이 장은 비행 중 발생할 수 있는 특정 비정상 상황과 비상 상황을 설명한다. 비상 상황을 성공적으로 관리하기 위한 핵심 요소, 그리고/혹은 비정상 상황이 실제 비상 상황으로 진행되는 것을 막기 위한 핵심 요소는 항공기 제조업체가 개발한 절차를 철저히 숙지 및 준수하는 것이다. 다음 지침들은 일반적인 것으로 AFM/POH에 포함된 항공기 제조업체의 권장 절차를 대체하지 않는다. 이 지침들은 비정상 및 비상 운영에 대한 조종사의 일반적인 지식을 향상시키기 위한 것이다. 이 장의 지침들 중 어느 하나라도 특정 비행기에 대한 제조업체의 권장 절차와 다르다면 제조업체의 권장 절차가 우선된다.
이 장은 소형 고정익 비행기의 비상 착륙 기술에 대한 정보를 포함한다. 여기서 제시되는 지침들은 실제 훈련이 불가능한 불리한 지형 조건에서 적용된다. 이 장의 목적은 조종사가 자신과 승객들을 보호하기 위해 비행기 구조물을 사용하는 방법을 알고 있다면 거의 모든 지형이 “적합한” 비상 착륙 지점으로 간주될 수 있다는 사실을 알려주기 위함이다.
Types of Emergency Landings
비상 착륙의 종류들은 다음과 같이 정의된다:
∙ Forced landing – 비행을 계속하는 것이 불가능할 때 공항이나 공항 외의 지역에 즉시 착륙하는 것. 엔진 고장으로 인한 비행기 추락이 대표적인 예이다.
∙ Precautionary landing – 비행을 계속하는 것이 가능하긴 하지만 권장되지는 않을 때 공항이나 공항 외의 지역에 계획적으로 착륙하는 것. 기상이 악화되거나, 길을 잃거나, 연료가 부족하거나, 혹은 엔진 고장이 서서히 발생하고 있을 때 precautionary landing이 필요할 수 있다.
∙ Ditching – 수면에서 이루어진 forced landing이나precautionary landing.
precautionary landing은 보통 forced landing보다 덜 위험하다. 왜냐하면 조종사가 지형을 선택하고 접근을 계획하는데 있어 더 많은 시간을 할애할 수 있기 때문이다. 또한 조종사는 판단의 오류나 조종 기술의 오류를 보상하기 위해 출력을 사용할 수 있다. 조종사가 이성 대신 희망적인 사고를 가지게 되면 precautionary landing이 필요했던 상황이 즉시 forced landing으로 발전할 수 있다는 것을 알아야 한다. 연료 고갈이 임박하였으나 precautionary landing의 가능성을 고려하지 않는 조종사는 매우 위험한 선택지를 받아들이게 된다.
Psychological Hazards
비상 상황을 직면하였을 때 신속하고 적절하게 행동하는 조종사의 능력을 방해할 수 있는 몇 가지 요인이 있다. 이러한 요인들 중 일부가 아래에 나열되어 있다.
∙ 비상 상황을 받아들이지 못함 -조종사의 행동이나 희망과 상관없이 비행기가 곧 지면에 충돌할 것이라는 생각에 정신이 마비되면 비상 상황을 다루는데 상당히 불리해진다. 무서운 순간을 늦추려는 무의식적인 욕구는 다음과 같은 오류로 이어질 수 있다: 비행 속도를 유지하기 위해 기수를 낮추지 못함, 가장 적절한 착륙 지역을 선택하지 못함, 그리고 망설임. 비행기 제어를 희생하면서 오류를 수정하려는 필사적인 시도도 같은 범주에 속한다.
∙ 다칠 것에 대한 과도한 걱정 -공포는 자기보호 메커니즘의 중요한 부분이다. 허나 공포가 공황으로 이어지면 우리는 가장 피하고 싶던 것을 마주하게 된다. 침착함을 유지하는 것, 그리고 수년간 개발된 일반적인 개념과 절차를 적용할 줄 아는 것이 좋다. 성공적인 비상 착륙은 기술만큼이나 정신의 문제이다.
∙ 비행기를 지키고자 하는 욕구 -simulated forced landing을 수행할 때마다 비교적 안전한 착륙 구역을 찾도록 훈련받은 조종사는 비행기 손상이 불가피한 지형에서의 착륙을 피하기 위해 모든 airmanship 규칙들을 무시할 수 있다. 그 결과는 보통 다음과 같다: 이용 가능한 고도가 충분하지 않음에도 활주로로 돌아가기 위해 180도 선회를 수행하는 것, 더 적절한 지역에 도달하기 위해 minimum control speed를 고려하지 않고 활공을 연장하는 것, 그리고 실수에 대한 여유를 남기지 않는 접근 및 착륙을 받아들이는 것. 위험에 관계없이 비행기를 구하려는 욕구는 두 가지 요인으로부터 영향을 받을 수 있다: 비행기에 대한 조종사의 재정 지분, 그리고 비행기가 손상되지 않는 것이 곧 신체적 피해가 없다는 확신. 그러나 탑승자들의 안전을 위해 비행기를 희생시키는 것에 더 관심을 가져야 할 때도 있다.
비행기 손상을 피할 수 없는 지형에 비상 착륙을 해야 하는 조종사는 충돌로 인한 부상을 피하기 위해 다음을 명심해야 한다: (1) 제동 도중 발생하는 충격을 흡수하기 위해 불필요한 구조물(즉, 날개, 착륙 장치, 동체 하부)을 사용해서 중요한 구조물(객실)을 비교적 온전하게 유지한다. (2) 내부 구조와의 강한 신체 충돌을 피한다. 내부 구조와의 강한 충돌을 피하기 위해선 신체가 좌석에 고정되어 있어야 한다. 탑승자가 주변 구조물과 동일한 속도로 감속하지 않는다면 중요한 구조물을 상대적으로 온전하게 유지한 이점이 실현되지 않는다. 탑승자는 2차 충돌의 형태로 강하게 정지한다.
