(9) Turns

Turns

 

선회를 위해선 측면으로 향하는 힘이 필요하다. 정상 선회 도중 이러한 힘은 bank를 통해 제공된다. bank가 가해지면 양력이 안쪽과 위쪽으로 가해진다. 양력은 서로 직각인 두 개의 요소로 분리된다. [그림 4-14] 무게에 대항하여 위쪽으로 향하는 양력은 양력의 수직 성분이 된다. 원심력에 대항하여 수평으로 작용하는 양력은 양력의 수평 성분(혹은 구심력)이다. 이러한 양력의 수평 성분이 항공기를 선회시키는 측면 힘이다. 이 측면 힘과 동일하지만 반대방향으로 향하는 힘은 원심력으로 관성의 결과이다.

 

선회율/선회 반경에 대한 항공기 speed와 bank angle의 관계는 계기 조종사에게 매우 중요하다. 조종사는 이 지식을 통해 특정 선회율에 필요한 bank angle을 올바르게 추정하거나, 혹은 course를 교차할 때 어느 정도의 lead가 필요한지를 결정할 수 있다.

Rate of Turn

 

선회율(보통 초당 도 단위로 측정됨)은 특정 속도에서 설정된 bank angle을 기반으로 한다. 만약 이러한 요소들 중 하나가 변화한다면 선회율이 바뀐다. bank angle 변화 없이 항공기가 증속하면 선회율이 감소한다. 반면 bank angle 변화 없이 항공기가 감속하면 선회율이 증가한다. [그림 4-15]

 

속도 변화 없이 bank angle을 변화시키는 경우에도 선회율이 바뀐다. 속도 변화 없이 bank angle을 증가시키면 선회율이 증가한다. 반면 속도 변화 없이 bank angle이 감소하면 선회율이 감소한다.

 

표준율 선회(초당 3도)는 bank angle의 주요 기준으로 사용된다. 따라서 조종사는 속도 변화에 따라(예를 들어 체공이나 계기 접근을 위해 감속함에 따라) bank angle이 어떻게 변해야 하는지를 알아야 한다. 표준율 선회를 결정하는 좋은 rule of thumb는 속도를 10으로 나눈 다음 7을 더하는 것이다. 속도가 90노트인 항공기가 표준율 선회를 유지하려면 bank angle이 16도(90/10 + 7 = 16)이어야 한다.

Radius of Turn

 

선회 반경은 속도나 bank의 변화에 의해 달라진다. bank angle 변화 없이 증속할 경우 선회 반경이 증가한다. 반면 bank angle 변화 없이 감속할 경우 선회 반경이 줄어든다. (ATP: 속도가 증가하면 받음각이 낮아져서 선회율이 낮아진다. 이와 동시에 선회 반경은 증가한다). 속도가 일정할 때 bank angle을 증가시키면 선회 반경이 줄어든다. 반면 속도가 일정할 때 bank angle을 감소시키면 선회 반경이 증가한다. 이는 높은 속도에서 course를 교차할 때 더 많은 거리를 필요로 한다. 즉, 더 긴 lead를 필요하다. holding이나 approach를 위해 감속한 경우에는 순항 도중 필요한 lead보다 짧은 거리가 필요하다.

 

(ATP: 비행기의 선회 성능을 규정하기 위해 공기역학적 한계, 구조적 한계, 그리고 출력 한계를 결합할 수 있다. 일반적으로 저고도에서는 공기역학적 한계와 구조적 한계가 지배적이다. 반면 고고도에서는 공기역학적 한계와 출력 한계가 지배적이다.)

 

Coordination of Rudder and Aileron Controls

 

ailerons가 사용될 때마다 adverse yaw가 발생한다. 우측 선회 시 right aileron은 위로 편향되는 반면 left aileron은 아래로 편향된다. 좌측 날개의 양력은 증가하고 우측 날개의 양력은 감소하여 우측으로 bank가 발생한다. 그러나 좌측 날개의 양력 증가로 인해 유도 항력 또한 증가한다. 항력으로 인하여 좌측 날개가 감속하며 결국 항공기 기수가 선회 반대방향(좌측)으로 yaw 한다. 정교한 조작을 위해 roll in(혹은 roll out) 도중 이러한 yaw를 rudder로 수정해주어야 한다. 조종사는 turn and slip indicator나 turn coordinator의 ball을 통해 삼타일치 선회가 수행되는지 확인할 수 있다. [그림 4-16]

선회 진입을 위해 항공기가 bank지면 날개의 수직 성분 중 일부가 수평 성분이 된다. 따라서 선회 도중 back pressure를 증가하지 않으면 고도 손실이 발생한다. pitch를 one-half bar width만큼 증가시킴으로써 수직 양력 손실을 상쇄할 수 있다. 조종간 압력을 완화하기 위해 trim이 사용될 수 있다. 그러나 만약 trim이 사용되었다면 선회 완료 후에 trim을 다시 설정해야 한다.

 

slipping tun은 원심력을 초과하는 양력의 수평 성분으로 인해 발생한다. 이는 항공기를 선회 안쪽으로 잡아당긴다. 선회율에 비해 bank가 너무 과하여 양력의 수평 성분이 원심력보다 크다. skidding turn은 양력의 수평 성분을 초과하는 원심력으로 인해 발생한다. 이는 항공기를 선회 바깥쪽으로 잡아당긴다. bank에 비해 선회율이 너무 과하여 양력의 수평 성분이 원심력보다 작다.

(출처: Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge)

turn coordinator나 turn and bank indicator에 배치된 inclinometer는 선회의 품질을 지시한다. bank가 가해졌을 때 inclinometer는 중앙에 있어야 한다. ball이 중앙으로부터 선회 방향을 향해 벗어난 경우 항공기는 slipping 중이다. 이런 상황에서는 ball이 벗어난 방향으로 rudder를 가하여 선회율을 증가하거나, 혹은 bank angle을 감소한다. ball이 중앙으로부터 선회 방향 반대쪽을 향해 벗어난 경우 항공기는 skidding 중이다. 이런 상황에서는 선회 방향으로 가한 rudder를 줄이거나, 혹은 bank angle을 증가한다. 항공기가 올바르게 정비되었다면 날개 수평일 때 ball이 중앙에 있어야 한다. 만약 이용 가능하다면 rudder trim이나 aileron trim을 사용한다.

 

고도 유지를 위해 받음각을 증가할 경우 유도 항력이 증가하므로 만약 출력 설정을 변경하지 않으면 속도가 약간 줄어든다.