(2) Steep Turns

Steep Turns

 

급선회(steep turns)란 45 ~ 60도의 bank angle을 사용하여 한쪽 방향(360도)이나 양쪽 방향(720도)으로 선회를 수행하는 것이다. 급선회의 목적은 부드러운 조종 및 삼타일치, 외부 참조물을 통한 방향 인지, 주의 분배, 그리고 해당 지역의 위험 및 항적을 확인할 필요성에 대한 조종사 기술을 개발하는 것이다. [그림 10-1]

 

모든 선회의 기본 개념은 동일하다. 허나 급선회를 처음으로 시연 및 수행할 경우 조종사는 다음 사항들에 노출된다:

 

1. 높은 G-forces

2. 비행기 고유의 overbanking tendency

3. 날개가 steep bank에 놓이면 양력의 수직 성분이 상당히 손실됨

4. 상당한 pitch control 압력

5. 선회 도중 일정한 속도로 고도를 유지하기 위해선 출력 증가가 필요함

 

이전 장에서 설명하였듯 비행기에 bank가 가해지면 총 양력이 수직 성분과 수평 성분으로 나뉜다. 일정한 고도를 유지하기 위해 조종사는 양력의 수직 성분이 고도를 유지하기에 충분할 정도로 받음각을 증가시킨다. 그리고 속도 유지를 위해 필요한 만큼 출력을 증가한다. 모든 level turn과 마찬가지로 steep turn 도중 발생한 양력의 수평 성분이 비행기를 선회시키는데 필요한 힘을 제공한다. 특정 bank angle로 level turn을 수행할 경우 속도나 비행기에 상관 없이 동일한 하중 계수가 생산된다. 하중 계수는 중력과 원심력의 벡터 덧셈이다. 45도 bank로 level turn을 수행할 경우 하중 계수는 1.41이다. 60도 bank로 level turn을 수행할 경우 하중 계수는 2.0이다. 하중 계수 2.0에서 항공기(그리고 그 탑승자)의 실질적인 무게는 두 배이다. 이러한 힘을 처음 경험할 경우 조종사는 방향 정위와 움직임에 어려움을 겪을 수 있다. 60도를 초과하는 bank로 level turn을 수행할 경우 하중 계수가 상당히 증가한다는 것을 알아야 한다. normal category general aviation airplane은 최대 3.8의 하중 계수를 수용할 수 있다. 75도 bank로 level turn을 수행할 경우 이 한계가 초과된다.

 

급선회는 비행기의 design maneuvering speed(VA), 혹은 operating maneuvering speed(VO) 미만에서 수행되어야 한다. 이는 높은 하중 계수 때문이다. 비행기에 높은 bank angle이 가해질 경우 특정 속도에 대한 최대 선회 성능이 달성된다. 각 비행기의 level turn 성능은 이용 가능한 출력, 그리고 구조적 및 공기역학적 설계에 의해 제한된다. 비행기의 limiting load factor는 비행기의 구조적 한계나 실속을 초과하지 않고 수평을 유지할 수 있는 최대 bank를 결정한다. 하중계수가 증가하면 실속 속도도 증가한다. 예를 들어 실속 속도가 50kt인 항공기가 45도 steep turn을 수행할 경우 60kt에서 실속에 진입하게 된다. 여기서 60도로 bank를 증가시키면 항공기는 70kt에서 실속에 진입하게 된다. 실속 속도는 하중계수의 제곱근으로 증가한다. 수평 비행 도중 bank가 증가하면 실속 속도와 VA 속도간의 차이가 줄어든다. VA나 VO 이하의 속도에서는 비행기가 design load limit을 초과하기 전에 실속에 빠질 것이다.

 

또한 비행기는 Chapter 3, Basic Flight Maneuvers에서 설명하였던 “overbanking tendency”를 나타낼 것이다. 대부분의 비행 기동 도중에는 bank angle이 충분히 얕기 때문에 비행기는 세로축에 대하여 positive stability나 neutral stability를 나타낸다. 허나 bank angle이 가팔라질 경우 의도적으로 aileron 압력을 반대쪽으로 가하지 않는 한 비행기가 bank 방향으로 계속하여 선회할 것이다. 또한 조종사는 효율적인 삼타일치를 필요로 하는 다양한 좌선회 경향(예를 들어 P-factor)을 유념해야 한다. 급선회 수행 시 yaw의 상당 부분이 지표면으로부터 멀어지는, 그리고 지표으로 향하는 움직임으로 나타나기 때문에 혼란스러울 수 있다.