불필요한 구조물을 희생시키는 것의 이점은 고속도로에서 증명된다. 시속 20마일(mph)의 속도로 나무에 정면충돌하는 차량은 운전석 문에 충돌하는 차량보다 덜 위험하다. 탑승자와 비행기의 충돌 지점 사이에 놓인 구조물의 규모는 탑승자에게 전달되는 충돌력의 강도와 직접적인 관련이 있으며 따라서 생존성에 직접적인 영향을 미친다.
식물, 나무, 그리고 심지어 인공 구조물도 에너지 흡수를 위해 사용될 수 있다. 농작물(예를 들어 옥수수와 곡물)이 빽빽한 경작지에서는 수리가 가능할 정도의 손상이 발생하며 이는 활주로의 emergency arresting device만큼 제동에 효과적이다. [그림 18-1] 덤불이 우거진 땅과 작은 나무들은 비행기를 파괴하지 않으면서도 상당한 완충효과와 제동효과를 제공한다. 불필요한 비행기 구조물보다 더 단단한 자연 및 인공 장애물을 다루는 경우에는 감속 과정에서 불필요한 비행기 구조물만 사용되도록 착륙을 계획해야 한다.
감속 과정의 강도는 속도(groundspeed)와 제동 거리에 의해 결정된다. 가장 중요한 것은 속도이다. groundspeed가 두 배로 증가하면 총 파괴 에너지가 네 배로 증가한다(그 반대도 마찬가지이다). 착륙 시 바람이나 조종 기술로 인한 groundspeed의 작은 변화조차도 충격에 영향을 미친다. 비상 착륙 시 모든 공기역학적 장치를 사용해서 실제 착륙이 minimum controllable airspeed에서 이루어져야 한다.
대부분의 조종사들은 비상 착륙을 위해본능적으로 가장 크고, 평평하고, 개방된 지역을 찾는다. 사실 속도가 균일하게 분산될 수 있다면(즉,이용 가능한 거리에 걸쳐 감속도가 고르게 분산될 수 있다면) 매우 적은 제동 거리만이 필요하게 된다. 이러한 개념이 항공모함의 arresting gear에 적용되며 항공기에 arresting gear가 연결된 순간부터 거의 일정한 제동력이 제공된다.
(출처: youtube/HotRod)
보통 소형 비행기는 전방으로 향하는 9배의 중력 가속도(9G)로부터 탑승자를 보호하도록 설계된다. 50mph에서9G 감속이 균일하게 이루어질 때 필요한 제동거리는 약 9.4ft이다. 반면 100mph에서는 제동거리가 37.6ft로 약 4배이다. [그림 18-2] 비록 이러한 수치는 이상적인 감속을 기초로하긴 하지만 짧은 제동거리가 효과적으로 사용되었을 때 어떤 결과가 발생할 수 있는지를 주목해야 한다. 균일한 감속의 필요성을 이해하면 조종사는 짧은 거리 내에서 불필요한 구조물을 통해 착륙하는 상황을 선택할 수 있으며이를 통해 객실의 최대 감속도를 줄일 수 있다.
Attitude and Sink Rate Control
비상 착륙의 계획 및 수행 도중 발생할 수 있는 가장 중대한 실수는 착륙 시 비행기의 자세와 침하율에 대한 주도권을 상실하는 것이다. 평평하고 개방된 지형에 착륙할 때 과도한 nose-low pitch attitude가 만들어지면 지상에 기수가 박힐 위험이 발생한다. 또한 착륙 직전에는 가파른 bank angles를 피해야 한다. 왜냐하면 이는 실속 속도와 wingtip strike 가능성을 증가시키기 때문이다.
비행기의 수직 양력 성분은 착륙 시 바로 0으로 감소하므로 이를 잘 제어해야 한다. 특히 저익기로 gear-up landings를 수행할 때 단단한 표면에 높은 침하율(500fpm 초과)로 착륙하면 객실이 파괴되지 않고도 부상이 발생할 수 있으며 단단한 바닥 구조가 구조적 변형으로 인해 충분한 완충을 제공하지 못할 수 있다. 고익기에서 이와 유사한 상황이 발생하면상부 구조물이 구조적으로 손상될 수 있다. 부드러운 표면에 높은 침하율로 착륙하는 경우에는 기수쪽 하부 구조가 지면에 파고들어서 심한 감속이 발생할 수 있다.
Terrain Selection
비상 착륙지 선택은 다음에 의해 결정된다:
∙ 비행 전 계획 도중 선정해둔 경로
∙ 비상 상황이 발생하였을 때의 고도
∙ 초과 속도(초과 속도는 거리 및/혹은 고도로 변환될 수 있음)
이륙 도중에는 고도가 낮고 속도가 느려서 조종사에게 매우 제한적인 선택지가 남는다. 허나 설령 이러한 상황이라 하더라도 충돌 방향을 몇 도만 바꿀 수 있다면 생존이 보장될 수 있다.
