Instructor-pang

Introduction

연간 전체 general aviation(GA) 사고 중 20%가 이륙 및 상승 도중 발생한다. 그리고 이 사고들 중 절반 이상이 다소 조종사의 실수에 의한 것이다. 상당한 수의 이륙 사고는 비행기 제어 상실의 결과이다. 전체적인 비행 흐름에 비교해보면 상승 단계는 비교적 짧다. 그러나 조종사의 업무량은 매우 많다. 이 장은 일반적인 상황, 그리고 최대 성능을 요구하는 상황에서의 비행기 이륙 및 상승에 대해 설명한다.

이는 비교적 간단해 보일 수 있다. 허나 이륙은 종종 비행의 어떤 단계보다도 위험을 포함한다. 절차와 기술에 대한 철저한 지식, 그리고 수행 능력은 아무리 강조해도 지나치지 않다.

이 장에서는 tricycle landing gear(nose-wheel) 비행기를 중심으로 설명한다. 종래의 비행기(tail-wheel)를 위한 절차는 Chapter 14: Transition to Tailwheel Airplanes에서 다룬다. 특정 비행기의 외장, 속도, 그리고 이륙 및 상승에 대한 그 외의 정보와 연관된 제조업체의 권장 절차는 해당 비행기에 대해 FAA(Federal Aviation Administration)가 승인한 AFM(Airplane Flight Manual)/POH(Pilot’s Operating Handbook)에 포함되어 있다. 만약 이 장의 정보가 AFM/POH에 포함된 비행기 제조업체의 권장사항과 다르다면 비행기 제조업체의 권장사항이 우선된다.

Terms and Definitions

비록 이륙 및 상승은 하나의 연속적인 기동이지만 설명을 위해 이를 세 단계로 나눈다: 1.) takeoff roll, 2.) lift-off, 3.) initial climb after becoming airborne. 그림 6-1과 아래의 세부 사항들을 참조한다

 

• Takeoff roll(ground roll)은 비행기가 정지 상태에서 부양을 위한 충분한 양력을 만드는 속도까지 가속하는 구간이다.

• Lift-off는 날개가 항공기의 무게를 지면으로부터 들어 올릴 때다. 대부분의 비행기에서 이는 조종사가 받음각을 증가시키기 위해 nose up을 수행한 결과이다.

• initial climb는 비행기가 지면을 벗어나고 climb pitch attitude가 만들어졌을 때 시작된다. 보통 비행기가 safe maneuvering altitude에 도달하였을 때, 혹은 en route climb로 설정되었을 때 initial climb가 완료되었다고 간주 된다.

Prior to Takeoff

비행기로 향하기 전에 조종사는 예상되는 성능을 확인하기 위해, 그리고 현재 지역과 상태에서 안전한 이륙 및 상승이 가능한지를 결정하기 위해 POH/AFM 성능 차트를 확인하여야 한다. [그림 6-2] 높은 밀도 고도는 엔진과 프로펠러 성능을 낮추고, takeoff rolls를 증가시키고, 상승 성능을 감소시킨다. 밀도고도에 대한 더욱 자세한 설명, 그리고 밀도 고도가 비행기 성능에 미치는 영향에 대해서는 Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge(FAA-H-8083-25)에서 확인할 수 있다.

Normal Takeoff

정상 이륙은 바람을 향하여 나아가는 이륙을 의미한다. 때로는 배풍을 동반한 이륙이 필요한 경우도 있다. 조종사는 항공기가 배풍에서의 이륙이 승인되어 있는지, 그리고 이륙을 위한 충분한 성능과 활주로 길이가 존재하는지를 확인하기 위해 POH/AFM을 참조해야 한다. 조종사는 또한 이륙 표면이 단단한지, 그리고 정상적인 이륙 및 상승 속도로 비행기가 가속될 수 있을 만큼 활주로 길이가 충분한지, 그리고 이륙 경로를 따라 장애물이 없는지를 확인해야 한다.

최대한 바람을 향하여 이륙이 이루어져야 하는 두 가지 이유가 있다. 첫째, 비행기는 대기속도(airspeed)에 의존하는데 정풍은 비행기가 바람을 향하여 가속을 시작하기 전에 대기속도의 일부를 제공한다. 둘째, 정풍은 이륙 속도를 달성하는데 필요한 ground speed를 감소시킨다. ground speed가 느려질수록 이륙 활주 거리가 짧아지며 그 결과 landing gear의 마모와 응력이 줄어든다.

Takeoff Roll

대부분의 범용 항공 비행기에서는 비행기와 nose-wheel을 활주로에 정렬시키기 위해 rudder pedals가 사용된다. 브레이크를 놓은 후에는 throttle을 이륙 출력까지 부드럽고 연속적으로 증가시킨다. 갑작스럽게 출력을 적용하면 비행기가 왼쪽으로 급격히 yaw 할 수 있다. 왜냐하면 엔진과 프로펠러의 torque effect 때문이다. 이는 마력이 높은 엔진에서 가장 극명하게 나타난다. 비행기가 전방으로 움직이기 시작하면 양쪽 발이 rudder pedals에 있는지 확인해야 한다. 발끝이나 발볼은 브레이크가 아니라 rudder에 있어야 한다. takeoff roll 도중 엔진 계기들의 고장 지시를 확인해야 한다.

nose-wheel type 비행기에서는 elevator를 안정시키는데 필요한 압력 이상으로 elevator control에 압력을 가하지 않아도 된다. 불필요한 압력을 적용하면 오히려 이륙이 더 어려워지며 조종사가 이륙 자세를 만들기 위해 elevator 압력을 적용해야하는 시점을 인지하지 못하게 만든다.

