안전을 중시하는 조종사는 loss of control in flight(LOC-I)이 발생하는 것을 방지한다. LOC-I는 미국, 그리고 전 세계 상업 항공편의 사고 주요 원인이다. LOC-I는 의도하는 비행경로로부터의 항공기 이탈을 포함하며 종종 airplane upset으로 인해 발생한다. maneuvering은 general aviation LOC-I 사고가 가장 일반적으로 발생하는 단계이다. 그러나 LOC-I 사고는 비행의 모든 단계에서 발생한다.
LOC-I 사고를 방지하기 위해서 조종사가 loss of control 위험을 증가시키는 상황에 대한 인식을 강화 및 유지하는 것이 중요하다. 이러한 상황에는 삼타일치 되지 않은 비행, 장비 고장, 조종사의 안일함, 주의 산만, 난기류, 그리고 risk management의 부족을 포함한다. 조종사가 자격이 없거나, 혹은 능숙하지 않음에도 IMC(instrument meteorological conditions)에서 비행하려는 시도는 risk management 부족의 일반적인 예시이다. 이 교재의 Emergency Procedures chapter에는 의도치 않은 IMC 비행에 대하여 구체적인 정보를 포함한다. 애석하게도 안전을 의도적으로 무시하여 발생한 LOC-I 사고도 있다.
이러한 요인들을 마주하였을 때 항공기 제어를 유지하기 위해서 조종사는 LOC-I가 발생할 수 있는 상황을 인지할 수 있어야 한다. 또한 조종사는 비행기가 실속에 접근하고 있는지, 이미 실속에 빠졌는지, 혹은 upset 상황인지를 인지할 수 있어야 하며 항공기 회복을 위한 올바른 절차를 이해 및 실행할 수 있어야 한다.
Defining an Airplane Upset
“upset”이라는 용어는 “Airplane Upset Recovery Training Aid”의 일부분인 “Pilot Guide to Airplane Upset Recovery”로부터 2004년에 공식적으로 도입되었다. 이들은 “unusual attitude”나 “loss of control”을 설명하기 위한, 그리고 특정 매개변수를 일반적으로 설명하기 위한 하나의 용어를 고안하려고 하였다. FAA는 비행 도중, 혹은 훈련 도중 일반적으로 경험하는 매개변수를 의도치 않게 초과하는 상황을 upset으로 간주한다. 이러한 매개변수는 다음과 같다:
1. 25도 이상의 pitch up attitude
2. 10도 이상의 pitch down attitude
3. 45도 이상의 bank angle
4. 위의 매개변수 범위 내에서 비행하지만 비행 속도가 적절하지 않음.
위의 적절하지 않은 속도란 비정상적인 항공기 상태(예를 들어 실속)를 나타낸다. 그러나 실속은 속도가 아닌 받음각과 직결된다.
LOC-I를 방지하기 위한 중요한 기술을 개발하기 위해 조종사는 UPRT(upset prevention and recovery training)를 받을 수 있다. 여기에는 slow flight, stalls, spins, 그리고 unusual attitudes가 포함되어야 한다.
upset training은 upset의 이해 및 예방에 상당한 중점을 둠으로써 조종사가 그러한 상황을 피하게 만든다. upset training은 만약 upset이 발생하였다 해도 적절한 회복 기술을 강화시키게 만든다. UPRT에 대한 자세한 설명에는 핵심 개념, 교육에 포함되어야 할 내용, 교육에 사용될 수 있는 비행기나 시뮬레이션의 종류 등이 포함된다. 다양한 기동, 그리고 이를 수행하는 방법에 대해서는 이 장의 뒷부분에 설명된다.
unusual attitude는 일반적으로 계기 비행 도중 의도하지 않은, 혹은 예상하지 못한 자세로 불린다. 이러한 unusual attitudes는 기본 계기 비행의 일부로서 학생 조종사 훈련 중에 소개된다. 그리고 계기 한정, 항공기 형식 한정, 그리고 운송용 조종사 자격의 일부로서 계속하여 훈련 및 시험된다. 조종사는 unusual attitude를 유발할 수 있는 조건이나 상황에 대하여 배우며 이를 어떻게 인지하는지, 그리고 어떻게 회복하는지에 초점을 맞춘다.
Unusual Attitudes Versus Upsets
upset의 정의를 고려하였을 때 unusual attitude와 upset 사이에는 몇 가지 중요한 차이가 있다. upset의 경우 다음과 같다:
∙실속 상황을 포함한다.
∙overspeeds, 혹은 주어진 비행 조건에 대해 부적절한 속도를 포함한다.
∙규정된 매개변수를 가진다. 예를 들어, 훈련 목적을 위해 교관이 항공기를 15도의 pitch up attitude 와 30도의 bank angle로 둔 뒤 학생에 회복을 지시할 수 있다. 이는 unusual attitude로 간주될 것이지만 upset 매개변수를 충족하지는 않는다.
∙startle effect로 이어질 수 있는 의도치 못한 상황에 초점을 둔다. 예를 들어, unusual attitude 훈련 도중 조종사는 종종 눈을 감으라 지시를 받는다. 이는 surprise를 사라지게 만든다.
upset으로 이어져 LOC-I 사고가 발생하는 네 가지 기여 요인들은 다음과 같다:
1. Environmental factors
2. Mechanical factors
3. Human factors
4. Stall-related factors
Environmental Factors
난기류, 혹은 짧은 거리 내에서의 큰 풍속 변화는 upset과 LOC-I를 야기할 수 있다. 다양한 유형의 난기류(예를 들어 청천난기류, 산악파, 윈드시어, 그리고 뇌우나 마이크로버스트)로 이어질 수 있는 조건에 대한 인식을 유지한다. 다른 항공기의 wake turbulence 또한 upset과 LOC-I로 이어질 수 있다.
착빙은 에어포일 위의 원활한 공기 흐름을 파괴하여 항력을 증가시킴과 동시에 에어포일의 양력 생성 능력을 저하시킬 수 있다. 이는 항공기 성능을 크게 저하시킬 수 있다. 만약 올바르게 처리되지 못할 경우 실속이 발생할 수 있다.
Mechanical Factors
현대의 비행기와 장비는 매우 신뢰할 수 있지만 변칙이 발생하지 않는 것은 아니다. 이러한 기계적 고장 중 일부는(예를 들어 비대칭 플랩, 조종간의 고장, 그리고 trim 고장) 정상적인 비행을 벗어나게 만들 수 있다.
autoflight system의 오작동, 혹은 오용으로 인해서도 upset이 발생할 수 있다. 진보된 자동화는 변칙의 원인을 가릴 수 있다. autopilot과 autothrottles를 해제함으로써 조종사가 비행기를 직접 조종하여 문제의 원인을 없앨 수 있다. 이러한 이유 때문에 조종사는 autopilot/autothrottles를 사용하지 않고도 모든 비행 조건에서 수동으로 비행할 수 있는 숙련도를 유지해야 한다.
이러한 비행 중 변칙들을 예방할 수 없을 수 있다. 그러나 시스템에 대한 지식, 그리고 AFM/POH가 권장하는 절차들은 그 영향을 최소화 하여 upset을 방지하는데 도움이 된다. 계기 고장에 대하여 upset, 그리고 이후의 LOC-I를 방지하는 것은 보조 계기와 partial panel 운영에 대한 조종사의 숙련도에 따라 달라질 수 있다.
Human Factors
VMC to IMC
사고 보고에 따르면 VMC(visual meteorological conditions)에서 marginal VMC, 그리고 IMC로 계속하여 VFR 비행을 하는 것이 LOC-I의 원인임을 나타낸다. 자연 수평선의 상실은 vertigo, 혹은 공간정위 상실을 경험할 가능성을 상당히 증가시킨다. 이는 upset으로 이어질 수 있다.
IMC
IMC 하에서 운영할 경우 상황에 대한 인식을 유지해야 한다.
Diversion of Attention
비행 중 변칙, 혹은 고장으로 인한 직접적인 영향이 아니어도 만약 조종사가 기본적인 비행 제어로부터 주의를 딴 데로 돌릴 경우 upset으로 이어질 수 있다. 자동화 시스템을 모니터링 하지 못하거나, 그러한 시스템을 과도하게 의존하거나, 혹은 그러한 시스템에 대한 지식과 경험이 불완전한 경우에도 upset으로 이어질 수 있다. 단순히 비행기를 조종하는 동안 항전 장비, 혹은 항법 장비를 설정하려는 경우에도 diversion of attention이 발생할 수 있다.
Task Saturation
안전의 여유는 조종사의 능력, 그리고 요구되는 업무간의 차이이다. upset, 그리고 이로 인한 LOC-I는 요구 사항들이 본인의 능력을 초과할 때마다 발생할 수 있다. 예를 들어, 비행기가 거의 뒤집혀진 상태에서 수직 방향으로 roll 해야 하는 upset은 조종사 훈련 동안 배운 것 이상의 기술을 요구할 수 있다. 다른 예시로, 피로한 조종사가 야간에 부주의하게 IMC에 진입함과 함께 vacuum pump 고장이 발생하였다면, 혹은 IMC에서 비행 도중 pitot heat을 켜지 않았다면 방향 감각을 잃어 비행기를 제어하지 못하게 될 수 있다. 이는 본인 능력의 초과, 그리고 연습되지 못한 partial panel flight 때문이다. 또한 필요 이상의 저고도 비행, 그리고 지상에서의 즉흥적인 시연 도중 조종사 본인의 능력이 초과되어 치명적인 결과를 초래할 수 있다.
Sensory Overload/Deprivation
upset 도중에는 비행기에서 발생하는 warnings, annunciations, instrument indications, 그리고 그 외의 신호들을 적절히 상관시키는 능력이 제한될 수 있다. upset을 직면한 조종사는 다수의, 혹은 동시다발적인 시각, 청각, 및 촉각 경고를 마주할 수 있다. 때로는 예상되는 warnings가 제때 나타나지 않는 경우가 있다. 이러한 warnings가 많다면 조종사의 주의가 분산될 수 있다.
시급한 정보를 주의 산만으로부터 분리하는 능력은 비행기와 그 시스템에 대한 연습, 경험, 그리고 지식을 필요로 한다. 제시된 정보들을 확증하기 위해, 그리고 정보가 누락되었거나 유효하지 않은지를 확인하기 위해 cross-checks가 필요하다. 예를 들어, stall warning system에 고장이 발생하여 실속에 가까워지는지 경고하지 않을 수 있다. 따라서 실속과 LOC-I를 피하기 위해선 그 외의 단서들이 사용되어야 한다. 이러한 단서들에는 공기역학적 진동, roll authority 상실, 혹은 하강 저지 불가가 포함된다.
Spatial Disorientation
공간정위 상실은 많은 비행기 upset 사고에서 중요한 요소였다. 2008년부터 2013년까지의 사고 데이터에서 공간정위 상실과 관련된 사고가 거의 200건을 보이며 그 중 70% 이상이 치명적이었다. 모든 조종사들은 야간, 혹은 특정한 기상 조건에서 비행하는 동안 잘못된 감각으로 인한 착각에 취약하다. 이러한 착각은 조종사가 느끼는 자세와 실제 자세계 지시간의 차이로 이어질 수 있다. 공간정위 상실에 빠진 조종사들은 방향 오류를 인지하지 못할 수도 있다. 조종사가 비행계기, 혹은 바깥 참조물로부터 주의를 돌려야하는 업무를 하는 동안에 많은 upsets가 발생한다. 그 외로 신체 감각과 비행계기간의 차이는 인지하였으나 그 차이를 해결하지 못하여 비행기가 비행경로로부터 벗어나게 만든다.
1. Recognized spatial disorientation: 조종사가 현재 발달중인 upset, 혹은 upset 상황을 인지하여 안전하게 상황을 수정할 수 있음.
2. Unrecognized spatial disorientation: 조종사가 현재 upset이 발달중인지, 혹은 upset이 이미 발생하였는지를 인지하지 못함. 이로 인해 LOC-I 예방을 위한 근본적 결정이나 수정 조치를 하지 않음.
3. Incapacitating spatial disorientation: 조종사는 다음의 조합들로 인하여 회복을 수행하지 못할 수 있다: (a) 상황을 이해하지 못함 (b) 상황을 완화, 혹은 수정하는데 필요한 기술 부족 (c) 발생하는 일을 대처하는데 필요한 심리적, 혹은 생리적 능력 초과.
surprise는 조종사의 예상을 깨버려 상황에 대응하는데 사용되는 정신적 과정에 영향을 미칠 수 있는 뜻밖의 경우이다. startle은 조종사의 예상을 깨버리는 갑작스럽고 강렬한 상황에 노출되었을 때 발생하는 무의식적 근육 반사, 증가하는 심박 수, 혈압 등등이다.
예상치 못한 상황에 대한 이러한 인간의 반응들은 예부터 비행 훈련 도중 과소평가 되었거나, 혹은 심지어 무시되었다. 현실은 조종사가 종종 upset 상황으로부터 surprise, 혹은 startle response를 경험한다는 것이다. startle이 surprise로 이어질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 조종사들은 시나리오 기반 훈련을 통해 surprise reaction이나 startle response가 저하되는 것을 막을 수 있다. 이러한 훈련에서 교관은 사실적인 주의 산만을 포함시킴으로써 startle이나 surprise를 유발시킬 수 있다. 훈련 시나리오가 효과적이기 위해서는 조종사의 긴장 수준을 높일 수 있을 만큼 risk나 위협에 대한 인식이 있어야 한다. 이러한 시나리오는 실제 upset에 대한 심리적/생리적 반응을 완화하도록 준비하는데 도움이 될 수 있다.