적절한 지형으로 향하는 활공 거리가 부족한 경우에는 에너지 흡수가 가능한 지형을 판단해야 한다. 만약 비상 상황이 높은 고도에서 발생하였다면 특정 지점 보다는 전반적으로 훌륭한 지형을 선택하는데 신경을 써야 한다. 높은 고도에서 바라본 지형의 모습은 오해의 소지가 있을 수 있으며 최적의 지점을 찾기까지 상당한 고도가 손실될 수 있다. 때문에 조종사는 더 나은 계획을 위해 기존 계획을 버릴 수 있어야 한다. 허나 일반적으로 두 번 이상 마음을 바꾸지는 않아야 한다. 열악한 지형에서 제대로 수행된 착륙이 확실한 지형에서 제대로 수행되지 못한 착륙보다 덜 위험할 수 있다.
Airplane Configuration
플랩은 저속에서 기동성을 향상시키며 실속 속도를 낮춘다. 따라서 최종 접근 도중 시간과 상황이 허락한다면 이를 사용하는 것이 권장된다. 그러나 항력 증가 및 활공 거리 감소 때문에 플랩을 사용할 시기와 플랩을 사용하는 양에 주의를 기울여야 한다. 플랩을 너무 일찍 사용해서 고도가 손실되면 계획이 위태로워질 수 있다.
retractable landing gear를 올릴지 내릴지에 대해 반드시 지켜야할 규칙은 제공될 수 없다. 바위투성이의 지형 및 나무에 착륙하는 경우, 혹은 높은 침하율로 착륙하는 경우에는 gear를 사용해야 객실이 보호된다. 허나 이러한 장점은 gear 붕괴로 인한 부작용(예를 들어 연료 탱크 파열) 가능성과 비교되어야 한다. 언제나 그렇듯 AFM/POH에 명시된 제조업체의 권장 사항을 따라야 한다.
평평하고 부드러운 지형이나 경작지에서 정상 착륙이 보장되며 충분한 제동 거리가 있다면 gear-up landing이 gear-down landing보다 비행기 손상을 덜 발생시킬 수 있다. [그림 18-13] 착륙 전에 비행기의 전기 계통을 끄는 것은 추락 후 화재의 가능성을 감소시킨다.
허나 전력을 사용하는 중요한 비행기 시스템이 더 이상 필요 없어지기 전까지는battery master switch를 끄지 않는다. 접근의 마지막 부분에서는 비행기 제어가 다른 요소들(비행기 외장과 체크리스트 업무 포함)보다 우선된다. 조종사는 불규칙하게 작동하는 엔진의 출력을 최대한 활용해야 한다. 허나 착륙 직전에는 보통 엔진과 연료를 끄는 것이 좋다. 이는 조종사가 상황에 대한 주도권을 가질 수 있게 만들 뿐만 아니라 화재의 위험도 줄어들게 만든다.
Approach
기동을 위한 시간이 있다면 접근 계획이 다음 세 가지 요소에 의해 좌우되어야 한다:
∙ 풍속 및 풍향
∙ 선택한 지형의 면적 및 경사
∙ 최종 접근 경로에 놓인 장애물
이 세 가지 요소들은 거의 양립되지 않는다. 만약 절충이 이루어져야 한다면 조종사는 판단이나 비행 기술의 오차에 대한 여유를 허용하는 바람/장애물/지형 조합을 목표로 해야 한다. 활공 거리를 과대평가하는 조종사는 접근 경로의 장애물들을 가로질러서 활공을 연장하려는 유혹을 받을 수 있다. 때문에 풍향에 상관없이 장애물이 없는 지역으로 접근을 계획하는 것이 더 나은 경우도 있다.착륙 지점에 도달하기 전에 비행 속도로 장애물과 충돌하는 것보다 지상 활주 끝 지점에서 장애물과 충돌하는 것이 훨씬 덜 위험하다.
적절한 지형에 비상 착륙을 하는 것은 조종사가 훈련을 통해 익히는 상황과 유사하므로 여기에서는 좀 더 비정상적인 상황만을 논의한다.
Confined Areas
착륙지점이 나무나 장애물들 사이에 위치해 있으며 해당 지점에 도달하기 위해 가파른 하강을 수행해야 하는 경우을 피해야 한다.
의도하는 착륙 지점에 도달하였으나 남아있는 착륙 공간이 매우 제한적이라면 실속이 발생하기 전까지 착륙을 지연시키기 보다는 비행기를 지상에 강제로 내리는 것이 더 낫다. 비행기는 공중에 있을 때보다 지상에 착륙한 후에 더 빨리 감속한다. 또한 특정 상황에서는 ground-looping을 수행하거나landing gear를 올리는 것이 바람직할 수도 있다.
험준한 지형에서는 강이나 개울이 적절한 대안이 될 수 있다. 조종사는 날개가 걸리지 않는 상태로 물이나 개울 바닥에 도달할 수 있는지 확인해야 한다. 도로에 착륙하는 경우에도 동일한 개념이 적용되며 도로 양 쪽에 있는 장애물이 접근의 마지막 순간까지 보이지 않을 수도 있으므로 주의해야 한다.
도로를 가로지르는 접근을 계획하는 경우에는 다음을 기억해야 한다: 대부분의 고속도로와 비포장 도로는 전력선이나 전화선과 평행하게 이어진다.따라서 지지 구조물이나 기둥들을 예리하게 살펴야만 한다.
Trees(Forest)
비록 tree landing은 매력적인 후보지가 아니지만 다음과 같은 일반적 지침들을 통해 생존 가능성을 높일 수 있다.
• 정상 착륙 외장(full flap, gear down)을 사용한다.
• 바람 쪽으로 heading을 유지해서 groundspeed를 낮게 유지한다.
