(2) Learning Methods

Learning Methods

 

자세 계기 비행을 학습하기 위해 사용되는 두 가지 기본적인 방법은 “control and performance”와 “primary and supporting”이다. 두 방법 모두 자세 제어를 위해 동일한 계기, 그리고 반응을 사용한다. 두 방법의 차이점은 자세계에 대한 의존도, 그리고 그 외 계기들의 해석이다.

 

Attitude Instrument Flying Using the Control and Performance Method

 

항공기 성능은 항공기의 자세, 그리고 출력을 제어함으로써 이루어진다. 항공기의 자세는 지구 수평선에 대한 항공기의 pitch 축, 그리고 roll 축의 관계이다. 시각 수평선을 참조하지 않고도 안정된 비행을 유지하기 위해선 자세 및 출력을 제어함으로써 계기 비행을 수행할 수 있다. 이러한 전반적인 과정이 자세 계기 비행의 control and performance method라 알려져 있다. 이 과정은 control, performance, 그리고 navigation instruments의 사용을 통해 적용될 수 있다. 이를 통해 이륙부터 착륙까지 원활한 비행이 가능하다.

 

Control Instruments

 

control instrument는 즉각적인 자세 및 출력 지시를 나타낸다. 이들은 각각 정확한 조절을 위해 눈금이 표시된다. 이 설명에서 “power(출력)”이라는 용어는 기술적으로 더 정확한 표현인 “추력, 혹은 항력 관계(thrust or drag relationship)”을 대신하여 사용된다. control은 attitude indicator 및 power indicator를 기준으로 결정된다. power indicator는 항공기마다 다르다. 여기에는 manifold pressure, tachometer, fuel flow, 등등이 있다. [그림 6-1]

Performance Instruments

 

performance instrument는 항공기의 실제 성능을 나타낸다. performance는 altimeter, airspeed, 혹은 VSI(vertical speed indicator)를 기준으로 결정된다. [그림 6-2]

 

Navigation Instruments

 

navigation instrument는 선택항 항법 시설, 혹은 fix에 대한 항공기의 위치를 나타낸다. 이 계기들에는 다양한 유형의 course indicator, range indicator, glideslope indicator, 그리고 bearing pointer를 포함한다. [그림 6-3] 보다 기술적으로 진보된 계기를 갖춘 새로운 항공기는 혼합된 정보를 제공하여 조종사에게 보다 정확한 위치 정보를 제공한다.

Procedure Steps in Using Control and Performance

 

1. 원하는 성능으로 이어질 수 있는 attitude 및 power 설정을 control instrument에 설정한다. 알고 있는, 혹은 계산된 자세 변화 및 출력 설정은 조종사의 업무량을 줄여주는데 도움이 된다.

 

2. 조종간 압력이 상쇄되기 전까지 trim을 수행한다. 원활하고 정밀한 항공기 조작을 위해서는 trim이 필수적이다. 이를 통해 원하는 자세로부터 거의 벗어나지 않음과 동시에 그 외의 조종실 업무를 수행할 수 있다.

 

3. 자세, 혹은 출력 설정을 통해 원하는 성능이 나타나는지를 확인하기 위해 performance instruments를 cross-check 한다. cross-check은 보는 것, 그리고 해석하는 것을 모두 포함한다. 만약 편차가 확인되었다면 원하는 성능 달성에 필요한 조정의 크기 및 방향을 결정한다.

 

4. control instruments를 통해 자세 및/혹은 출력을 조정한다.

 

Aircraft Control During Instrument Flight

 

Attitude Control

 

자세계를 올바르게 사용하는 것, 자세를 변화시켜야 할 시기를 아는 것, 그리고 정확한 양으로 자세를 부드럽게 변화시키는 것을 통해 항공기 자세의 올바른 제어가 이루어진다. attitude reference는 항공기 pitch, 혹은 bank 자세의 변화를 즉각적으로, 그리고 직접적으로 나타낸다.

 

Pitch control

 

miniature aircraft, 혹은 fuselage dot의 “pitch attitude”를 수평선과 연관하여 정확한 양만큼 변경함으로써 pitch가 변화한다. 이러한 변화는 attitude reference의 유형에 따라 도(°), 혹은 bar width로 측정된다. 원하는 성능으로부터 벗어난 정도가 수정의 양을 결정한다.

