(3) Atmosphere

Atmosphere

 

대기는 지구를 둘러싼 공기의 봉투이다. 특정 부피의 건조 공기는 약 78%의 질소, 21%의 산소, 그리고 1%의 그 외 기체들(예를 들어 아르곤, 이산화탄소 등등)을 포함한다. 공기는 겉보기엔 가벼워 보이지만 무게를 가지고 있다. 해수면에서 1평방인치의 대기 기둥은 대략 14.7파운드의 무게를 가진다. 무게를 기준으로 하였을 때 공기의 절반은 18,000ft에 있다. 나머지 공기는 1,000마일 이상의 수직 거리에 걸쳐 퍼져 있다.

 

공기 밀도는 온도와 압력간 상관관계의 결과이다. 공기 밀도는 온도에 반비례하지만 압력에는 정비례한다. 온도 증가 시 일정한 압력이 유지되기 위해선 밀도가 감소해야 하며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 압력 증가 시 일정한 온도가 유지되기 위해선 밀도가 증가해야 하며 그 반대도 마찬가지이다. 이러한 관계는 계기 지시와 항공기 성능을 이해하기 위한 기초를 제공한다.

 

Layers of the Atmosphere

 

대기권에는 여러 층이 있다. 대류권(troposphere)은 지구 표면과 가장 가까우며 적도에서는 대략 60,000ft까지 연장된다. 그 다음으론 성층권, 중간권, 전리층, 열권, 그리고 외기권이 존재한다. 대류권계면(trppopause)은 대류권과 성층권 사이의 얇은 층이다. 대류권계면의 두께와 고도는 매우 다양하기에 보통 표준 기온감률이 크게 감소하는 곳(보통 기온 감률이 1,000ft 당 1도 이하로 감소하는 곳)으로 정의된다.

 

International Standard Atmosphere(ISA)

 

ICAO는 ICAO Standard Atmosphere를 제정하였다. 계기 지시와 항공기 성능은 이러한 표준을 기준으로 한다. 표준 대기는 현실적으로 거의 존재하지 않기 때문에 조종사는 표준으로부터의 편차가 계기 지시와 항공기 성능에 어떤 영향을 미치는지 알아야 한다.

 

표준 대기에서의 해수면 압력은 29.92″Hg이고 온도는 섭씨 15도(화씨 59도)이다. 기압은 1,000ft마다 약 1″Hg씩 감소한다. 온도는 1,000ft마다 2도(화씨 3.6도)씩 감소한다. 항공기 성능은 표준 대기에서 비교 및 평가되기 때문에 모든 항공기 성능 계기들은 표준 대기에 대해 보정된다. 실제 운영 조건이 표준 대기에 적합한 경우는 거의 없기 때문에 계기와 항공기 성능에 특정한 보정이 적용되어야 한다. 예를 들어 10,000 ISA에서는 기압이 19.92″Hg(29.92″Hg – 10″Hg = 19.92″Hg)이고 외부 온도는 섭씨 –5도(15도 – 20도)라 예상된다. 만약 실제 온도나 압력이 이와 다르다면 예상하였던 성능과 계기 지시를 보정해야 한다.

 

Pressure Altitude

 

기압고도는 SDP(standard datum plane)로부터의 고도이다. 항공기 고도계는 기본적으로 표준 대기에서의 고도를 나타내기 위해 보정된 기압계이다. 고도계가 29.92″Hg로 설정된 경우 고도계에 지시되는 고도는 기압고도(감지된 압력에 해당하는 표준 대기에서의 고도)이다.

 

SDP는 대기압이 29.92″Hg인, 그리고 공기의 무게가 14.7psi인 이론적 층이다. 기압이 변화함에 따라 SDP는 해수면보다 높거나 낮을 수 있다. 기압고도는 18,000ft 이상에서 운항하는 항공기에게 flight levels를 할당할 뿐만 아니라 항공기 성능을 결정하는 기준이기 때문에 매우 중요하다. 기압고도는 두 가지 방법 중 하나를 통해 결정될 수 있다: (1) 고도계의 barometric scale을 29.92″Hg로 설정한 후 고도계 지시를 읽는다 (2) altimeter setting을 적용하였을 때 지시되는 고도계 값에 보정 계수를 적용한다.

 

Density Altitude

 

밀도고도는 비표준 온도에 대해 보정된 기압고도이다. 공기의 밀도가 증가할수록 항공기의 성능이 증가한다. 반대로 공기 밀도가 감소할수록 항공기의 성능이 감소한다. 공기 밀도의 감소는 높은 밀도고도를 의미하며 공기 밀도의 증가는 낮은 밀도고도를 의미한다. 밀고도고는 항공기 성능을 계산하는데 사용된다. 표준대기조건에서 대기의 각 층은 특정한 밀도를 가지며 기압고도와 밀도고도가 같다. 밀도고도는 표준대기에서의 해수면으로부터 특정 밀도가 확인될 수 있는 곳까지의 수직 높이이다. 밀도고도는 Korch Chart나 flight computer를 통해 계산될 수 있다. [그림 4-7]

 

만약 차트를 이용할 수 없다면 ISA로부터 매1도(섭씨)마다 120ft를 더하여 밀도고도를 추정할 수 있다. 예를 들어 3,000ft PA에서 ISA는 섭씨 9도이다. 그러나 실제 온도가 20도(ISA보다 11도 높음)라면 11도에 120을 곱한다(=1,320). 원래의 3,000ft에 이 수치를 더하면 4,320ft의 밀도고도가 제공된다.