비행기 속도가 증가하면 elevator는 neutral position을 취하는 경향이 있다(단, 항공기가 올바르게 trim 된 경우). 이때 비행기의 기수가 활주로를 향하고 중심선에 평행하도록 rudder pedals를 사용해야 한다. 이륙 초기에 엔진 torque effect와 P-factor effect는 기수를 좌측으로 잡아당긴다. 조종사는 이러한 영향이나 바람을 수정하기 위해 rudder 압력을 가해야 한다. 조종사는 방향 제어를 위해 브레이크를 사용하는 것을 피해야 한다. 이는 가속을 늦추고, 이륙 거리를 증가시키며, 심하게 방향이 틀어지는 결과로 이어지기 때문이다.

이륙 활주 속도가 증가함에 따라 조종간에서 점점 더 많은 압력이 느껴질 것이다(특히 elevator와 rudder에서). 만약 꼬리 표면이 propeller slipstream의 영향을 받는다면 이 부분이 먼저 효율적이게 된다. 속도가 계속하여 증가함에 따라 모든 조종면들이 세 가지 축에 대해 항공기를 기동할 수 있을 정도로 효율적이게 된다. 이때부터는 방향 유지를 위해 점점 더 적은 rudder가 필요하다.

조종간 움직임에 대한 저항과 비행기 반응은 조종성을 나타내는 유일한 지표이다. 조종간 움직임에 대한 저항은 비행기의 속도가 아닌 비행기의 조종성을 측정한다. 조종성을 결정하기 위해선 조종간 압력에 대한 비행기의 반응을 의식해야 하며 비행기를 조종하는데 필요한 수준으로 압력을 즉시 조정해야 한다. 조종사는 현재 적용 중인 조종간 압력에 대한 비행기의 반응을 기다려야 하며 조종 압력에 대한 조종간 저항을 감지해야 한다.

학생들은 보통 비행기 속도에 따른 조종간 압력 변화를 완전히 이해하지 못한다. 학생들은 익숙한, 그리고 예상되는 압력을 찾아 조종간을 광범위하게 움직이려는 경향이 있다. 이는 결과적으로 비행기를 과조작하게 만든다.

이러한 조작에 대해 비행기가 느리게 반응할 경우 상황이 악화될 수 있다. 교관은 학생이 조종간 조작과 비행기 반응에 대해 적절하게 대응할 수 있도록 도와야 한다. 비행기의 움직임을 판단하기 위해선 적절한 바깥 참조물을 사용해야 한다는 것을 교관은 강조해야 한다. 이륙 시 학생은 활주로와 정렬된 두 지점을 멀리 바라보아야 한다. 교관은 학생들로 하여금 조종간을 가볍게 쥐도록, 그리고 저항을 느끼도록 해야 한다. 또한 교관은 조종간 조작량에 대한 단서를 제공하는 외부 참조물을, 그리고 대기속도가 증가함에 따라 압력과 반응이 어떻게 변화하는지를 지적해야 한다. 연습을 통해 학생들은 lift-off speed까지의 가속에 대한 비행기 반응에, 필요한 수정 조작에, 그리고 이륙을 위해 필요한 바깥 참조물에 익숙해져야 한다.

Lift-off

올바른 이륙은 올바른 이륙 자세에 달려있으므로 이러한 자세가 어떻게 보이는지와 어떻게 만들어지는지를 아는 것이 매우 중요하다. 이상적인 이륙 자세가 만들어지면 비행기가 부양한 직후 약간의 pitch 조절만으로도 VY 속도에 도달할 수 있다. [그림 6-3] 교관은 VY 속도로 가속하는데 필요한 pitch 자세를 시연해야 하며 학생은 이를 기억해야 한다. 교관은 학생들이 lift-off 직후에 과도한 back-elevator pressure를 유지하여 갑작스러운 pitch-up이 발생할 수도 있음을 유의해야 한다.

비행기 형식마다 정상 이륙을 위한 최적의 pitch 자세가 존재한다. 허나 상황에 따라 이륙 기술이 달라질 수 있다. 거친 지역, 매끄러운 지역, 단단한 활주로, 혹은 짧거나 부드러운 진흙 지역은 모두 약간씩 다른 기술을 필요로 한다. 강한 돌풍 또한 다른 기술을 필요로 한다. 정상 상황 이외의 조건들에 대한 다양한 기술들은 이 장의 뒷부분에서 설명된다.

