를 계속 유지하려면 조종 입력들이 조직적이어야 한다. 예를 들어 원하는 값보다 상승률은 적지만 속도는 정확할 때 pitch를 올린다면 상승률이 순간 증가한다. 만약 출력의 증가가 없다면 항력 증가로 인해 속도가 빠르게 감속하기 시작한다. 하나의 변수가 변경되었다면 다른 변수들도 조직적으로 변화해야 한다.
반대로 속도는 낮고 pitch는 높은 경우에는 pitch attitude의 감소만으로도 문제가 해결될 수 있다. 출력 감소가 필요한지를 확인하기 위해 항공기 기수를 약간만 낮춘다. 항공기 pitch 및 출력 설정을 숙지하면 정밀한 자세 계기 비행을 수행하는데 도움이 된다.
Leveling Off
상승으로부터 level off를 수행하기 위해선 원하는 고도에 도달하기 전에 pitch를 줄여야 한다. 원하는 고도에 도달하기 전까지 pitch를 변화시키지 않는다면 항공기의 가속도로 인하여 그 고도를 통과하게 만든다. 적용해야 할 lead의 양은 상승률/하강률에 따라 달라진다. 상승률/하강률이 커질수록 level off를 위한 lead가 커져야 한다. 좋은 rule of thumb는 상승률/하강률의 10%에서 level off를 lead하는 것이다.
(ex. 1,000fpm / 10 = 100feet lead)
원하는 고도에서 level off를 수행하기 위해 자세계를 참조하여 부드러운 forward elevator pressure를 가한다. 그와 동시에 VSI와 altimeter tapes를 모니터링 한다. 하강률은 점점 감소하고 속도는 증가하기 시작해야 한다. 원하는 순항 속도에 도달하기 전까지는 상승 출력 설정을 유지한다. 증속 시 원하는 고도를 유지하기 위해선 고도계를 계속 모니터링 해야 한다. 순항 속도에 도달하기 전에는 출력을 감소시켜서 속도가 overshoot하는 것을 피한다. 여기에 필요한 lead 시간은 항공기가 가속하는 속도에 따라 달라진다. airspeed trend indicator를 사용하면 원하는 속도를 향해 항공기가 얼마나 빠르게 도달하는지에 대하여 도움을 얻을 수 있다.
상승 속도로부터 level off를 수행하기 위해 적절한 pitch attitude로 기수를 낮춘다. 이와 동시에 원하는 속도를 유지할 수 있는 설정으로 출력을 감소시킨다. pitch와 출력의 조직화된 감소를 통해 속도의 변화가 없어야 한다.
Descents
하강 비행은 출력을 감소시키거나, 수평비행 자세 보다 낮은 pitch를 향해 기수를 낮추거나, 혹은 항력을 추가함으로써 다양한 속도 및 pitch attitudes에서 수행될 수 있다. 이러한 변화들 중 하나가 수행된 이후 속도는 결국 안정화된다. 이러한 전환 구간에서 정확한 pitch를 표시하는 유일한 계기는 자세계이다. 만약 자세계를 사용하지 않는다면(예를 들어 partial panel flight) 항공기가 일정한 속도 및 하강률에서 안정되기 전까지는 ASI tape, VSI tape, 그리고 altimeter tape 값이 변화할 것이다. altimeter tape은 계속하여 하강을 나타낸다. pitch를 일정하게 유지하고 항공기가 안정되도록 만든다. 자세나 속도를 변화하는 동안 조종간 압력을 없애기 위해 trim을 지속적으로 적용한다. 이러한 전환 도중 스캔 속도가 빨라져야 한다. 왜냐하면 항공기의 비행경로와 속도가 변화하고 있기 때문이다. [그림 7-66]
Entry
하강은 정률, 정속, 혹은 이 둘이 조합되어 수행될 수 있다. 이들은 다음 방법을 통해 자세계의 유무 상관없이 수행될 수 있다. 원하는 속도로 감속하기 위해 출력을 줄여준다. 이때 직진수평비행을 유지한다. 원하는 속도에 도달하면 미리 선정해둔 값으로 출력을 줄인다. 이와 동시에 pitch를 낮춰주지 않으면 속도가 계속하여 감속한다. pitch를 위한 primary instrument는 ASI tape이다. 원하는 속도로부터 편차가 발생하면 자세계를 참조하여 미세한 pitch 조정을 만든다. 그리고 airspeed tape을 통해 그 조정을 검증한다. airspeed trend indicator를 사용하여 현재 증속중인지, 그리고 그 rate가 어느 정도인지를 판단한다. 조종간 압력을 trim하는 것을 기억해라.
정률 하강을 위한 진입 절차에서는 pitch를 위한 primary instrument가 VSI tape인 것을 제외하고 동일하다. 특정한 속도를 유지하면서 정률 하강을 수행할 경우 pitch와 출력의 조직화된 사용이 필요하다. pitch의 모든 변화는 속도에 직접적으로 영향을 미친다. 반대로 pitch를 일정하게 유지하고 있다면 속도의 변화가 수직 속도에 직접적인 영향을 미친다.