• 최소 속도를(허나 실속 속도 이상의 속도를) 사용하되 nose-high landing attitude로 항공기를 나뭇가지에 '걸치듯이' 착륙한다. 나무와의 최초 접촉 시 동체와 양쪽 날개의 밑면이 사용되면 앞유리가 관통되는 것을 방지할 수 있으며 보다 균일하고 확실한 완충 효과를 얻을 수 있다. [그림 18-4]
• 동체가 굵은 나무줄기와 직접 접촉하지 않도록 한다.
• 빽빽한 수관(나뭇가지)을 갖춘 낮은 나무가 얇은 수관을 갖춘 높은 나무보다 훨씬 낫다. 후자의 경우에는 자유 낙하 높이가 너무 높다(75ft 높이에서 자유 낙하 시 약4,000fpm의 충격 속도가 발생한다).
• 나무와의 최초 접촉은 가급적 대칭을 이루어야 한다. 즉, 양쪽 날개가 나뭇가지로부터 동일한 저항을 받아야 한다. 이러한 하중 분포는 적절한 비행기 자세를 유지하는데 도움이 된다. 이는 또한 한 쪽 날개의 손실을 막을 수 있다. 한 쪽 날개가 손실되면 빠르고 예측 불가능한 하강이 발생한다.
• 비행기가 지상에 착륙한 후 굵은 나무줄기와의 충돌을 피할 수 없는 경우에는 적당한 간격의 두 나무 사이로 향해서 양쪽 날개를 동시에 사용하는 것이 최선이다. 허나 공중에 떠 있는 동안에는 이를 시도하지 않는다.
Water(Ditching) and Snow
제대로 수행된 착수(water landing)는 보통 극도로 거친 지형에서 수행된 착륙이나 적절치 못한 tree landing보다 덜 격렬하다. 또한 최소 속도에서 정상 착륙 자세로 착수한 비행기는 착륙 후 즉시 가라앉지 않는다. 날개와 연료 탱크가 손상되지 않았다면(특히 비어있다면) 비행기가 몇 분 동안 떠있을 수 있다(심지어 고익기의 객실이 수면 바로 아래에 있더라도).
넓고 잔잔한 물에 착륙할 때에는 깊이 감각을 잃을 수 있으며이때 물을 향하여 비행하거나 높은 고도에서 실속에 빠질 수 있다. 이러한 위험을 피하기 위해 가능하다면 비행기를 “dragged in” 해야 한다. 저익기의 경우에는 intermediate flaps 이상을 쓰지 않는다. 완전히 연장된 플랩에서의 물 저항으로 인해 비대칭 플랩 고장이 발생해서 비행기가 감속할 수 있다. AFM/POH에서 달리 권고하지 않는 한 retractable gear up을 유지한다.
눈에서의 착륙 또한 ditching처럼 수행되어야 한다. 동일한 외장이 사용되어야 하며 저시정 및 넓은 지형에서의 깊이 감각 손실(white out)을 고려해야 한다.
이륙 직후의 비상 착륙이 성공적이기 위해선 여러 가지 변수들과 조종사 조치들이 관건이 된다. 초기 상승 도중 엔진 고장이 발생하였다면 조종사는 비행기의 기수를 낮추고 적절한 활공 자세를 만들어야 한다. 이후 엔진이 재시동 되지 않는다면 어떻게 할까? 바로 정면에 놓인 지점(혹은 이륙 경로의 약간 옆 지점)을 착륙 지점으로 선택할까 아니면 출발 지점으로 되돌아갈까? 결정을 내릴 시간은 많지 않으며 고려해야할 것도 많다.
계속 직진하거나 약간의 선회를 하는 것은 조종사가 안전한 착륙 자세를 만들 수 있는 시간을 제공한다. 따라서 착륙은 조종사의 제어 하에서 가능한 한 천천히 이루어진다(정풍을 향해 이륙이 수행되었다 가정). 이는 부상 위험을 최소화하며 보통 가장 위험이 낮은 선택지에 해당한다(즉, 가장 안전한 선택지이다). 출발 지점으로 되돌아가는 것은 위험에 대한 보다 복잡한 분석 및 고려를 필요로 한다. 일부 복잡한 공항에서는 출항 경로에 많은 위험이 있을 수 있다. 이 경우에는 현재 위치로부터 비행기가 출발 지점에 도달할 수 있다는 것이 명백하며 조종사가turn back maneuver를 훈련 및 연습한 경우에만 turn back을 수행할 수 있다.
저고도에서 엔진 고장이 발생한 후 공항으로 되돌아가려는 것(이를 “the impossible turn”이라 부름)은 많은 도전을 제시한다. 충분한 고려와 훈련 없이 turn back을 시도하는 조종사가 이를 성공하기 위해선 상당한 행운이 필요할 것이다. 비행기가 선회 도중 지상에 충돌하면 cartwheeling(한쪽 날개 끝이 먼저 지면에 닿은 후 비행기가 풍차처럼 도는 것)이 발생할 수 있다. 만약 선회 도중 기수를 충분히 낮추지 않으면 accelerated stall이 발생할 수 있다. 성공적인 선회를 수행하였다 해도 공항으로 되돌아갈 때 보통 배풍 접근이 이어진다. 배풍 착륙 훈련을 제대로 받지 못한 조종사는 높은 groundspeed에 의해 급해질 수 있다. 이때 만약 착륙 지점에 도달하지 못하였다면 높은 groundspeed와 높은 운동 에너지로 인해 심각한 부상의 가능성이 높아진다.