이륙 활주 도중 모든 조종면이 효율적이게 되면 조종사는 활주로로부터 nose-wheel을 약간 들어 올리기 위해 점진적으로 back-elevator 압력을 적용하여 takeoff attitude나 lift-off attitude를 설정해야 한다. 이것이 이륙 및 상승을 위한 “rotation”이다. 비행기가 지면으로부터 부양하였다면 상승 속도를 유지하기 위한 pitch 자세를 elevator control로 유지해야 한다. 그리고 과도한 조종간 압력 없이도 해당 pitch 자세를 유지하기 위해 trim을 수행해야 한다. 부양 후에 날개를 수평으로 만들어야 하며 삼타일치를 위해 rudder를 사용해야 한다.

(ATP: rotation이 충분하지 않으면 구름 저항[rolling resistance]이 증가하거나, 혹은 이륙하기 전에 과도한 속도로 가속해야 할 수 있다.)

rotation 이후 비행기가 부양하기 전까지는 약간 높은 pitch 자세가 유지되어야 한다. 활주로 중심선을 따라 비행기의 경로를 유지하기 위해 rudder를 사용해야 한다. 과도한 back-elevator 압력을 적용하면 pitch 자세가 지나치게 높아져서 이륙이 지연될 수 있다. 과도하고 급격한 pitch 자세 변화는 그에 비례한 torque effect 변화로 이어지며 그 결과 비행기 조작이 더 어려워진다.

비행기를 강제로 부양시킬 수 있긴 하지만 이는 안전하지 않은 방법으로 여겨지므로 일반적인 상황에서는 피해야 한다. 만약 충분한 속도를 얻기 전에 과한 back-elevator 압력을 가하여 비행기를 강제로 부양시켰다면 과도한 날개 받음각으로 인해 비행기가 다시 활주로에 안착할 수 있다(혹은 심지어 실속이 발생할 수도 있음). 부양 이후에 back-elevator pressure를 유지하지 못하거나 기수를 과도하게 내려도 비행기가 활주로에 다시 안착할 수 있다. 따라서 rotation이나 lift-off 후에 정확한 자세를 일정하게 유지하는 것이 중요하다.

비행기가 지면을 벗어나면 날개를 수평 자세로 만들고 적절한 pitch 자세를 유지해야 한다. 이때 올바른 pitch 자세와 bank 자세를 유지하기 위해 바깥을 더욱 집중해서 살펴야 한다. 낮은 속도로 인해 조종간 반응성이 떨어지므로 예상되는 반응을 얻기 위해선 큰 조종간 조작이 필요하다. 초보 조종사는 종종 항공기의 pitch attitude 및/혹은 airspeed indicator에 고착되어 bank 조작을 소홀히 하는 경향이 있다. 엔진의 torque는 rolling force를 가하는 경향이 있는데 이는 landing gear가 지면을 떠나는 순간 가장 극명하다.

강한 돌풍 조건에서 이륙하는 경우에는 비행기가 지면을 벗어나기 전에 여유 속도를 확보하는 것이 좋다. 정상 이륙 속도로 이륙한 비행기가 강한 돌풍이나 기타 난기류 속에서 갑자기 소강상태에 진입할 경우 비행기가 제대로 제어되지 못하거나 실속에 빠질 수 있다. 이 경우 조종사는 비행기가 지상에 더 오래 머무르도록 하여 속도를 높인 다음 부드럽고 확실하게 rotation을 적용하여 지면으로부터 벗어나야 한다.

Initial Climb

이륙 후에는 비행기가 VY로 가속될 수 있는 대략적인 pitch 자세가 설정되어야 한다. VY는 단위 시간당 항공기가 가장 많은 고도를 얻을 수 있는 속도이다.

적절한 상승 속도가 설정되기 전까지는 이 자세를 유지하는데 있어 약간의 back-elevator 압력이 필요할 수 있다. 적절한 상승 속도가 설정되기 전에 back-elevator 압력을 풀어버리면 항공기가 가라앉을 수 있다.

이륙 후에는 비행기의 속도가 급격하게 증가할 것이다. positive rate of climb가 만들어지면 조종사는 flaps와 landing gear(만약 장착된 경우)를 올려야 한다. 주변 지형이나 장애물로부터 최소 500ft의 고도에 도달하기 전까지는 이륙 출력을 유지하는 것이 권장된다. VY 속도와 이륙 출력이 합쳐지면 단위 시간당 최대 고도가 보장된다. 이렇게 하면 엔진 고장이나 기타 비상 상황이 발생하였을 때 비행기를 안전하게 조종할 수 있는 고도가 더 높아진다. 허나 조종사는 cruise climb를 위해 좀 더 낮은 pitch로 비행하는 것도 고려해야 한다. 왜냐하면 VY 속도로 비행하다가 엔진 고장이 발생하면 조종사가 실속을 방지하기 위해 더 빠르게 대응해야하기 때문이다.

initial climb 도중에는 이륙 출력이 사용되므로 미세한 pitch 조정을 통해 속도를 조절해야 한다. 그러나 이러한 pitch 조정을 수행할 때 속도계에 고착되면 안 된다. 대신 수평선에 대한 비행기 자세를 조정하기 위해 계속하여 바깥을 확인해야 한다. attitude flying의 원칙에 따라 조종사는 먼저 자연 수평선을 통해 pitch 조정을 수행하고, 새로운 자세를 잠시 유지하고, 새로운 자세가 올바른지 확인하기 위해 속도계를 확인해야 한다. 관성으로 인해 비행기는 pitch 변화에 따라 즉시 가속하거나 감속하지는 않는다. 속도가 변화하는 데에는 약간의 시간이 걸린다. pitch 자세가 과하게 수정되거나 불충분하게 수정되면 속도는 원하는 값보다 더 높거나 낮을 것이다. 이 경우 원하는 상승 자세가 만들어지기 전까지 cross-check와 적절한 pitch 조정을 반복해야 한다. 비행기에 짐이 많이 실린 경우, 혹은 밀도 고도로 인해 출력이 제한된 경우에는 climb pitch가 더 낮다는 것을 조종사는 기억해야 한다.

