(9) Climbs and Climbing Turns

Climbs and Climbing Turns

 

비행기가 상승에 진입하기 위해선 중력을 극복하기 위한 초과 양력이 발생해야 한다. 더 많은 양력이 만들어지면 더 많은 유도항력이 발생하므로 속도가 감소한다. 증가한 항력을 상쇄하기 위한 충분한 추력이 존재하는 경우에만 비행기가 상승을 유지할 수 있다. 따라서 상승률은 excess thrust의 양에 의해 제한된다.

 

조종사는 다음과 같은 유형의 상승을 만들어내는 엔진 출력 세팅, 자연 수평선에 대한 pitch attitude, 그리고 계기 지시를 알아야 한다.

 

∙ Normal Climb – 비행기 제조업체가 권장하는 속도. normal climb speed는 보통 비행기의 best rate of climb보다 높다. 더 높은 속도는 엔진 냉각, control authority, 그리고 전방 시야를 향상시켜준다. normal climb는 때때로 cruise climb라 불린다.

 

∙ Best rate of climb(VY) - 단위 시간당 가장 많은 고도를 생산하는 속도. 이 속도는 보통 장애물이 없는 활주로에서 초기 상승 시 사용되며 normal climb 외장으로 전환하기 전까지 유지된다.

 

∙ Best angle of climb(VX) - 단위 거리 당 가장 많은 고도를 생산하는 속도. 비록 동일한 고도에 도달하는데 VX가 VY보다 더 오래 걸리긴 하지만 이 속도는 더 가파른 상승으로 이어진다. VX는 이륙 후 장애물(예를 들어 나무)을 회피하기 위해 사용된다. [그림 3-19]

고도가 높아질수록 VX 속도는 증가하고 VY 속도는 감소한다는 것을 유의해야 한다. AFM/POH에 포함된 성능 차트를 참조해서 해당 환경 조건에 대한 정확한 속도가 사용되는지 확인해야 한다. VX 속도와 VY 속도가 교차하는 지점은 absolute ceiling으로 이는 비행기가 더는 상승할 수 없는 고도이다. [그림 3-20]

Establishing a Climb

 

자연 수평선에 대해 비행기 기수를 참조해서 elevator back pressure를 부드럽게 증가시키고 이와 동시에 엔진 출력을 상승 세팅으로 증가시키면 직진 상승이 시작된다. 상승 자세를 유지할 때 wingtips를 참조해야 하며 성능을 검증하기 위해 계기들을 cross-check 해야 한다. 많은 항공기의 경우 출력이 증가하면 horizontal stabilizer를 흐르는 slipstream이 증가해서 비행기의 pitch attitude가 생각보다 더 높아지게 된다. 조종사는 slipstream의 영향 뿐만 아니라 속도 변화에 따른 양력 변화의 영향도 대비해야 한다. 조종사는 원하는 pitch attitude를 설정하는데 필요한 조종간 압력을 사용할 준비가 되어있어야 한다.

 

만약 상승이 순항 비행에서 시작된다면 비행기가 상승 자세로 진입함에 따라 속도가 점진적으로 감소한다. 직진 수평비행을 유지하는데 필요한 추력으로는 동일한 속도의 상승을 유지할 수 없다. 상승 시 발생하는 항력 증가는 고도 증가를 위한 양력 증가에서 비롯된다. 상승을 수행하기 위해선 수평 비행을 유지하는데 필요한 양력보다 더 많은 양력이 필요하다. 양력 증가는 유도항력 증가를 만들어낼 것이다. 이러한 유도항력 증가 때문에 더 많은 출력이 필요하며 지속적인 상승엔 excess thrust가 필요한 것이디.

 

사실상 중력은 상수이다. 벡터 다이어그램을 보면 상승 도중 더 많은 양력이 필요한 이유를 알 수 있다. 왜냐하면 날개에서 형성된 양력의 수직 성분이 더 이상 날개와 수직이 아니며 항력을 증가시키기 때문이다. 엔진으로부터 추력의 수직 성분을 증가시켜서 총 수직력을 높이기 위해 출력을 권장 상승 세팅으로 전진해야 한다. 가변 피치 프로펠러를 갖춘 비행기의 경우에는 엔진 출력을 증가시키기 전에 propeller control을 전진해야 한다. 효율적인 엔진 냉각을 위해 일부 비행기는 cowl flaps를 갖출 수 있으며 cylinder head temperature가 제조업체의 제한치 이내에 있도록 cowl flaps position을 설정해야 한다.

(출처: FAA PHAK)

자연흡입 엔진(aspirated engines)의 경우 고도가 높아질수록 출력이 감소한다. 고도가 높아지면 공기 밀도가 감소하여 출력이 감소한다. 고정 피치 프로펠러를 갖춘 비행기의 경우에는 rpm의 감소가 나타나며 가변 프로펠러를 갖춘 비행기의 경우에는 manifold pressure의 감소가 나타난다. 조종사는 상승 출력이 유지되는지, 그리고 압력과 온도가 제조업체의 제한치 이내에 있는지를 확인하기 위해 엔진 계기를 점검해야 한다. 상승 도중 출력이 감소하면 조종사는 특정 상승 세팅을 유지하기 위해 throttle이나 power lever를 계속하여 전진해야 한다.

