(9) Instrument Weather Flying

Instrument Weather Flying

 

Flying Experience

 

VFR 비행 경험과 IFR 비행 경험이 많아질수록 조종사는 더더욱 능숙해진다. 조종사는 항적이 많은 공항을 비행함으로써 VFR 경험을 얻을 수 있다. 이러한 유형의 비행은 항공기 조종, 항법, 교신, 그리고 기타 조종실 업무들 사이에 주의를 분배하는 기술을 연마하게 해준다. IFR 경험은 야간 비행을 통해 얻을 수 있다. 이는 계기 숙련도와 자신감을 향상시킨다. IFR로 비행을 진행할지, 혹은 날씨가 호전되기를 기다릴지는 조종사의 판단이다.

 

Recency of Experience

 

계기 조종사에게 있어 currency는 매우 중요한 고려사항이다. Part 91의 조건을 충족하지 않는 한 어떠한 조종사도 VFR minimums 미만의 기상 조건에서 PIC로 행동할 수 없다. 이는 최소 조건임을 기억하라.

 

Airborne Equipment and Ground Facilities

 

규정은 IFR 비행 계획서를 제출하기 위한 최소 장비를 명시한다. IFR 비행을 위해 항공기, 그리고 항법/교신(NAV/COM) 장비의 적합성을 확인하는 것은 조종사의 책임이다. 성능 한계, 부속품, 그리고 장비의 전반적인 상태는 기상, 경로, 고도, 비행과 관련된 지상 시설, 그리고 조종실 업무와 직접적으로 관련된다.

 

Weather Conditions

 

IFR 조종사는 VFR 비행에 영향을 미칠 수 있는 기상 조건뿐만 아니라 그 외 기상 현상들(예를 들어 뇌우, 난기류, 착빙, 그리고 시정)의 영향을 고려해야 한다.

 

Turbulence

 

난기류는 가벼운 흔들림부터 과도한 속도/고도 변화에 이르기까지 다양할 수 있다. 관련 위험을 줄이기 위해 조종사는 난기류를 회피하는 방법, 그리고 난기류 조우 시 이를 다루기 위한 조종 기술을 배워야 한다.

 

난기류 회피는 철저한 비행 전 기상 브리핑에서 시작된다. 난기류의 가능성이 존재하는 영역을 결정하기 위해 많은 기상 보고들과 예보들을 사용할 수 있다. 여기에는 WW(Severe Weather Warning), WS(SIGMET), WST(Convective SIGMET), WA(AIRMET), AC(Severe Weather Outlook), CWA(Center Weather Advisory), FA(Area Forecast), 그리고 Pilot Reports(UA 혹은 PIREPs)를 포함한다. 뇌우는 항상 난기류를 나타내므로 현재 보고된, 그리고 예보된 뇌우 활동에 항상 관심을 가져야 한다. 또한 제트 기류와 연관된 CAT(clear air turbulence), 거친 지형 상공의 강한 바람, 그리고 빠르게 이동하는 한랭 전선은 난기류를 나타내는 좋은 지표이다.

 

조종사는 비행 중 난기류의 징후에 주의해야 한다. 예를 들어 수직으로 발달한 구름(예를 들어 적운, 탑상적운, 그리고 적란운)은 대기의 불안정, 그리고 난기류의 가능성을 나타낸다. 렌즈구름(standing lenticular)은 비록 수직으로 발달하지는 않지만 강한 산악파를 나타낸다. en route에서 조종사는 HIWAS(hazardous inflight weather advisory service) 방송을 모니터링 할 수 있다. 혹은 난기류와 관련된 최신의 PIREP을 위해 가장 가까운 FSS, 혹은 EFAS(En Route Flight Advisory Service)에 교신할 수 있다.

 

(ATP: 구름을 생성하기에 충분한 수분이 산의 풍하쪽에 존재하는 경우 산악파와 관련하여 발생하는 가장 낮은 구름은 rotor clouds이다. 이는 정상파의 각 마루(crest) 아래에 존재한다.)

