(15) Jet Airplane Descent and Approach

Jet Airplane Descent and Approach

 

출력을 flight idle로 줄이고 L/D MAX로 감속해야 가장 부드럽고 연료 효율적인 하강이 이루어진다. 이 시나리오에서 조종사는 하강을 수행하고, 감속을 위해 수평을 만들고, 착륙을 위해 외장을 설정하고, final approach를 교차하고, stabilized descent를 위한 출력을 설정하기 전까지 점진적으로 감속할 것이다. 일반적인 descent profile에는 세 개의 하강 구간과 두 개의 감속 구간이 있다.

 

Descent Planning

 

일반적인 idle power 하강의 경우 TOD(top of descent. 그림 16-14의 A 지점)는 고도에 의해 결정되며 바람에 맞게 조정된다. 제트 비행기의 descent profiles는 보통 3도 경로에 근접하며 감속을 위해 필요한 시간/거리가 있다. 정확한 거리가 달라질 수도 있긴 하지만 하강 계획을 통해 조종사는 비행기보다 훨씬 앞서게 되며 자동화를 모니터링하기에 더 나은 위치에 놓인다.

공항을 향해 straight-in VFR approach를 하는 경우 TOD는 고도(천 피트 단위)에 3을 곱한 다음 감속에 필요한 거리(1마일 당 10 KIAS)를 더해서 계산할 수 있다. 공항 표고로부터 35,000ft를 비행하고 있다면 공항으로부터 대략 120마일에서 cruise descent가 시작될 것이다(이 예시에서는 cruise speed로부터 단계적 감속을 수행하기 위한 거리로 약 15마일을 가정. 따라서 35 x 3 + 15 = 120). [그림 16-14] 보통 공기 밀도의 증가로 인해 지시 대기속도가 적절한 하강 속도로 증가하기 전까지는 cruise Mach가 유지된다. 이는 보통 30,000ft 아래에서 이루어진다. 250노트로 감속하기 위해 공항으로부터 대략 40마일 10,000 MSL 지점(B 지점)에 도달하였다면 대략 35마일 지점에서 15마일 1,500ft 지점으로 하강을 다시 시작할 것이다. 활주로로부터 5마일 지점에서 최종 하강이 시작될 수 있도록 감속 및 플랩 연장을 계속한다.  최종 하강 도중1,000ft 지점에서는 landing gear와 landing flaps를 연장해야 하며 500ft 지점에서는 출력을 증가시켜서 stabilized approach를 위한 적절한 속도를 유지해야 한다.

 

TOD를 계산하흔데 영향을 미치는 변수들은 다음과 같다:

 

∙ 정풍/배풍 성분(순항 고도에서의 10노트 바람마다 거리를 1마일씩 조정)

 

∙ 공항 표고

 

∙ 지형 고려사항

 

∙ 입항 도중 활주로와의 정렬

 

∙ ATC vectors와 speed restrictions

 

∙ 접근의 유형

 

Descent Energy Management

 

하강 도중 조종사는 진행 상황을 주기적으로 확인할 수 있다. 이때 어림수를 사용하면 계산이 단순해진다. 25,000ft는 75마일 근처에서 통과되어야 하며 20,000ft는 60마일에서 통과되어야 한다. 원하는 고도/거리로부터 편차가 있다면 에너지 상태를 조정해야 한다.

 

비행기에는 두 가지 형태의 에너지가 있다: 고도 형태의 위치 에너지, 그리고 속도 형태의 운동 에너지. normal operating regime에서는(L/D MAX 너머의 속도에서는) 속도 증가가 총 항력을 증가시키고 속도 감소가 총 항력을 감소시킨다.

 

L/D MAX 너머의 속도에서 idle power인 경우에는 속도 증가가 하강률을 증가시킨다. 특정 비행기에 대한 예시는 다음과 같다:

 

∙ 210 KIAS = 1,000 fpm

∙ 250 KIAS = 1,500 fpm

∙ 300 KIAS = 3,000 fpm

 

높은 속도에서의 높은 유해 항력은 하강률과 하강 각도에 상당한 영향을 미친다. 210노트에서 250노트로 속도를 20% 증가하면 하강률이 50% 증가한다. 허나 250노트에서 300노트로 속도를 20% 증가하면 하강률이 100% 증가한다. 따라서 하강 도중 원하는 고도보다 높은 고도에 있을 때 증속을 위해 기수를 낮추면 하강 각도가 증가해서 항공기가 적절한 경로로 되돌아올 수 있다. 반대로 원하는 고도보다 낮은 고도에 있을 때 감속을 위해 기수를 들면 하강 각도가 감소해서 항공기가 적절한 경로로 되돌아올 수 있다. 보통 10노트의 속도 변화만으로도 부드럽고 점진적인 수정이 가능하다.

 

속도 조절이 불가능하다면 low-energy state를 수정하기 위해 출력을 추가하거나 high-energy state를 수정하기 위해 speed brakes를 사용할 수 있다. 출력이나 speed brakes를 반복적으로 사용하였다는 것은 조종사가 하강을 적절히 계획 및/혹은 관리하지 못하였거나 입항 절차가 잘못 설계되었음을 나타낸다.

 

하강 도중 원래 계획하였던 하강 속도와 다른 하강 속도가 사용되었다면 top of descent point를 조정해야 한다. 예정보다 일찍 순항 고도를 떠난 다음 flight idle을 설정하고 느린 속도로 하강하면 연료 소모가 줄어든다. 반대로 여분의 연료를 연소하고자 한다면 예정보다 늦게 순항 고도를 나중에 떠난 다음 빠른 속도로 하강할 수 있다. 조종사는 항상 하강 도중 진행 상황을 검토해야 하며 필요에 따라 조정을 계속해야 한다.

 

계획된 하강 속도는 계획된 top of descent point의 위치에 영향을 미친다. [그림 16-15] 이 예시에서 두 제트 비행기는 동일한 순항 속도 및 고도에서 X 지점을 지난 다음 Y 지점을 10,000ft 및 250 노트로 도달할 계획이다. 250 노트 하강은 감속을 위한 거리를 필요로 하며 더 낮은 하강 경로를 제공한다. 300 노트로 하강하는 경우에는 순항 고도에서 더 오래 머물고, 가파른 각도로 하강하며, 250노트로 감속하기 위해 수평을 잡는다. 300노트로 하강하는 제트 비행기가 Y 지점에 먼저 도착하긴 하지만 연료를 더 많이 소모한다. 이 그림에는 없지만 X 지점으로부터 300노트로 하강하는 계획은 얕은 하강 경로상에서 속도 유지를 위해 출력을 필요로 하므로 비효율적이다.

계획된 TOD 지점 이전에 하강을 시작하면 목적지까지의 시간과 연료 소모가 증가한다. 계획된 TOD 이전에 descent clearance를 받았다면 pilot’s discretion에 따라 하강할 수 있는지를 ATC에게 물어볼 수 있다. 만약 이를 승인받았다면 미리 계획해둔 하강 지점에 도달하기 전까지는 속도와 고도를 유지할 수 있다. 즉시 하강해야 하는 경우에는 보통 원하는 경로에 도달하기 전까지 1,000 fpm으로 하강하는 것이 적절하다. 만약 계획된 TOD에 도달하기 전에 descent clearance를 받지 못하였다면 감속을 통해 비행기의 운동 에너지와 총 에너지를 감소시킨다. 그리고 clearance를 받았을 때 약간 가파르게 하강해서 고도를 운동 에너지로 전환하고 적절한 에너지 분배를 통해 비행기가 더 가파른 경로를 따르도록 한다.