 

Bank Control

 

bank 변경은 bank scale과 연관된 “bank attitude”, 혹은 bank pointer를 정확한 값으로 변화함으로써 이루어진다. bank scale은 일반적으로 0, 10, 30, 60, 그리고 90도로 눈금이 매겨진다. 이는 attitude reference의 위, 혹은 아래에 위치한다. 사용하는 bank angle은 일반적으로 선회할 양과 유사하다. 허나 30도를 초과하지는 않는다.

 

Power Control

 

자세 변화에 맞춰 원하는 속도를 유지하기 위해서는 올바른 출력 제어가 필요하다. 출력의 변경은 throttle 조절, 그리고 power indicator 참조를 통해 이루어진다. power indicator는 난기류, 부적절한 trim, 혹은 부주의한 조종간 압력에 의한 영향을 받지 않는다. 따라서 대부분의 항공기에서 power 설정을 일정하게 유지하기 위해 특별한 주의가 거의 필요하지 않다.

 

항공기에 대한 경험을 통해 주어진 양의 출력 변경을 위해선 throttle을 얼마나 움직여야 하는지를 배운다. 출력 변화를 위해 먼저 throttle을 움직인다. 그 다음에는 정확한 출력 설정을 위해 indicator를 cross-check 한다. 출력 설정 도중 indicator에 fix 되지 않는 것이 핵심이다. 다양한 비행 외장에 대한 대략적인 출력 설정을 아는 것은 조종사가 출력의 overcontrol을 피하는데 도움이 된다.

 

Attitude Instrument Flying Using the Primary and Supporting Method

 

자세 계기 비행을 가르치는 또 다른 기본 방법은 control 및 performance와 관련된 계기들을 분류하는 것이다. 모든 기동들은 가로(pitch), 세로(bank/roll), 그리고 수직(yaw) 축에 대한 움직임을 어느 정도 수반한다. 본 교재에서는 pitch control, bank control, power control, 그리고 trim control의 측면에서 자세 제어가 강조된다. 계기들은 control 및 performance와 관련하여 pitch control, bank control, power control, 그리고 trim으로 분류된다.

 

Pitch Control

 

pitch control은 elevator의 움직임을 통해 가로축을 중심으로 항공기 회전을 조종한다. 적절한 계기를 통해 pitch attitude를 해석한 후 수평선을 기준으로 하여 원하는 pitch attitude로 조종간 압력을 가한다. 이러한 계기에는 attitude indicator, altimeter, VSI, 그리고 airspeed indicator가 포함된다. [그림 6-4] 자세계는 항공기의 pitch attitude를 직접적으로 표시한다. 그 외의 pitch attitude control instruments는 항공기의 pitch attitude를 간접적으로 표시한다.

Attitude Indicator

 

pitch attitude의 조작은 항공기의 세로축과 실제 수평선 사이의 각도 관계를 제어한다. 자세계는 항공기의 pitch attitude를 직접적으로, 그리고 즉각적으로 표시한다. 필요한 pitch attitude에 대해 수평선과 관련하여 miniature aircraft를 위치시키기 위해서 adjustment knob가 사용된다. [그림 6-5]

이륙 전에 miniature aircraft는 수평선과 관련하여 올바른 위치에 있어야 한다. 이 위치는 항공기의 매뉴얼에 설명되어 있다. 올바른 순항 속도에서 수평 자세에 있을 때 최대한 빨리 miniature aircraft를 수평선과 정렬되도록 위치시켜야 한다. 이러한 조정은 적재 하물이 변화하였을 때, 혹은 조정을 필요로 하는 그 외의 상황일 때 수행될 수 있다. miniature aircraft의 위치는 순항 속도 이외에서는 변경되지 않아야 한다. 이는 자세계가 모든 기동 도중 실제 pitch를 나타내도록 하기 위함이다.

 

pitch attitude 수정을 위해 attitude indicator를 사용할 경우 조종간 압력은 매우 가벼워야 한다. 자세계의 miniature aircraft 위/아래로 horizon bar가 이동할 때 bar width의 절반을 초과해서는 안 된다. [그림 6-6] 더 많은 변화가 필요한 경우 bar width의 절반을 더 사용한다. 이는 일반적으로 정상 비행으로부터의 편차를 모두 상쇄할 수 있다.