이륙 도중 엔진 고장이 발생하여 활주로로 되돌아가는 것을 고려하는 경우에는 특정 비행기로 선회할 때 예상되는 고도 손실을 알아야 한다. 뿐만 아니라 선회를 수행한 이후 비행기가 물리적으로 활주로까지 활공할 수 있는지의 여부도 알아야 한다. 전통적으로 FAA는 다음과 같은 예를 들었다. 비행기가 이륙하여 지상 300ft(AGL)에 도달하였을 때 엔진 고장이 발생했다. [그림 18-5] 4초의 반응시간이 지난 후 조종사는 활주로로 되돌아가는 것을 선택하였다. 표준율 선회(초당 3도의 방향 변화)를 사용할 경우 180도를 선회하는데 1분이 소요된다. 65노트의 활공속도에서 선회 반경은 2,100ft이므로 선회가 완료되면 비행기는 활주로로부터 4,200ft 떨어져 있다. 비행기를 활주로 쪽으로 향하게 만들려면 45도를 더 선회해야 한다. 이때 총 방향 변화는 225도(이는 75초)이며 여기에 반응시간 4초가 더해진다. 만약 비행기가 무동력 활공 시 1,000fpm으로 하강한다면 비행기는 총 1,316ft를 하강하여 활주로로부터 1,016ft 아래에 놓인다.
앞선 예시는 turn back을 시도할 때 더 높은 bank angle이 필요한 이유를 나타낸다. 표준율 선회나shallow turn은 시간과 거리를 너무 많이 소모하여 적절하지 못한 해결책을 만들어낸다.
상승 중 엔진 고장을 시뮬레이션한 후 해당 비행기의 안전 고도로부터 양방향 선회를 수행하는 연습이 turn back 훈련에 포함된다. 이러한 연습을 통해 일정한 고도를 깎을 수 있어야 하며 gliding steep turn 도중 accelerated stall을 방지할 수 있어야 한다. 조종사는 실속 경고에 주의를 기울이고 적절히 대응해야 하며 필요하다면 날개 하중을 줄여야 한다. 훈련 도중 손실되는 고도에는 변화가 있을 것이다. 실제 비상상황 도중 예상되는 고도 손실은 훈련 도중 확인된 고도 손실 중 가장 높은 값일 수 있다는 것을 예상해야 한다. 비행기의 상승 성능을 평가하고, turn back을 수행할 더 나은 방향(보통 측풍 방향)을 결정하고, 선회 후의 고도를 예상하고, 착륙 지점까지의 거리를 알고, 비행기의 활공 성능을 통해 착륙 지점까지 도달할 수 있는지를 안다면 훈련은 성공적이다. 몇몇 비행기들은 보통 되돌아올 수 없고,몇몇 비행기들은 특정한 조건에서만 되돌아올 수 있으며, 몇몇 비행기들은 보통 되돌아올 수 있다. 조종사는 성공적인 turn back으로 이어지지 않는 한 turn back을 시도해서는 안 된다.
출항 활주로로 turn back을 하기 위해 180도 이상의 방향 변화가 필요할 수 있다. 또한 turn back으로 인해 활주로를 overshoot 하는 경우가 있을 수도 있으며이때 조종사는 turn back을 완료한 후 몇 초 이내에 aiming point를 확인한 다음 필요한 수정을 수행해야 한다. 저고도에서의 turn back은 학생 조종사, 비행시간이 적은 조종사, 훈련되지 않은 조종사, 충분한 숙련도가 없는 조종사, 그리고 착륙 활주로로 돌아가기 위한 활공 성능이 불충분한 비행기를 조종하는 조종사에게 위험을 야기한다. 이륙 후 emergency turn back을 언제 어떻게 수행하는지에 관심이 있다면 특정 비행기의 “the impossible turn” 실현 가능성(혹은 실현 불가능성)을 설명 및 시연할 수 있는 교관으로부터 교육을 받아야 한다.
비상강하(emergency descent)는 비상 착륙을 위해 최대한 빠르게 낮은 고도나 지상으로 하강하는 기동이다. [그림 18-6] 통제 불가능한 화재, 갑작스러운 객실 여압 상실, 혹은 즉각적이고 빠른 하강을 요구하는 그 외 상황으로 인해 이 기동이 필요할 수 있다. 그 목표는 비행기의 구조적 한계를 초과하지 않으면서 최대한 빠르게 비행기를 하강시키는 것이다. simulated emergency descents를 수행하는 경우에는 아래의 다른 항적을 확인하기 위해, 그리고 이용 가능한 비상 착륙 구역을 둘러보기 위해 선회가 동반되어야 한다. 무선 교신을 통해 해당 지역의 다른 항공기에게 하강 의도를 알리는것이 적절할 수 있다. 하강을 수행할 때 비행기의 positive load factors(G forces)를 유지하기 위하여 약 30 ~45도의 bank angle을 설정한다.
비상강하 훈련은 제조업체가 권장하는 대로 수행되어야 한다(외장과 속도 포함). 출력은 idle로 감소되어야 하며 propeller control(만약 장비한 경우)은 low pitch(혹은 high rpm) position에 놓여야 한다(단, 제조업체가 금지하는 경우에는 제외). 이를 통해 프로펠러는 공기역학적 브레이크 역할을 수행하여 하강 도중 과도한 속도가 방지될 수 있다. landing gear와 flaps는 제조업체가 권장하는 대로 연장되어야 한다. 이는 최대 항력을 제공하여 과도한 속도 없이 최대한 신속하게 하강할 수 있게 해준다. 조종사는 비행기의 속도가 VNE(never-exceed speed), VLE(maximum landing gear extended speed), 혹은 VFE(maximum flap extended speed)를 초과하도록 만들어서는 안 된다. 엔진 화재의 경우 높은 속도로 하강하면 불이 꺼질 수 있다(단, 비행기 구조의 약화도 고려되어야 함). 난기류 조건에서 하강이 수행되는 경우에는 VA(design maneuvering speed)도 준수되어야 한다. 특정 절차에 부합하는 최대 허용 속도에서 하강이 이루어져야 한다. 이는 높은 항력과 높은 하강률을 제공한다. 안전을 위해 충분히 높은 고도에서 비상강하로부터 회복해야 한다.