정확한 pitch 자세를 만들었다면 그 자세를 수평선, 그리고 바깥 시각 참조물과 교차 확인함과 동시에 일정하게 유지해야 한다. 속도계는 자세가 정확한지를 확인하는 용도로 사용되어야 한다.

권장 상승 속도가 만들어졌고 safe maneuvering altitude에 도달하였다면 권장 상승 출력으로 출력을 조정한다. 그리고 조종간 압력을 완화하기 위해 비행기를 trim 한다. 이는 일정한 자세와 속도를 유지하기 쉽게 만들어준다.

initial climb 도중 이륙 경로가 활주로에 정렬되도록 만드는 것이 중요하다. 이는 장애물로 편류하는 것을, 혹은 평행 활주로에서 이륙하는 다른 항공기의 경로로 편류하는 것을 방지하기 위함이다. 교관은 시각 참조물로 사용될 활주로 전방의 두 지점을 학생이 식별할 수 있도록 도와야 한다. 두 지점이 일직선으로 있는 한 비행기는 적절한 경로에 머무른다. 자세 와 방향을 유지하기 위해선, 그리고 공항 근처에서의 충돌을 피하기 위해선 이륙 및 상승 도중 적절한 scanning 기법을 사용해야 한다.

학생 조종사의 solo stage에 가까워지면 교관은 본인이 비행기에 타지 않을 때 비행기 이륙 성능이 달라진다는 것을 설명해야 한다. 무게 감소로 인해 비행기는 일찌감치 이륙하며 빠르게 상승한다. initial climb와 관련하여 학생이 배운 pitch 자세도 무게 감소로 인해 달라질 수 있으며 조종간도 더 민감하게 느껴질 수 있다. 이러한 상황을 예상하지 못하면 긴장이 커질 수 있다. 종종 이러한 긴장, 그리고 "비정상" 이륙이라는 인식 때문에 발생한 불확실성으로 인해 차후의 착륙 수행 능력이 저하된다.

Common Errors

정상 이륙 및 상승과 관련된 일반적인 실수들은 다음과 같다:

• 이륙 전에 AFM/POH와 성능 차트를 살펴보지 않음.

• 활주로로 이동하기 전에 주변을 충분히 확인하지 않음.

• throttle을 급격하게 사용함.

• 이륙 출력을 적용한 후에 엔진 계기들의 고장 지시를 확인하지 못함.

• 초기 가속 시 비행기의 좌선회경향을 예상하지 못함.

• 좌선회경향을 과하게 수정함.

• 가속 및 부양 도중 시각 참조물에 대한 이해를 개발하고 항공기 속도 및 조종성에 대한 단서를 쫓지 않고 속도계만을 의존함.

• 적절한 이륙 자세를 설정하지 못함.

• initial climb 도중 torque/P-factor를 적절히 보상하지 못하여 sideslip으로 이어짐.

• initial climb 도중 elevator를 과하게 조작하며 elevator trim이 부족함.

• 비행기의 전방만을 확인하다가 이륙 후에 한쪽 날개가 떨어짐(보통 좌측 날개가 떨어짐).

• VY 속도나 원하는 상승 속도를 유지하지 못함.

• 상승 도중 attitude flying의 원칙을 이용하지 못하여 속도계를 “chase” 함.

Crosswind takeoff

조종사는 측풍 이륙과 연관된 원리와 기술을 제대로 숙지해야 한다. 측풍은 이륙 도중 많은 영향을 미친다. 이륙 도중 측풍을 수정하기 위해 사용하는 기법은 taxi 도중 측풍을 수정하기 위해 사용하는 기법과 매우 유사하다.

Takeoff Roll

측풍 조건에서 initial takeoff roll을 수행하는 경우에는 측풍을 향해 aileron 압력을 가해야 한다. 풍상쪽 날개의 aileron이 상승할 것이며 그 결과 날개에 downward force가 가해진다. 이는 측풍의 양력을 상쇄하여 날개가 상승하는 것을 막는다. aileron과 rudder의 방향이 서로 반대이기 때문에 항력이 증가한다. 따라서 비행기 이륙 후 날개 수평이 이루어지기 전까지는 초기 이륙 성능이 감소한다.

이륙 지점으로 이동하면서 windsock이나 그 외 wind direction indicators를 통해 측풍을 확인해야 한다. 만약 측풍이 존재한다면 takeoff roll 시 풍상쪽으로 full aileron 압력을 적용한다. ailerons에 효용성이 발생하기 전까지는 이 조종간 자세를 유지한 상태로 비행기를 가속한다. ailerons에 효용성이 발생하면 조종사는 조종간으로부터 압력 증가를 느낄 것이다.