Leveling Off
순항 속도로 돌아가기 위해 하강으로부터 level off를 할 경우 수평비행 자세로 pitch를 증가시키기 전에 먼저 순항 설정으로 출력을 증가시켜야 한다. level off를 언제 시작할지를 결정하는데 사용되는 기술은 하강률의 10%에 해당하는 고도만큼 level off를 lead 하는 것이다. 예를 들어 항공기가 1,000fpm으로 하강하는 경우 level off 고도로부터 100ft 지점에서 level off를 시작한다. 만약 pitch attitude의 변화가 늦게 시작되었다면 pitch를 빠르게 변화시키지 않는 한 원하는 고도로부터 overshoot 하려는 경향이 있다. 조작 문제, 혹은 공간정위상실로 이어질 수 있는 급격한 변화를 만들지 않도록 주의한다. level pitch attitude가 만들어졌다면 원하는 속도까지 항공기를 증속시킨다. airspeed tape와 altitude tape의 성능을 모니터링 한다. 속도의 편차가 발생할 경우 출력을 조정한다. altimeter tape을 cross-check하여 항공기가 수평비행을 유지하고 있는지 확인한다. 고도 변화가 확인되었다면 원하는 고도로 다시 되돌아갈 수 있도록 pitch를 변경한다. pitch를 변경할 경우 출력 세팅 또한 조직적으로 변화되어야 한다. 원하는 순항 속도를 유지하기 위해 속도를 모니터링 한다.
일정한 속도에서 level off를 수행하는 경우에도 조종사는 수평 자세를 향해 pitch attitude를 높이기 시작할 시기를 결정해야 한다. 만약 pitch만을 변경한다면 항공기의 pitch 증가로 인한 항력 증가로 인하여 속도가 변화한다. 속도를 유지하기 위해서는 미리 정해둔 값까지 출력을 부드럽게 증가시켜야 한다. 조종간 제어 압력을 완화하기 위해 항공기를 trim 한다.
Common Errors in Straight Climbs and Descents
상승 및 하강 오류들은 일반적으로 다음 실수들로부터 발생하지만 이에 국한되지는 않는다:
1. 상승 시 pitch overcontrol. 정교한 자세 계기 비행을 달성하기 위해서는 항공기에 익숙해지는 것이 중요하다. 특정 속도와 관련된 pitch attitudes에 익숙해지기 전까지는 초기 pitch로부터 수정을 만들어내야 한다. pitch의 변화는 즉각적인, 그리고 안정된 결과를 만들어내지 않는다. 새로운 속도와 수직 속도가 안정화되는 동안 인내심을 유지해야 한다. 첫 번째 pitch 변화가 검증되기 전까지는 또 다른 pitch 변경을 하지 않는다. 작은 변화가 보다 신속한 결과, 그리고 안정적인 비행경로를 만들어낸다. pitch와 출력의 큰 변화는 더욱 제어하기 어려우며 회복 절차를 복잡하게 만들 수 있다.
2. 계기 cross-check 속도를 높이지 못함. pitch나 출력의 변화가 만들어질 때마다 조종사의 cross-check 속도가 높아져야 한다. 느린 cross-check으로 인하여 비행 자세가 벗어날 수 있다.
3. 새로운 pitch attitudes를 유지하지 못함. 편차를 수정하기 위해 pitch 변화가 만들어졌다면 그 변화가 검증되기 전까지는 pitch attitude가 유지되어야 한다. trim을 사용하면 새로운 pitch attitude를 유지하는데 도움이 된다. 만약 pitch가 유지되지 못하였다면 첫 번째 pitch 변화가 편차를 수정하는데 충분했는지를 검증하지 못한다. 계속하여 변화하는 pitch attitude는 회복 절차를 지연시킨다.
4. 효율적인 trim 기법을 사용하지 못함. 조종사가 조종간 압력을 직접 유지함으로 인해 pitch가 변화되었다면 첫 번째 수정의 검증이 불가능해진다. 조종사들이 직접 pitch attitudes를 유지하려는 경우에는 조종간 압력이 추가되거나 완화되는 경향이 있다. trim을 사용하면 조종사가 조종간에 압력을 가하지 않고도 비행할 수 있게 해준다.
5. 적절한 출력 설정을 사용하지 못함. 조종사가 항공기의 특정 pitch 및 출력에 익숙하지 않을 경우 비행경로를 변경하는데 오랜 시간이 걸린다. 비행경로를 신속하게 변경하기 위해서는 pitch 및 출력을 배워야 한다.
6. pitch나 출력을 조정하기 전에 속도와 수직 속도를 cross-check 하지 않음. 하나만을 변경하여도 다른 하나의 편차를 수정할 수 있는 경우가 있다.
7. level off 도중 pitch와 출력을 조직적으로 사용하지 않음. level off 도중 pitch와 출력을 조직적으로 사용해야만 원하는 결과를 얻을 수 있다. 출력을 가하기 전에 pitch를 올리면 항력이 증가한다. 이는 원하는 값 이하로 속도를 감소시킨다.
8. supporting pitch instruments를 사용하지 않아서 VSI를 chase 함. pitch 변화를 위해 항상 자세계를 control instrument로 사용한다.
9. 상승/하강 도중 level off를 위한 적절한 lead를 결정하지 못함. 너무 오래 기다릴 경우 고도를 overshoot 할 수 있음.
10. Ballooning – level off 도중 출력 증가 시 forward control pressure를 유지하지 못함. 추가적인 양력이 발생하여 항공기 기수가 pitch up 한다.
이전 장에서는 직진수평비행 뿐만 아니라 상승 및 하강에 대해 다루었다. 그러나 자세 계기 비행은 직선비행만으로 이루어지지 않는다. 어느 시점에서 항공기는 victor airways, GPS course, 그리고 계기 접근을 따라 기동하기 위해 선회할 필요가 있다. 계기 비행의 핵심은 부드러운, 그리고 제어된 pitch 및 bank의 변화이다. 계기 비행은 급격한 기동 없이 출발 공항에서 목적지 공항으로 향하는 느린, 그러나 계획적인 과정이어야 한다.