훈련 및 연습 도중 하강이 설정 및 안정화 되었다면 하강을 종료한다. 피스톤 엔진이 장착된 비행기의 경우 엔진 실린더의 과도한 냉각을 방지하기 위해 장시간의 연습을 피해야 한다.
비행 중 화재는 즉각적이고 결단력 있는 조치를 필요로 한다. 특정 비행기의 AFM/POH에 포함된 이러한 비상 상황을 대처하기 위해 조종사는 아래에 설명된 절차들을 숙지해야 한다. 이 교재의 목적상 비행 중 화재는 engine fires, electrical fires, 그리고 cabin fires로 분류된다.
Engine Fire
엔진실에서 발생하는 화재는 인화성 물질(예를 들어 연료, 오일, 혹은 유압유)이 뜨거운 표면에 닿게 만드는 고장으로 인해 발생한다. 이러한 문제는 엔진의 기계적 고장, 엔진 구동 액세서리의 기계적 고장, 흡기 시스템이나 배기 시스템의 결함, 혹은 라인의 고장으로 인해 발생할 수 있다. 또한 정비 실수로 인해 엔진실 화재가 발생할 수도 있다(예를 들어 부적절하게 설치/고정된 라인 및/혹은 이음쇠로 인한 누출).
엔진실에서 발생한 화재는 엔진 cowling area에서 발생하는 연기 및/혹은 불꽃으로 지시될 수 있다. 불꽃이나 연기가 보이지 않는 경우에는 cowling 표면의 변색, 거품, 및/혹은 용해를 통해 엔진실 화재가 지시될 수 있다. 조종사가 비행 중 엔진실 화재를 인지할 때쯤이면 보통 화재가 많이 발달해 있다. 화재 발견 시 첫 단계는 엔진으로 공급되는 연료를 차단시키는 것이다(단, 비행기 제조업체가 AFM/POH에서 달리 지시하는 경우 제외). 이를 위해 mixture control을 idle cut off position으로 두고 fuel selector shutoff valve를 OFF position으로 둔다. fuel selector/shutoff valve와 엔진 사이의 연료 라인과 구성 요소들에 남은 연료를 모두 사용하기 위해 ignition switch는ON상태로 둔다. 이 절차를 수행하면 엔진실에 연료가 부족해져 화재가 자연스럽게 꺼질 수 있다. 불꽃이 꺼진 후에 엔진을 재시동 하지 않는다.
엔진실 화재가 오일로 발생한 경우에는 검은 연기가 발생한다. 반면 연료로 인한 화재가 발생한 경우에는 밝은 오렌지색 화염이 발생한다. 이때 조종사는 feathering이나 그 외 수단(예를 들어 정속 프로펠러의 경우 pitch control lever를 minimum rpm position에 둔 다음 프로펠러가 회전을 멈추기 전까지 감속하기 위해 기수를 든다)을 통해 프로펠러 회전을 중지시키는 것을 고려해야 한다. 이러한 절차는 engine-driven oil(혹은 hydraulic) pump가 가연성 유체를 계속하여 공급하는 것을 막는다.
일부 소형 비행기의 비상절차 체크리스트는 electrical master switch를 끄도록 지시한다. 허나 전기적 화재가 발생하였거나 불시착이 임박한 경우가 아니라면 전기 시스템을 비활성화시켰을 때 조난(distress) 메시지를 전송할 수 없으며 ATC가 transponder returns를 잃게 된다는 것을 고려해야 한다.
출력이 없는 단발 비행기는 forced landing을 할 수밖에 없다. 다발 비행기는 가장 가까운 공항까지 비행하기로 선택할 수 있다. 허나 날개가 심하게 손상되어 구조적 고장이 발생할 수 있다는 가능성을 고려해야 한다. 강렬한 화재는 설령 짧은 순간이라도 상당한 구조적 손상을 초래할 수 있다. 경우에 따라 조종사의 시야 바깥에서(날개의 아래나 engine cowling의 아래에서) 불이 계속 타오를 수 있다. 소화된 것으로 보이는 엔진실 화재가 공기 흐름과 대기속도의 변화로 인해 다시 타오를 수 있다.
조종사는 비행기의 emergency descent 절차를 숙지하고 있어야 한다. 또한 조종사는 다음 사항들을 명심해야 한다:
• 비행기에 심각한 구조적 손상이 발생한 상태일 수도 있다. 이때 비행기의 조종 능력은 언제든 상실될 수 있다.
• 비행기가 여전히 불타고 있을 수 있으며 폭발할 수도 있다.
• 비행기는 소모품이다. 중요한 것은 탑승자들의 안전이다.
Electrical Fires
전기적 화재의 초기 징후는 보통 단열재가 타는 독특한 냄새이다. 전기적 화재가 감지되었다면 조종사는 회로 차단기, 계기, 항전 장비, 그리고 등화들을 확인한 다음 고장 난 회로를 식별해야한다. 고장 난 회로를 쉽게 식별 및 분리할 수 없다면 battery master switch와 alternator/generator switches를 꺼야 한다(단, 비행 상황이 허용하는 경우). 이는 화재의 가능 원인을 제거할 수 있다. 허나 이미 점화된 물질은 계속하여 연소될 수 있다.
만약 전력이 절대적으로 필요한 상황이라면 다음을 통해 고장 난 회로를 식별 및 분리할 수 있다.
1. electrical master switch를 OFF한다.
