(5) Ground Effect on Takeoff

Ground Effect on Takeoff

 

지면효과는 비행기가 지면에 매우 근접해 있을 때 마주하는 성능 향상 조건이다. 지면효과는 보통 지면으로부터 날개 길이의 고도까지 발생한다. [그림 6-7] 지면효과는 비행기가 낮은 고도에서 낮은 속도로 일정한 자세를 유지하고 있을 때 가장 현저하다(예를 들어 비행기가 부양한 뒤 상승 속도로 증속할 때, 그리고 착륙 전에 landing flare를 할 때).

날개가 지면효과의 효과를 받고 있을 때 upwash, downwash, 그리고 wingtip vortices가 감소한다. wingtip vortices의 감소 덕분에 유도항력이 감소 된다. 날개 길이의 1/4에 해당하는 고도에 있다면 유도항력이 약 25% 감소한다. 날개 길이의 1/10에 해당하는 고도에 있다면 유도항력이 약 50% 감소한다. 높은 속도에서는 유도항력이 전체 항력의 적은 부분만을 차지한다. 때문에 이착륙 도중에는 지면효과를 고려해야 한다.

 

takeoff roll, lift-off, 그리고 initial climb은 지면효과 영역 내에서 이루어진다. 지면효과는 정압을 증가시키기 때문에 속도계와 고도계는 실제보다 약간 낮은 값을 지시하며 수직 속도계는 하강을 지시한다. 비행기가 상승하여 지면효과 영역을 벗어나면 다음이 발생한다:

 

⦁양력계수를 유지하기 위해 받음각을 증가시켜야 함.

 

⦁비행기 유도항력이 증가하기 때문에 추력이 필요함.

 

⦁수평꼬리날개로 향하는 downwash가 증가하여 pitch-up 경향이 발생하므로 elevator를 조절해야 함.

 

⦁정압이 감소하여 지시 속도가 증가함.

 

VX는 단위 거리 당 가장 높은 고도 상승을 달성하는 속도이다. 이는 보통 VY(단위 시간 당 가장 높은 고도 상승)보다 약간 낮다. 특정 비행기가 사용해야 할 특정 속도는 AFM/POH에 명시되어 있다. 일부 비행기의 경우 권장 속도로부터 5노트 벗어나게 되면 상승 성능이 크게 저하될 수 있다. 따라서 조종사는 비행기를 안전하고 성공적으로 기동하기 위해 정교한 속도 제어를 해야 한다.

 

지면효과로 인한 항력 감소 때문에 비행기가 권장 속도보다 낮은 속도에서 이륙할 수 있는 것처럼 보인다. 그러나 권장된 상승 속도 미만에서 비행기가 지면효과를 벗어나면 초기 상승 성능이 VY(혹은 심지어 VX) 보다 훨씬 적을 것이다. 높은 밀도 고도, 높은 온도, 그리고/혹은 최대 총 무게 조건에서는 비행기가 부양한 후 지면효과를 벗어나지 못할 수 있다. 그 결과 비행기가 장애물을 회피하지 못할 수 있다. 권장 속도에 도달하기 전에 부양하는 것은 더 큰 항력을 초래한다. 이를 극복하기 위해선 더 많은 출력이 요구된다. 허나 초기 이륙 및 상승은 이미 최대 출력을 기반으로 하므로 항력 감소가 유일한 방법이다. 항력을 감소시키기 위해선 pitch를 낮춰야 하는데 이는 곧 고도 감소를 의미한다. 특정 고도 및 온도 조건일 때 일부 비행기들은 성능 감소로 인하여 최대 총 무게에서 안전하게 이륙할 수 없다. 따라서 충분한 초기 상승 성능을 위해 권장 속도에서 이륙하는 것이 중요하다.

 

지면효과는 일반적인 비행 운영에 있어서 중요하다. 만약 활주로가 충분히 길거나 장애물이 존재하지 않는다면 지면효과의 항력 감소를 통해 초기 가속도를 향상시킬 수 있다.

 

soft field에서 이륙하는 경우에는 지상활주 및 이륙 도중 지면효과를 통해 날개에 최대한 많은 무게를 실어야 한다. 조종사는 지면효과 영역을 벗어나기 전에 받음각을 감소하여 정상 속도를 만들어야 한다.