특정 heading을 향한 선회는 표준율 선회로 이루어져야 한다. 표준율 선회는 초당 3도의 선회율로 정의된다. 이는 2분 동안 360도 선회를 완료한다. 초당 3도의 선회율은 시기적절한 heading 변화를 가능하게 해준다. 또한 조종사가 비행계기들을 cross-check 할 충분한 시간을 제공하며 항공기에 가해지는 공기역학적 힘들이 급격하게 변화하지 않게 해준다. 조종사의 cross-check이 방해될 정도로 항공기를 빠르게 기동하여서는 안 된다. 대부분의 autopilot은 표준율 선회로 선회하도록 프로그램 되어 있다.
Establishing A Standard Rate Turn
표준율 선회를 수행하기 위해 먼저 bank angle의 근사치를 계산한 다음 이를 자세계에 설정한다. bank angle을 계산하는 rule of thumb는 true airspeed의 15%를 사용하는 것이다. 이를 구하는 간단한 방법은 속도를 10으로 나눈 다음 그 결과의 1/2을 더하는 것이다. 예를 들어 100노트일 경우에는 약 15도의 bank angle이 필요하다(100/10 = 10 + 5 = 15). 120노트로 표준율 선회를 하는 경우에는 약 18도의 bank가 필요하다. HSI에 위치한 turn rate indicator를 cross-check하여 현재의 bank angle이 표준율 선회를 수행하기에 충분한지 확인한다. 원하는 성능을 달성하기 위해 bank angle을 약간 수정해야 할 수 있다. 이때 turn rate indicator가 primary bank instrument이다. 왜냐하면 이는 표준율 선회를 명확하게 지시할 수 있는 유일한 계기이기 때문이다. 자세계는 오직 bank angle을 설정하기 위해서만 사용된다(control instrument). 그러나 bank angle을 cross-check 함으로써 자세계를 supporting instrument로 사용할 수는 있다. 이는 본인이 계산한 값보다 bank angle이 더 많은지, 혹은 적은지를 확인하기 위함이다.
항공기가 roll을 시작함에 따라 양력의 수직 성분이 감소한다. [그림 7-67] 이 때문에 수평을 유지하기 위해서는 추가적인 양력이 발생되어야 한다. 고도가 떨어지려는 경향을 막을 수 있을 정도로 조종간에 aft pressure를 가한다. 양력이 증가함에 따라 유도 항력 또한 발생한다. 이러한 추가 항력으로 인해 항공기가 감속하기 시작한다. 이에 대응하기 위해 power lever를 증가하여 추력을 가한다. 고도와 속도가 유지되었다면 trim wheel을 사용하여 조종간 압력을 제거한다.
표준율 선회로부터 roll out을 할 경우 조종사는 삼타일치, 그리고 부드러운 조종간 입력을 적용하여 wing level attitude를 만들어야 한다. roll-out 속도는 roll-in 속도와 동일해야 한다. 이는 원하는 heading에 도달하는데 필요한 lead를 추정하기 위함이다.
선회로부터 직진비행으로 전환하는 도중 bank를 위한 primary instrument는 자세계이다. 날개 수평이 만들어진 이후에는 heading indicator가 bank를 위한 primary instrument이다. bank 감소에 따라 양력의 수직 성분이 증가한다. 만약 pitch attitude를 충분히 낮춰주지 않는다면 고도를 유지하지 못할 것이다. 적극적인 cross-check을 통해 일정한 고도유지가 가능할 것이다. 항공기가 zero bank에 도달하였을 때 level pitch attitude에 도달하려면 bank angle 감소에 따라 pitch attitude도 감소시켜야 한다. trim wheel을 사용하여 과도한 조종간 압력을 제거해야함을 기억하라.
Common Errors
1. 표준율 선회와 관련된 일반적인 오류 중 하나는 조종사가 표준율에 해당하는 적절한 bank angle을 유지하지 못하기 때문이다. 선회 도중 bank를 위한 primary instrument는 turn rate indicator이다. 그러나 bank angle은 조금씩 변화한다. 적극적인 cross-check을 통해 조종사는 overbanking, 혹은 underbanking으로 인해 발생하는 실수들을 최소화해야 한다.
2. 표준율 선회 도중 일반적으로 발생하는 또 다른 오류는 crosscheck이 비효율적이거나, 혹은 충분하지 않다는 것이다. 조종사들은 기동 도중 고도, 속도, 그리고 bank angle이 벗어나는 것을 방지하기 위하여 적극적인 cross-check을 해야 한다.
3. fixation은 일반적으로 자세 계기 비행과 관련된 주요 오류이다. 계기 한정을 위해 훈련을 받는 조종사들은 그들이 인지하는 것(turn rate indicator)에만 집중하여 cross-check을 못하는 경향이 있다. radial scan은 조종사가 기동 도중 모든 계기를 적절하게 scan 할 수 있도록 해준다.
Turns to Predetermined Headings
선회는 조종사가 초기 비행 훈련 도중 배우는 가장 기본적인 기동들 중 하나이다. 항공기를 제어하는 것, 삼타일치를 유지하는 것, 그리고 원하는 heading에서 부드럽게 roll out하는 것은 모두 능숙한 자세 계기 비행의 핵심이다.
EFD는 조종사로 하여금 자세 계기 비행의 모든 구간에서 계기들을 더욱 제대로 활용할 수 있도록 해준다. 이는 기존의 모든 계기들을 PFD에 통합함으로써 이루어졌다. 자세계의 크기 증가로 인해 조종사는 pitch를 더욱 제대로 유지할 수 있다. 또한 turn rate indicator(compass rose에 위치)는 원하는 heading에 대해 언제 roll-out을 시작해야하는지 결정하는데 도움을 준다.
