이륙은 선택이지만 착륙은 의무라는 말이 있다. 이러한 격언을 고려하여 본 내용은 접근부터 착륙, 착륙에 영향을 미치는 요인, 착륙의 종류, 그리고 잘못된 착륙의 양상에 초점을 맞춘다. 신중한 조종사는 안전한 착륙이 결코 의심되어서는 안 된다는 것을 알고 있다. 자신의 한계를 준수하는 조종사들은 매 착륙마다 자신 있게 접근할 수 있으며 이러한 성공적인 조종을 통해 만족감을 얻을 수 있다. 모든 착륙 이후 조종사는 자체 평가를 수행한다. 만약 궁금한 점이 있다면 이 장의 관련 부분을 읽어보면 도움이 될 수 있다. 필요하다면 추가적인 비행 지도가 안전을 증진한다.
제조업체의 권장 절차(비행기 외장 및 속도 포함), 그리고 특정 제조사 비행기의 접근 및 착륙과 관련된 기타 정보는 해당 비행기에 대해 FAA가 승인한 AFM/POH에 포함되어 있다. 이 장의 정보가 AFM/POH에 포함된 비행기 제조업체의 권장 사항과 다를 경우 비행기 제조업체의 권장 사항이 우선된다.
조종사는 하강 도중 양력과 항력을 조절하기 위해 flaps를 사용할 수 있다. flap setting은 착륙 지점을 결정하는데 있어, 그리고 해당 지점으로 향하는 하강 각도를 결정하는데 있어 도움을 제공한다. [그림 9-1과 9-2] 접근 및 착륙 도중 flap을 사용하면 다음과 같은 이점이 발생한다:
1. 더 많은 양력이 생산된다. 그리고 더 낮은 접근 및 착륙 속도가 허용된다.
2. 더 많은 항력이 생산된다. 그리고 더 가파른 하강 각도가 허용된다.
3. 전방 시야가 증가된다.
4. 착륙 활주 길이가 감소된다.
flap을 통해 증가된 캠버는 주로 날개 뒷부분의 양력을 증가시킨다. 이는 nose-down pitching moment를 발생시키며 그 결과 비행기 기수가 낮아질 수 있다. flap은 수평 꼬리날개의 downwash에도 영향을 미칠 수 있으며 그 결과 tail-down force를 변화시킬 수 있다. 따라서 flap으로 인한 pitch 특성은 비행기의 설계에 따라 달라진다.
15도까지의 flap은 주로 최소 항력과 함께 양력을 생성한다. flap을 사용하면 양력이 증가하여 비행기가 붕 떠오르려는 경향을 보인다. 허나 nose-down pitching moment가 이를 상쇄하려는 경향을 보인다. 15도를 초과하는 flap은 항력을 크게 증가시킨다. 또한 15도를 초과하는 flap은 특정 고익기에서 상당한 nose-up pitching moment를 생성한다. 왜냐하면 이로 인한 downwash 변화가 수평꼬리날개 주위의 공기 흐름을 변화시키기 때문이다.
flap을 사용하는 시기와flap을 사용하는 양은 서로 관련이 있다. 장주 패턴의 한 지점에서 flap을 많이 사용하면 많은 양력 변화가 만들어질 수 있다. 이때 속도와 하강 각도를 유지하기 위해선 pitch와 power를 상당히 변화시켜야 한다. 따라서 장주 패턴에 있는 동안 flap을 점진적으로 사용하는 것이 유리하다. downwind, base leg, 그리고 final approach에서 flap을 점진적으로 연장하면 pitch와 power 조절이 작아지며 이는 안정적인 접근을 돕는다.
flap setting이 변경될 때마다 조종사는 공기역학적 힘의 변화를 보상하기 위해 비행기를 다시 trim 해야 한다. 이 장에서는 특정 접근 및 착륙 상황에서의 flap 사용에 대해 자세히 설명된다.
엔진 출력을 이용할 수 있고, 바람이 약하며, 최종 접근 경로에 장애물이 없고, 착륙 표면이 단단하며, 활주로 길이가 충분하면 정상 접근 및 착륙 절차가 사용된다. 착륙 지점은 보통 활주로 1/3 지점 이내에 선택된다.
정상 접근 및 착륙에 대해 설명되는 절차와 관련 요소들은 이 장의 뒷부분에서 설명되는 이 외의 접근 및 착륙에도 적용된다. 정상 운영에 대한 원칙이 먼저 설명되며 보다 복잡한 운영을 진행하기 전에 이를 이해해야 한다. 판단 및 절차에 영향을 미치는 요인들을 더 제대로 이해하기 위해 접근 패턴의 마지막 부분과 실제 착륙이 5단계로 나누어진다.