Upset Prevention and Recovery Training(UPRT)
upsets는 의도적인 비행 기동이 아니다. 따라서 upsets는 보통 예상치 못하다. 미숙한, 혹은 충분히 훈련되지 못한 조종사가 예상치 못한 비정상 자세에 반응할 경우 보통 의도적이지 못하고 본능적이다. 이러한 조종사는 목적 없이 과도한 속도에서, 혹은 낮은 고도에서 갑작스러운 힘으로 반응한다. 이는 난기류 조건에서는 더욱 위험하다.
상황 판단 및 비행기 조작에 대한 적절한 upset 회복 훈련이 없다면 비정상 비행 자세가 치명적인 LOC-I 사고의 가능성으로 빠르게 악화될 수 있다. 따라서 UPRT는 upsets의 예방 교육, 그리고 이러한 상황이 발생하였을 시의 회복 교육에 집중한다. [그림 5-1]
∙upset 예방은 정상 비행기 상태에서의 이탈을 피하기 위한 조종사 행동을 의미한다. 인지 및 예방 교육은 사고를 방지하는 역할을 한다. upset 상황의 조기 인식, 그리고 적절한 예방 조치가 결합될 경우 LOC-I 사고로 악화될 수 있는 상황을 완화할 수 있다.
∙발달 중인 upset, 혹은 완전히 발달한 upset으로부터 비행기의 고도, 속도, 혹은 자세를 정상 상태로 되돌리는 조종사 조치를 회복이라 부른다. 회복 훈련은 피할 수 없는, 혹은 부주의로 인해 직면한 upset의 결과로 발생하는 사고를 줄이는 역할을 한다. 조종사는 upset 상황의 발달을 인지하는 즉시 정상 비행 상태로 회복하는 방법을 배울 수 있다. 조종사의 조종간 입력과 출력 조정은 roll, yaw, 그리고 pitch, 혹은 비행 속도의 변화량과 그 정도에 비례해야 한다(단, 지상 충돌이 임박한 경우 제외). 이는 비행기에 과도한 응력을 가하지 않기 위함이다.
UPRT Training Core Concepts
upset은 시간이 관건인 상황이다. 이러한 상황은 비정상적이고 익숙하지 않은 자세로 주어질 수 있는데, 이는 때때로 반직관적인 조종간 움직임을 필요로 한다. upset은 극심한 공포, 정신적 능력 저하, 그리고 공간정위 상실로 인해 생명을 위협하는 상황에 빠뜨릴 수 있다. 실제 upset 상황에서는 보통 반응할 시간이 거의 없다. 그러나 이러한 상황을 훈련한다면 실제 예상치 못한 upset 발생 시 놀람을 줄이고 혼란을 완화할 수 있다. 이 목적은 악화중인 위협, 혹은 감각의 과부하를 신속하게 인지함으로써 upset을 신속하게 식별 및 수정할 수 있도록 하는 것이다.
UPRT의 첫 번째 단계는 비행기가 비행경로, 혹은 비행 속도를 벗어나기 시작할 때 언제든지 인지하는 것이다. 조종사는 어떤 조치를 취해야 하는지 확인 및 결정해야 한다. 시각적인 단서, 혹은 계기의 지시가 예상과는 다른 경우 조종사는 upset이라 가정하고 자세, 계기 오차, 혹은 계기 고장 확인을 위해 cross-check를 수행해야 한다.
최대 효과를 얻기 위해 UPRT 개념이 정확하게, 그리고 위협적이지 않은 방식으로 전달되는 것이 중요하다. 긍정적인 경험을 통해 개념을 강화할 경우 조종사 이해의 깊이, 기술의 유지, 그리고 계속적인 훈련 욕구가 크게 향상된다. 또한 세밀하게 구조화된 환경에서 훈련함으로써 비행 중 예기치 못한 상황 발생 시 조종사가 보다 신속하게, 결정적이게, 그리고 침착하게 대응할 수 있도록 도울 수 있다. 그러나 다른 많은 기술들과 마찬가지로 upset 예방 및 회복에 필요한 기술들은 퇴화하기 쉽다. 따라서 훈련을 통해 지속적인 강화가 필요하다.
airplane과 FSTD(flight simulation training device)에서 UPRT를 수행할 때 시계 조건, 그리고 계기 조건에서 모두 수행되어야 한다. 이는 두 상황에서의 인지 및 회복을 연습하기 위함이다. UPRT는 생리학적 요인의 일부를 경험 및 인지할 수 있도록 해야 한다(예를 들어 upset 상황에서 시각적 단서로 인해 발생할 수 있는 혼란과 방향정위상실). 90도를 초과하는 bank angle에서의 회복을 포함하는 훈련은 upset의 인지 및 회복을 위한 조종사의 전반적인 지식과 기술을 더해줄 수 있다. 이러한 훈련을 위해 비행기나 FSTD의 적합성, 그리고 교관의 자격을 확인해야 한다.
upset 예방 및 회복 훈련은 곡예비행 훈련과는 다르다. [그림 5-2] 곡예비행 훈련 도중 조종사는 기동을 알고 예상하고 있기 때문에 크게 놀라지 않는다. 곡예비행 훈련의 주요 목표는 곡예비행이 가능한 비행기를 3차원 상에서 의도적이고 정확하게 조종하는 방법을 가르치는 것이다. UPRT의 주요 목표는 LOC-I로 이어질 수 있는 상황을 피하고, 예방하고, 회복하기 위하여 갑작스러운 긴장을 극복하도록 돕는 것이다.
UPRT는 세 가지 상호 지원적 구성 요소를 기반으로 구축된다: academics, airplane-based training, 그리고 use of FSTDs(일반적으로 transport category type-rating 훈련 단계). 각각은 고유한 이점과 한계를 가진다. 그러나 조종사 경력에 걸쳐 철저히 수행될 경우 이 구성 요소들은 upset 인지, 예방, 그리고 회복에 대한 최대의 준비를 제공할 수 있다.
Academic Material(Knowledge and Risk Management)
학술은 상황 인식, 통찰력, 지식, 그리고 기술의 발전을 위한 기반을 구축한다. 기술 발전과 마찬가지로 학술 또한 각 기본 개념의 중요성을 강조함과 동시에 일반적인 것에서 구체적인 것으로 나아가야 한다. 학술은 중요할 뿐만 아니라 LOC-I 위협의 완화를 제공한다. 그러나 지식을 오랫동안 기억하는 것은 실제 경험을 통해 경험 및 연관될 때 가장 효과적이다.
UPRT 학술은 또한 ADM(aeronautical-decision making), RM(risk management), 그리고 proportional counter respond에 대한 예방 개념을 다루어야 한다.
Prevention Through ADM and Risk Management
이러한 예방은 분석, 인식, 자원 관리, 그리고 오류 연결고리 차단을 통한 효율적인 ADM 및 risk management를 중심으로 일상적으로(분 단위, 혹은 시간 단위로) 이루어진다. 예를 들어, 조종사가 하강을 수행하기 전에 공항 상황을 평가하였는데 비행기가 안전하게 착륙하기에는 상황이 좋지 않다고 인지하는 상황을 상상해 보라. 위험한 비행 상황을 피하기 위해 상황 인식을 사용하는 것은 효과적인 risk management를 통한 LOC-I 예방의 한 예시이다. 조종사는 매 비행에 대한 상황(장비와 환경적 요인 포함)을 평가해야 하며, 특히 더 높은 수준의 risk management가 필요할 수 있는 시나리오를 찾아야 한다. 여기에는 저고도 기동, pattern 내에서의 급격한 선회, 삼타일치가 유지되지 않은 비행, 혹은 하중 계수의 증가를 초래할 수 있는 상황을 포함한다.
ADM의 또 다른 부분으로는 CRM(crew resouce management), 혹은 SRM(single-pilot resource management)이 있다. 둘 다 UPRT와 연관이 있다. 가능한 경우, 잠재적인 upset에 대한 승무원의 조직화된 대응은 추가적인 이점(예를 들어 상황 인식 증가, 상호 지원, 그리고 안전 여유의 증가)을 제공할 수 있다. 훈련을 받지 않은 승무원이 upset 시나리오에서 가장 예측 불가능한 요소가 될 수 있다. 따라서 승무원 활동을 위한 초기 UPRT는 multi-crew, CRM environment에 통합되기 전에 개별적으로 숙달되어야 한다. 승무원은 다음을 수행할 수 있어야 한다:
1. 명확하고 간결하게 상황을 소통 및 확인한다.
2. 상황을 가장 잘 아는 승무원에게 조종간을 넘긴다.
3. 하나의 팀으로써 표준화된 상호 작용을 사용하여 스트레스를 관리하고, 인식을 높이고, 두려움을 완화한다.
Prevention Through Proportional Counter-Response
proportional counter-response는 의도하지 않은 조종사 조작으로 인해 비행 자세, 혹은 flight envelope를 초과한 경우 이를 관리하기 위해 단독 조종사, 혹은 승무원으로서 조종간과 추력을 시기적절하게 조작하는 것이다.
이러한 예방은 보통 몇 초 단위로 이루어지며, 그 목표는 developing upset을 인지하여 비행기가 full-developed upset에 진입하는 것을 방지하고자 적절한 예방 조치를 취하는 것이다. 이 정도의 developing upset은 갑작스럽고 놀라운 특성으로 인해 공황 상태, 그리고 과잉 반응을 유발하여 상황을 악화시킬 위험이 높다.
Recovery
학술에서는 마지막으로 안전한 회복을 달성하는데 필요한 지식, 절차, 그리고 기술을 심어줌으로써 UPRT 기술 개발의 기초를 마련한다. airplane, 그리고 FSTD-based training 요소들은 학술 자료를 구조화된 실습으로 변환하는 역할을 한다. 이는 지상에서의 회복 절차 시각화로 시작하여 비행기에서의 반복적인 기술 연습으로 이어진다. 이후 이는 simulated environment를 통해 더욱 발전될 수 있다.
외부를 참조하는 것이 비행기 자세에 대한 충분한 상황 인식을 제공하지 못하는 경우 조종사는 비행계기를 사용하여 upset을 인지 및 회복할 수 있다. nose-high와 nose-low attitudes에서 회복할 경우 조종사는 AFM/POH에서 권장하는 절차를 따라야 한다. upset 회복 절차가 그림 5-3에 요약되어 있다.
Common Errors
upset 회복과 관련된 일반적인 오류는 다음과 같다:
1. 비행기가 처한 upset의 종류를 잘못 평가함.
2. wing leveler나 autopilot을 끄지 못함.
3. 비행기를 unload 하지 못함(필요한 경우).
4. 정확한 방향으로 roll을 하지 못함.
5. 회복 도중 비행 속도를 제대로 관리하지 못함.
Roles of FSTDs and Airplanes in UPRT
훈련 장치는 aviation training device(basic, advanced)에서 FSTDs(flight training devices(FTD)에서 full flight simulators(FFS))에 이르기까지 다양하며 광범위한 기능을 가지고 있다. 이러한 모든 장치는 실제 비행에 비해 한계를 가지고 있지만 정밀도가 높은 장치(즉, Level C and D FFS)에서는 실제 항공기 UPRT 기술을 개발하는데 충분한 대체 수단이다. 이러한 정밀도가 높은 장치가 아니라면 적절한 비행기에서 초기 기술 개발이 이루어져야 한다. 그리고 이러한 기술들을 개발시키기 위해 수반되는 훈련 장치가 사용되어야 한다. [그림 5-4]
Airplane-Based UPRT
훈련 시나리오가 현실적일수록 학습 경험이 잊히지 않는다. nose low 30°에 110° bank 자세를 만드는 것은 현대 시뮬레이터에서는 어렵지 않을 수 있다. 그러나 시뮬레이터라는 안도감과 함께 그 장면을 보면서 이루어진 학습은 실제 비행기에서 같은 장면을 보는 것만큼 완벽하지는 않다. 비행 도중 upset을 경험하였을 때 아드레날린이 증가하면서 최대 학습이 달성된다. 이러한 이유로 airplane-based UPRT는 비행기 upset 발생 시 두려움을 극복하는 조종사의 능력을 향상시킨다.
그러나 airplane-based UPRT에는 한계가 있다. upset의 수준이 특정 비행기에 대해 승인된 기동에 제한될 수 있을 뿐만 아니라 교관의 UPRT 능력에 의해서도 제한될 수 있다. 예를 들어, 전형적인 교관에 의해 normal category에서 수행되는 UPRT는 곡예비행 교관에 의해 aerobatic category에서 수행되는 UPRT와 반드시 다를 것이다.
특히 곡예비행이 가능한 비행기에서 수행되는 upset training을 고려할 경우 그러한 비행기에 대해 전문적인 UPRT 경험을 갖춘 교관을 고용하는 것이 매우 중요하다. instrument나 tailwheel instruction이 그 운영을 위한 특정한 기술을 요구하는 것과 마찬가지로 UPRT는 교관으로 하여금 학생의 진행을 감독하는 능력, 그리고 일관성과 전문성을 가지고 필요에 따라 개입할 수 있는 능력을 요구한다. 여느 훈련과 마찬가지로 실속, 스핀, 그리고 upset recovery 훈련이 부적절하게 전달될 경우 종종 부정적인 학습을 초래한다. 이는 훈련 자체뿐만 아니라 조종사의 기술과 사고방식에 심각한 결과를 초래할 수 있다.