약간의 heading을 변경하기 위해 어떤 bank angle을 사용할지를 결정하는 경우 일반적으로 총 heading 변화량보다는 적은 bank angle을 사용한다. 예를 들어 20도의 heading 변화가 필요할 경우엔 20도 이하의 bank angle이 필요하다. bank angle을 결정하는 또 다른 rule of thumb는 총 heading 변화량의 절반을 사용하는 것이다(그러나 절대로 표준율 선회를 넘겨서는 안 됨). 표준율 선회에 해당하는 정확한 bank angle은 true airspeed에 따라 달라진다.
이를 염두에 두고 bank angle을 계산하였다면 그 다음 단계는 언제 roll-out 절차를 시작할지 결정하는 것이다. 예를 들어 항공기가 heading 030으로부터 heading 120으로 선회를 시작하였다. 이 항공기 속도에서 표준율 선회는 15도 bank이다. 조종사는 heading indicator가 112도를 표시할 때 120을 향하여 roll-out을 시작하길 원한다. 이때 필요한 계산은 다음과 같다:
15도 bank(표준율 선회) / 2 = 7.5도
120도 – 7.5도 = 112.5도
이 기법을 통해 조종사는 overshoot, 혹은 undershoot 양이 있을 경우 lead의 양을 수정해야하는지를 더 제대로 판단할 수 있다.
Timed Turns
EFD를 사용한 timed turns는 아날로그 계기 항공기와 동일한 방식으로 수행된다. 이 기동을 수행하는데 사용되는 계기는 시계와 turn rate indicator이다. 이 기동의 목적은 조종사가 scanning에 능숙해지는 것뿐만 아니라 표준 계기 없이도 항공기를 조종하는 능력을 발전시키는 것이다.
heading indicator가 손실되었다면 timed turns가 필수적이게 된다. 이는 AHRS의 손실, 혹은 magnetometer의 손실로 인해 발생할 수 있다. 어쨌든 항법을 위해서 나침반을 사용할 수는 있다. magnetic compass turns 대신 timed turns를 사용하는 이유는 기동의 단순함 때문이다. magnetic compass turns를 위해서는 조종사가 나침반과 관련된 다양한 오류를 고려해야 한다(허나 timed turns는 그렇지 않음).
선회를 시작하기 전에 turn rate indicator의 표준율 지시가 실제로 초당 3도의 선회를 지시하는지 확인한다. 이를 위해선 calibration이 수행되어야 한다. 왼쪽/오른쪽 방향을 향해 표준율로 선회를 시작한다. 나침반이 cardinal heading을 지날 때 디지털 타이머를 시작한다. compass card가 그 외의 cardinal heading을 통과할 때 타이머를 중지한다. 날개를 수평으로 만든 다음 선회율을 계산한다. turn rate indicator가 calibrate 되어 있어서 올바른 지시를 한다면 90도의 heading 변화에 30초가 소요된다. 90도의 heading 변화에 걸리는 시간이 30초 초과/미만인 경우 그 차이를 보상하기 위해 standard rate line의 아래/위로 편향해야 한다. 한 쪽 방향에 대한 calibration이 완료되었다면 반대 방향으로 선회를 수행한다. 양 방향에 대하여 calibrate가 완료되었다면 그 보정 값을 모든 timed turns에 적용한다.
timed turn을 수행하기 위해서는 heading 변화량을 설정해야 한다. 120도에서 240도로 heading을 변경하는 경우 조종사는 그 차이를 계산한 다음 이를 3으로 나눈다. 이 경우 120을 3으로 나누었을 때 그 값은 40초이다. 이는 완벽한 표준율 선회를 유지했을 경우 120도의 heading 변화에 40초가 걸린다는 것을 의미한다. 항공기가 표준율 선회로 선회하기 시작할 때 시간을 재기 시작한다. 이 기동 도중 모든 비행계기를 모니터링 한다. primary pitch instrument는 고도계이다. primary power instrument는 ASI이고 primary bank instrument는 turn rate indicator이다.
계산된 시간이 만료되었다면 부드럽게 roll-out을 시작한다. 조종사가 roll-in과 roll-out을 하는데 있어 동일한 속도를 사용하였다면 roll-in과 roll-out에 사용된 시간이 이 계산에 포함될 필요가 없다. 연습을 통해 조종사는 원하는 heading에서 날개 수평을 만들어낼 것이다. 만약 편차가 발생한 경우 올바른 heading을 만들어내기 위해 미세한 수정을 한다.
Compass Turns
magnetic compass는 그 작동을 위해 다른 동력원을 필요로 하지 않는 유일한 계기이다. AHRS, 혹은 magnetometer가 고장 난 경우 항공기 heading을 결정하는데 사용될 수 있는 유일한 계기는 magnetic compass이다. magnetic compass의 사용법에 대한 자세한 설명은 7-21 페이지를 참조한다.
Steep Turns
계기 비행 훈련의 목적상 steep turn은 표준율 선회를 초과하는 모든 선회로 정의된다. 표준율 선회는 초당 3도로 정의된다. 초당 3도의 선회율에 해당하는 bank angle은 비행 속도에 따라 달라진다. 속도가 증가하면 bank angle을 증가시켜야 한다. 표준율 선회에 해당하는 정확한 bank angle은 중요하지 않다. 일반적인 표준율 선회 bank angle은 10도에서 20도 사이이다. steep turn 기동 훈련의 목표는 과도한 bank angle에서 항공기를 능숙하게 제어하는 것이다.