1. the base leg
2. the final approach
3. the round out(flare)
4. the touchdown
5. the after-landing roll
Base leg
base leg를 배치하는 것은 좋은 착륙을 위해 조종사가 내려야 하는 판단들 중 하나이다. [그림 9-3] 조종사는 stabilized approach, round out, 그리고원하는 지점에서의 touchdown을 수행하기 위해 높이, approach end of the runway로부터의 거리, 그리고 하강률을 정확하게 판단해야 한다. approach end of the runway로부터의 거리는 base leg의 고도, 바람, 그리고 flaps가 사용되는 양에 따라 달라진다. final approach에 강한 바람이 부는 경우, 혹은 깊은 하강각도를 만들기 위해 flaps가 사용되는 경우에는 base leg가 approach end of the runway에 더욱 가까이 배치되어야 한다. 보통 base leg에 도달하기 전에 landing gear를 내리고 before-landing check을 완료한다.
base leg로 선회한 이후 조종사는 출력을 감소시키고 대략 1.4Vs0(Vs0 – 착륙 외장에서의 실속 속도) 속도로 하강을 수행한다. 예를 들어 Vs0가 60노트이면 1.4Vs0는 84노트이다. 제조업체가 권장하는 바에 따라 flaps를 사용한다. final approach에 설정되기 전까지는 full flaps를 사용하지 않는 것이 권장된다. final approach는 보통 바람을 향하여 이루어지기 때문에 base leg에서는 보통 측풍이 발생한다. 연장된 활주로 중심선에 수직인 지상 경로를 따라 편류 수정을 설정 및 유지한다. 이를 위해 비행기는 바람을 향하여 충분한 각도를 형성해야 한다.
Final Approach
base에서 final approach로 선회를 완료한 후에는 비행기 세로축을 활주로 중심선에 정렬한다. final approach에 측풍이 없다면 비행기 세로축은 활주로 중심선과 계속 정렬된다. (측풍을 수정하는 적절한 방법은 이 장의 “Crosswind Approach and Landing”에서 설명된다. 지금은 바람이 활주로를 따라 부는 접근 및 착륙만을 논의한다.)
비행기를 활주로 중심선과 연장한 후에 최종 flap이 설정되며필요하다면 pitch 자세를 조절한다. 원하는 하강률과 접근 속도를 유지하기 위해 pitch와 power를 약간 조절해야 할 수 있다. 조종사는 제조업체의 권장 속도를 사용해야 한다. 만약 제조업체의 권장 속도가 존재하지 않는다면 1.3Vs0를 사용해야 한다. pitch 자세와 속도가 안정되면 조종간 압력을 완화하기 위해 비행기를 다시 trim 한다.
접근 도중 하강각도를 제어하여 비행기가 활주로 1/3 지점의 중앙에 착륙하도록 해야 한다. 강하각도는 비행기에 작용하는 네 가지 힘들(양력,항력,추력, 그리고 무게)의 영향을 받는다. 만약 모든 힘들이 균형을 이루어 비행기의 알짜 힘이 0이면 일정한 강하 각도가 유지된다. 조종사는 속도, 자세, 출력, 그리고 항력(flaps나forward slip)을 통해 이러한 힘들을 조절한다. 허나바람이 활공 거리에 영향을 미칠 수 있다 [그림 9-4]. 조종사가 바람을 제어할 수는 없으므로 pitch와 power를 적절히 조절하여 하강에 미치는 영향을 수정한다.
최소한의 floating이 발생하는 속도로 원하는 착지 지점에 도달하는 것이 제대로 수행된 final approach의 조건들 중 하나이다. 이를 위해선 하강각도와 속도가 제어되어야 한다. 이는 접근을 partial power로 수행하는 이유들 중 하나이다. 접근이 너무 높은 경우에는 기수를 낮추고 출력을 감소시킴으로써 정확한 속도를 유지할 수 있다. 접근이 너무 낮은 경우에는 출력을 증가하고 기수를 높힘으로써 정확한 속도를 유지할 수 있다.
적절한 하강 각도 및 속도는 pitch와 power의 변화를 통합시킴으로써 유지된다. 허나 경험이 없는 조종사는 출력 추가 없이 back-elevator pressure만을 가하여 착륙 지점에 도달하려 시도할 수 있다. pitch만을 높여서 final approach를 늘리려는 시도는 항상 좋지 않다. pitch만을 사용하면 받음각이 상당히 증가하여 속도가 줄어든다. 이는 과도한 침하율이나 실속으로 이어진다.