 

강한 뇌우와 연관된 난기류를 피하기 위해서는 뇌우로부터 최소 20마일의 간격을 두어야 한다. 뇌우 상공의 맑은 하늘에서도 난기류가 존재할 수 있다. 이를 피하기 위해서는 thunderstorm top 고도에서의 바람 10노트 당 최소 1,000ft 씩 상승한다. 마지막으로 뇌우 하단의 난기류를 과소평가하지 않는다. 뇌우 속을 비행하려고 절대 시도하지 않는다. 폭풍 속의 난기류와 wind shear는 매우 위험할 수 있다.

 

moderate ~ severe 강도의 난기류를 맞이한 경우 항공기 제어가 어려우며 계기 scan을 유지하기 위해선 상당한 집중력이 필요된다. [그림 10-14] 조종사는 즉시 출력을 줄인 다음 POH/AFM에 명시된 recommended turbulence penetration speed로 항공기를 감속해야 한다. 항공기에 가해지는 하중 계수를 최소화하기 위해 날개를 수평으로 유지하고 pitch attitude를 일정하게 유지해야 한다. 항공기가 위아래로 요동칠 경우 그대로 둔다. 왜냐하면 고도를 일정하게 유지하려는 기동은 항공기에 가해지는 응력을 증가시킬 뿐이기 때문이다. 필요한 경우 조종사는 이러한 요동을 ATC에 보고한 다음 block altitude clearance를 요청한다.

 

난기류의 위치와 강도에 대한 가장 좋은 정보 출처는 PIREP이다. 따라서 조종사는 AIM에서 설명하는 난기류 보고 기준을 숙지해야 한다. 또한 AIM에는 난기류와 관련된 PIREP 보고 절차가 포함되어 있다.

 

Structural Icing

 

IMC(instrument meteorological conditions) 비행은 그 특성상 visible moisture(예를 들어 구름) 내를 운항해야 한다. 특정 온도에서 이러한 수분은 항공기에서 얼어붙어 무게 증가, 성능 저하, 그리고 예측할 수 없는 공기역학적 특성을 유발할 수 있다. 이러한 위험 상황을 피하기 위해서는 착빙의 회피, 그리고 착빙의 인지 및 신속한 조치를 이해해야 한다.

 

(ATP: 비행 중 구조적 착빙이 발생하기 위해선 두 가지 조건이 필요하다. (1) 항공기가 반드시 visible water [예를 들어 비나구름]를 비행해야 한다 (2) 해당 고도의 기온이 영하여야 한다.)

 

(ATP: visible rain이 존재하며 대기 온도가 영하인 경우 조종사는 severe inflight icing을 주의해야 한다.)

 

구조적 착빙은 항공기 외부에 얼음이 쌓이는 것을 말하며 이는 세 가지로 분류된다: rime ice, clear ice, mixed ice. 얼음이 형성되기 위해선 공기 중에 수분이 존재해야 하며 공기는 섭씨 0도(화씨 32도) 이하로 냉각되어야 한다. 공기역학적 냉각으로 인해 에어포일의 표면 온도가 낮아질 수 있으므로 설령 주변 온도가 영하보다 살짝 높다 하더라도 동체에 얼음이 형성될 수 있다.

 

물방울이 작을 때, 그리고 물방울이 항공기 표면에 닿자마자 얼어붙을 때 rime ice가 형성된다. 이러한 유형의 착빙은 보통 날개의 앞전, 혹은 struts와 같은 곳에 형성된다. rim ice는 다소 거칠어 보이는 외형을 가지며 우윳빛 흰색을 띈다.

 

clear ice는 보통 큰 물방울이나 어는 비로부터 형성된다. 이는 투명하고, 잘 보이지 않으며, 에어포일의 모양을 바꿀 수 있기 때문에 가장 위험한 유형의 착빙이다.

 

mixed ice는 clear ice와 rime ice의 혼합물이다. mixed ice는 두 착빙의 나쁜 특성을 모두 가지고 있으며 빠르게 형성될 수 있다. 얼음 입자들이 clear ice에 박혀 매우 거친 축적물을 만들어낸다. 그림 10-15의 표는 다양한 유형의 착빙이 형성되는 온도가 나와 있다.