과도한 bank angle 훈련은 조종사가 cross-check 기술을 연마하게 해준다. 또한 광범위한 비행 자세에서 고도를 제어하는 능력을 향상시켜 준다. 현재의 계기 비행 시험 PTS는 steep turns의 시연을 요구하지 않는다. 그러나 이는 계기 훈련 조종사가 그 숙련도를 입증할 필요성을 제거하지는 않는다.
steep turns 훈련은 빠르게 변화하는 공기역학적 힘을 인지 및 적응하게 해준다. 공기역학적 힘들이 빠르게 변화하기 때문에 비행계기들의 cross-check 속도가 빨라져야 한다. steep turn에 진입하고, 유지하고, 빠져나오는 절차는 shallow turns와 동일하다. 공기역학적 힘이 증가할 뿐만 아니라 힘들이 변화하는 속도도 빨라지기 때문에 계기 cross-check 및 interpretation 숙련도가 향상된다.
Performing the Maneuver
왼쪽으로 steep turn에 진입하기 위하여 45도 bank로 삼타일치 선회를 시작한다. glass panel displays가 아날로그 계기에 비해 갖는 장점은 roll scale의 45도 bank 표시이다. roll scale의 45도 bank 표시로 인하여 조종사는 원하는 bank angle을 향해 정밀하게 roll을 수행할 수 있다. [그림 7-68]
수평 비행으로부터 bank angle이 증가함에 따라 양력의 수직 성분이 감소하기 시작한다. 양력의 수직 성분이 계속하여 감소할 경우 VSI tape, altitude trend indicator, 그리고 고도계에 고도 손실이 표시된다. 또한 낮은 pitch attitude로 인하여 속도가 증가하기 시작한다. steep turns 훈련을 시작하기 전에 포괄적인 scan을 발달시키는 것이 매우 중요하다. 모든 trend indicators, VSI, altimeter, 그리고 ASI는 계기만을 참조하여 steep turns를 수행할 때 매우 필수적이다.
고도 손실을 피하기 위해서는 조종사가 back pressure를 서서히 증가시켜야 한다. 필요한 pitch 변화는 보통 항공기 유형에 따라 3에서 5도 이하이다. back pressure가 증가함에 따라 받음각이 증가하여 양력의 수직 성분이 증가한다. 고도 편차가 발생하였다면 적절한 조종간 압력 수정이 필요하다. steep turns 초기 훈련 도중 조종사는 overbank 하려는 경향이 있다. over bank는 bank angle이 50도를 초과하는 경우이다. outboard wing이 더욱 빠르게 움직일수록 inboard wing과의 양력 차이가 점점 커진다. bank angle이 45도 이상으로 점점 깊어짐에 따라 양력의 두 요소들(수직 및 수평)은 반비례하게 된다.
bank angle이 45도를 초과하였다면 이제는 양력의 수평 성분이 더 큰 힘이 된다. 고도가 감소할 때 조종사가 back pressure만 가한다면 양력의 수평 성분 증가로 인하여 항공기 선회 반경이 좁아지기 시작한다. aft pressure가 계속하여 증가한다면 양력의 수직 성분 상실과 공기역학적 날개 하중으로 인해 항공기의 기수가 상승하지 못하는 시점이 발생한다. pitch의 증가는 선회 반경을 좁히기만 한다.
계기만을 참조하여 steep turn을 성공적으로 수행하는 핵심은 두 가지이다: 빠른 cross check, 그리고 steep turn과 연관된 공기역학. 조종사는 trim을 사용하여 조종간 압력을 제거해야 한다. 연습을 통해 교관은 trim을 사용하거나 사용하지 않고 steep turn을 성공적으로 수행하는 방법을 시연할 수 있다. 항공기가 trim 되었다면 계기들을 cross-check 및 interpret 할 시간을 더욱 확보할 수 있다.
고도의 변화를 수정할 경우 back pressure만 조정하는 것이 아니라 양력의 수직 성분 변화를 위해 bank angle을 ±5도로 수정하는 것이 중요하다. 이러한 두 가지 행동들은 동시에 이루어져야 한다.
steep turns로부터 직진수평비행으로 되돌아갈 때 기동의 진입 고도, 진입 heading, 그리고 진입 속도로 되돌아가려면 출력에 따라 aft control forces를 변화시켜야 한다.
순서:
1. clearing turns를 수행한다.
2. 45도 bank로 좌선회를 시작함과 동시에 pitch attitude를 대략 3에서 5도로 증가한다.
3. bank가 30도를 통과하였다면 진입 속도 유지를 위하여 출력을 증가한다.
4. aft control force를 제거하기 위해 trim을 적용한다.
5. 원하는 heading으로부터 대략 20도 지점에서 roll out을 시작한다.
6. level cruise pitch attitude를 향해 forward control pressure를 가한다.
7. 진입 시 출력 설정으로 출력을 감소시킨다.
8. 항공기를 re-trim 하거나, 혹은 우측으로 steep turn을 계속한다.
9. 기동이 완료되면 cruise flight로 되돌아간 다음 적절한 checklist 항목들을 수행한다.
Unusual Attitude Recovery Protection
unusual attitude는 조종사가 맞이할 가장 위험한 상황들 중 하나이다. 계기 해석을 통한 올바른 회복 훈련이 없다면 조종사는 비정상 자세를 치명적 사고로 악화시킬 수 있다.
아날로그 계기들의 경우 항공기 자세 추론을 위해 계기들 사이사이를 scan 해야 한다. 이러한 계기들 각각에는 성공적 회복에 필요한 정보가 부족하다.