2. 모든 각각의 electrical switches를 OFF한다.
3. master switch를 다시 ON한다.
4. 화재의 징후 이전에 켜져 있던 electrical switches를 한 번에 하나씩 켠다. 이후 짧은 시간을 두어 냄새, 연기, 혹은 불꽃의 징후를 확인한다.
그러나 이 절차는 원래의 문제를 다시 발생시킨다. 최대한 빨리 착륙하는 것이 가장 좋다.
Cabin Fire
객실 화재는 다음 세 가지 원인 중 하나로부터 발생한다: (1) 조종사나 승객의 부주의한 흡연 (2) 전기적 시스템 고장(3) 난방 시스템 고장. 객실 화재가 발생하였다면 조종사는 다음을 즉시 수행해야 한다: 화재를 진입한 다음 최대한 빨리 비행기를 안전하게 착륙시킨다. 고장 난 시스템을 식별 및 차단하여 객실의 화재나 연기를 막을 수 있다. 대부분의 경우 cabin air vents를 열어 실내의 연기를 없앨 수 있다. 이러한 작업은 소화기(만약 사용 가능한 경우)를 사용한 이후에만 수행되어야 한다. 그런 다음 cabin air control을 열어서 실내의 연기와 매연을 모두 제거할 수 있다. 만약 cabin air vents를 열었을 때 연기가 심해진다면 이를 즉시 닫아야 한다. 이는 난방 시스템이나 nose compartment baggage area(만약 장비한 경우)에서 화재가 발생하였다는 가능성을 나타내거나, 혹은 공기 흐름이 증가하여 화재가 커지고 있음을 나타낸다.
여압 비행기의 경우에는 가압 시스템이 객실의 연기를 제거한다. 허나 연기가 심한 경우에는 고공에서 감압을 수행하거나(단, 모든 탑승자가 산소를 이용할 수 있는 경우)emergency descent를 수행해야 할 수 있다.
여압이 되지 않는 단발 비행기와 다발 비행기에서는 foul weather windows를 열어서 기내 연기를 배출할 수 있다. 이때 만약 화재가 더 심해진다면 창문을 즉시 닫아야 한다. 연기가 심한 경우에는 조종사와 승객들이 산소마스크를(만약 사용 가능한 경우) 사용해야 하며조종사는 즉시 하강을 수행해야 한다. 일부 비행기에서는 landing gear 및/혹은 wing flaps를 내리는 것이 객실 연기 문제를 악화시킬 수 있다는 것을 알아야 한다.
wing flaps를 연장할 수 없다면 no-flap approach and landing이 필요하다. 소형 비행기로는no-flap approach and landing이 특별히 어렵거나 위험하지 않다. 허나 이러한 기동을 수행할 때 고려해야 할 특정 요소들이 있다. no-flap landing은 상당히 긴 활주로를 필요로 한다. 필요한 착륙 거리가 50%까지 증가할 수 있다.
wing flaps를 올린 상태로 장주 패턴을 비행할 때 고도를 유지하기 위해선 플랩이 연장된 상태와 비교하였을 때 비교적 높은 자세가 필요하다.플랩으로 인한 항력의 이점 없이 고도를 줄이는 것은 어려울 수 있다. 고도를 줄이기 위해 급강하를 수행하여 과도한 증속이 발생하지 않기 위해선더 넓고 더 긴 장주 패턴이 필요할 수 있다.
착륙을 위해 출력이 감소된 상태에서 비행기는 pitch 축과 roll 축에 대해 덜 안정적이게 된다. 플랩이 없으므로 roundout 도중 비행기가 float를 하려는 경향을 보인다. 조종사는 지나치게 빠른 속도에서 비행기를 강제로 착륙시키지 않아야 한다. 또한 플랩이 없을 때 지나치게 flare를 수행하면 꼬리가 활주로에 부딪힐 수 있으므로 주의한다.
Asymmetric(Split) Flap
asymmetric “split” flap이란 하나의 플랩이 올라가거나 내려갈 때 남은 플랩이 제자리를 유지하는 상황이다. 이러한 문제는 wing flaps가 올라갈/내려갈 때 flap deflection이 더 적은 날개 쪽으로 roll이 발생하는 것으로 지시된다.
split flap 상황에서 마주하는 roll은 반대쪽 aileron을 통해 보상된다. 추가 항력으로 인한 yaw 때문에 상당한 반대쪽 rudder가 필요하며 이로 인해 cross-control condition이 발생한다. 날개 수평 자세를 유지하기 위해 거의 full aileron이 필요할 수 있다(특히 접근 및 착륙을 위해 속도가 감속된 경우). 플랩이 연장된 쪽에서 측풍이 부는 경우에는 착륙을 시도하지 않는다. 왜냐하면 측풍을 보상하기 위한 roll control이 모자랄 수 있기 때문이다.
spilt flap 상황에서 접근 및 착륙을 수행하는 경우에는 정상 속도보다 높은 속도가 필요하다. 지나치게 flare를 수행하면 비대칭 실속 및 이로 인한 제어 상실 위험이 발생할 수 있다. 따라서 flaps-up 실속 속도 이상에서 착륙이 이루어지도록 해야한다.
Loss of Elevator Control
elevator는 일반적으로 두 개의 케이블을 통해 제어된다: “down” cable과 “up” cable. 보통 이러한 케이블들 중 하나가 고장나도elevator control이 완전히 상실되지는 않는다. “up” elevator cable이 고장나면(“down” elevator는 제대로 기능) 조종간이 쉽게 뒤로 움직여지나 반응이 발생하지 않는다. 허나 neutral position 너머에서는 조종간 전방 움직임이 nose-down attitude를 만들어낸다. 반면 “down” elevator cable이 고장나면 조종간을 전방으로 움직였을 때 반응이 발생하지 않는다. 허나neutral position너머에서는 조종간 후방 움직임이 nose-up attitude를 만들어낸다.
up-elevator control이 안 되는 경우 조종사는 다음을 통해 pitch control을 유지할 수 있다:
∙ 상당한 nose-up trim을 적용한다.