풍상쪽을 향해 aileron 압력을 유지하는 동안 직선 이륙 경로를 유지하기 위해 rudder를 사용한다. [그림 6-4] 비행기는 지면에서 바람을 향해 weathervane 하려는 경향이 있기 때문에 조종사는 보통 풍하쪽으로 rudder 압력을 적용한다. 조종사가 이륙을 위해 출력을 증가하면 P-factor가 항공기를 왼쪽으로 yaw 하게 만든다. 우측풍 조건인 경우에는 이러한 yaw가 weathervane 경향을 대응하기에 충분할 수 있다. 허나 좌측풍 조건인 경우에는 이러한 경향이 악화될 수 있다. 어떤 경우에도 조종사는 비행기가 활주로를 따라 직진할 수 있도록 적절한 방향으로 rudder 압력을 가해야 한다.

대기속도가 증가함에 따라 조종사는 날개 수평이 유지될 정도의 aileron을 측풍쪽으로 가해야 한다. 측풍의 영향이 완전히 사라지지는 않기 때문에 조종사는 takeoff roll 내내 약간의 aileron 압력을 유지해야 한다. 풍상쪽 날개가 상승하게 되면 측풍에 노출되는 날개의 면적이 증가한다. 이는 비행기를 활주로 중심선으로부터 “skip”하게 만들 수 있다. [그림 6-5]

이러한 "skipping"은 보통 비행기가 부양하였다가 다시 활주로에 안착할 때 발생하는 일련의 튀어 오름들을 통해 지시된다. 이러한 튀어 오름이 발생하는 도중 측풍이 비행기를 측면으로 밀어내려 하며 그 결과 side-skipping이 발생한다. side-skipping은 landing gear에 심한 응력을 가하며 그 결과 구조적 손상이 발생할 수 있다.

측풍 조건일 때 풍상쪽을 향하여 충분한 aileron 압력을 유지하면 풍상쪽 날개가 상승하는 것이 방지될 뿐만 아니라 부양 직후 비행기가 바람을 향해 sideslips 하게 만들어 편류를 상쇄시킨다.

Lift-Off

nose-wheel을 활주로로부터 들어 올릴 때 조종사는 풍상쪽 aileron 압력을 유지해야 한다. 이는 풍하쪽 날개를 상승시켜서 풍하쪽 main wheel이 활주로에서 먼저 떨어지게 만든다. 그 결과 남은 takeoff roll이 하나의 main wheel로 수행된다. 이는 side-skipping보다 훨씬 바람직하다.

상당한 측풍이 존재하는 경우에는 normal takeoff보다 main wheel을 지면에 더 오래 남겨둠으로써 부드럽고 확실하게 이륙해야 한다. 이는 비행기가 확실한 제어 하에 지면을 떠날 수 있게 만들고, 조종사가 적절한 양의 바람 수정각을 설정하는 동안 공중에 남아있도록 도우며, landing gear에 과도한 가로 하중(side load)이 가해지는 것을 방지하고, 편류 도중 비행기가 활주로에 다시 안착하여 발생할 수 있는 손상을 방지한다.

양쪽 main wheels가 활주로를 벗어난 후 지면 마찰은 더 이상 수평 방향 움직임을 막는 요인이 되지 않는다. 따라서 비행기는 바람을 타고 편류하기 시작한다. 이러한 수평 방향 움직임을 최소화하고 풍상쪽 날개가 상승하는 것을 막기 위해 조종사는 부양 전에 풍상쪽 aileron 압력을 통해 적절한 양의 측풍 수정을 유지해야 한다. 또한 조종사는 weathervane을 막기 위해 rudder 압력을 가해야 한다.

Initial Climb

적절한 측풍 수정이 적용되었다면 항공기가 이륙 속도로 가속하는 동안 활주로 정렬이 유지될 것이고 이는 부양한 이후에도 유지될 것이다. 이륙 가속이 이루어지는 동안 up-aileron의 효율성이 항공기 속도에 비례하여 증가한다. 이는 풍상쪽 날개에 더 큰 downward force를 발생시키며 그 결과 측풍의 영향을 상쇄한다. 초기에 풍상쪽으로 가한 조종간 압력이 활주로 정렬이 유지되는 수준으로 완화될 수 있다. 항공기가 부양한 후에는 풍상쪽 날개가 반대쪽 날개보다 낮아지려는 경향이 발생한다. 때문에 활주로 정렬을 유지하기 위해 rudder를 가해야 하며 이는 초기에 항공기를 sideslip 하게 만든다. 이후 상승이 설정된 후에는 측풍을 상쇄하기 위해 기수를 풍상쪽으로 틀고, 날개를 수평으로 만들고, 활주로 정렬을 위해 rudder를 조절한다(crabbing). [그림 6-6] 이륙 도중 비행기가 활주로와, 그리고 활주로 연장선과 정렬되는 것이 매우 중요하므로 조종사는 적극적으로 rudder를 적용해야 한다. 이때 측풍 성분이 지면으로부터 몇백 피트 이내에서 현저하게 달라질 수 있으므로 조종사는 ground track을 자주 확인하여 바람 수정각을 조절해야 한다. 이후의 상승 기법은 normal takeoffs and climbs와 같다.