EFD에는 unusual attitudes를 인지 및 회복하는데 도움이 되는 기능들이 있다. PFD는 모든 비행계기들을 한 화면에 표시한다. 각 계기는 자세계 화면 위에 겹쳐진다. 이러한 배치를 통해 조종사는 더 이상 한 계기로부터 다른 계기로 눈을 돌릴 필요가 없다.
unusual attitude 회복을 위해 새로이 도입된 요소들(unusual attitude recovery protection)은 조종사가 항공기 자세를 신속하게 결정하여 안전하고, 적절하며, 신속한 회복을 할 수 있게 해준다. PFD에 표시된 커다란 인공 지평선을 통해 상황 인식이 증가하였다. 이는 scan 도중 항상 자세계를 확인할 수 있게 해준다.
아날로그 계기의 한 가지 문제는 pitch attitude가 90도 위/아래로 증가하였을 때 파랑색/갈색만을 계기에 나타낸다는 것이다.
EFD 자세계의 경우에는 하늘과 땅을 항상 표현하도록 설계되었다. 이는 조종사가 수평선으로 돌아가는 가장 빠른 방법을 알 수 있게 해준다. 이는 또한 상황 인식을 크게 향상한다.
NOTE: 대략 47도 pitch up 자세에서 수평선이 아래로 이동하기 시작한다. 이 시점에서 조종사에게 수평 자세로 돌아가는 가장 빠른 방법을 보여주기 위하여 갈색 부분이 계속 표시된다. [그림 7-69]
NOTE: 대략 27도 pitch down 자세에서 수평선이 위로 이동하기 시작한다. 이 시점에서 조종사에게 수평 자세로 돌아가는 가장 빠른 방법을 보여주기 위하여 파란색 부분이 계속 표시된다. [그림 7-70]
자세계의 흰색 선은 수평선이라는 점을 이해해야 한다. 파란색과 갈색 사이의 틈은 참조선일 뿐이지 인공 수평선으로 간주되어서는 안 된다.
unusual attitude recovery protection은 PFD 소프트웨어에 내장되어 있으며 이는 AHRS에 의해 가능하게 되었다. nose-high unusual attitude의 경우 unusual attitude recovery protection은 수평선을 가리키는 red chevrons를 나타낸다. 이 chevrons는 자세계의 50도 지점에 위치한다. chevrons는 항공기가 30도 nose-high attitude에 접근할 때 나타난다. 소프트웨어는 자동으로 airspeed, heading, attitude, altimeter, VSI tape, 그리고 trend vectors 만을 PFD에 남겨놓는다(그 외의 정보들은 삭제됨). pitch attitude가 25도 아래로 떨어지면 삭제되었던 정보들이 다시 나타난다.
nose-low unusual attitudes의 경우 pitch가 15도 nose-down을 초과하였을 때 chevrons가 나타난다. 만약 20도 nose-down으로 pitch가 계속 감소하였다면 unusual attitude recovery protection이 자동으로 불필요한 정보들을 삭제한다. pitch가 15도 이상으로 증가하면 삭제되었던 정보들이 다시 나타난다.
또한 unusual attitude protection을 발생시키는 bank limit이 있다. 만약 항공기 bank가 60도를 초과하면 날개를 수평으로 다시 roll 할 수 있는 최단 방향을 나타내기 위해 roll index가 연장된다. 65도에서 PFD는 불필요한 정보들을 삭제한다. bank가 60도 이하로 감소하면 삭제되었던 정보들이 다시 나타난다.
그림 7-71에서 항공기는 60도 bank를 초과하였다. bank index의 끝자락에서 연장되는 흰색 선을 확인한다. 이 선은 wing level로 돌아가는 최단 거리를 나타낸다.
AHRS 고장이 발생할 경우 unusual attitude protection이 상실된다. 그리고 PFD의 모든 heading 및 attitude 지시가 사라진다. 또한 roll hold와 attitude hold를 제외한 autopilot의 모든 기능들이 손실된다.
다음 그림들은 이 기술이 상황 인식을 높이는데 얼마나 중요한지, 그리고 안전성을 향상하는데 얼마나 중요한지를 나타낸다.
그림 7-72는 AHRS와 ADC가 정상적으로 작동하는 경우의 unusual attitude protection을 보여준다. 수평선을 가리키는 red chevrons는 nose-high unusual attitude를 나타낸다. 이 덕분에 unusual attitude를 쉽게 인지 및 수정할 수 있다.
NOTE: red chevrons는 level pitch attitude를 가리킨다. trend indicators는 6초 후의 속도 및 고도를 나타낸다. heading indicator의 trend indicator는 항공기가 선회하는 방향을 나타낸다. slip/skid indicator는 항공기가 삼타일치 되었는지를 나타낸다. 이 정보는 항공기가 현재 어떠한 유형의 unusual attitude에 놓여있는지를 판단하는데 도움이 된다.
이제 그림 7-73을 보라. 그림 7-72와 동일한 속도가 표시되고 있다. 허나 AHRS가 고장 났다. altimeter와 VSI tape는 항공기가 nose-high attitude를 취하고 있음을 명백히 지시하는 유일한 계기이다. 더 이상 표시되지 않는 주요 계기는 slip/skid indicator이다. 조종사가 참조할 수 있는 standby turn coordinator가 항공기에 설치되어있지 않다.
magnetic compass는 현재 heading이 유지되고 있음을 나타낸다. 그러나 이 계기는 turn coordinator, 혹은 slip/skid indicator 만큼 중요하지는 않다.
그림 7-74는 AHRS와 ADC의 고장을 나타낸다. 이 고장이 발생하면 항공기 자세에 대한 지시가 전혀 나타나지 않는다. 제조업체는 autopilot(wing leveler)을 킬 것을 권장한다.
PFD의 primary instrumentation 고장이 발생한 경우 standby instruments만을 사용할 수 있다. standby instrumentation에는 아날로그 속도계, 자세계, 고도계, 그리고 나침반이 있다. standby turn coordinator는 설치되어 있지 않다.