Wrong Surface Landing Avoidance
wrong surface landing은 항공기가 잘못된 활주로, 유도로, 혹은 공항에 착륙을 시도할 때 발생한다. 조종사는 final approach 도중 잠시 시간을 할애하여 전방의 착륙 구역이 정확한지 확인해야 한다.
특정 공항에 대한 익숙함 부족, 안일함, 혹은 피로는 조종사 혼란을 초래할 수 있다. 때때로 조종사는 잘못된 노면을 따라 비행기를 정렬하기도 한다. 조종사는 airport diagram과 lighting를 미리 학습하고 주요 특징 및 지형을 메모함으로써 목적지 공항에 대한 익숙함 부족을 보완할 수 있다. final approach 도중 조종사는 정확한 활주로 정렬과 활주로 번호를 확인해야 한다. 조종사들은 종종 GPS에 의해 구동되는 moving map display를 참조하며 이러한 장치는 상황 인식과 안전을 증가시킨다. 착륙 구역에 대하여 의심이 있다면 복행을 수행하고 상황을 더욱 고려해야 한다.
Stabilized Approach Concept
stabilized approach란 조종사가 착륙 활주로 상의 특정 지점을 향하여 일정한 각도의 활공 경로를 설정 및 유지하는 것이다. 이것은 특정한 시각적 단서에 대한 조종사 판단에 기초하며 일정한 final approach 속도 및 외장을 유지하는 것에 달려있다.
일정한 하강률 및 속도로 final approach 중인 비행기는 보통 aiming point라 불리는 지점을 향하여 직진한다. 만약 비행기가 round out 없이 일정한 활공 경로를 유지한다면 비행기가 aiming point에서 지상에 충돌할 것이다. [그림 9-5]
조종사에게 있어 aiming point는 움직이지 않는 것처럼 보인다. aiming point는 항공기의 기수 아래쪽으로 움직이려 하지 않으며 항공기의 전방으로 멀어지려 하지도 않는다. 이러한 특징(움직이지 않는 특징)이 aiming point를 식별한다. 허나 거리가 가까워짐에 따라 aiming point의 앞과 뒤에 놓인 물체들은 서로 반대 방향으로 움직이는 것처럼 보인다. 일정한 각도의 활공 경로가 유지되면 수평선과 aiming point 사이의 거리가 일정하게 유지된다. 일정한 각도로 하강 도중 수평선과 perceived aiming point 사이의 거리가 증가하는 것처럼 보인다면(aiming point가 수평선으로부터 아래로 움직인다면) trueaiming point는 더 멀리에 놓인다. 수평선과 perceived aiming point 사이의 거리가 감소하는 것처럼 보인다면(aiming point가 수평선으로부터 위로 움직인다면) trueaiming point는 더 가까이 놓인다.
착륙 훈련 도중 조종사가 습득하는 중요한 기술 중 하나는 final approach에서 시각적 단서를 통해 true aiming point를 정확하게 식별하는 방법이다. 이를 통해 조종사는 현재의 활공 경로가 undershoot을 초래할지overshoot을 초래할지를 결정한다. aiming point는 비행기가 실제로 착륙하는 곳이 아니라는 점에 유의한다. round out(flare) 도중에 조종사가 하강률을 감소시키기 때문에 실제 착륙은 활주로로부터 더 멀리 떨어진 곳에서 이루어진다. 또한 조종사는 floating을 고려함으로써 착륙 지점을 어느 정도 정확하게 예측할 수 있다.
활주로의 이미지 또한 stabilized approach를 유지하기 위해 필요한 단서를 제공한다.
활주로는 보통 가늘고 긴 직사각형 모양을 이룬다. 접근 도중 활주로를 바라보았을 때에는 원근법으로 인해 활주로가 사다리꼴의 형태를 취한다.