측풍 이륙과 관련된 일반적인 실수들은 다음과 같다:

 

⦁ 이륙 전에 AFM/POH의 performance and charts를 검토하지 않음.

⦁ 활주로로 이동하기 전에 주변을 충분히 확인하지 않음.

⦁ takeoff roll 초기에 풍상쪽으로 full aileron을 적용하지 않음.

⦁ 시각적 단서를 통해 비행기 수평 위치를 판단한 후에 적절한 aileron을 적용하여 비행기를 활주로와 정렬시키지 않고 기계적으로 aileron을 조작함.

⦁ 부적절한 aileron 적용으로 인해 side-skipping이 발생함.

⦁ 비행기를 중심선과 평행하게 유지하기엔 rudder 조작이 불충분함.

⦁ takeoff roll의 후반에 과도한 aileron이 적용되어 부양 도중 풍상쪽을 향해 깊은 bank가 발생함.

⦁ 이륙 후 편류 수정이 불충분함.

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.

Short-Field Takeoff and Maximum Performance Climb

이륙 구간이 짧은 곳에서, 혹은 장애물에 의해 가용한 이륙 구간이 제한된 곳에서 이륙 및 상승을 하는 경우 조종사는 비행기를 최대 이륙 성능으로 운용하여야 한다. 이러한 지역에서 안전하게 출항하기 위해 조종사는 비행기의 자세와 속도를 정교하고 적극적으로 조작해야 한다. 이를 통해 이륙 및 상승 성능은 가장 짧은 ground roll, 그리고 가장 가파른 상승 각을 만들어낸다. [그림 6-8] 조종사는 비행기 제조업체가 규정하는 출력 세팅, flap 세팅, 속도, 그리고 절차를 얻기 위해 AFM/POH의 performance section을 참조하고 따라야 한다.

 

조종사는 최대 성능 이륙을 안전하게 수행하기 위해 특정 항공기의 VY와 VX의 용도, 그리고 그 효과에 대한 충분한 지식을 가지고 있어야만 한다.

Takeoff Roll

단거리에서 이륙하려면 이륙 구간의 시작지점에서 이륙을 시작해야 한다. 이 지점에서 비행기는 계획된 이륙 경로에 정렬된다. 비행기 제조업체가 flap의 사용을 권장한다면 takeoff roll을 시작하기 전에 올바른 만큼 연장되어 있어야 한다. 이는 조종사가 이륙하는 동안 비행기의 성능과 올바른 기법에 완전히 집중할 수 있도록 만들어준다.

조종사는 비행기를 가능한 한 빠르게 가속하기 위해 이륙 출력을 부드럽고 연속적으로 적용하여야 한다. 일부 조종사들은 비행기가 takeoff run을 시작하기 전에 최대 RPM이 만들어질 때까지 브레이크를 밟고 있는 것을 선호한다. 그러나 이 절차가 모든 light, single-engine airplanes에서 짧은 takeoff run으로 이어짐이 입증된 것은 아니다. 비행기의 무게가 main wheels에 가해진 상태에서 lift-off 속도로 가속된다. takeoff roll이 진행되는 동안 최소 항력과 최대 가속을 얻기 위해 조종사는 비행기의 pitch attitude와 받음각을 조정해야 한다. nose-wheel 형식의 비행기의 경우 이미 낮은 항력 자세에 있기 때문에 elevator를 거의 사용하지 않는다.

Lift-Off

VX에 접근함에 따라 조종사는 부드럽고 확실한 lift-off(혹은 rotation)를 위해 적절한 VX 자세에 도달할 때까지 back-elevator 압력을 가해야 한다. 비행기는 부양한 직후 더 빠르게 가속하기 때문에 조종사는 일정한 속도를 유지하기 위해 back-elevator 압력을 더 가해야 한다. 이륙하고 난 후 조종사는 모든 장애물을 회피할 때까지 VX 상승을 유지해야 한다(혹은 만약 장애물이 존재하지 않는다면 이륙 표면으로부터 최소 50ft를 넘어서는 고도에 도달할 때까지). 이후에 조종사는 pitch 자세를 약간 낮추고 safe maneuvering altitude에 도달할 때까지 VY로 상승을 계속한다. 너무 이르게 이륙하려는 시도, 혹은 너무 가파르게 상승하려는 시도는 비행기를 활주로로 다시 안착하게 만들거나, 혹은 장애물과 충돌하게 만들 수 있음을 조종사는 항상 기억해야 한다(ATP: 즉, premature rotation은 takeoff distance를 증가시킬 수 있음). 비행기가 이륙했다 하더라도 VX에 도달하기 전까지는 initial climb가 평평하게 유지될 것이다. 이는 상승 그리고/혹은 장애물을 회피할 조종사의 능력을 감소시킨다. [그림 6-9]

목표는 VX를 향해 적절한 pitch attitude로 전환하는 것이다. 몇몇 비행기들은 VX에 도달하기 전에 자연 부양하려는 경향이 있다는 것을 조종사는 알아야 한다. 이러한 비행기의 경우 지면효과를 통해 비행기가 이륙하도록 놔두고 바퀴가 막 활주로로부터 떨어진 상태에서 비행기가 VX로 가속될 때까지 pitch attitude를 수평으로 감소시켜야 한다. 이 방법은 VX에 도달하기 전까지 비행기를 forward pressure로 지면에 강제로 남아있게 하는 것보다 바람직하다. 비행기를 지면에서 남아있게 유지하는 것은 nose-wheel에 과도한 압력을 가하게 된다. 이는 “wheel barrowing”으로 이어질 수 있다. 이것은 또한 비행기의 가속과 전반적인 성능을 모두를 저하한다.