Altimeter

 

항공기가 수평 비행을 유지하는 경우 고도계의 지시침은 일정한 고도 표시를 유지한다. 만약 도고계가 고도 손실을 나타내는 경우 하강을 멈추기 위해 pitch attitude를 위로 조정해야 한다. 고도계가 고도 증가를 나타내는 경우 상승을 멈추기 위해 pitch attitude를 아래로 조정해야 한다. [그림 6-7] 고도계는 또한 지시침이 얼마나 빠르게 움직이는지를 통해 상승/하강 pitch attitude를 나타낼 수 있다. 고도가 증가/감소하는 속도를 조정하기 위해 pitch attitude를 미세하게 조정해야 할 수 있다. pitch attitude는 외부의 힘(예를 들어 난기류, 혹은 up/down draft)에 의해 발생한 조그마한 고도 변화를 보정하는 데만 사용된다.

Vertical Speed Indicator(VSI)

 

일정한 고도를 비행할 때 VSI(이는 종종 vertical velocity indicator, 혹은 rate-of-climb indicator라 불림)는 0을 유지한다. 만약 지시침의 0 위로 움직였다면 상승을 멈추고 수평 비행으로 돌아가기 위해 pitch attitude를 아래로 조정해야 한다. VSI의 지시의 변화를 신속하게 조정하면 고도가 크게 바뀌는 것을 방지할 수 있다. [그림 6-8] 난기류는 지시침이 0 근처에서 변동하게 만든다. 이러한 상황에서는 변동 값의 평균치를 올바른 값으로 간주해야 한다. 고도계는 VSI만큼 민감하지 않으므로 난기류 상황에서 이를 참조 시 도움이 된다.

vertical speed는 fpm으로 표시된다. [그림 6-8] 계기의 전면은 숫자들로 눈금이 매겨진다(예를 들어 1, 2, 3, 등등). 이는 분 당 천 피트로 상승/하강함을 나타낸다. 예를 들어 지시침이 0.5에 정렬되어 있다면 항공기는 분 당 500ft를 상승한다. 계기는 두 영역으로 나뉜다: 상승(up)과 하강(down).

 

난기류 조건에서는 VSI의 큰 변동이 발생하는 것이 일반적이다. 다른 상황을 더 악화시키지 않기 위해 미세한 수정을 사용해야 한다는 것을 기억해야 한다.

 

과조작은 원하는 고도로부터 항공기가 overshoot하게 만든다. 그러나 수정이 너무 작아서 원하는 고도로 되돌아가는 시간이 불필요하게 길어져서는 안 된다. VSI가 고도 변화량의 약 2배 변화율을 생성하는 pitch attitude를 만들어야 한다. 예를 들어 원하는 고도로부터 항공기가 100ft 떨어져 있다면 200 fpm의 수정이 사용된다.

 

상승/하강 도중 원하는 속도로 고도를 변화시키기 위해 VSI가 사용된다. VSI를 통해 원하는 상승률/하강률을 유지하기 위하여 pitch attitude, 그리고 출력의 조정이 이루어진다.

 

조종간에 압력을 가하였는데 원하는 값보다 200 fpm을 초과하는 VSI가 지시되는 경우 이는 과조작을 의미한다. 예를 들어 고도 회복을 위해 500fpm을 사용하려 시도하였는데 700fpm 이상이 지시되는 경우 이는 과조작을 의미한다. 지시침의 초기 움직임은 수직 움직임의 trend를 나타낸다. 수정 이후 VSI가 올바른 값을 지시하기까지 걸리는 시간을 lag라 부른다. lag는 pitch를 변화하는 속도, 그리고 그 정도에 비례한다. 조종간의 압력을 완화하여 pitch attitude를 neutralize함으로써 과조작을 줄일 수 있다.

 

일부 항공기는 IVSI(instantaneous vertical speed indicator)를 장비한다. “IVSI”라는 문자가 계기의 전면에 표시된다. 이 계기는 VSI에서 표시되는 lag가 거의 없거나 없다. 이는 상승률/하강률을 즉시 표시함으로써 계기 해석에 도움을 준다.

 

VSI의 calibration이 틀어질 경우 항공기 수평 비행 도중 점진적인 상승, 혹은 하강을 지시한다. 만약 재조정이 이루어질 수 없다면 pitch control을 위해 계기를 사용할 때 이러한 오차를 고려해야 한다. 예를 들어 부적절하게 설정된 VSI는 항공기 수평 비행 도중 100 fpm의 하강을 나타낼 수 있다. 이 값으로부터 벗어날 경우 pitch attitude의 변화를 나타낼 수 있다.