∙ 원하는 자세를 설정 및 유지하기 위해 조종간을 앞으로 민다.
∙ 기수를 낮춰야 하는 경우에는 forward pressure를 증가시킨다. 기수를 들어야 하는 경우에는 forward pressure를 풀어준다.
∙ 착륙을 위한 flare 도중에는 forward pressure를 풀어준다.
down-elevator control이 안 되는 경우 조종사는 다음을 통해 pitch control을 유지할 수 있다:
∙ 상당한 nose-down trim을 적용한다.
∙ 원하는 자세를 설정 및 유지하기 위해 조종간을 뒤로 당긴다.
∙ 기수를 낮춰야 하는 경우에는 back pressure를 풀어준다. 기수를 들어야 하는 경우에는 back pressure를 증가시킨다.
∙ 착륙을 위한 flare 도중에는 back pressure를 증가시킨다.
비행 중에 primary control이 고장났다면 trim메커니즘을 유용하게 사용할 수 있다. 예를 들어 비행 도중 elevator 케이블 고장이 발생해서 elevator가 바람을 향하여 자유롭게 weathervane을 한다면 trim tab을 통해 elevator를 어느 정도 올리거나 내릴 수 있다. 비록 저속과 같은 상황에서는 trim tabs가 primary control만큼 효과적이지 않지만 안전한 착륙을 가능하게 할 정도의 효과는 가진다.
elevator가 고착되어서 완전히 움직일 수 없는 경우에는 다양한 조합의 출력 및 플랩을 통해 pitch control이 어느 정도 가능하다. 허나 이러한 상황에서 성공적으로 착륙하는 것은 문제가 될 수 있다.
Landing Gear Malfunction
landing gear 고장이 발생하였으며 하나 이상의gear가 AFM/POH에 포함된 대체 연장 수단을 통해서도 반응하지 않는다면 gear-up landing이 불가피해진다. 조종사는 가능하다면 crash and rescue facilities가 있는 공항을 선택해야 하며 비상 장비를 요청해야 한다.
보통 매끄럽고 단단한 착륙 표면이 경작되지 않은 거친 잔디보다 손상을 덜 발생시킨다. 허나 단단한 표면은 스파크를 만들어내며 이는 연료를 점화시킬 수 있다.조종사는 활주로 표면이 foam 되도록 요청할 수 있다(단, 공항이 이러한 장비를 갖춘 경우). 조종사는 남은 연료를 연소시키는 것을 고려해야 한다. 이는 착륙 속도를 감소시켜주며화재의 가능성을 줄여준다.
(Runway foaming. 출처: youtube/AP Archive)
한 쪽 main landing gear leg만 고장 난 경우에는 최대한 해당 방향 날개의 연료를 소비해서 무게를 줄여야 한다. 이는착륙 활주 도중 해당 날개가 표면에 닿는 것을 최대한 지연시켜준다. 충격 속도가 감소하면 손상이 줄어든다.
한 쪽 landing gear leg가 연장되지 않는다면 조종사는 남은 gear legs로 착륙하거나 모든gear legs를 올리고 착륙할 수 있다. 하나의 main gear를 사용하는 경우에는 보통 착륙 후 고장 난 gear 방향으로 비행기가 휙 틀어진다. 착륙 활주로가 좁거나 활주로 가장자리에 장애물이 있다면 착륙 후 최대 방향 제어가 필요하므로이러한 상황에서는 세 개의 gear를 모두 올린 상태에서 착륙하는 것이 가장 안전할 수 있다.
한 쪽 main gear가 올려진 상태에서(반대편 main gear와nose gear는 내려진 상태) 착륙하기로 결정하였다면 날개 수평 상태에서 nose-high attitude로 착륙이 이루어져야 한다. main gear가 없는 쪽 날개가 떠있는 상태를 최대한 유지하기 위해선 속도가 감소할수록aileron control을 적용해야 한다. [그림 18-7] 날개가 지면에 닿으면 해당 방향으로 강한 yaw가 발생하리라 예상할 수 있다. 방향 제어를 어느 정도 유지하기 위해 full opposite rudder와 적극적인 제동을 사용할 준비를 해야 한다.
nose-wheel이 올려진 상태에서(main gear는 내려진 상태) 착륙하는 경우에는 거의 full up-elevator가 적용될 때까지 기수를 지면으로부터 떨어트려야 한다. [그림 18-8] 그런 다음 기수가 지면을 향해 천천히 안착하도록 back pressure를 풀어주어야 한다. full up-elevator를 계속 유지하면 속도 감소에 따라 기수가 갑자기 지면으로 떨어져서 burrowing 및/혹은 추가적 손상이 발생할 수 있다. 착륙 활주 도중 브레이크를 적용해서는 안 된다(단, 장애물과의 충돌 회피를 위해 절대적으로 필요한 경우 제외).
nose gear만 내려진 상태에서 착륙하는 경우에는 nose-high attitude에서 동체의 뒷부분이 지면에 닿도록 해야 한다. 이러한 절차는 porpoising이나wheelbarrowing을 방지하는데 도움이 된다. 그런 다음 nose-wheel이 점진적으로 착지하도록 만들고 방향 제어를 위해 nose-wheel steering을 사용한다.