Initial Climb

단거리 이륙 도중 비행기가 장애물로부터 회피되었고 VY가 만들어지기 전까지는 landing gear와 flaps를 takeoff position으로 유지해야 한다(혹은 제조업체 권장 준수). 조종사는 모든 장애물을 회피하기 전까지는 landing gear나 flap 조작을 시도하거나, 혹은 어떤 이유에서든 비행기의 안쪽을 보려고 시도하기보다는 비행기의 바깥쪽에 집중해야 한다. 비행기가 VY에서 안정되었다면 landing gear(retractable 비행기의 경우)와 flaps를 올려야 한다. 갑작스러운 양력의 손실 및 비행기의 침하를 방지하기 위해 보통 flap을 점진적으로 올리는 것이 바람직하다. 그다음 조종사는 출력을 일반적인 상승 세팅, 혹은 비행기 제조업체의 권장값으로 감소시킨다.

단거리 이륙과 최대 이륙 성능을 수행하는데 공통적인 실수들:

∙ 이륙 전 AFM/POH와 performance charts를 검토하지 않음.

∙ 불충분한 주변 확인.

∙ 사용 가능한 모든 활주로/이륙 지역을 활용하지 못함.

∙ 이륙 전 비행기를 제대로 trim 하지 못함.

∙ lift-off가 너무 빨라서 높은 항력으로 이어짐.

∙ 과도한 forward pressure로 불필요하게 비행기를 지면에 유지함.

∙ 불충분한 rotation으로 인해 이륙 후 과도한 속도로 이어짐.

∙ VX 속도를 얻는/유지하는 능력 부족.

∙ initial climb 도중 속도계에 fixation.

∙ landing gear 그리고/혹은 flaps를 너무 빨리 올림.

Soft/Rough-Field Takeoff and Climb

Soft fields에서의 이륙과 상승은 가능한 한 빠르게 비행기를 이륙시키는 기법을 필요로 한다. 이는 높은 풀, 부드러운 모래, 진흙, 그리고 눈으로 발생하는 항력을 제거하기 위함이다. 또한 이 기법은 장애물 회피를 위해서도 필요할 수 있다. landing gear의 항력을 줄이기 위해 이 기법은 지면 효과를 사용한다. 이 기법을 위해 비행기의 저속 특성과 그 반응을 이해해야 한다. 이와 같은 기법은 rough field(landing gear의 손상을 피하고자 되도록 빠르게 지면으로부터 비행기를 벗어나게 해야 하는)에서도 효율적이다.

부드러운 표면에서의 이륙, 혹은 길고 축축한 풀을 관통하는 이륙은 takeoff roll 도중 비행기의 가속 능력을 감소시킨다. 만약 조종사가 일반적인 이륙 기법을 사용한다면 이는 비행기가 충분한 이륙 속도에 도달하는 것을 막을 수 있다. soft fields를 위한 정확한 이륙 절차는 단단하고 매끄러운 곳에서 이루어지는 short fields와는 꽤 다르다는 것을 조종사는 반드시 알고 있어야 한다. 부드럽거나 거친 지역에서의 이륙과 연관된 위험성을 최소화하기 위해 조종사는 takeoff roll 도중 가능한 한 빠르게 nose-high pitch attitude, 혹은 비교적 높은 받음각을 만들어냄으로써 비행기의 무게를 가능한 한 빠르게 바퀴에서 날개로 전환해야 한다. 조종사는 부가적인 양력 생산, 그리고 비행기의 무게를 가능한 한 빠르게 바퀴에서 날개로 전환하기 위해 이륙 전에 flaps를 낮춰야 한다(만약 제조업체가 권장 시). 조종사는 takeoff roll을 위해 line up을 하는 동안 충분한 출력을 통해 계속 움직여야 한다. 진흙이나 눈처럼 부드러운 표면에서 멈출 경우 비행기가 교착 상태에 빠질 수 있기 때문이다.

Takeoff Roll

비행기가 이륙 경로에 연장되면 조종사는 이륙 출력을 부드럽고 가능한 한 빠르게 적용해야 한다. 비행기가 가속하는 동안 조종사는 양의(+) 받음각을 만들기 위해, 그리고 nose-wheel에서 받치는 무게를 줄이기 위해 충분한 back-elevator 압력을 적용해야 한다.