 

구조적 착빙이 발생한 경우 상황이 계속 악화될 수 있다. 따라서 의도치 않은 착빙 발생 시 추가적인 얼음 축적을 방지하기 위한 조치를 취하는 것이 중요하다. anti-ice system이나 deice system이 제공하는 보호 수준에 관계없이 조종사는 우선 visible moisture를 벗어나야 한다. 이는 cloud base 아래로 하강하는 것, cloud top 위로 상승하는 것, 혹은 다른 경로로 선회하는 것을 의미할 수 있다. 만약 이것이 불가능하다면 조종사는 영상(+) 온도가 존재하는 고도로 이동해야 한다. 조종사는 ATC에 착빙 상황을 보고해야 한다. 만약 착빙이 위험할 경우 조종사는 ATC에게 새로운 경로나 고도를 요청해야 한다. 착빙 강도 보고에 대한 내용은 AIM을 참조한다.

 

(ATP: 착빙 조건에서 상승하는 도중 낮은 속도로 인하여 얼음이 쌓이기 쉽다. 낮은 속도는 곧 높은 받음각을 의미한다. 이로 인해 비행기 밑면이 착빙 조건에 노출되어 얼음이 쌓일 수 있다.)

 

Fog

 

계기 조종사는 안개가 형성되는 조건을 예측하는 방법, 그리고 비행 초기에 적절한 조치를 취하는 방법을 배워야 한다. 비행 전에 현재 기상, 그리고 예보 기상을 면밀히 조사하여 안개의 형성 가능성을 확인할 수 있다. 안개 고려 시 조종사는 충분한 예비 연료, 그리고 교체비행장을 계획해야 한다. 비행 중 조종사는 EFAS, ATIS, 그리고 ASOS/AWOS로부터 기상 정보를 확인하여 안개를 확인해야 한다.

 

두 가지 조건이 안개의 형성으로 이어진다. 바로 공기가 포화 상태로 냉각된 경우, 혹은 공기에 충분한 수분이 추가된 경우이다. 안개는 온도/이슬점 차이가 5도 이하일 때 발생할 수 있다. 기온이 낮아지는 해질녘 즈음에 도착할 예정인 조종사들은 안개의 가능성을 특히 신경 써야 한다.

 

Volcanic ash

 

화산 폭발은 거친 먼지를 포함하는 화산재 구름을 만들며 이는 비행 운영에 위협을 가한다. 더욱 위험한 것은 이러한 화산재 구름들이 일반적인 구름들과 쉽게 구별되지 않는다는 점이다.

 

항공기가 화산재 구름에 진입할 경우 먼지 입자와 연기가 객실 내에서 눈에 띄기 시작할 수 있다(종종 전기 화재의 냄새가 동반됨). 화산재 구름 안에서 항공기는 번개와 코로나 방전을 경험할 수 있다. 화산재의 거친 특성으로 인해 windscreen이 긁혀서 전방 시야가 감소될 수 있다. 또한 동정압 시스템이 막혀서 계기 고장이 발생할 수도 있다. 피스톤 엔진 항공기와 제트 엔진 항공기 모두 심각한 엔진 손상을 경험할 수 있다.

 

화산재를 피하기 위해 모든 노력을 기울여야 한다. 화산재 구름은 바람에 의해 이동하기 때문에 조종사는 화산의 upwind 쪽으로 비행을 계획해야 한다. 육안 확인, 그리고 항공기 레이더는 화산재 구름을 피하기 위한 유용한 수단으로 여겨지지 않는다. 화산 폭발을 목격한 조종사, 혹은 화산재를 조우한 조종사는 즉시 이 정보를 pilot report 형식으로 보고해야 한다. NWS(National Weather Service)는 화산 폭발을 모니터링하며 화산재의 궤적을 측정한다. 이러한 정보는 SIGMET의 형태로 조종사들에게 전달된다.

 

화산에 대한 정보를 얻을 수 있는 최고의 출처는 PIREP이다. 화산 폭발을 목격한 조종사, 혹은 화산재를 조우한 조종사는 가까운 기관에 즉시 알려야 한다. VAFTAD(Volcanic Ash Forecast Transport and Dispersion) 차트 또한 이용할 수 있다. 이 차트는 화산 폭발 후 대기 중 화산재 구름 위치를 나타내며 6시간과 12시간 간격에 걸쳐 화산재 확산을 예측한다.