All-Attitude/All-Envelope Flight Training Methods
UPRT는 광범위한 비행자세, 그리고 비행기의 limit flight envelope를 아우른다. 이러한 훈련은 예상치 못한 upsets에 대비하기 위해 필수적이다. 처음에 언급하였듯 UPRT 프로그램의 주요 초점은 upsets를 방지하고 안전하게 회복하는 것이다. 다양한 종류의 비행기를 조종하는 데 적용될 수 있는 basic instrument skills와 마찬가지로, upset recovery에 필요한 대부분의 기술들은 비행기 고유의 것이 아니다. 가볍고 성능이 낮은 비행기에서 배운 basic instrument skills가 더욱 발전된 비행기에 적용되는 것처럼 basic upset recovery 기술은 조종사의 비행 경력 내내 남아 가르침을 제공한다.
FSTD-based UPRT
UPRT는 정확도가 높은 장비(즉, Level C and D FFS)에서 효과적일 수 있다. 그러나 교관과 조종사는 upset training에 특정 FSTD를 사용할 경우 기술적인, 그리고 생리적인 한계를 염두에 두어야 한다. 이 교육은 14 CFR part 61, section 61,156에 따라 다발 비행기 ATP certificate를 원하는 조종사에게 현재 요구되는 사항이며 교육 과정이 반드시 FAA의 승인을 받아야 한다.
Coordinated Flight
삼타일치 비행은 출력(엔진/프로펠러 효과), aileron 적용, 선회 시 비행기가 어떻게 반응하는지, 그리고 airplane rigging과 관련된 yaw effects를 조종사가 사전에 보정할 경우 발생한다. 비행기의 기수가 상대풍을 향해 yaw하고, slip/skid indicator의 ball이 중심에 맞춰질 경우 비행기 삼타일치가 수행된다(엔진 고장과 연관된 특정 다발 운영은 제외). [그림 5-5]
Angle of Attack
받음각은 날개의 시위선이 상대풍과 만나는 각도이다. 시위선은 앞전에서 뒷전으로 이어지는 직선이다. 낮은 받음각에서는 날개 상단의 공기 흐름이 원활하게 흐른다. 따라서 비교적 적은 항력과 함께 양력을 발생시킨다. 받음각이 증가함에 따라 항력뿐만 아니라 양력도 증가한다. 그러나 날개의 임계 받음각을 초과하면 공기의 흐름이 상부 표면으로부터 분리되어 소용돌이친다. 이는 양력을 감소시키고 항력을 증가시킨다. 이러한 상황이 실속이며, 만약 받음각이 감소하지 않을 경우 loss o control로 이어질 수 있다.
실속은 속도의 부족 때문이 아니라 임계 받음각을 초과한 결과라는 것을 이해하는 것이 중요하다. “stalling speed”라는 용어는 오해의 소지가 있을 수 있다. 왜냐하면 이 속도는 종종 특정 무게와 외장에서 1G 비행을 가정하였을 때로 설명되기 때문이다. 하중 계수의 증가는 실속 속도에 직접적인 영향을 미친다(또한 총 중량, 무게 중심, 그리고 플랩 세팅과 같은 요소들도 영향을 미침). 따라서 모든 속도, 모든 비행 자세, 그리고 모든 출력 설정에서도 날개가 실속에 빠질 수 있다. 예를 들어 속도와 삼타일치를 유지하면서 60도 bank 수평 선회를 수행할 경우의 하중 계수는 2G이다. 이때 비행기는 1G 실속 속도보다 41% 더 높은 속도에서 실속에 빠질 것이다. 이러한 2G 수평 선회에서 조종사는 고도 유지를 위해 받음각을 증가시켜야 한다. 이러한 상황은 수평 비행보다 임계 받음각에 더 가까워지게 만들며 따라서 실속 속도에 더 가까워지게 만든다. “실속 속도”는 일정한 값이 아니기 때문에 조종사는 실속 속도에 영향을 미치는 근본적인 요인을 이해해야 한다. 이는 모든 상황에서 항공기 제어를 유지하기 위함이다.
takeoff/departure와 approach/landing 단계에서는 감소된 속도로 비행하는 것이 정상이다. 따라서 조종사는 안전한 고도에서 slow flight로 비행기를 조종하는 방법을 배운다. slow flight 도중 받음각의 증가, 하중 계수의 증가, 혹은 출력의 감소는 stall warning(예를 들어 buffet, stall horn, 등등)으로 이어질 것이며 조종사는 실속의 징후에 반응 및 수정해야 한다. 실속 훈련은 slow flight 기동에서 습득한 지식과 기술을 기반으로 하며 stall warning(예를 들어 buffet, stall horn, 등등)부터 stall까지 망라한다.
slow flight의 기동 목적은 저속에서 높은 받음각으로 비행하는 조종사의 능력을 발달시키는 것이다. 연습을 통해 조종사는 이 구간에서의 비행 느낌, 소리, 그리고 시각적 신호에 익숙해진다. 이 구간에서는 조종간 입력에 대한 반응이 저하되며 고도 유지가 더 어렵다. 조종사는 다음과 같은 것이 필수적이다:
1. 다양한 항공기 외장과 자세에서 slow flight와 관련된 공기 역학을 이해한다.
2. 이러한 비행 조건에서의 비행기 신호를 인식한다.
3. stall warning 없이 조종하는 동안 삼타일치 유지를 관리한다.
4. stall warning이 발생한 경우 신속하게 적절한 수정을 수행한다.
조종사 훈련과 시험 목적을 위해 slow flight은 두 가지 주요 요소를 포함한다:
∙stall warning이 발생하지 않고도 비행이 유지될 수 있는 속도로 감속, 조종, 그리고 회복하는 것 – 1G 실속 속도보다 5 ~ 10노트 높은 속도가 좋다.
∙이륙, 상승, 하강, 착륙 접근, 그리고 복행에 적합한 외장으로 slow flight을 수행한다.
slow flight 도중 안전한 기동을 위해 target airspeed는 실속 속도보다 충분히 높아야 하지만 stall warning과 충분히 근접해야 한다. 이는 조종사가 저속 비행의 특성을 경험하기 위함이다. target airspeed를 결정하는 한 가지 방법은 원하는 slow flight 외장에서 항공기를 stall warning 속도로 감속시킨 후 pitch를 살짝 낮추어 stall warning을 없앤 뒤 출력을 증가시켜 고도를 유지한다. 이때의 속도를 기억하라.
slow flight을 연습할 때 조종사는 항공기 조종과 다른 요구 사항들 사이에서 주의를 분배하는 법을 배운다. 속도가 감소함에 따라 조종면의 효율성이 감소한다는 것을 저속에서의 비행기 느낌을 통해 알 수 있다.
예를 들어, 실속 속도로부터 30노트에서 20노트로 감속할 경우 조종간 입력의 효율이 일정 부분 사라진다. 왜냐하면 조종면을 흐르는 공기 흐름이 줄어들기 때문이다. 공기 속도가 더욱 감소할수록 조종간 효율 또한 더욱 감소한다. 따라서 조종면의 공기흐름이 적어질수록 같은 반응을 만들어내기 위해선 더 많은 조종간 움직임이 필요하다. 이렇게 효율성이 감소된 느낌을 조종사들은 때때로 “sloppy”, 혹은 “mushy” controls라 부른다.
최소 항력 속도(L/D MAX) 이상에서 비행할 경우 더 빠른 속도로 비행하기 위해선 더 많은 출력이 필요하다. L/D MAX 이하에서 비행할 경우 더 느린 속도로 비행하기 위해선 더 많은 출력이 필요하다. slow flight은 L/D MAX보다 훨씬 낮은 속도에서 수행되므로 항공기 감속을 방지하기 위해선 많은 출력 적용, 혹은 받음각 감소가 필요하다는 것을 알아야 한다. L/D MAX 이하에서 비행하거나, 혹은 backside of the power curve에서 비행할 경우 받음각이 임계 받음각으로 증가하면서 비행기의 속도가 계속하여 감소함에 따라 pitch의 조그마한 변화에도 유도항력이 크게 변화한다는 점을 유의해야 한다. 이는 결과적으로 속도를 변화시킨다. 따라서 L/D MAX 이하에서 비행할 경우에는 pitch로 속도를, 그리고 출력으로 고도를 효율적으로 제어한다.
L/D MAX 이하에서 비행하는 비행기는 “speed instability”라는 특성을 나타내기 때문에 조종사의 적절한 조치가 없다면 속도가 계속하여 감소할 것임을 유의해야 한다. 예를 들어, 비행기가 난기류에 의해 요란에 빠져 속도가 감소하였다. 이때 받음각을 줄이거나, 혹은 출력을 증가시키는 조종사 조치가 없다면 속도가 계속하여 감소할 수 있다. [그림 5-6]
Performing the Slow Flight Maneuver
slow flight 훈련은 다음을 포함한다:
∙순항 속도에서 접근 속도를 향해 부드럽고 신속하게 비행기를 감속한다. 이때 고도나 heading의 변화가 없어야 한다. 이와 동시에 받음각을 증가시키면서 출력과 trim을 적절히 설정한다.
∙고도와 heading을 유지함과 동시에 외장을 변경시킨다(예를 들어 landing gear 연장, 그리고 플랩 추가).
∙고도를 유지하면서 선회를 수행한다.
∙직진 상승, medium bank(대략20도) 상승 선회, 직진 power-off 활공 하강, 그리고 하강 선회는 비행의 이착륙 단계를 나타낸다.
single-engine airplane의 slow flight은 1,500ft AGL(다발 비행기의 경우 3,000) 이상에서 기동이 완료될 수 있도록 수행되어야 한다(제조업체가 더 높은 고도를 권장하는 경우에는 이를 따름). 부주의로 인한 실속에 빠질 경우를 대비하여 항상 지상으로부터 적절한 고도에서 기동을 연습해야 한다.
slow flight 기동을 시작하기 위해 조종사는 주변을 확인해야 한다. 그리고 순항 출력으로부터 추력을 감소시키고 고도 유지 및 감속을 위해 pitch를 조절한다. 비행기가 감속함에 따라 공기 흐름의 소리가 달라진다. 속도가 target speed(즉, 그 비행 조건에서의 실속 속도로부터 대략 5 ~ 10노트)로 근접함에 따라 고도 유지를 위한 추가적인 출력이 필요할 것이다. 이러한 변화 도중 조종사는 조종간 압력 변화를 보상하기 위해 비행기를 trim 해야 한다. 만약 기동 전 순항 속도에서의 trim으로 유지될 경우 강한 aft(back) control pressure가 elevator에 필요해진다. 이는 정교한 제어를 어렵게 만들 것이다.
slow flight은 일반적으로 착륙 외장에서 수행 및 평가된다. 따라서 landing gear와 플랩이 landing position으로 연장되어야 한다(해당하는 경우). 비행기 외장 구성을 위해 before-landing checks를 수행하는 것이 권장된다. gear와 플랩의 연장은 일반적으로 순항 출력을 감소시킨 이후 적절한 속도에서 수행된다. 이는 그러한 장치들의 연장 제한치를 초과하지 않기 위함이다. 다른 외장(clean, 혹은 takeoff)에서도 이 기동을 연습하는 것은 좋은 훈련이며 이는 실기 시험에서 평가될 수도 있다.
공기역학적 진동이나 stall warning을 유발할 수 있는 받음각 직전에서는 조종간 효과가 떨어진다. [그림 5-7] elevator control의 반응이 떨어지기 때문에 비행기 제어를 유지하기 위해선 더 큰 조종간 움직임이 필요하다. 프로펠러 비행기에서는 torque, slipstream effect, 그리고 p-factor로 인해 강한 left yaw가 발생할 수 있다. 따라서 삼타일치 비행을 유지하기 위해서는 right rudder를 가해줘야 한다. 비행기가 1G 실속에 가까워질수록 right rudder의 필요량이 증가한다.
Maneuvering in Slow Flight
직진수평 상태에서 적절한 pitch 자세와 속도가 설정되었다면 조종사는 바깥 참조물에 대한 의식을 유지해야 한다. 또한 제어 유지를 위해 계속하여 비행기 계기를 cross-check 해야 한다. 조종사는 조종간의 느낌(특히 조그마한 pitch 변화로 인한 속도 변화와 출력 변화로 인한 고도 변화)을 주목해야 한다. 저속에서의 비행기 조종 특성을 확인하기 위해선 선회를 연습해야 한다. 선회 도중에는 고도 유지를 위해 출력의 증가가 필요할 것이다. slow flight 도중 갑작스러운, 혹은 거친 조종간 움직임은 실속을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, slow flight 도중 플랩을 갑자기 올리면 비행기가 실속에 빠질 수 있다.
직진수평 상태에서 안정되었을 때 출력을 조정하여 상승 및 하강을 연습해야 한다. 조종사는 높은 출력 설정에서 증가하는 yawing tendency를 주목해야 하며 이를 rudder로 대응해야 한다.
slow flight을 종료하려면 출력을 증가한다. 속도와 양력이 증가함에 따라 받음각 감소를 위한 forward control pressure를 가하여 고도를 유지한다. 삼타일치 비행을 유지하면서 날개를 수평으로 만들고(필요한 경우) 원하는 비행경로로 돌아간다. 속도가 증가함에 따라 플랩과 landing gear를 올리고(연장되어있던 경우) trim을 조절한다. 실속을 피하기 위해선 landing gear와 플랩을 올릴 시 받음각의 변화를 예상해야 한다.