 

조종사는 상승 시, 그리고 높은 출력을 설정할 시 발생하는 프로펠러 영향을 이해해야 한다. 대부분의 비행기 프로펠러는 조종사 좌석에서 바라보았을 때 시계방향으로 회전한다. pitch attitude가 증가하면 프로펠러의 추력 중심이 우측으로 이동해서 추력이 비대칭이 된다. 이러한 비대칭 상황을 보통 “P-factor”라 부른다. 이는 하강하는 프로펠러 블레이드(조종석에서 보았을 때 프로펠러의 우측 부분)의 받음각이 증가하였기 때문이다. 프로펠러의 추력 중심이 우측으로 이동하였으므로 left turning yawing moment가 발생해서 비행기 기수가 왼쪽으로 움직인다. 이는 조종사의 right rudder로 상쇄된다. 게다가 프로펠러 회전 방향의 반대쪽으로 작용하는 torque가 비행기를 좌측으로 roll 하게 만든다. 결국 torque와 P-factor는 비행기를 좌측으로 roll하고 yaw 하게 만든다. 이를 상쇄하기 위해 right rudder와 right aileron이 사용되어야 한다. 상승 연습 초기에는 이러한 상황이 어색할 수 있지만 어느 정도 연습한 후에는 프로펠러 영향을 즉각 수정하게 된다.

 

상승 자세를 만드는 동안 속도가 감소하므로 조종사가 elevator 압력을 증가하지 않는 한 비행기의 pitch attitude가 낮아지려는 경향이 발생한다. nose-up elevator trim을 통해 back elevator pressure 없이도 pitch attitude가 유지될 수 있도록 해야 한다. 상승 도중 출력이 상승 출력 세팅으로 고정되어 있으므로 elevator로 속도를 제어한다. 자연 수평선에 대한 pitch attitude는 pitch attitude가 정확한지를 확인시켜 주며 상승 성능을 확인하기 위해 이를 계기와 cross-check 해야 한다. [그림 3-21]

상승으로부터 수평을 잡으려면 원하는 고도에 도달하기 전에 level-off를 시작해야 한다. level-off는 대략 상승률의 10%에서 시작되어야 한다. 예를 들어 비행기의 상승률이 500fpm이라면 원하는 고도에 도달하기 50ft 전에 level off를 시작해야 한다. 증속을 위해 pitch attitude를 부드럽고 천천히 감소해야 한다. pitch attitude가 너무 빠르게 변화되어서 속도가 비례적으로 증가하지 못하면 고도가 떨어질 수 있다.

 

일정한 고도에서 수평을 잡은 후 상승 출력을 잠시 유지해야 한다. 이는 비행기를 순항 속도로 가속하기 위함이다. 원하는 순항 속도에 도달하였다면 throttle과 propeller control(만약 장비한 경우)을 순항 출력 세팅으로 설정하고 비행기를 다시 trim 한다.

 

Climbing Turns

 

상승 선회를 수행하는데 있어 다음 요소들을 고려해야 한다:

 

• 상승 선회에 필요한 총 양력은 직진 상승에 필요한 총 양력보다 더 많다. 때문에 일정한 출력 세팅을 사용할 경우 직진 상승에서의 pitch attitude와 airspeed가 상승 선회에서 동일하게 유지될 수 없다. 양력의 일부가 선회에 사용되므로 비행기는 약간 더 낮은 각도로 상승한다.

 

• steep bank angle은 상승률을 현저히 감소시킨다. 조종사는 선회 도중 적절한 bank를 일정하게 유지해야 한다.

 

• 조종사는 좌선회와 우선회 도중 일정한 속도와 일정한 선회율을 유지해야 한다. 조종간들의 삼타일치는 기본 요소이다.

 

수평 선회 도중 비행기에 영향을 미치는 모든 요소들은 상승 선회 도중에도 비행기에 영향을 미친다. 비행기에 내재된 안정성, overbanking tendencies, adverse yaw, 프로펠러의 영향, 양력의 수직 성분 감소, 그리고 항력의 증가에 대한 보상은 조종사의 조종간 조작을 통해 관리되어야 한다.

 

상승 선회는 먼저 상승을 시작한 후에 선회 방향으로 bank를 가하거나, 혹은 상승과 선회를 동시에 시작해서 설정될 수 있다. 상승 선회 도중 다른 선회들과 마찬가지로 pitch attitude를 높여서 수직 양력 손실을 보상해야 한다. 선회와 상승이 합쳐졌으므로 elevator back pressure를 더 많이 높여야 한다. 상승 선회 도중에는 선회를 shallow bank angle로 제한하는 것이 가장 효과적이며 이는 효율적인 상승률을 제공한다. 만약 상승 선회가 medium bank나 steep bank로 수행된다면 상승 성능이 감소한다(혹은 심지어 상승이 불가능할 수도 있다).

 

상승과 상승 선회를 수행할 때 발생하는 일반적인 실수들은 다음과 같다:

 

1. 상승 자세를 설정할 때 주로 속도계를 참조하며 대기속도를 chase 함.

2. 과도한 elevator pressure를 가해서 지나친 상승 각도가 발생함.

3. 상승 선회 도중 rudder가 부적절하거나 불충분함.

4. 상승 도중 yaw를 수정하지 못함(보통 불충분한 right rudder로 인함).

5. 직진 상승 도중 비행기의 기수에 fixation 돼서 한 쪽 날개가 낮은 상태로 상승함.

6. 조종간들의 삼타일치 없이 상승 선회를 시작하여 한 쪽 날개가 낮은 상태로 상승하나 선회는 하지 않음.

7. 부적절한 삼타일치로 인해 slip이 만들어져서 상승률이 상쇄되고 이로 인해 고도 상승이 거의 이루어지지 않음.

8. 상승 선회 도중 pitch와 bank를 일정하게 유지하지 못함.

9. 비행기의 상승 성능을 넘어서려 시도함.

10. level-off 도중 forward elevator pressure를 너무 과하게 적용해서 고도 손실이나 과도한 low G-force로 이어짐.