 

Thunderstorms

 

뇌우는 조종사들에게 알려진 거의 모든 위험 기상을 하나로 묶어둔 것이다. 난기류, 우박, 비, 눈, 번개, 지속적인 상승기류와 하강기류, 그리고 착빙이 모든 뇌우에 존재한다. 다가오는 뇌우의 전면을 향하여 이륙하지 않는다. 뇌우 탐지 장비가 없는 항공기를 비행하는 경우 뇌우 활동이 의심되는 지역으로 비행하지 않는다. [그림 10-16]

 

뇌우의 외부 모습과 뇌우 속 난기류(혹은 우박)의 강도 간에는 상관관계가 없다. 모든 뇌우는 위험하다 간주되어야 한다(특히 35,000ft 이상의 top을 가진 뇌우는 매우 위험함).

 

지상 기상 레이더나 공중 기상 레이더는 보통 moderate ~ heavy 강도의 강수 지역을 반사한다(레이더는 난기류를 탐지하지는 않음). 난기류의 빈도 및 강도는 보통 레이더 반사율에 따라 증가한다. 20 ~ 30마일 이하로 분리된 강력한 레이더 에코 영역들 사이를 통과하는 비행경로에는 severe turbulence가 있을 수 있다.

 

-5도(섭씨)와 +5도 사이의 고도를 운항할 때 항공기가 번개를 맞을 확률이 가장 높다. 또한 뇌우 근처의 맑은 하늘을 비행할 때에도 번개에 맞을 수 있다. 뇌우를 피하는 것이 항상 최선의 방법이다.

 

Wind Shear

 

wind shear는 짧은 거리에서의 풍속 및/혹은 풍향 변화로 정의될 수 있다. 이는 수평 방향이나 수직 방향으로 존재할 수 있다(때로는 둘 다 존재함). wind shear는 모든 고도에서 발생할 수 있다(허나 이착륙 도중이 가장 큰 관건이다). wind shear는 보통 뇌우, 그리고 저고도 기온역전과 관련된다(제트 기류와 전선 또한 wind shear의 원인이다).

 

계기 접근 도중 tailwind가 headwind로 변화할 경우 대기속도가 증가하고 기수가 높아져서 항공기가 활공경로 위로 상승한다. [그림 10-17] headwind가 tailwind로 변화할 경우 그 반대 영향이 발생하여 항공기가 활공경로 아래로 가라앉는다.

headwind shear 이후의 tailwind/downdraft shear는 특히나 위험하다. 왜냐하면 headwind shear에 대응하여 조종사가 출력을 줄이고 기수를 낮춰뒀기 때문이다. 이때 tailwind shear가 발생하면 항공기가 nose-low/power-low 상태에 놓여서 회복이 어려워진다(특히 지상 근처인 경우). 이러한 유형의 wind shear 시나리오는 뇌우의 정면을 향하여 접근할 때 발생할 수 있다. 조종사는 접근 도중 wind shear의 징후를 경계해야 한다. 만약 wind shear의 징후가 발생하였다면 즉시 실패 접근을 수행한다. 저고도에서 wind shear를 조우하면 회복이 불가능할 수 있다.

 

조종사에게 wind shear를 알리기 위하여 일부 공항에는 LLWAS(Low-Level Wind Shear Alert System)가 설치되어 있다. LLWAS는 centerfield wind indicator와 몇몇 boundary-wind indicators로 구성된다. 이 시스템을 통해 관제사는 wind discrepancy(wind shear의 가능성을 나타내는 지표) 경보를 받으며 관제사는 이러한 정보를 조종사에게 제공한다. 조종사에게 발부되는 전형적인 wind shear 경보는 다음과 같다:

 

“Runway 27 arrival, wind shear alert, 20knot loss 3 mile final, threshold wind 200 at 15”

 

관제사는 runway 27로 입항하는 항공기에게 약 3마일 부근에서 20노트의 감속을 발생시키는 wind shear가 예상됨을, 그리고 난기류를 만날 수 있음을 조언하고 있다. 그리고 runway 27에 대한 지표면 바람은 200도에서 15노트로 보고되었다.

 

wind shear를 조우한 조종사는 pilot report를 보고하도록 권장된다. wind shear에 대한 자세한 내용은 AIM을 참조한다.

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※ 다음은 Airbus Flight Operations Briefing Notes를 발췌한 내용이다.