Common Errors
slow flight 수행 시 일반적인 오류:
1. 주변을 충분히 확인하지 못함.
2. 출력 감소 시 충분한 back-elevator pressure를 가하지 못하여 고도 손실.
3. 출력 감소 시 과도한 back-elevator pressure를 가하여 상승으로 이어지고 속도가 급격하게 감소.
실속은 비행기 날개 위의 부드러운 공기 흐름이 방해를 받아 양력 손실을 초래할 때 발생하는 공기역학적 상태이다. 특히 실속은 받음각(날개의 시위선과 상대풍이 이루는 각도)이 날개의 임계 받음각을 초과할 때 발생한다. 어떤 속도에서도, 어떤 자세에서도, 그리고 어떤 출력 설정에서도 임계받음각을 초과할 수 있다. [그림 5-8]
이러한 이유 때문에 실속을 초래할 수 있는 요인과 상황을 이해하는 것, 그리고 실속 인지 및 회복에 대한 숙련도를 높이는 것이 중요하다. intentional stalls를 수행하는 것은 실속을 초래하는 조건에 익숙해지게 하고, impending stall을 인지하는데 도움을 주며, 실속 발생 시 적절한 수정 방법을 발달하게 한다. 실속은 두 가지 수준으로 연습된다:
∙Impending Stall – impending stall은 실속 경고를 발생시키는 정도의 받음각이지만 임계받음각에 도달한 것은 아니다. impending stall의 징후에는 buffeting, stick shaker, 혹은 aural warning이 포함될 수 있다.
∙Full Stall – full stall은 임계 받음각이 초과될 경우 발생한다. full stall의 징후로는 일반적으로 비행기가 nose down 하려는 것을 쉽게 막을 수 없게 되며 rolling motion이 동반될 수 있다는 것이다. stick pushers를 장비한 비행기의 경우 이 장치가 활성화되었다는 것은 full stall을 나타내는 지표이기도 하다.
실속이 진행된 정도에 따라 회복 도중 고도 손실이 예상된다. 조종사가 impending stall을 인지하는데 시간이 오래 걸릴수록 full stall이 발생할 가능성이 높아진다. 따라서 회복 및 정상 수평 비행으로의 복귀를 위해선 intentional stalls 수행 시 지상으로부터 충분한 고도에서 수행되어야 한다.
Stall Recognition
조종사는 실속이 발생하기 쉬운 비행 조건을 인지해야 하며 실속 수정에 필요한 조치를 적용하는 방법을 알아야 한다. 이러한 수준의 숙련도는 impending stall을 시각, 소리, 그리고 느낌으로 인식하는 방법을 배우는 것을 수반한다.
실속 경고 장치를 장착한 비행기의 경우 실속 발생 시 실속 경고를 동반한다. 이러한 장치에는 청각 경고, 불빛, 혹은 stick shaker가 포함될 수 있다. 이들은 모두 임계 받음각 근접 시 조종사에게 경보를 제공한다. 대부분의 vintage airplanes, 그리고 많은 형식의 light-sport 및 experimental airplanes는 stall warning devices를 설치하지 않는다. 그러나 certification standards는 제조업체로 하여금 비행기의 고유한 공기역학적 특성(pre-stall buffeting)을 통해, 혹은 impending stall의 명확한 징후를 제공하는 stall warning device를 통해 실속 경고를 제공할 수 있도록 허용한다.
조종사를 위한 다른 감각적 단서는 다음과 같다:
∙느낌 – 속도 감소에 따라 조종간 압력이 변화하는 것을 느낄 것이다. 원하는 비행기 반응을 얻기 위해선 조종면의 저항이 점차 감소함에 따라 더 큰 조종간 움직임을 사용해야 한다. 조종사는 조종간 움직임에 대한 비행기의 반응 시간을 알아차릴 것이다.
∙시각 – 비행기는 어떤 자세에서든 실속에 빠질 수 있다. 따라서 시각은 impending stall을 나타내는 완벽한 지표가 아니다. 그러나 pitch의 인식을 유지하는 것은 중요하다.
∙청각 – 속도 감소에 따라 조종사는 비행기 구조물을 따라 흐르는 공기에 의해 발생하는 소리의 변화를 알아차려야 한다.
∙운동감각 – 방향이나 속도의 변화에 대한 물리적 감각(때로는 “seat of the pants” sensations라 불림)은 시계 비행 시 중요한 지표가 된다. 이 감각이 제대로 발달될 경우 이는 조종사에게 impending stall을 경고할 수 있다.
게재된 수평비행 1G 실속 속도는 다음과 같은 경우에만 유효하다는 것을 기억해야 한다:
1. 비가속 1G 비행 상태에서.
2. 삼타일치 비행 상태에서(slip-skid indicator center).
3. 하나의 무게에서(일반적으로 최대 총 중량).
4. 특정한 무게중심에서(일반적으로 maximum forward CG).
Angle of Attack Indicators
AOA indicator는 에어포일의 공기역학적 상태와 관련하여 더 훌륭한 상황 인식을 제공한다. 이는 stall margin awareness, 혹은 현재 받음각과 임계 받음각 사이의 여유를 위해 참조될 수 있다. stall warning device에 의존하지 않고 실속을 인지하는 방법을 배우는 것은 중요하긴 하지만 AOA indicator는 비행기가 임계 받음각에 얼마나 근접하였는지에 대한 추가적인 시각 표시를 제공한다. FAA는 LOC-I 발생을 줄이기 위해 GAJSC(General Aviation Joint Steering Committee)와 함께 AOA indicator의 사용을 홍보하고 있다.
AOA indicator가 없다면 받음각이란 조종사에게 “보이지 않는다.” 이러한 장치는 여러 매개 변수들을 동시에 측정하여 현재의 받음각을 결정한다. 이는 조종사에게 현재의 받음각에 대한, 그리고 임계 받음각의 근접정도에 대한 시각적 이미지를 제공한다. 이러한 장치들은 비행기의 에너지 관리 상태를 시각적으로 나타낼 수 있다. 비행기의 에너지 상태는 속도, 고도, 항력, 그리고 추력 사이의 균형 상태이며 날개가 얼마나 효율적으로 운영되고 있는지를 나타낸다. 비행기의 에너지 상태와 관련된 상황 인식이 증가함에 따라 조종사는 loss of control 시나리오를 방지하는데 도움이 되는 추가 정보를 가진다.
AOA indicators는 GA airplanes를 위해 점점 더 저렴해지고 있다. 받음각 계산을 위해 서로 다른 방법을 사용하는 AOA indicators가 여러 가지 있다. 따라서 이러한 장치의 사용에 대한 훈련, 그리고 제대로 된 설치가 중요하다. AOA indicators는 여러 매개 변수를 동시에 측정하여 현재의 받음각을 결정하여 임계 받음각에 대한 근접 정도를 시각적 이미지로 제공한다. [그림 5-9] 일부 AOA indicators는 음성 신호 또한 제공한다. 이는 비행기에 설치된 stall warning systems의 신호 이전에 임계 받음각으로 향하는 경향의 받음각 변화에 대한 인식을 제공할 수 있다. 일부 AOA indicators는 flap position을 고려하지만, 모든 장치가 그렇지는 않다는 점에 유의해야 한다.
AOA indicators가 현재 받음각, 그리고 임계 받음각의 근접 정도를 시각적 표현으로 제공하긴 하나 한계가 없는 것은 아니다. 이러한 장치를 장착한 GA airplanes의 운영자는 그 한계를 이해해야 한다. 진보된 자동화 시스템과 마찬가지로(예를 들어 autopilots, 그리고 moving maps) 장비의 오해나 오용은 처참한 결과를 초래할 수 있다. AOA indicator의 유효성을 제한할 수 있는 몇 가지 항목은 다음과 같다:
1. Calibration techniques
2. Probes or vanes not being heated
3. The type of indicator itself
4. Flap setting
5. Wing contamination
FAA는 AOA indicator의 설치를 간소화하였다(GA airplanes의 type certification에 AOA indicators는 필요하지 않음). FAA는 2014년 2월 non-required AOA system과 관련된 정책을 수립하였다. 또한 큰 개조 없이도 장치를 설치할 수 있는 방법, 그리고 certification을 위해 따라야 하는 절차를 수립하였다. 이에 대한 업데이트된 정보는 FAA 웹사이트인 www.faa.gov.를 참조한다.
Stall Characteristics
비행기 설계마다 실속 특성이 다를 수 있다. 조종사는 본인이 비행하는 비행기의 실속 특성과 제조업체의 권장 회복 절차를 알아야 한다. 비행기의 실속 특성에 영향을 미칠 수 있는 요소로는 기하학적 구조, CG, 날개 설계, 그리고 고양력 장치가 있다. 비행기의 공학적 설계 차이 때문에 모든 비행기의 실속 특성을 구체적으로 설명하는 것은 불가능하다. 그러나 small general aviation training-type airplanes의 경우 전반적인 안내를 제공하기에 충분한 유사성을 가진다.
대부분의 훈련 비행기는 실속이 wing roots에서 wingtips를 향하여 진행되도록 설계된다. 일부 날개는 바깥쪽 부분이 안쪽보다 약간 낮은 받음각을 갖도록 비틀어진다(이를 washout이라 부른다). 이러한 설계 특성은 wingtips가 wing roots보다 낮은 받음각을 갖게 만든다. 그 결과 비행기의 wing roots는 wingtips보다 먼저 임계 받음각을 초과한다(즉, wing roots가 먼저 실속에 빠진다). 따라서 비행기가 실속 상태일 때 ailerons는 여전히 어느 정도의 조종 효율을 가진다(단, 실속 상태의 공기 흐름이 날개를 따라 바깥쪽으로 이동하지 않는 한). 설령 부드러운 공기 흐름이 wingtips에 붙어있다 하더라도 받음각을 감소시키기 전에 aileron을 사용하는 것은 주의해야한다. 왜냐하면 이는 실속 상태를 악화시킬 수 있기 때문이다. 예를 들어 비행기가 실속 상태에서 왼쪽으로 roll 하여 조종사가 날개 수평을 만들기 위해 right aileron을 적용하였다면 왼쪽 날개의 aileron이 아래쪽으로 내려가 더 큰 받음각(그리고 더 많은 유도 항력)을 만들어낸다. 이때 임계 받음각이 초과되면 wingtip에서 더 완전한 실속이 발생한다. 이는 날개를 더욱 왼쪽으로 roll하게 만들 수 있다. 따라서 비행기를 roll 하기 전에 먼저 받음각을 줄이는 것이 중요하다.
조종사는 또한 실속에 영향을 미치는 요소들이 어떻게 연관되어 있는지를 이해해야 한다. 예를 들어 power-off stall에서는 power-on stall보다 단서들이(buffeting, shaking) 덜 명확하다. power-off 1G stall에서는 elevator control position(full up elevator)과 높은 하강률이 단서가 될 수 있다.
Fundamentals of Stall Recovery
비행기의 복잡성에 따라 실속 회복은 최대 6단계로 구성될 수 있다. impending stall, 혹은 full stall에 대한 가장 중요한 조치는 받음각을 줄이는 것임을 기억해야 한다. 받음각을 줄이지 않는 대신 출력을 사용하여 고도를 유지하려는 시도로 인해 loss of control로 이어지는 상황이 수없이 발생했다. 이 장은 light general aviation aircraft를 위한 일반적인 실속 회복 절차를 제공한다. 이 절차는 메이저 비행기 제조업체에서 개발한 템플릿을 개작하였으며 사용하는 항공기에 따라 적절히 조정될 수 있다. [그림 5-10] 그러나 조종사는 항상 항공기 제조업체에서 권장하는 절차를 따라야 한다(만약 게재된 경우).
회복은 절차적으로 이루어져야 한다. 이는 그림 5-10으로 요약된다. 다음은 이 6단계에 대해 설명한다:
1. wing leveler나 autopilot 연결을 해제한다(만약 장비한 경우). 어떤 상황에서도 회복을 위해선 수동 조작이 필수적이다. 이러한 장비의 연결을 즉시 해제하는 것은 조종사가 다음 단계로 빠르게 넘어갈 수 있도록 한다. wing leveler나 autopilot을 연결된 상태로 두면 이는 조종간, 혹은 trim을 우발적으로 변경시킬 수 있다. 이는 쉽게 인지되지 못할 수 있으며 적절하지 못할 수 있다(특히 작업 부하가 높은 상황에서).
2. a) pitch nose-down control. 받음각을 줄이는 것은 모든 실속 회복에 매우 중요하다. 받음각을 임계 받음각 이하로 줄이기 위해 조종간을 앞으로 민다. 이는 impending stall의 징후가 사라지기 전까지 수행된다.
b) Trim nose-down pitch. 필요한 반응이 elevator에서 제공되지 못하는 경우에는 pitch trim이 필요할 수 있다. 그러나 pitch trim을 과도하게 사용할 경우 상황이 악화되거나, 혹은 loss of control이나 높은 구조적 하중을 초래할 수 있다.
3. Roll wings level. 이는 효율적인 회복을 위해 양력 벡터를 적절하게 조정한다. 받음각을 줄이기 전에 bank angle을 조절하려 해서는 안 된다. 날개가 다시 비행하기 시작하면 roll stability와 roll control이 향상될 것이다. 또한 실속이 스핀으로 진행되는 것을 방지하기 위해 rudder를 적절히 사용하여 yaw를 미리 막아야 한다.