비행기가 takeoff run 도중 nose-high attitude로 유지되면 속도가 증가하고 양력이 발생함에 따라 바퀴가 받치는 비행기의 무게를 날개가 완화한다. 그 결과 지면의 불규칙성이나 부착력에 의해 발생하는 항력을 최소화한다. 만약 이러한 자세가 정확히 유지된다면 비행기는 지면효과로 인해 사실상 지상에서 벗어나 공중에 떠 있는 상태가 된다(그러나 안전한 상승 속도보다는 낮은 상태). [그림 6-10]

Lift-Off

비행기가 부양한 이후 조종사는 바퀴가 지면에 닿지 않을 정도로 nose를 부드럽게 낮춰야 한다. 이는 비행기를 안전한 상승 속도까지 가속하기 위함이다. 지면 효과 영역 밖으로 이동하는 동안 비행기는 지면으로 다시 안착하려는 경향(심지어 최대 출력이 적용되었다 하더라도)이 발생할 것임을 조종사는 인지해야 한다. 따라서 최소한 VX에 도달하기 전까지는 비행기가 지면 효과 내에 머물러야 한다. 이는 조종간 압력, 항공기 반응, 시각 단서, 그리고 특정 비행기의 가속 특성에 대한 훌륭한 이해를 필요로 한다.

Initial Climb

positive rate of climb가 만들어지고 비행기가 VY까지 가속되었다면 조종사는 landing gear와 flap을 올려야 한다(만약 장비 시). 이륙 표면이 wet snow나 slush로 덮인 활주로에서 출항하는 경우 landing gear를 즉시 올려서는 안 된다. 이는 wet snow나 slush를 공기로 건조하기 위함이다. soft-field 이륙 후 장애물을 회피해야 하는 상황이라면 조종사는 장애물이 회피될 때 까지 VX로 상승을 수행해야 한다. 그 후에 조종사는 pitch 자세를 VY로 조정하고 landing gear와 flaps를 올려야 한다. 그런 다음 출력을 정상 상승 세팅으로 줄일 수 있다.

soft/rough field 이륙 및 상승을 수행하는데 있어 발생하는 일반적인 오류들:

∙이륙 전 AFM/POH와 performance charts를 확인하지 않음.

∙불충분한 주변 확인.

∙takeoff roll 초반에 back-elevator 압력이 부족하여 받음각이 불충분해짐.

∙출력 적용 후 엔진 계기의 적절한 지시를 확인하지 못함.

∙방향 제어 부족.

∙부양 이후 너무 높게 상승. 그리고 지면효과 영역을 유지할 정도로 충분히 낮은 고도에서 수평을 잡지 못함.

∙level off를 시도할 때, 그리고 부양 이후 가속 할 때 갑작스럽거나 과도한 elevator 조작.

∙부양 이후 비행기를 “mush”하게 만들거나, 혹은 가라앉게 만들어서 의도치 않은 touchdown으로 이어짐.

∙충분한 상승 속도를 얻기 전에 지면 효과 영역으로부터 벗어나려 시도.

∙ 비행기가 지면 효과로부터 벗어날 때 pitch attitude의 증가를 예상하지 못함.

Rejected Takeoff/Engine Failure

이륙 도중 비상 상황, 혹은 비정상적인 상황이 발생할 경우 조종사는 활주로에 있는 동안 이륙을 중단해야 할 수 있다. 엔진의 고장, 불충분한 가속, runway incursion, 공중 충돌과 같은 상황들이 이륙 중단의 이유가 될 수 있다.

이륙 이전에 조종사는 비행기가 이륙할 지점을 활주로를 따라 식별해야 한다. 만약 그 지점에 도달하였으나 비행기가 아직 이륙하지 못하였다면 이륙을 중단하기 위한 즉각적인 동작이 취해져야 한다. 적절히 계획되고 수행되었다면 특별한 방법(예를 들어 과도한 브레이크. 이는 방향 제어 상실, 비행기 손상, 그리고/혹은 신체적 부상으로 이어질 수 있음) 없이도 비행기를 남은 활주로에서 멈출 수 있다.

이륙을 중단한 경우 방향 제어를 유지하면서 출력을 idle로 줄이고 최대 제동을 적용해야 한다. 화재로 인해 엔진을 꺼야 할 경우 mixture control을 idle cutoff position으로 전환하고 magneto를 꺼야 한다. 어떤 경우에도 제조업체의 비상 절차를 따라야 한다.

부양 이후 발생하는 모든 출력 상실, 혹은 엔진 고장의 특징은 긴급성이다. 대부분의 경우 엔진 고장이 발생한 후 어떤 행동을 취할 것인지 결정하고 이를 수행하는데 조종사에게 몇 초 밖에 주어지지 않는다.

initial climb 도중 엔진 고장이 발생한 경우 조종사의 첫 책무는 비행기 제어를 유지하는 것이다. 출력이 없는 climb pitch attitude에서 비행기는 거의 실속 받음각 상태이다. 그와 동시에 조종사는 여전히 right rudder를 유지하고 있을 수 있다. 조종사는 실속을 방지하기 위해 nose를 즉각적으로 낮춰야 한다. 동시에 coordinated flight를 위해 rudder를 움직여야 한다. 조종사는 적절한 착륙 구역(되도록 정면의)을 향해 활공해야 한다. 이륙 활주로로 돌아가려고 시도해서는 안 된다(단, 조종사가 이전에 emergency turn-back을 훈련받았고 충분한 고도가 존재할 경우 제외).