 

Recovery Technique for Windshear Encounter during Takeoff

 

이륙 활주 도중 windshear가 발생하였다면 지체 없이 다음 기술을 적용하라:

 

· Before V1:

- 허용할 수 없는 대기속도 변화가 발생하였으며 항공기를 정지시키기에 충분한 활주로가 남아 있다고 판단되는 경우에만 이륙을 중단한다.

 

· After V1:

- thrust levers를 maximum takeoff thrust(TOGA)로 설정한다.

- VR에서 정상적으로 rotate를 수행한다.

- Flight Director가 지시하는 pitch를 따른다. 만약 FD를 사용할 수 없다면 FCOM(Flight Crew Operating Manual)에서 권장하는 대로 pitch 자세를 설정한다.

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VFR-On-Top

 

VFR conditions를 운항하는 IFR flight plan 조종사는 할당받은 고도 대신 VFR-on-top을 요청할 수 있다. 이는 조종사로 하여금 altitude/flight level을 선택할 수 있게 해준다.

 

구름, 연무, 연기, 혹은 기타 기상 형성물을 통과하여 상승한 후 IFR 비행 계획서를 취소하려는 경우, 혹은 VFR-on-top을 운영하려는 경우 조종사는 VFR-on-top으로의 상승을 요청할 수 있다. ATC의 인가에는 top report(혹은 top report가 없다는 말), 그리고 VFR-on-top에 도달하였을 때의 보고 요청이 포함된다. 또한 ATC의 인가에는 clearance limit, routing, 그리고 특정 고도에서 VFR-on-top에 도달하지 못하였을 경우의 alternative clearance가 포함될 수 있다.

 

VFR conditions를 운영 중인 IFR flight plan 조종사는 VFR climb/descend를 요청할 수 있다. “maintain VFR-on-top/maintain VFR conditions”라는 ATC 인가를 받아 VFR conditions를 운항중인 IFR flight plan 조종사는 다음을 수행해야 한다:

 

1. 14 CFR part 91에서 규정하는 적절한 VFR 고도를 비행한다.

 

2. 14 CFR part 91에서 규정하는 VFR 시정 및 구름으로부터의 거리 기준을 준수한다.

 

3. 이 비행에 적용되는 IFR을 준수한다(minimum IFR altitudes, 위치보고, 무선 교신, 비행할 경로, ATC clearance 준수, 등등).

 

VFR-on-top clearance로 운항 중인 조종사는 고도를 변경하기 전에 먼저 ATC에 알려야 한다. 이는 정확한 항적 정보 교환을 위해서이다.

 

“maintain VFR-on-top”이라는 ATC 인가는 조종사로 하여금 기상 형성물(층) 상공만을 운영하도록 제한하지 않는다. 이는 기상 형성물들의 위, 아래, 그 사이, 혹은 기상학적 장애물이 없는 지역에서의 운항을 허용한다. 그러나 “VFR-on-top/VFR conditions”로 운항하는 clearance가 IFR 비행 계획서의 취소를 의미하는 것은 아니다.

 

ATC는 VFR-on-top/VFR conditions로 운영 중인 조종사에게 그들과 연관된 IFR 항적이나 VFR 항적의 정보를 제공할 수 있다. 그러나 VFR conditions으로 운영 중일 때 다른 항적을 see and avoid 하는 것은 조종사의 책임이다.

 

특정 지역에서는 VFR-on-top이 허가되지 않는다(예를 들어 A 등급 공역). 따라서 VFR-on-top으로 운영 중인 IFR 항공기들은 이러한 공역을 피해야 한다.

 

VFR Over-The-Top

 

VFR over-the-top을 VFR-on-top과 혼동해서는 안 된다. VFR-on-top은 VFR 고도를 비행할 수 있게 해주는 IFR clearance이다. VFR over-the-top은 항공기가 구름 상단을 운항하는 동안 VFR 구름 회피 조건을 유지하는 VFR 운영이다. 출발 공항과 목적지 공항의 기상은 좋으나 그 사이에 낮은 overcast 층이 있는 경우 이러한 상황이 발생할 수 있다. 조종사는 VFR departure를 수행하고, VFR conditions 하에 구름 상단 너머로 비행한 다음, VFR descent를 수행하여 목적지 공항에 착륙할 수 있다. VFR 구름 회피 조건이 항상 유지되어야 한다. 비행 중 어떤 부분에서도 IFR clearance가 필요하지 않는다.