4. Add thrust/power. 실속은 고출력/저출력 설정, 혹은 고속/저속에서도 발생할 수 있으므로 필요에 따라 출력을 추가해야 한다. 필요한 경우 throttle을 빠르게, 그러나 부드럽게 증가시킨다. 이때 yawing motion, 그리고 pitching motion을 막기 위해 rudder와 elevator controls를 사용해야 한다. 실속 회복 도중 출력을 추가하면 보통 고도 손실을 줄여주긴 하지만 실속을 없애지는 못한다. 받음각의 감소가 필수적이다. 프로펠러 비행기의 경우 출력이 적용되면 날개 주위의 공기흐름이 증가하여 실속 회복을 돕는다.
5. Retract speedbrakes/spoilers(만약 장비한 경우). 이는 양력, 그리고 실속 안전을 증진시킬 것이다.
6. Return to the desired flightpath. 부드럽고 삼타일치 된 조종간 움직임을 적용하여 원하는 비행경로로 되돌아간다. 이때 secondary stall을 피하기 위해 주의해야 한다. 상황에 따라 회복 도중 지형과의 근접 정도를 의식해야 한다. 이럴 경우 지형과의 충돌을 피하기 위해 필요한 비행 조작을 수행한다.
위의 절차는 비행하는 항공기 형식에 따라 개작될 수 있다. 예를 들어, autopilot이 없는 single-engine training airplane 6단계 중 4단계만 사용할 가능성이 높다. 첫 번째 단계는 해당하지 않는다. 사실상 첫 번째 단계는 실속 경고가 없어질 때까지 받음각을 줄이는 것이다. 훈련 비행기에서는 pitch trim의 사용을 덜 고려해도 된다. 왜냐하면 대부분의 조종사들이 이러한 비행기의 trim을 제압할 수 있기 때문이다. 부적절한 trim은 적절한 비행경로로 되돌아갈 때 수정될 수 있다. 다음 단계는 삼타일치를 유지하면서 필요에 따라 출력을 추가하는 것이다. 비행기에 speedbrakes, 혹은 spoilers가 없는 경우에는 이 단계도 건너뛴다. 원하는 비행경로로 돌아오면 회복이 완료된다.
마찬가지로, 글라이더에는 autopilot이 없기 때문에 실속 회복의 첫 단계는 실속 경고가 사라지기 전까지 받음각을 감소시키는 것이다. 그러고 나서 조종사는 삼타일치를 유지하면서 날개를 수평으로 roll 할 것이다. 글라이더에는 출력 추가가 없기 때문에 이 단계가 적용되지 않는다. 그 다음 단계로 speedbrakes나 spoilers를 올린 뒤 원하는 비행경로로 되돌아간다.
Stall Training
power-on stall과 power-off stall을 모두 연습하는 것이 중요하다. 왜냐하면 이들은 정상 비행 도중 발생할 수 있는 실속 상황을 시뮬레이션하기 때문이다. 조종사는 실속이 발생할 수 있는 비행 시나리오를 이해해야 한다. 실속 사고는 보통 저고도에서 의도치 않은 실속이 발생하였는데 지상 충돌 이전에 회복이 이루어지지 못한 경우에 발생한다. 예를 들어 비행기 이륙 직후, 상승 선회 도중, 혹은 장애물을 회피하려 할 때 지나친 nose-high attitude를 가한다면 어떤 일이 발생할 수 있는지에 대한 조종사의 인식을 발전시키기 위해 power-on stalls를 연습한다. power-off turning stalls는 조종사가 base leg에서 final approach로 선회하는 동안 조종간이 부적절하게 사용될 경우 어떤 일이 발생할 수 있는지에 대한 조종사의 인식을 발전시킨다. power-off straight-ahead stall은 엔진 고장 이후 활공을 할 때, 혹은 착륙 접근의 막바지일 때 발생할 수 있는 실속을 시뮬레이션 한다.
고도나 방향의 큰 변화를 수반하는 모든 기동들과 마찬가지로 조종사는 기동 수행 전에 해당 지역(현 고도와 그 이하의 고도)이 다른 항적으로부터 개방되어 있는지, 그리고 회복을 위한 충분한 고도 여유가 있는지를 확인해야 한다. single-engine airplanes의 경우 1,500ft AGL 이상에서 회복이 이루어질 수 있는 고도에서 실속을 연습하는 것이 권장된다. 만약 AFM/POH에서 더 높은 고도를 권장한다면 이를 따른다. 실속 상태에서 회복하는 동안 고도가 손실될 것으로 예상된다.
Approaches to Stalls (Impending Stalls), Power-On or Power-Off
impending stall은 비행기가 임계 받음각에 접근할 때(그러나 임계 받음각을 초과하지는 않음) 발생한다. impending stall을 연습하는 목적은 비행기가 실속에 가까워짐을 인지하는 즉시 비행기의 완전한 제어를 되찾는 방법을 배우는 것이다. 이는 또한 조종사가 적절한 조치를 취하지 않을 경우 실속이 발생할 가능성이 있다는 것을 배우게 된다. 조종사 훈련 시 impending stalls와 full stalls에 대한 회복 방법이 동일함을 강조해야 한다.
impending stall의 연습은 최대 비행기 성능이 요구되는 기동 수행에 대한 조종사의 감각을 개발하는데 특히 가치가 있다. 이러한 기동들은 비행기가 실속 상태에 근접하는 비행을 필요로 하는데, 만약 실속에 대한 첫 징후가 발생할 경우(예를 들어 stall warning device 작동) 회복을 수행한다.
impending stalls는 full stalls, 혹은 이 장에서 설명한 그 외의 기동들과 동일한 자세와 외장에서 수행될 수 있다. 그러나 임계 받음각에 도달하지 않는 대신 stall warning device가 울리거나, 혹은 그 외의 징후(예를 들어 buffeting)를 인지하였다면 조종사는 즉시 받음각을 감소시켜야 한다. 조종사는 실속 경고를 없애기 위해 nose-down control을 유지해야 한다. 이후 날개를 수평으로 만들고 삼타일치 비행을 유지한다. 그 다음 원하는 비행경로로 되돌아가는데 필요한 출력을 가한다. 비행기가 충분한 속도, 충분한 조종간 효율, 그리고 실속 경고 없이 원하는 비행경로로 되돌아왔다면 회복이 완료된 것이다. 만약 full stall이 발생하였거나, 과도한 low pitch attitude가 만들어졌거나, 혹은 과도한 속도∙ 과도한 고도 상실∙스핀을 피하기 위한 조치를 적시에 취하지 못할 경우 impending stall 기동의 결과가 만족스럽지 못하다.
Full Stalls, Power-Off
power-off stalls의 연습은 보통 정상 착륙 조건에서 수행된다. 이는 착륙 접근 도중 발생하는 우발적 실속을 시뮬레이션하기 위해서이다. 그러나 power-off stalls는 모든 플랩 설정에서 연습되어야 한다. 이는 기계적 고장, 착빙, 혹은 다른 비정상 상황에서 발생하는 조작에 익숙해지기 위해서이다. 정상 접근 속도를 초과하는 속도에서 실속 진입을 수행해서는 안 된다. 이는 비정상적인 nose-high attitude로 이어질 수 있기 때문이다.
직진 power-off stall에 진입하기 위해 플랩, 혹은 retractable landing gear를 장비한 비행기는 착륙 외장에 놓여야 한다. landing gear를 연장하고, carburetor heat(해당하는 경우)를 적용하고, throttle을 충분히 줄여주었다면 정상 접근 속도로 감속되기 전까지 일정한 고도를 유지한다. 이후 이 속도를 유지하기 위해 정상 접근 자세로 부드럽게 pitch down을 수행한다. wing flaps를 연장하였다면 속도 유지를 위해 pitch attitude를 조정해야 한다. 정상 접근이 만들어졌다면 출력을 idle로 설정한다.
접근 자세 및 속도가 안정되었다면 조종사는 실속을 유도하는 자세를 향해 nose를 부드럽게 올려야 한다. ailerons와 rudder를 사용하여 방향 제어와 날개 수평이 유지되어야 한다. 비행기가 실속으로 이어질 자세에 도달하였다면 실속이 발생하기 전까지 pitch attitude를 유지한다. 이전에 설명하였던 full-stall 징후들을 통해 실속을 인지한다.
받음각을 줄이고, 실속 경고가 제거될 만큼의 nose-down control을 가하고, 날개를 수평으로 만들고, 삼타일치 비행을 유지하고, 필요에 따라 출력을 적용하여 실속을 회복한다. nose를 낮추고 출력을 증가시킬 때 engine torque effects 극복을 위한 right rudder가 필요할 수 있다. [그림 5-11] 만약 착륙 직전의 실속을 시뮬레이션 하는 경우에는 positive rate of climb을 만들어내 복행을 수행해야 한다. 상승이 만들어지면 필요에 따라 플랩과 landing gear를 올려야 한다.
power-off stalls의 회복은 shallow banked turns에서도 수행되어야 한다. 이는 base leg에서 final approach로 향한 선회 도중 발생한 우발적 실속을 시뮬레이션하기 위함이다. 이러한 실속을 연습하는 도중 full stall이 발생하기 전까지는 삼타일치가 유지되는지, 그리고 선회가 일정한 bank angle로 수행되는지를 주의해야 한다. 만약 비행기가 slip한 경우 바깥쪽 날개가 먼저 실속에 빠져 갑작스럽게 아래로 움직일 수 있다. skid에서는 bank angle이 더욱 증가하여 잠재적으로 위험한 자세에 놓일 수 있다. 한쪽 날개가 먼저 rolls off 하였다 하더라도 동일한 회복 절차가 적용된다. 조종사는 실속 경고가 사라지는데 필요한 만큼의 nose-down control을 가하고, ailerons를 사용하여 날개 수평을 만들고, 삼타일치를 유지하고, 필요한 만큼의 출력을 가해야 한다. turning stalls 연습 도중에는 미리 정해둔 heading에서 실속, 혹은 회복이 이루어지도록 시도해서는 안 된다. 단, base에서 final approach까지의 선회를 시뮬레이션 하는데 일반적으로 약 90도의 heading 변화 이내에서 실속이 발생해야 한다.
Full Stalls, Power-On
power-on stall 회복은 직진 상승, 그리고 상승 선회(15도에서 20도)에서 연습되어야 한다. 이는 이륙, 복행, 상승, 혹은 장애물 회피 시도 도중 발생한 우발적 실속의 가능성을 인지하는데 도움을 주기 위함이다. 플랩, 혹은 retractable landing gear를 장비한 비행기는 보통 이륙 외장으로 놓인다. 그러나 power-on stalls는 clean configuration(플랩과 기어를 올린 상태)에서도 연습되어야 한다. 이는 모든 이륙 외장과 상승 외장에 대한 연습을 위해서이다. takeoff stall 회복을 연습할 경우에는 최대 출력으로 수행되어야 한다(단, 일부 비행기의 경우 지나치게 높은 pitch attitude를 방지하는 출력 설정으로 줄어들 수 있음).
power-on stalls의 진입을 설정하기 위해 조종사는 비행기를 이륙, 혹은 상승 외장으로 만든 다음 비행기를 normal lift-off speed로 감속한다. 이때 주변에 다른 항적이 없는지 계속하여 확인한다. 원하는 속도에 도달하였다면 상승 자세를 설정함과 동시에 이륙 출력, 혹은 power-on stall에 대해 권장하는 상승 출력을 설정한다(이는 종종 departure stall이라고 불린다). throttle을 권장 값으로 증가시키기 전에 lift-off airspeed로 감속하는 목적은 장시간의 과도한 nose-up attitude를 피하기 위함이다.
상승 자세가 만들어진 이후 받음각 증가를 위해 nose를 부드럽게 들어주고 full stall이 발생하기 전까지 그 자세를 유지한다. 실속 특성에 관련하여 설명하였듯이 aileron, elevator, 그리고 rudder 압력이 계속하여 조정되어야 한다. 이는 full stall이 발생하기 전까지 자세를 유지하는 동안 삼타일치 비행을 유지하기 위함이다. 대부분의 비행기에서 속도 감소에 따라 조종사는 elevator control을 점점 뒤로 당겨야 한다. 이와 동시에 right rudder를 증가시킴으로써 full stall에 도달하기 전까지 상승 자세를 유지해야 한다.
조종사는 실속이 발생한 시점을 인지해야 하며, 이때 지체 없이 조치를 취해 장시간의 실속 상태가 유지되지 않도록 해야 한다. 조종사는 즉시 받음각을 줄이고 실속 경고가 사라질 만큼의 nose-down control을 가한 다음 날개를 수평으로 만들고, 삼타일치를 유지하고, 필요하다면 출력을 부드럽게 증가시킴으로써 실속 상태를 회복해야 한다. throttle이 이미 상승 출력 설정으로 되어있기 때문에 이 단계는 단순히 출력 설정이 적절한지를 확인하는 순간임을 의미할 수 있다. [그림 5-12]
마지막 단계는 원하는 비행경로로(예를 들어 직진수평, 혹은 이륙/상승 자세) 비행기를 되돌리는 것이다. 충분한 속도와 조종간 효율성이 이루어졌다면 적절한 출력 세팅으로 throttle을 되돌릴 수 있다.
