(15) Jet Airplane Descent and Approach

Jet Airplane Descent and Approach

 

가장 부드러운, 그리고 연료 효율적인 하강은 출력을 flight idle로 줄이고 L/D MAX로 감속하는 것이다. 이 시나리오에서 조종사는 하강하고, 감속을 위해 수평을 만들고, 착륙을 위해 외장을 만들고, final approach를 교차하고, stabilized descent를 위한 출력을 설정하기 전까지 점진적으로 감속할 것이다. 항적 및 시간 고려사항으로 인해 거의 항상 이 예시로부터 벗어나게 된다. 일반적인 descent profile에는 세 개의 하강 구간, 그리고 두 개의 감속 구간이 있다.

 

Descent Planning

 

일반적인 idle power 하강을 위한 TOD(top of descent. 그림 16-14의 A 지점)는 고도에 의해 결정되며 바람에 맞게 조정된다. 제트 비행기의 descent profiles는 일반적으로 3도 경로에 근접하며 수평비행도중 감속을 위해 필요한 시간/거리가 있다. 정확한 거리는 다를 것이다. 허나 하강 계획을 세우면 조종사가 비행기보다 앞서 나가게 해줄 것이며 자동화를 모니터링하기에 더 좋은 상태로 만들어줄 것이다.

 

공항을 향해 straight-in VFR approach를 하는 경우 TOD의 예상치는 고도(천 피트 단위)에 3을 곱한 다음 수평비행 도중 속도를 감소하는데 필요한 거리(수평비행 도중 1마일 당 10 KIAS 감소)를 더함으로써 계산될 수 있다. airport elevation으로부터 35,000ft를 비행하는 경우 공항으로부터 대략 120마일에서 cruise descent가 시작될 것이다(이 예시에서는 cruise speed로부터 단계적 속도 감소를 수행하기 위한 거리로 약 15마일을 가정. 따라서 35 x 3 + 15 = 120). [그림 16-14] 일반적으로 공기 밀도의 증가로 인해 indicated airspeed가 적절한 하강 속도로 증가하기 전까지는 cruise Mach가 유지된다. 이는 일반적으로 30,000ft 바로 아래에서 발생한다. 250노트로 감속하기 위해 공항으로부터 대략 40마일 10,000 MSL 지점(B 지점)에서 도달한 경우 조종사는 공항으로부터 대략 35마일 지점에서 하강을 계속할 것이다. 이는 활주로로부터 대략 15마일 1,500ft까지 이어진다. 활주로로부터 5마일 떨어진 지점으로부터 final descent를 시작할 수 있도록 감속 및 flap 연장이 수행된다. 1,000ft 이전에는 landing gear 및 landing flaps를 연장해야 하며 500ft 이전에는 출력을 증가시킴으로써 stabilized approach를 위한 적절한 속도를 유지해야 한다.

 

TOD의 계산에 영향을 미치는 변수들은 다음과 같다:

 

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

 

∙field elevation

 

∙지형 고려사항

 

∙arrival 도중 활주로 정렬

 

∙ATC vectors와 speed restrictions

 

∙접근의 유형

 

Descent Energy Management

 

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

 

Chapter 4, Using Energy Management to Master Altitude and Airspeed Control에 따르면 비행기 에너지는 두 가지 형태가 있다: 고도의 형태인 위치 에너지, 그리고 속도의 형태인 운동 에너지. L/D MAX 이상의 속도인 normal operating regime에서는 속도 증가가 총 항력을 증가시키고 속도 감소가 총 항력을 감소시킨다.

 

L/D MAX 이상의 속도에서 idle power일 경우 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 하강률, 그리고 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 증가하여 항공기가 적절한 경로로 되돌아올 수 있다. 반대로 원하는 고도보다 낮은 고도에 있을 때 감속을 위해 기수를 들면 하강 각도가 감소하여 항공기가 적절한 경로로 되돌아올 수 있다. 보통 10노트의 속도 변화만으로도 부드럽고 점진적인 수정이 가능하다.

 

속도 조절이 선택지가 아니라면 low-energy state를 수정하기 위해 출력을 추가하거나, 혹은 high-energy state를 수정하기 위해 speed brakes를 사용할 수 있다. 여러 번의 출력 변동, 혹은 speed brakes의 반복적인 올림/내림은 하강을 적절하게 계획 및/혹은 관리하지 못한 조종사 과실을, 혹은 불완전하게 설계된 arrival procedure를 나타낸다.

 

하강 도중 원래 계획하였던 하강 속도와는 다른 하강 속도가 사용될 경우 top of descent point가 조정되어야 한다. 예정보다 일찍 순항 고도를 떠난 다음 flight idle로 설정하여 느린 속도로 하강하면 연료 소모가 줄어든다. 반면 예정보다 늦게 떠나서 여분의 연료를 연소하고자 한다면 조종사는 순항 고도를 나중에 떠난 다음 빠른 속도로 하강할 수 있다. 조종사는 항상 하강 도중 진행 상황을 점검해야 하며 필요에 따라 조정을 해야 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 250 노트로 도달할 계획이다. 두 경우 항공기는 계속하여 하강을 할 수 있는 위치에 있게 된다. 250 노트 하강은 감속을 위해 몇 마일을 더 필요로 하며 더 낮은 하강 경로를 제공한다. 300 노트 하강은 고도에서 더 오래 머물 수 있게 해주고, 가파른 각도로 하강하게 해주며, 250노트로 감속하기 위해 level off를 할 수 있게 해준다. 300노트로 하강하는 제트 비행기가 Y 지점에 먼저 도착하지만 연료를 더 많이 소모한다. 이 그림에는 없지만 X 지점으로부터 하강을 시작하고, 300노트를 유지하며, 얕은 하강 경로에서 속도를 유지하기 위해 출력을 필요로 하는 하강 계획은 비효율적이다.

 

계획된 TOD 지점 이전에 하강을 시작하면 목적지까지의 시간, 그리고 연료 소모가 증가한다. 계획된 TOD 이전에 descent clearance를 받은 경우 pilot’s discretion에 따라 하강이 수행될 수 있는지의 여부를 ATC에게 물어볼 수 있다. 그렇게 하도록 승인된 경우 미리 계획해둔 하강 지점에 도달하기 전까지는 속도와 고도를 유지할 수 있다. 즉각적인 하강이 필요한 경우 적절한 경로에 도달하기 전까지는 1,000 fpm으로 하강하는 것이 일반적으론 허용된다. 계획된 TOD에 도달하기 전에 descent clearance를 받지 못한 경우 속도를 감소시킴으로써 비행기의 운동 에너지(그리고 총 에너지)를 감소시킴과 동시에 위치 에너지는 일정하게 유지할 수 있다. clearance를 받았을 때 약간 가파른 하강을 사용하여 고도를 운동 에너지로 전환하고 적절한 하강률을 만듦으로서 비행기가 더 가파른 경로를 따르도록 한다.