극도로 높은 nose-high, nose-low, 혹은 bank angles일 경우 아날로그 자세계가 tumble하여 그 계기를 사용하지 못할 수 있다.
Autopilot Usage
autopilot은 MFD 화면 뒤에 설치된 turn coordinator의 입력을 받는다. turn coordinator는 autopilot(wing leveler)의 roll mode를 가능하게 만들기 위해 설치된다. 이러한 기능은 항공기가 unusual attitude 상태일 경우 조종사 지원을 위하여 항상 사용될 수 있다(단, turn coordinator가 고장 난 경우 제외).
NOTE: 조종사는 turn coordinator를 직접 확인할 수 없다. 이 계기는 MFD 패널의 뒤에 장착된다. [그림 7-75]
EFD를 장착한 대부분의 항공기는 autopilot이 설치된 상태로 출고된다. 그러나 항공기 구매자는 autopilot의 설치 여부를 명시할 수 있다. autopilot이 없는 EFD 항공기를 IMC에서 비행하고 있는데 AHRS와 ADC 고장이 발생하였다면 극도로 주의를 기울여야 한다.
autopilot은 수행 업무를 줄이기 위해 사용되어야 한다. 이는 조종사가 비행을 모니터링 할 수 있는 더 많은 시간을 제공한다. autopilot을 사용하면 또한 unusual attitude로 진입할 가능성이 줄어든다.
autopilot이 없는 EFD 항공기를 비행할 경우 조종사들의 업무량을 증가시키며 상황 인식을 감소시키는 것으로 나타났다.
Common Errors Leading to Unusual Attitudes
다음 오류는 조종사의 상황 인식을 방해하여 unusual attitudes로 이어질 수 있다.
1. 부적절한 trim 기법. 항공기를 수평비행 상태로 trim하지 않았다면 조종사가 cross-check을 중단하였을 때 순간적인 주의 산만이 비상 상황으로 바뀔 수 있다.
2. 부족한 CRM(crew resource management) 기법. 모든 single-pilot resource management 업무를 효율적으로 수행하지 못함. CRM에 연관된 사고의 주요 원인은 조종실을 정리하지 못한데서 비롯된다. 비행에 사용되는 물품들은 손에 닿기 쉽도록 깔끔하게 배열되어야 한다. 조종실이 정리되어있지 않을 경우 주의 산만으로 이어질 수 있다. 이는 unusual attitude를 취할 수 있을 정도로 긴 시간동안 cross-check을 멈추게 만든다.
3. 무언가가 잘못되었거나, 혹은 편차가 발생하였음을 조종사가 인식할 경우 하나의 계기에 너무 많이 집중하여 fixation이 발생한다. 계기 조종사는 하나의 계기를 점검하는 것보다 여러 계기들을 cross-check 하는 것이 더 중요하다는 것을 기억해야 한다.
4. 시각이 아닌 감각으로 회복을 시도한다. 본능에 의한 회복은 거의 항상 잘못된 수정으로 이어진다. 이는 계기 비행 도중 일반적으로 발생하는 착각 때문이다.
5. 기본 자세 계기 비행을 연습하지 못함. 조종사가 장시간 동안 계기 접근 절차, 혹은 기본 자세 계기 비행 기동을 수행하지 않을 경우 실력이 줄어든다. 조종사들은 IMC에서의 비행이 능숙하지 않을 경우 이를 피해야 한다. 이러한 조종사들은 IMC에 진입하기 전에 교관으로부터 추가 교육을 받아야 한다.
계기만을 참조하여 비행하는 방법을 배우는 이유는 조종사가 VFR 미만의 시정에서 항공기를 조종할 수 있는 능력을 향상시키기 위함이다. 배워야할 또 다른 가치 있는 기동은 instrument takeoff이다. 이 기동은 takeoff roll 도중 조종사가 외부 시각 참조물 없이 계기만을 참조하여 항공기를 기동하는 것이다. 연습을 통해 이 기동은 마치 표준율 선회처럼 일상화된다.
instrument takeoff를 연습하는 이유는 눈이 외부 참조물로부터 비행계기로 이동하는 동안 발생할 수 있는 방향 감각 상실을 줄이기 위해서이다.
EFD 시스템은 현재 synthetic vision을 제공한다. synthetic vision은 항공기 전방에 놓인 지형을 컴퓨터를 통해 3차원으로 표현한 것이다. 화면에는 활주로, 그리고 GPS 지형 데이터베이스를 기반으로 한 지형을 표시한다. 이는 또한 조종사가 활주로를 따라 방향 제어를 유지할 수 있도록 표시된다. 조종사가 화면의 활주로를 따라 움직이는 한 항공기는 실제 활주로와 정렬된 상태를 유지한다.
모든 EFD 시스템이 이러한 visioning system을 가지고 있는 것은 아니다. 이 외의 시스템을 사용하는 경우에는 계기 이륙을 위한 표준 절차로 되돌아가야 한다. 각 항공기를 위해 기동의 수정이 필요할 수 있다. 따라서 사용하는 새로운 장비에 대한 교육을 항상 받아야 한다.
instrument takeoff를 수행하기 위해서는 항공기 nose wheel, 혹은 tail wheel이 일직선인 상태로 활주로 중심선에 놓이도록 해야 한다. 조종사가 view limiting device를 쓰고서 taxi를 하는 경우 교관의 도움이 필요할 수 있다. tail wheel(만약 장비한 경우)을 lock한 다음 항공기가 움직이는 것을 방지하기 위해 브레이크를 단단히 잡는다. PFD의 heading indicator와 나침반을 crosscheck한 다음 compass card에 기록된 deviation을 조정한다. 활주로 방향에 가장 가까운 5도로 heading을 설정한다. 이는 원하는 heading으로부터 벗어났을 때 조종사가 신속하게 감지할 수 있게 해주어 takeoff roll 도중 신속한 수정 조치를 취할 수 있게 해준다. GPS의 OBS(omnibearing select) mode를 사용하여 needle이 runway heading을 가리키도록 만든다. 이는 takeoff roll 도중 상황 인식을 추가해준다. 방향 제어를 위한 충분한 rudder authority를 위하여 출력을 부드럽게 적용한다. 브레이크를 놓아준 다음 이륙 설정을 향해 출력을 계속하여 증가시킨다.