Secondary stall
secondary stall은 선행하였던 실속을 회복한 이후 발생하기 때문에 이러한 이름이 붙여졌다. 일반적인 회복은 보통 비행기의 nose를 지상으로 향하게 만드는 것을 포함한다. 그러나 만약 실속이 저고도에서 발생한 경우 조종사의 자연스러운 충동은 가능한 한 빨리, 그리고 갑작스럽게 기수를 드는 것이다. 이러한 반응은 지면과의 근접 정도가 증가함에 따라 증폭된다. 이것이 공중에서 어떻게 발생하는지를 시연하기 위해 조종사는 첫 번째 실속을 급하게 회복한 다음 다시 한 번 임계 받음각을 초과한다. 이러한 실속은 조종사가 받음각을 충분히 감소시키기 않았거나, 혹은 출력만을 사용하여 실속을 회복하려고 할 경우 발생할 수 있다. [그림 5-13]
만약 secondary stall이 발생하였다면 조종사는 실속 회복 절차를 다시 수행해야 한다(실속 경고가 사라질 만큼의 nose-down control을 가한 다음 날개를 수평으로 만들고, 삼타일치를 유지하고, 필요하다면 출력을 증가시킴). 비행기가 더 이상 실속 상태가 아닌 경우 조종사는 원하는 비행경로로 비행기를 되돌릴 수 있다. pilot certification에서 이는 demonstration-only maneuver이다. 오직 비행 교관 지원자만이 실기시험에서 이를 수행하도록 요구될 수 있다.
Accelerated stalls
조종사들은 accelerated stall의 원인을 이해할 수 있지만 이러한 실속이 어떻게 발생하고 발달하는지를 경험하기 위해서는 훈련이 필요하다. accelerated stall을 시연하는 목적은 비행기의 실속 특성을 결정하기 위해, +1G 실속 속도 이상의 속도에서 실속을 경험하기 위해, 그리고 이러한 실속 발생 시 본능적으로 회복하는 능력을 개발하기 위함이다. 이 기동은 오직 사업용 조종사와 비행 교관 지원자가 실기시험에서 수행, 혹은 시연하도록 요구될 수 있다. 그러나 모든 조종사들은 accelerated stall을 유발할 수 있는 상황에 대해, 이러한 유형의 실속을 어떻게 인지하는지에 대해, 그리고 이러한 실속 발생 시 적절한 회복을 어떻게 수행하는지에 대해 숙지해야 한다.
동일한 총 중량, 비행기 외장, CG 위치, 출력 설정, 그리고 환경적 조건일 때 비행기가 +1G 상태라면(즉, 안정된 상태이며 비가속 비행 중) 주어진 비행기는 항상 동일한 지시 속도에서 실속에 빠진다. 그러나 비행기가 +1G 이상의 가속을 받을 경우(예를 들어 선회, 기수 당김, 혹은 그 외 비행경로의 급격한 변화) 더 높은 지시 속도에서 실속에 빠질 수 있다. G-load가 +1G를 초과했을 때 발생하는 실속을 “accelerated maneuver stalls”라고 부른다. 부적절하게 수행된 선회, 실속 및 스핀 회복, 가파른 강하로부터의 기수 당김, 혹은 base에서 final 선회 시 overshooting 도중 accelerated stall이 가장 자주 발생한다. accelerated stall은 일반적으로 steep turns 도중 시연된다.
조종사는 wing flaps가 연장된 상태에서 accelerated stalls를 연습해서는 절대 안 된다. 왜냐하면 이 외장에서는 design G-load limitations가 낮기 때문이다. accelerated stalls는 대략 45도의 bank에서 수행되어야 한다. 또한 어떤 경우에도 비행기 제조업체의 권장 속도, 혹은 지정된 design maneuvering speed(VA)나 operating maneuvering speed(VO)보다 높은 속도에서 수행되어야 한다.
VA나 VO, 이 속도와 accelerated stalls의 관계, 그리고 비행기 무게에 따라 이 속도가 어떻게 변화하는지를 숙지하는 것이 중요하다. VA는 돌풍, 혹은 하나의 조종면에 가해진 full one-sided deflection에 의하여 구조적 손상 없이 positive design load limit이 가해질 수 있는 최대 속도이다. VO는 특정 비행기에서만 적용되는 과거의 운영 제한사항이다. 이는 특정한 무게에서 design limit load factor를 초과하지 않고도 full control을 적용할 수 있는 최대 속도를 나타낸다. 해당하는 VA나 VO이하의 속도로 accelerated stall을 수행할 경우 design load limit을 초과하기 전에 비행기가 임계 받음각에 도달하도록 만든다(이는 날개를 unload하게 만듦). VA나 VO이상의 속도에서는 임계 받음각 미만에서도 design load limit에 도달할 수 있다. 비행기의 무게가 실속 속도, 그리고 구조적 한계에 미치는 영향에 대한 추가적인 정보는 PHAK의 “Aerodynamics of Flight”에서 확인할 수 있다.
accelerated stall을 수행하는 방법에는 두 가지가 있다. 가장 일반적인 accelerated stall 절차는 VA나 VO이하의 속도에서 직진수평비행으로 시작된다. 조종사는 삼타일치 및 수평을 유지하면서 45도 bank로 roll를 수행한다. 그 다음 실속 발생 전까지 받음각을 부드럽게, 그리고 점진적으로 증가시킨다. 다른 방법으로는, VA나 VO이상의 속도에서 삼타일치 및 수평을 유지하면서 45도 bank로 roll을 수행한다. 속도가 VA나 VO로 감속한 이후 비가속 속도보다 5에서 10% 빠른 속도에 도달하였다면 실속이 발생하기 전까지 받음각을 점차 증가시킨다. back elevator pressure의 증가는 양력, 그리고 G load를 증가시킨다. G load는 조종사의 몸을 좌석 아래쪽으로 민다. 양력의 증가는 또한 항력을 증가시켜 속도를 감소시킬 수 있다. 조종사는 기동을 수행하기 전에 45도 bank(flaps up)에 대해 게재된 실속 속도를 알아야 한다. 이 속도는 일반적으로 AFM에 게재된다.
비행기가 일정한 고도에서 삼타일치 선회를 수행할 때 발생하는 실속은 날개 수평에서 발생하는 실속과 유사하다(단, stall buffet이 더 뚜렷할 수 있다). 삼타일치가 유지된 상태로 선회하던 도중 실속이 발생한 경우 날개 수평 상태에서 실속에 빠진 것과 마찬가지로 비행기 기수가 떨어진다. 왜냐하면 양쪽 날개가 거의 동시에 실속에 빠지려는 경향이 있기 때문이다. 만약 삼타일치가 제대로 유지되지 못한 상태에서 실속이 발생하였다면 받음각이 감소되기 전까지 bank angle이 변화하는 실속 특성이 발생할 수 있다. 실속의 첫 징후에(impending stall 훈련/체크일 경우), 혹은 실속이 완전히 발달한 이후에(full stall 훈련/체크일 경우) 회복 동작을 취하는 것이 중요하다. 이는 stall warning 제거를 위한 받음각 감소, ailerons를 통한 날개 수평, 삼타일치, 그리고 출력 조정을 통해 이루어진다. 갑작스러운 기동으로 인한 실속은 비가속 +1G 실속보다 더 심각한 경향이 있다. 이러한 실속들은 정상보다 높은 속도에서 발생하거나, 혹은 예상보다 낮은 pitch attitudes에서 발생할 수 있기 때문에 경험이 부족한 조종사들을 놀래게 만들 수 있다. 왜냐하면 accelerated stall은 비행기를 예상치 못한 자세에 놓이게 할 수 있기 때문이다. 즉각적인 회복을 수행하지 못할 경우 스핀에 진입하거나, 혹은 controlled flight를 벗어나게 만들 수 있다.
Cross-control Stall
cross-control stall 시연의 목적은 uncoordinated flight가 실속 특성에 미치는 영향을 보여준다. 또한 이는 선회 도중 coordinated flight를 유지하는 것의 중요성을 강조한다. 이 기동은 demonstration-only maneuver이다. 오직 교관 지원자만이 실기 시험 도중 이를 수행하도록 요구받을 수 있다. 그러나 모든 조종사들은 cross-control stall을 초래할 수 있는 상황을 숙지해야 한다. 또한 이러한 실속을 어떻게 인지하고 피하는지, 그리고 이러한 실속 발생 시 어떻게 회복하는지를 숙지해야 한다.
uncoordinated, cross-control stall의 공기역학적 효과는 부주의한 조종사들을 놀라게 할 수 있다. 왜냐하면 이러한 실속은 거의 경고 없이 발생할 수 있기 때문이다. 또한 이러한 실속이 지면 근처에서 발생하였을 시 매우 치명적일 수 있다. 기수가 떨어질 수 있고, bank angle이 갑자기 바뀔 수 있으며, 비행기가 반대 방향으로 계속하여 roll 할 수 있다(이는 보통 스핀의 시작임). 따라서 비행기가 spiral, 혹은 스핀에 진입하기 전에 실속 회복 절차를 따르는 것이 필수적이다(실속 경고가 사라지기 전까지 받음각을 감소시키고, 날개를 수평으로 roll하고, 삼타일치를 유지한다).
한 쪽 방향을 향하여 aileron을 가하고 그 반대 방향으로 rudder를 가한 상태에서(uncoordinated flight) 임계 받음각이 초과될 경우 cross-control stall이 발생한다. skidding cross-control stall은 장주 패턴에서 발생할 가능성이 가장 높다. 이는 부적절하게 계획 및 수행된 base-to-final approach turn 도중 나타난다. base leg에서 배풍 성분을 인지하지 못할 경우(높은 groundspeed) 조종사는 선회를 늦게 하거나, 혹은 충분하지 못한 bank를 가한다. 비행기가 활주로 중심선을 overshoots 하였다면 조종사는 bank angle을 증가시키고, back elevator pressure를 증가시키고, 선회 방향을 향하여 과도한 rudder를 가하여 이를 수정하려 시도한다. 안쪽 날개와 바깥쪽 날개간의 양력 차이가 증가할 것이며, 이는 원치 않는 bank angle 증가로 이어진다. 동시에 비행기의 기수가 수평선 아래로 떨어진다. 이에 대한 자연스러운 반응으로 조종사는 elevator control을 당길 수 있다(이는 임계 받음각을 향해 받음각을 증가시킴). 이러한 조종으로 인해 실속이 발생한 경우 비행기는 빠르게 스핀에 진입할 수 있다. “overshoot” 하였을 때에 대한 가장 안전한 조치는 복행을 수행하는 것이다. base-to-final approach turn은 상대적으로 낮은 고도에서 수행되므로 조종사는 30도 이상의 bank angle을 사용하지 않도록 해야 한다. 또한 overshoot을 수정할 경우 skidding turn을 수행해서는 안 된다.
실속을 수행하기 전에 조종사는 안전한 고도를 설정해야 한다(스핀 발생 시 회복을 위해). 그리고 throttle을 천천히 줄임과 동시에 주변에 다른 항적이 없는지 확인해야 한다. 그 다음 단계는 landing gear를 내리고(retractable gear를 장비한 경우), throttle을 닫고, 정상 활공 속도에 도달하기 전까지 고도를 유지한다. 비행기의 한계를 초과할 가능성을 피하기 위해 플랩을 연장해서는 안 된다. 활공 자세 및 속도를 설정하는 동안 비행기를 retrim 해야 한다. 활공이 안정되었다면 활주로 중심선을 overshoot 하는 final approach turn을 시뮬레이션하기 위해 medium-bank turn으로 roll을 수행한다.
선회 도중 조종사는 선회 방향을 향해 과도한 rudder를 부드럽게 적용해야 한다. 이때 반대쪽 aileron을 적용하여 bank가 일정하게 유지되도록 해야 한다. 동시에 기수가 낮아지는 것을 막고자 back elevator pressure를 증가한다. 이러한 조종간 압력을 비행기가 실속에 빠지기 전까지 증가해야 한다. 실속이 발생하면 실속 경고가 사라지기 전까지 받음각을 감소시키고, 과했던 rudder를 빼주고 날개를 수평으로 만들며, 필요한 만큼의 출력을 더해준다. 이를 통해 회복을 완료하고 원하는 비행경로로 되돌아간다.
Elevator Trim Stall
elevator trim stall demonstration은 복행을 위해 최대 출력을 가했을 때 적극적인 비행기 제어를 유지하지 않을 경우 어떤 일이 발생할 수 있는지를 보여준다. [그림 5-14] 이는 demonstration-only maneuver이다. 교관 지원자만이 실기시험에서 수행하도록 요구될 수 있다. 그러나 모든 조종사들은 elevator trim stall이 발생할 수 있는 상황을 숙지해야 한다. 또한 이러한 실속의 발달을 인지하는 것, 그리고 이를 방지하기 위해 적절한 조치를 취하는 것을 숙지해야 한다.
이러한 상황은 정상 착륙 접근이나 simulated forced-landing approach 도중 복행 절차를 수행할 때, 혹은 이륙 직후에 발생할 수 있다(이때 trim은 idle 시 정상 착륙 접근 활공 속도에 대하여 설정). 이러한 시연은 부드러운 출력 적용, 강력한 trim 압력 극복, 안전한 비행 자세 유지를 위한 적극적인 조종 유지, 그리고 시기적절한 trim 기술을 사용하는 것의 중요성을 보여준다. 이는 또한 이러한 실속으로 이어질 수 있는 상황을 피하게 만드는, elevator trim stall이 접근할 때 이를 인지하게 만드는, 그리고 full stall 상황을 방지하기 위해 신속 및 올바른 조치를 취하는 조종사 능력을 개발한다. 접근 및 착륙 도중 실제 복행 시 이러한 elevator trim stall이 발생하지 않도록 해야 한다.