 

모든 기동을 시작하기 전에 조종사는 해당 지역에 다른 항적이나 위험 요소가 없는지를 확인해야 한다. 또한 선회로부터 언제 rollout을 시작할지를 가늠하기 위해 멀리 있는 참조점을 선택해야 한다. 제조업체의 권장 진입 속도(VA 혹은 VO)를 설정한 후 45 ~ 60도 사이의 bank로 부드럽게 선회한다. bank angle이 설정되는 동안 받음각을 증가시키기 위해 elevator back pressure를 부드럽게 적용한다. 그리고 보통 30도 bank 이전에 출력을 증가한다. 받음각이 증가하면 항력 또한 증가하므로 속도를 유지하기 위해선 출력이 추가되어야 함을 명심해야 한다. 특정 bank에 도달한 후 조종사는 고도 유지를 위해 elevator에 상당한 힘이 들어간다는 것을 알게 된다.

 

실기시험표준서는 급선회에 대한 trim 조건을 명시하지 않는다. trim 사용 여부는 비행기 특성, trim system의 속도, 그리고 교관 및 학생의 선호도에 따라 결정된다. bank angle이 증가함에 따라 elevator-up trim과 engine power를 증가시킬 경우 높은 받음각을 유지하는데 필요한 조종간 압력이 일부(혹은 전부)가 제거된다. 단, 만약 trim을 사용하였다면 조종사는 기동이 완료되었을 때 trim과 power를 줄이는 것을 잊지 말아야 한다.

 

bank angle, 고도, 그리고 방향정위를 유지하기 위해서는 기수와 날개에 대한 수평선의 상대적 위치를 인지해야 한다. 항공기의 자세를 기수만으로 판단하려는 조종사는 고도를 유지하는데 어려움을 겪을 것이다. 기수와 날개에 대한 수평선의 상대적 위치를 확인하는 조종사는 고도 유지를 더 잘할 것이다. 고도의 오차는 급선회를 수행하는데 있어 주된 실수이다. pitch attitude의 미세한 조정은 elevator back pressure만으로 이루어진다. 허나 급선회 도중 기수가 지나치게 낮아져서 짧은 시간만에 고도가 크게 떨어지는 것은 드문 일이 아니다. 이러한 고도 손실이 발생한 경우 조종사는 다음과 같은 방법으로 이를 회복할 수 있다. 먼저 선회 반대 방향으로 aileron/rudder를 가하여 bank angle을 감소시킨다. 그리고 elevator back pressure를 가하여 pitch attitude를 증가시킨다. 과도한 nose-low 및 steep bank 상황에서 elevator만을 사용하여 회복을 시도할 경우 bank가 더 가팔라지며 비행기에 과도한 응력이 가해진다.

 

급선회 기동이 시작된 heading에서 날개가 수평이 될 수 있도록 rollout 타이밍을 맞춰야 한다. 좋은 rule of thumb는 종료 지점 heading에 도달하기 전에 bank 양의 1/2 지점에서 rollout을 시작하는 것이다. 예를 들어, 만약 우측 급선회가 heading 270에서 시작하였고 bank angle이 60도라면 조종사는 30도 이전인 heading 240에서 rollout을 시작해야 한다. rollout을 하는 도중 고도와 속도를 유지하기 위해 elevator back pressure, trim(만약 사용되었다면), 그리고 출력을 점진적으로 줄여야 한다.

 

급선회와 관련된 일반적인 실수들:

 

1. 주변을 확인하지 않음.

2. 기동 entry/rollout 도중 pitch 조작이 적절하지 못함.

3. 고도가 상승하거나 하강함.

4. 일정한 bank angle을 유지하지 못함.

5. 삼타일치가 미흡함.

6. trim 사용이 효율적이지 못함.

7. 출력 사용이 효율적이지 못함.

8. 속도 제어가 부적절함.

9. 방향감각을 상실함.

10. 시계 참조가 아닌 계기 참조로 기동을 수행함.

11. 기동 도중 다른 항적을 확인하지 않음.

12. 회복을 너무 빨리 시작함.

13. 특정 heading에서 rollout을 수행하지 못함.