 

Airspeed Indicator

 

airspeed indicator는 pitch attitude를 간접적으로 제공한다. 일정한 출력 설정 및 일정한 자세에서 항공기는 수평 비행중이며 일정한 속도가 유지된다. 만약 속도가 상승하였다면 pitch attitude가 낮아졌으니 들어줘야 한다. [그림 6-9] 만약 속도가 감소하였다면 pitch attitude가 높아졌으니 낮춰줘야 한다. [그림 6-10] 속도의 변화율이 빠를 경우 pitch의 큰 변화를 나타낸다. 반면 속도의 변화율이 느릴 경우 pitch의 작은 변화를 나타낸다. 속도계는 pitch 계기로 사용될 뿐만 아니라 수평 비행 도중 출력 제어를 위해 사용될 수 있다. pitch의 변화는 속도의 즉각적인 변화를 통해 지시된다. 속도계에는 지연이 거의 없다.

Pitch Attitude Instrument Cross-Check

 

고도계는 수평 비행 도중 pitch attitude를 나타내는 중요한 계기이다(단, 뇌우와 같이 수직 기류가 유난히 강한 조건에서는 제외). 올바른 출력 설정이 사용될 경우 pitch attitude 계기들 중 무엇을 사용하여도 수평 비행 자세를 유지할 수 있다. 그러나 고도계만이 정확한 고도 정보를 제공한다. pitch attitude control instrument들 중 하나가 pitch attitude의 조정 필요성을 나타냈다면 자세계를 통해 이를 수정해야 한다. pitch attitude 제어에 대한 일반적 오류는 다음과 같다:

 

∙과조작.

∙부적절한 출력 사용.

∙pitch attitude의 변화가 필요할 때 pitch attitude instruments를 충분히 cross-check 한 뒤 수정 조치를 취하지 않음.

 

Bank Control

 

bank control은 날개와 수평선 사이의 각도를 제어하는 것이다. 적절한 계기를 통해 bank attitude를 해석한 후 aileron 압력을 가해 항공기가 세로축을 중심으로 roll하게 만든다. 이러한 계기에는 다음이 포함된다 [그림 6-11]:

 

∙Attitude indicator

∙Heading indicator

∙Magnetic compass

∙Turn coordinator/turn-and-slip indicator

Attitude Indicator

 

자세계는 실제 비행 자세를 즉각적이고 직접적으로 보여주는 유일한 계기이다. 이는 자세 참조를 위한 기준이다.

 

Heading Indicator

 

heading indicator는 적절한 bank 및 heading 정보를 제공한다. 이는 bank를 위한 primary instrument로 간주된다.

 

Magnetic Compass

 

magnetic compass는 heading 정보를 제공한다. 이는 heading indicator와 함께 사용될 경우 bank instrument로 간주된다. magnetic compass는 난기류, 상승, 하강, 출력 변화, 그리고 속도 조절로 인한 가속/감속의 영향을 받으므로 이를 사용 시 주의해야 한다. 또한 magnetic compass의 지시 값은 선회 방향에 따라 lead/lag를 나타낼 것이다. 따라서 선회 정보를 표시하는 다른 계기와 함께 이러한 지시 값들을 고려해야 한다. 여기에는 attitude and heading indicators, 그리고 turn-and-slip indicator 및 turn coordinator를 포함한다.

 

Turn Coordinator/Turn-and-slip Indicator

 

두 계기는 모두 선회 정보를 제공한다. [그림 6-12] turn coordinator는 bank rate와 turn rate를 제공한다. turn-and-slip indicator는 오직 turn rate만을 제공한다.

Power Control

 

속도 조정을 위한 출력 변화는 모든, 혹은 일부 항공기 축 주위에서 움직임을 일으킬 수 있다. 움직임의 양과 방향은 출력 변화의 양/속도에 따라 달라진다. 이는 single-engine이든 multi-engine이든 상관없다. 수평 비행 도중 출력 변화가 pitch attitude 및 속도에 미치는 영향이 그림 6-13과 6-14에 나타나 있다. 출력 조정을 수행한 이후 원하는 출력 조정이 이루어졌는지를 확인하기 위해 power instruments를 cross-check 해야 한다. 출력 조정은 power instrument를 cross-check 함으로써 이루어진다(이는 출력 조정의 필요성이 다른 계기에서 나타내는지의 여부에 관계없음). 항공기들은 각양각색의 엔진으로 구동된다. 각 엔진은 항공기 운영에 적용되는 출력량을 나타내는 특정 계기를 가지고 있다. 계기 비행 도중 필요한 출력 조정을 위해 이러한 계기를 사용해야 한다.