안전한 고도에 도달한 후 그 지역에 다른 항적이 없음을 확인하였다면 조종사는 천천히 throttle을 당기고 landing gear를 연장한다(만약 비행기가 retractable gear를 장비한 경우). 그 다음 단계는 플랩을 one-half, 혹은 full position으로 연장하고, throttle을 닫고, 정상 활공 속도에 접근하기 전까지 고도를 유지하는 것이다.
정상 활공이 설정되었다면 조종사는 정상 착륙 접근 활공 상태로 비행기를 nose-up trim 한다. 이후 최대 가용 출력을 향해 부드럽게 throttle을 증가시킨다(복행을 수행할 때와 마찬가지로).
꼬리를 흐르는 propwash의 증가로 인한 영향, 그리고 elevator trim으로 인한 영향이 합쳐지면 기수가 급격히 올라감과 동시에 왼쪽으로 선회하려는 경향이 있다. throttle이 최대로 전진될 경우 pitch attitude가 정상 상승 자세보다 높아진다. 비행기가 실속에 접근하는 것이 명백한 경우 비행기를 정상 상승 자세로 되돌리기 전에 충분한 forward elevator pressure를 가하여 받음각을 감소시키고 실속 경보를 없애야 한다. 조종사는 무거운 조종간 압력을 완화하기 위해 trim을 조정한 다음 복행 절차를 완료하고 원하는 비행경로로 돌아가야 한다. full stall에 진입한 경우 임계 받음각 미만으로 받음각을 줄이기 위해 상당한 nose-down이 필요할 것이다(이는 상당한 고도 손실이 따를 것임).
Common Errors
intentional stalls를 수행하는데 있어 일반적인 오류들은 다음과 같다:
1. 주변을 충분히 확인하지 않음.
2. 회복 이후 다른 단서들은 배제하고 속도계와 slip-skid indicator만 의존함.
3. power-off, 혹은 power-on stall entry 도중 조종간을 너무 빠르게 당겨서 의도치 않은 accelerated stall로 이어짐.
4. impending stall 상황을 인지하지 못함.
5. impending stalls를 수행하는 도중 full stall을 방지하기 위한 시기적절한 조치를 취하지 못함.
6. turning stalls 도중 일정한 bank angle을 유지하지 못함.
7. 실속 및 회복 도중 적절한 삼타일치를 유지하지 못함.
8. full stall maneuver를 연습하는 도중 임계 받음각에 도달하기 전에 회복함.
9. 받음각을 줄이기 전에 wing leveler, 혹은 autopilot(만약 장비한 경우)의 연결을 해제하지 않음.
10. pitch control과 받음각의 중요성을 인지하지 않고 회복을 시도함.
11. 실속 경고가 사라기지 전까지 nose down control을 유지하지 않음.
12. 받음각을 줄이기 전에 날개를 수평으로 만들려 시도함.
13. 받음각을 줄이기 전에 출력을 사용하여 회복하려 시도함.
14. 받음각이 감소하고 실속 경고가 사라진 이후 날개를 수평으로 roll하지 못함.
15. 회복 도중 부주의로 인한 secondary stall.
16. 회복 도중 과도한 forward-elevator pressure로 인하여 낮은, 혹은 음의(-) G load.
17. 회복 도중 과도한 속도 증가.
18. 상황 인식을 상실하여 원하는 비행경로로 되돌아가지 못하거나, 혹은 ATC 지시를 따르지 못함.
Spin Awareness
스핀은 실속이 발생한 이후 발생할 수 있는 악화된 실속 상태이다. 실속 상황에서 yaw control을 제대로 다루지 못할 경우 스핀 진입 가능성이 높아진다. 스핀은 비행기가 아래를 향해 나선형으로 회전하게 만든다. 스핀 도중 비행기는 각 날개의 서로 다른 양력과 항력으로 인해 수직축을 중심으로 회전한다. 그리고 중력, rolling, yawing, 그리고 pitching으로 인하여 나선 경로 내에서 하강한다. [그림 5-15] 스핀의 종류는 다양하다. 스핀의 종류, 혹은 특정 비행기에서 발생하는 스핀의 종류는 비행기 설계, 적재, 조종간 입력, 그리고 밀도 고도에 의한 것일 수 있다. 모든 스핀에서 적어도 한 쪽 날개는 실속에 빠진다. 비행 중인 모델에 적합한 스핀 회복 기술을 위해 비행기 POH를 참조한다. POH의 절차는 이 장의 정보보다 우선된다.
스핀은 적어도 하나의 날개가 임계 받음각을 초과하였을 때 비행기에 sideslip, 혹은 yaw가 작용한 경우 발생한다. 잘못된 rudder의 적용, aileron 적용으로 인해 발생한 adverse yaw, 엔진/프로펠러 영향(p-factor, torque, spiraling slipstream, gyroscopic precession), 그리고 wind shear(예를 들어 wake turbulence)로 인하여 비행기는 yaw 할 것이다. 잘못된 rudder 적용으로 인해 yaw가 발생한 경우 조종사는 비행기가 roll off 하기 전까지 임계 받음각이 초과되었음을 인지하지 못할 수 있다. 비행기가 slipping, 혹은 skidding tun하는 도중 발생하는 실속은 rudder를 적용한 방향을 향해(어느 쪽 wingtip이 올라가든 상관없이) 스핀으로 진입하게 만들 수 있다. 조종사가 즉시 실속 회복을 수행하지 않으면 비행기가 스핀에 진입할 수 있다.
방향 제어를 유지하는 것, 그리고 실속 회복 전에 기수가 yaw 하지 않도록 유지하는 것이 스핀을 방지하는 핵심 요소이다. 기수가 yaw 하지 않으려면, 그리고 날개가 bank 지지 않으려면 정확한 양의 rudder가 적용되어야 한다.
현대의 비행기는 옛날 비행기에 비해 스핀에 진입하지 않으려 한다. 그러나 스핀이 불가능한 것은 아니다. 선회, 실속, 그리고 uncoordinated slow flight 도중 조심성 없이 조종할 경우 현대의 비행기라 할지라도 accidental spin에 빠지게 할 수 있다. accidental stall/spin으로 이어질 수 있는 상황을 피하는 것의 숙달, 그리고 정상 비행으로 회복하기 위해 신속하게 올바른 조처를 하는 것의 숙달이 필수적이다. 스핀에 진입하기 위해선 비행기가 실속에 빠지고 yaw 해야 한다. 따라서 지속적인 실속 인지 및 회복의 연습은 approaching spin을 인식하는데 있어 더욱 본능적이고 신속한 반응을 개발하는데 도움을 준다. spin, 혹은 approaching spin을 인지하였다면 조종사는 즉시 스핀 회복 절차를 수행해야 한다.
Spin Procedures
스핀 시연을 위한 첫 번째 규칙은 비행기가 스핀에 대해 승인이 되어있는지 확인하는 것이다. 이 설명은 일반적인 스핀 절차를 다룬다는 점을 참고 부탁한다. 여기서는 특정 비행기에서 필요로 하는 특별한 스핀 절차, 혹은 기술을 다루지 않는다. 안전을 위해서 스핀을 시도하기 전에 먼저 AFM/POH와 규정을 주의 깊게 검토해야 한다. 이러한 검토에는 다음 항목들이 포함되어야 한다:
∙AFM/POH의 limitations section, placards, 혹은 type certification data를 통해 비행기가 스핀에 대해 승인되어 있는지 확인
∙weight and balance 한계
∙권장되는 스핀 진입 및 회복 절차
∙현재의 14 CFR part 91 parachute 요건
또한 철저한 비행 전 점검이 필수적이다. 물품들이 과하게 적재되었거나, 혹은 단단히 고정되지 않은 경우 비행기의 무게, CG, 그리고 조종성에 영향을 미칠 수 있으므로 특히 중점을 둔다. 또한 제조업체가 결정한 CG 제한 이내에 있는지를 확인하는 것이 중요하다. control cables(특히 rudder와 elevator)가 느슨할 경우 스핀 회복을 위한 최대 조종간 적용을 못하게 만들 수 있다. 이는 일부 비행기에서 회복을 지연시키거나, 혹은 불가능하게 만들 수 있다.
intentional spin을 수행하기 전에 비행기 위아래로 항적이 없는지 확인한다. 스핀 진입을 위해 감속하는 동안 이를 수행할 수 있다. 또한 모든 스핀의 회복이 1,500ft AGL에서 완료될 수 있을 정도로 높은 고도에서 수행되어야 한다. 스핀의 첫 선회는 대략 1,000ft의 고도 손실을 초래하는 반면, 그 이후에는 매 선회마다 약 500ft를 손실한다.
clean 외장에서 power-on stall과 power-off stall을 연습한 이후에 스핀 훈련을 시작하는 것이 적절할 수 있다. 이러한 훈련은 조종사로 하여금 비행기의 특정한 실속 및 회복 특성을 숙지하는데 도움이 된다. 훈련 도중 조종사는 출력(throttle)의 조작에 주의해야 하며 제조업체가 권장하는 경우 carburetor heat(만약 장비한 경우)을 적용해야 한다. 스핀에는 네 가지 단계가 있다: entry, incipient, developed, recovery. [그림 5-16]
Entry phase
entry phase에서 조종사는 스핀에 필요한 요소들을 의도적으로, 혹은 우발적으로 만든다. 스핀을 시연하기 위한 진입 절차는 power-off stall과 유사하다. entry 도중 조종사는 천천히 출력을 idle로 감소시킴과 동시에 실속이 발생할 정도의 pitch attitude로 기수를 든다. 비행기가 실속에 접근할 때 조종사는 스핀을 발생시킬 방향으로 full rudder를 부드럽게 적용한다. 이와 동시에 full back (up) elevator를 적용한다. AFM/POH에서 달리 명시하지 않는 한 aileron은 neutral position으로 유지한다.
Incipient phase
incipient phase는 비행기가 실속에 빠져 회전하기 시작할 때부터 스핀이 완전히 발달하기 전까지를 의미한다. 이 단계에서 대부분의 비행기는 2번에서 4번의 선회를 할 수 있다. 이 단계에서 공기역학적 힘과 관성력이 균형을 이루지 못한다. incipient phase가 발전함에 따라 지시 속도가 낮은 속도에서 일정하게 안정화될 것이며 turn indicator의 symbolic airplane이 스핀 방향을 지시할 것이다. 스핀 방향을 결정하기 위해 slip/skid ball(inclinometer)를 사용해서는 안 된다. 비행기 내의 계기 위치는 스핀 방향이 아닌 ball의 움직임을 결정한다. 예를 들어, 비행기의 왼쪽에 ball이 장착된 경우 설령 오른쪽으로 스핀 한다 하여도 항상 왼쪽으로 움직인다.
조종사는 360도 선회가 완료되기 전에 incipient spin 회복 절차를 시작해야 한다. 조종사는 선회 반대 방향으로 full rudder를 적용해야 한다. 만약 방향 감각을 잃었다면 turn indicator를 사용한다.
incipient spins는 초기 스핀 훈련 및 회복 기술에서 가장 일반적으로 사용되는 기동이다.
Developed phase
developed phase는 비행기의 속도, 수직 속도, 그리고 각 회전 속도가 수직 비행경로에서 안정화 되었을 때 발생한다. developed phase에서는 공기역학적 힘과 관성력이 균형을 이룬다. 그리고 수직축에 대한 비행기의 자세, 각도, 그리고 자동으로 계속되는 움직임들이 일정하거나 반복적이다. 스핀은 평형 상태에 놓인다. 일부 훈련 비행기는 developed phase에 진입하지 않지만 incipient phase에서 spiral dive로 예기치 않게 전환될 수 있음을 유의해야 한다. spiral dive에서 비행기는 평형 상태에 놓이지 않는 대신 가속을 하여 그 결과 G load가 급격히 증가할 수 있다.
Recovery phase
선회가 멈추고 받음각이 임계 받음각 미만으로 감소하면 recovery phase가 달성된다. 비행기에 따라, 그리고 스핀의 유형에 따라 회복을 위해 적게는 4분의 1바퀴에서 많게는 몇 바퀴가 소요될 수 있다. 회전평형을 깨뜨리기 위해 조종사는 선회가 멈추도록, 그리고 날개가 실속에서 벗어도록 조종간을 적용한다. 스핀 회복을 위해 조종사는 항상 제조업체의 권장 절차를 따라야 한다. 제조업체가 권장하는 스핀 회복 절차와 기술이 없다면 그림 5-17의 6단계 스핀 회복 절차를 사용한다. 스핀 전에 flaps 및/혹은retractable landing gear가 연장되어 있었다면 스핀 진입 이후 이를 최대한 빨리 올려야 한다.
다음은 스핀 회복을 위해 따라야 하는 6단계를 설명한다:
1. 출력(throttle)을 idle로 줄인다. 출력은 스핀 특성을 악화시킨다. 출력은 더욱 평평한 스핀 자세를 초래할 수 있으며 보통 선회 속도를 증가시킨다.