브레이크를 해제하는 즉시 heading 편차를 수정해야 한다. 방향 제어를 위해 브레이크를 사용하는 것을 피한다. 왜냐하면 이는 takeoff roll을 증가시킬 뿐만 아니라 항공기 과조작 가능성이 있기 때문이다.
항공기가 가속할 때 속도계와 heading indicator를 계속하여 cross-check 한다. 항공기가 rotation speed까지 15에서 25노트 남았을 때 takeoff attitude(대부분의 small airplanes의 경우 약 7도)를 향하여 aft elevator pressure를 부드럽게 가한다. pitch attitude를 일정하게 유지한 상태에서 계기들을 계속하여 cross-check 한다. pitch를 너무 많이들은 경우 P-Factor로 인한 좌선회 경향 때문에 항공기가 좌측으로 yaw하여 이륙이 불안정해진다.
자세계를 참조하여 원하는 pitch 및 bank attitudes를 유지한 다음 VSI tape을 cross-check하여 positive rate of climb을 확인한다. altimeter trend indicator의 자홍색 선을 확인한다. trend는 양(+)의 값을 나타내야 한다. 난기류가 없다면 모든 trend 값들이 안정화되어야 한다. 만약 속도가 일정하게 유지되고 있다면 이 시점에서 airspeed trend indicator가 나타나지 않아야 한다. airspeed trend indicator가 나타나고 있다면 pitch attitude가 유지되지 않아 속도가 변화하고 있음을 나타낸다. 일정한 속도, 그리고 일정한 수직 속도로 상승하는 것이 이상적이다. pitch 지시를 위해 속도계를 primary instrument로 사용한다.
항공기가 안전한 고도에 도달하였다면(엔진 고장 발생 시 착륙을 위한 활주로가 충분하지 않은 경우 대략 100ft) landing gear와 flaps를 올린다. 이때 pitch를 유지하기 위하여 속도계와 자세계를 참조하며cross-check 속도를 증가시킨다. VSI tape이 일정하게 유지되는 동안 airspeed tape와 altitude tape가 증가한다. 항공기가 적절한 상승 속도로 가속할 수 있도록 한다. 원하는 상승 속도에 도달하였다면 POH/AFM에 게재된 상승 출력 설정으로 출력을 줄인다. 조종간 압력을 제거하기 위해 항공기를 trim 한다.
Common Errors in Instrument Takeoffs
instrument takeoff와 관련된 일반적인 오류에는 다음이 포함되나 이에 국한되지는 않는다:
1. 이륙 전에 조종실 점검을 충분히 수행하지 않음. 조종사들은 작동하지 않는 속도계(pitot tube 막힘), control lock, 그리고 급함이나 부주의로 인한 수많은 간과들과 함께 instrument takeoff를 시도하였다. 가능한 한 빨리 속도계를 cross-check 하는 것이 중요하다. 일부 시스템의 경우 20노트의 true airspeed가 생성되기 전까지는 속도가 표시되지 않는다.
2. 활주로 정렬이 부적절함. 이는 부적절한 브레이크 적용으로 인해 항공기가 활주로 중심선으로부터 벗어날 경우 발생할 수 있다. 혹은 이는 nosewheel이나 tailwheel 정렬이 틀어진 상태에서도 발생할 수 있다. 어떤 경우든 그 결과 이륙 시작 시 방향 제어 문제가 발생한다.
3. 부적절한 출력 적용. 갑작스러운 출력 적용은 방향 제어를 복잡하게 만든다. 대략 3초 이내에 이륙 출력에 도달할 수 있도록 부드럽고 연속적으로 출력을 적용해야 한다.
4. 부적절한 브레이크 사용. 좌석이나 rudder pedal을 잘못 조정한 상황에서 발이 불편하게 놓일 경우 종종 실수로 브레이크를 가하여 과도한 heading 변환을 초래한다.
5. rudder pedals의 과조작. 이러한 실수는 heading 변화를 늦게 인지하거나, 긴장 상태이거나, heading indicator를 잘못 해석하거나(그리고 잘못된 방향으로 수정), 항공기 가속에 따라 rudder의 효율성이 증가함을 인지하지 못함으로 인해 발생할 수 있다. rudder의 미세한 움직임을 통해 heading 변화를 즉시 수정할 경우 swerving 경향이 줄어들 수 있다.
6. 이륙 후 자세를 유지하지 못함. 비행기 이륙 시 조종사가 육감과 경험에 의해 반응할 경우 pitch 조작은 추측으로 이루어진다. trim 변화에 대한 반응에 따라 pitch가 과도하게 올라가거나, 혹은 과도한 forward-elevator pressure를 가할 수 있다.
7. 부적절한 cross-check. trim 변화, 자세 변화, gear와 flap 올림, 그리고 출력 변화 도중 fixations가 발생할 수 있다. 조종간 입력이 적용되었다면 cross-check 도중 그 영향을 확인한다.
8. 계기의 부적절한 해석. 계기 지시를 이해하지 못하였다는 것은 추가 공부가 필요함을 의미한다.