power indicator instruments는 다음을 포함한다 [그림 6-15]:

 

∙Airspeed indicator

∙Engine instruments

Airspeed Indicator

 

속도계는 항공기의 출력 지시를 제공한다. 이는 항공기의 평형 및 trim이 유지된 수평 비행 상태에서 가장 잘 확인된다. 수평 비행 도중 속도가 증가하는 경우 출력이 증가하였음을 가정할 수 있다. 이럴 경우 출력을 조정하거나, 혹은 항공기를 다시 trim 해야 한다.

 

Engine Instruments

 

engine instruments는 주어진 설정에 대한 항공기 성능을 표시한다(예를 들어 manifold pressure indicator). 만약 출력 설정이 변경될 경우 항공기의 성능에 영향을 미친다(속도가 증가, 혹은 감소). 만약 fixed-pitch propeller에서 프로펠러 회전 속도(tachometer의 RPM)가 증가, 혹은 감소하였다면 항공기의 성능 또한 비행속도의 증가, 혹은 감소를 반영한다.

 

Trim Control

 

원활하고 정교한 계기 비행을 위해서는 올바른 trim 기법이 필수적이다. trim 기법은 그림 6-16에 표시된 계기를 활용한다. 항공기는 기동 도중 올바르게 trim 되어야 한다. 비행 기법의 수준은 항공기를 trim 하는 방법을 얼마나 제대로 배우느냐에 크게 달려 있다.

Airplane Trim

 

모든 조종간 압력이 neutralize 된 상태에서 원하는 자세가 유지될 경우 비행기는 올바르게 trim 된다. 모든 조종간 압력을 완화함으로써 항공기를 특정한 자세로 유지하는 것이 훨씬 쉽다. 이는 navigation instruments, 그리고 그 외의 조종실 업무들에 더 많은 시간을 할애할 수 있게 해준다.

 

항공기는 다음과 같은 방법으로 trim 된다:

 

∙원하는 자세를 설정하기 위해 조종간 압력을 가한다. 그런 다음 조종간 압력을 놓았을 때 항공기가 그 자세를 유지하도록 trim을 조정한다.

 

∙중앙으로부터 ball이 이동한 방향으로 rudder trim을 움직인다. 그런 다음 aileron trim을 조정하여 wings-level attitude를 유지할 수 있다.

 

∙균형 잡힌 출력/추력을 사용할 경우 삼타일치 비행을 유지하는데 도움이 된다. 자세, 출력, 혹은 외장 변경 시 trim이 조정이 필요할 수 있다. 항공기 자세 변화를 설정하기 위해 trim만을 사용할 경우 항공기의 제어가 불규칙해진다. 조종간 압력과 trim 조정을 조합함으로써 부드럽고 정확한 자세 변경이 이루어진다. trim control은 항공기 조작을 원활하게 만드는데 도움이 된다.

 

Example of Primary and Support Instruments

 

일정한 속도로 직진수평비행을 수행하는 것은 zero bank(일정한 heading) 상태에서 정확한 고도를 유지함을 의미한다. 이러한 비행 상태를 유지하는데 사용되는 primary pitch, bank, 그리고 power 계기는 다음과 같다:

 

∙Altimeter – 가장 적절한 고도 정보를 제공한다. 이는 pitch를 위한 primary이다.

 

∙Heading Indicator – 가장 적절한 bank, 혹은 heading 정보를 제공한다. 이는 bank를 위한 primary이다.

 

∙Airspeed Indicator – 출력의 측면에서 수평 비행 성능과 관련된 가장 적절한 정보를 제공한다.

 

자세계는 기본적인 자세 기준이다. 그러나 primary and supporting instruments의 개념은 pitch-and-bank attitudes의 설정 및 유지에 있어 특정 계기를 평가절하하지 않는다. 자세계는 실제 비행 자세를 즉각적이고 직접적으로 표시하는 유일한 계기이다. 이는 pitch-and-bank attitude를 설정 및 유지하는데 항상 사용되어야 한다. basic instrument maneuvers 도중 primary and supporting instruments의 구체적인 사용에 대해서 Chapter 7, Airplane Basic Flight Maneuvers에 자세히 설명되어 있다.