2. ailerons를 neutral에 둔다. ailerons는 스핀 회복에 악영향을 미칠 수 있다. 스핀 방향으로 aileron을 가할 경우 선회 속도를 증가시킬 수 있다. 또한 스핀 자세를 가파르게 만들 수 있으며 회복을 지연시킬 수 있다. 스핀의 반대 방향으로 aileron을 가할 경우 스핀 자세를 더욱 평평하게 만들 수 있으며 회복을 지연시킬 수 있다(심지어 회복 불가능한 스핀을 유발할 수도 있음). 가장 좋은 절차는 ailerons를 neutral에 두는 것이다.
3. 선회가 멈출 때까지 선회 반대 방향을 향해 full rudder를 적용한다. 일반적인 single-engine airplanes에서 회복을 위한 가장 중요한 조작은 rudder이다. 선회 반대 방향을 향해 빠르게 full rudder를 적용한다. 스핀 회복 도중에는 느린rudder 적용을 피한다. 이는 비행기가 계속해서 선회하게 만들 수 있다. 빠르게 rudder를 적용해야 더욱 확실한 스핀 회복이 이어진다.
4. 빠르게 straight-forward elevator를 적용한다. 이는 full rudder를 적용한 이후 바로 수행되어야 한다. 이 단계를 수행하기 전에 선회가 멈추기를 기다리지 않는다. elevator의 확실한 움직임은 받음각을 감소시켜 비행기를 실속에서 벗어나게 만든다. 경우에 따라 회복을 위해 full forward elevator가 필요할 수 있다. 스핀이 멈추기 전까지 조종간을 이 위치에 단단히 고정한다. (NOTE: 만약 속도가 증가한다면 비행기는 더 이상 스핀 상태가 아니다. 스핀 도중 비행기는 실속에 빠진 상태이다. 따라서 지시 속도는 상대적으로 낮고 일정하며 가속하지 않는다.)
5. 스핀이 멈춘 후 rudder를 풀어준다. 증속 도중 rudder를 풀어주지 못하면 yawing이나sideslipping이 발생한다.
6. 수평 비행으로 돌아가기 위해 back elevator pressure를 가해준 뒤 출력을 조절한다. 이때 과도한 back elevator pressure를 가하지 않도록 주의한다. 과도한 back elevator pressure는 secondary stall을 유발할 수 있으며 이는 또 다른 스핀으로 이어질 수 있다. 기수를 당기는 도중 G-load 한계와 속도 제한을 초과하지 않도록 한다.
다시 한번 말하지만 이 스핀 회복 절차는 제조업체의 절차가 없는 경우에만 사용하도록 권장된다. 조종사는 항상 제조업체의 스핀 회복 절차를 숙지하고 있어야 한다.
Intentional Spins
만약 제조업체가 스핀에 대해 특별히 승인하지 않는다면 CFR에 의해 intentional spins가 허가되지 않는다. 스핀 기동이 승인되었는지의 여부를 결정하는 공식적인 방법은 다음과 같다:
∙Type Certificate Data Sheets, 혹은 항공기 설명서
∙총 중량, CG range, 혹은 연료량에 대하여 AFM/POH의 limitation section
∙조종사의 시야에 잘 들어오는 곳에 있는 placard(예: “NO ACROBATIC MANEUVERS INCLUDING SPINS APPROVED”)
스핀이 승인되지 않은 비행기의 경우 fully-developed spin에서의 회복이 가능하다는 보장이 없다. 불행히도 사고 기록에 따르면 조종사들이 의도적으로 스핀 제한을 무시하는 사건들을 보여준다. 이러한 비행기에서 intentional spins를 금지하는 placard가 설치되어있음에도 불구하고 일부 조종사들은(그리고 심지어 일부 교관들은) 스핀 제한이 감항 기준의 “세부 조항”에서 비롯된 것이라 합리화하여 기동을 정당화한다. 그들은 비행기가 증명 과정에서 스핀 테스트를 받았다면 스핀을 시연하거나 연습함으로 인해 문제가 발생하지 않아야 한다고 믿는다.
이러한 조종사들은 14 CFR part 23, section 23.221(a)에 따른 normal category single-engine airplanes의 증명에 대한 사실을 간과한다. 이에 따르면 이러한 비행기는 한 번의 스핀, 혹은 3초의 스핀(이들 중 더 오래 걸리는 것)으로부터 회복을 위한 첫 번째 조작이 이루어진 이후 한 번 이내의 추가 선회로부터 회복이 완료되거나, 혹은 section 23.221(a)의 선택적 스핀 저항 조건을 준수함을 입증할 수 있어야 한다. 다시 말해, 이러한 비행기들 중 다수는 fully developed spin으로부터 회복되도록 요구되지 않는다. 14 CFR part 23, section 23.2150은 앞으로 이 규정에 따라 증명되는 비행기의 스핀 특성과 관련된 현재의 증명 조건을 명시한다. 스핀이 승인되지 않은 모든 비행기에서는 어떤 상황에서도 fully developed spin에서 회복이 가능하다는 보장이 절대 없다. intentional spin이 승인되지 않다는 placard가 부착된 비행기의 조종사는 비행기가 스핀에 빠질 경우 제어가 불가능할 수 있다고 가정해야 한다.
Weight and Balance Requirements Related to Spins
스핀이 승인된 비행기의 경우 weight and balance 조건 준수는 스핀의 안전한 수행 및 회복을 위해 중요하다. 무게나 균형의 사소한 변화는 비행기의 스핀 회복 특성에 영향을 미칠 수 있다는 것을 조종사는 알아야 한다. 이러한 변화는 스핀 기동 및/혹은 회복 특성을 저하하거나, 혹은 향상할 수 있다. 예를 들어 aft baggage compartment에 무게가 추가되거나, 혹은 연료가 추가될 경우 비행기가 CG 이내에서 작동한다 하여도 스핀 및 회복 특성에 심각한 영향을 미칠 수 있다. utility category(제한된 aft CG, 그리고 감소한 무게)에서는 의도적인 스핀이 어려운 비행기가 normal category(덜 제한된 aft CG, 그리고 증가한 무게)에서는 쉽게 스핀에 진입할 수 있다. 이러한 상황은 더 높은 받음각을 발생시킬 수 있는 비행기의 능력으로부터 발생한다. 스핀이 승인된 utility category 비행기가 normal category에 따라 적재된 경우 비행기가 한 바퀴 이상의 스핀에 빠졌을 때 회복되지 못할 수 있다.
Common Errors
intentional spins를 수행함에 있어 일반적인 오류는 다음과 같다:
1. spin entry 시 원하는 스핀 방향을 향해 full rudder pressure를 가하지 못함.
2. spin entry 시 full up-elevator pressure를 적용 및 유지하지 못하여 spiral이 발생함.
3. spin entry 이전에 fully-stalled condition을 달성하지 못함.
4. 회복 도중 full rudder를 빠르게 적용하지 못함.
5. 회복 도중 충분한 forward-elevator를 적용하지 못함.
6. forward-elevator를 적용하기 전에 선회가 멈추기를 기다림.
7. 선회가 멈춘 후 rudder를 neutralize 하지 못함(이는 secondary spin으로 이어질 수 있음)
8. 회복 도중 느린, 그리고 지나치게 조심스러운 조종간 조작
9. 선회가 멈춘 후 과도한 back-elevator pressure를 가함(이는 secondary stall로 이어질 수 있음)
10. 회복 도중 불충분한 back-elevator pressure를 가하여 과도한 속도로 이어짐
Spiral Dive
spiral dive(nose-low upset)는 비행 속도와 G-load가 급격히 증가하는 하강 선회이다. 이는 종종 잘못된 선회로 인하여 발생한다. spiral dive에서 비행기는 거의 수직에 가까운 자세로 매우 촘촘한 원을 그린다. 그리고 비행기는 더 이상 실속 상태가 아니기 때문에 가속할 것이다. 조종사들은 일반적으로 부주의한 IMC 조우 상황에서 spiral dive를 하게 되는데, 이때 조종사들은 비행 계기보다 운동 감각에 의존하는 경우가 많다. 다른 감각에 의해 집중이 산만해진 조종사는 약간의 nose-low, wing-low, 하강 선회로 쉽게 진입할 수 있으며 적어도 초기에는 이 오류를 인식하지 못한다. 특히 IMC에서는 속도가 높아지는 소리만이 조종사에게 상황이 발전함을 알려주는 것일 수 있다. 가파른 nose-down 자세와 steep bank를 인지하여 깜짝 놀란 조종사는 날개를 수평으로 roll 함과 동시에 조종간을 빠르게 당길 수 있다. 이에 따라 공기역학적 하중이 발생하여 기체의 구조적 손상 그리고/혹은 고장을 일으킬 수 있다.
다음은 조종사가 spiral dive에서 회복하기 위해 사용해야 하는 5가지 단계에 대한 설명이다:
1. 출력(throttle)을 idle로 줄인다. 즉시 출력을 idle로 줄여 가속을 늦춘다.
2. forward-elevator를 가한다. 날개를 수평으로 만들기 전에 비행기의 G-load를 unload 하는 것이 중요하다(“unload the wing”). 이것은 대략 +1G로 돌아가기 위해 약간의 forward-elevator pressure를 가함으로써 이루어진다. aft elevator로 인해 spiral이 악화되지 않도록 forward-elevator를 충분히 가한다. 다음 단계인 날개 수평을 수행하기 전에 이러한 forward-elevator를 가하는 것은 몇 가지 이점이 있다(받음각 감소, G-load 감소, 선회 반경을 증가시킴과 동시에 선회율 감소, 그리고 rolling pullout 방지). rolling pullout 시 비행기의 design limit을 더 쉽게 초과하므로 날개 수평 이전에 G-load를 감소시키지 않으면 구조적 손상, 혹은 고장이 발생할 수 있다.
3. 삼타일치를 적용하여 날개를 수평으로 되돌린다. 비행기가 nose-low 자세라 하더라도 4단계를 수행하기 전에 날개를 완전히 수평으로 만들어야 한다.
4. 수평 비행을 향해 기수를 부드럽게 들어 올린다. spiral dive 도중인 비행기는 VNE속도 이상일 가능성이 있다. 따라서 구조적 고장을 방지하기 위해 이 시점에서는 조종을 천천히, 그리고 부드럽게 수행한다. 속도가 안전한 수준으로 감소한 후에 기수를 상승 자세로 올린다.
5. 상승 출력으로 증가시킨다. 속도가 VY로 안정되었다면 상승 출력을 적용하고 안전한 고도로 상승한다.
일반적인 spiral dive 회복 절차는 그림 5-18에 요약되어 있다.
Common Errors
spiral dive로부터 회복할 때 일반적인 오류는 다음과 같다:
1. 우선 출력을 줄여주지 못함
2. 실수로 출력을 더함
3. 날개를 수평으로 만들지 않고 dive에서 당기려고 시도함
4. 날개를 수평으로 만듦과 동시에 dive에서 당김
5. 날개를 수평으로 만들기 전에 G를 unload 하지 않음
6. 상승이 이루어진 이후 출력을 추가하지 않음
UPRT Summary
주목해야 할 중요한 점은 UPRT 기술들이 복잡하며 까먹기 쉽다는 것이다. 올바른 심성 모형을 확립하기 위해서는 반복이 필요하며 계속된 연습/훈련 또한 필요하다. UPRT 절차가 소개 및 수행되는 맥락 또한 중요한 고려사항이다. 예를 들어 특정 절차가 광범위한 적용 가능성을 갖는지, 혹은 특정한 형식에 한정되어 있는지를 조종사는 명확히 이해해야 한다. 최고 수준의 학습을 달성하기 위한 최상의 접근 방법은 주어진 절차의 가장 광범위한 형태로 시작한 이후 특정한 형식의 요구사항으로 범위를 좁히는 것이다.
조종사의 가장 기본적이면서 중요한 책임은 항공기 제어를 유지하는 것이다. 따라서 초기 비행 훈련은 일반적으로 “예상된” 환경에서 비행기를 안전한 방식으로 조종할 수 있는 기술을 제공하며 upset, 그리고 실속 상황에 대한 일부 지침이 추가된다.
이 장에서는 받음각에 중점을 두어 기본적인 비행기 제어 요소들에 대해 논의하였다. 또한 LOC-I(실속과 비행기 upset을 포함)로 이어질 수 있는 상황과 시나리오에 대한 논의를 제공하였다. 그리고 slow flight, 실속 및 실속 회복, 스핀 인식 및 회복, upset 예방 및 회복, 그리고 spiral dive 회복에 대한 숙련도 개발의 중요성에 대해 논의하였다.
기본 훈련을 통해선 비행기가 마주칠 수 있는 모든 우발적 상황을 다룰 수 없다는 점을 조종사는 이해해야 한다. 조종사들은 정상 운영에 대한 반복적/추가적 교육을 받아야 한다. 또한 그들의 초기 증명 조건을 넘어서는 비행 기술을 개발시켜주는 교육을 받아야 한다.
다발 비행기, 그리고 터보제트 비행기에서 이러한 기동 중 일부를 수행하는 것에 대한 추가 고려사항이 있다면 Chapter 12와 15를 각각 참조한다.
추가적인 advisory circular(AC) 지침은 www.faa.gov에서 확인할 수 있다:
1. AC 61-67(개정판), Stall and Spin Awareness Training
2. AC 120-109(개정판), Stall Prevention and Recovery Training
3. AC 121-111(개정판), Upset Prevention and Recovery Training