비행기가 일정한 각도(stablized)로 활공 경로를 따라 하강할 때 조종사가 보는 활주로 이미지는 여전히 사다리꼴이지만 그 크기가 비례적으로 커진다. 즉, stabilized approach 도중에는 활주로의 모양이 변하지 않는다. [그림 9-6]
접근이 낮아지면 활주로가 짧아지고 넓어지는 것처럼 보인다. 반대로 접근이 높아지면 활주로가 길어지고 좁아지는 것처럼 보인다. [그림 9-7]
final approach를 향해 선회한 후 조종사는 비행기가 착륙 외장에서 적절한 속도로 aiming point를 향해 하강하도록 pitch, power, 그리고 trim을 조절해야 한다. 만약 원하는 착륙 지점을 지나칠 것으로 보인다면 출력을 줄이고 pitch를 낮추어 속도를 유지하되 더 가파른 접근을 수행한다. 아직 flap이 완전히 연장되지 않았다면 flap을 더 연장할 수도 있다. 만약 원하는 착륙 지점에 도달하지 못할 것으로 보인다면 출력을 증가시키고 pitch를 높혀서 속도를 유지하되 더 얕은 접근을 수행한다. 접근이 준비되었고 trim을 통해 조종간 압력이 제거되었다면 조종사는 외부 참조물에 상당한 주의를 기울일 수 있으며 접근의 미세 조정을 위해 이들을 사용할 수 있다. 조종사는 한 지점을 응시해서는 안 되며대신 한 지점에서 다른 지점으로 스캔을 해야 한다(예를 들어aiming point에서 수평선,활주로의 모든 물체,활주로의 전방,그리고 다시aiming point로). 이는 항공기가 특정 활공 경로로부터 벗어나는 것을 쉽게 인지하게 해주며 비행기가 aiming point를 향해 곧장 나아가는지를 확인하게 해준다. 또한 조종사는 속도계를 주기적으로 확인함으로써 속도 편차를 수정해야 한다.
조종사는 보통 short final 이전에 stabilized approach를 설정한다. stabilized approach가 수행되면 round out, touchdown, 그리고 landing roll이 훨씬 더 쉽게 이루어지며 착륙 사고의 가능성이 감소된다. 따라서 특정 활공 경로로부터의 편차를 조기에 확인 및 수정함으로써 접근 후반부에서의 수정량이 적어지도록 만들어야 한다. 만약 접근이 너무 높거나 낮으면 stabilized approach가 설정되지 못할 수도 있으며이때 조종사는 보통 복행을 수행한다. 만약 접근 초기에 비행기가 낮아져서 aiming point에 미치지 못한다면 pitch와 power를 증가시켜서 적절한 속도를 유지함과 동시에 특정 활공 경로를 다시 교차할 수 있다. 이때 항공기가 backside of the power curve를 비행중이었다면 상당한 출력 증가가 필요할 수 있다. 특정 활공 경로를 다시 교차하였다면 해당 활공 경로를 유지하기 위해 power와 pitch를 감소시킨다. undershoot을 수정하기 위해 flaps를 올리는 것은 불필요한 위험을 만들어낸다. 이는 갑작스러운 양력 감소, 과도한 침하율, 그리고 악화된 불안정 상태로 이어질 수 있다.
접근이 너무 높거나 낮으면 stabilized approach가 설정되지 못할 수도 있으므로 복행을 수행해야 한다. 보통 조종사는 공항 표고로부터 500ft 전에stabilized approach가 설정될 수 없을 때(VMC 상태인 경우), 혹은 공항 표고로부터 1,000ft 전에stabilized approach가 설정될 수 없을 때(IMC 상태인 경우) 복행을 수행한다. 장주 패턴 내에 놓인 전형적인 GA 피스톤 항공기의 경우 만약 300ft AGL 이하에서 접근이 불안정해지면 복행을 즉시 수행해야 한다.
조종사는 stabilized approach를 설정 및 비행할 때 다음 요소들을 고려할 수 있다. 조종사는 이러한 요소들의 순서, 혹은 모든 접근 기준을 충족시켜야 한다는 고집에 초점을 맞추기보다는 stabilized approach로 이어지는 요소들에 초점을 맞춰야 한다. 일반적인 피스톤 항공기의 경우 다음 기준들이 충족되었을 때 접근이 안정된다.
1. Glide path. 일반적으로 활주로의 touchdown zone까지 3도를 일정하게 유지한다(단, 장애물이 허용하는 경우).
2. Heading. 바람이나 난기류로 인해 필요한 heading/pitch 변화만으로 활주로 정렬을 유지한다. final에 설정된 후에는 bank angle이 보통 15도로 제한된다.
3. Airspeed. 항공기의 속도는 AFM에 명시된 권장 착륙 속도, 1.3 Vs0, 혹은 placards/markings로부터 +10/-5 KIAS 이내여야 한다. 돌풍 계수를 적용하는 경우에는 지시 속도가 recommended landing speed 이하로 떨어지지 않아야 한다.
4. Configuration. 항공기가 올바른 착륙 외장 상태에 있어야 한다(flaps, landing gear, trim).
5. Descend rate. 소형 범용 항공 항공기의 경우 보통 500 ~1,000fpm의 하강률이 안전한 접근을 가능하게 만든다. 비행기가 활주로에 접근할 때 하강률이 최소한으로 조정될 경우 이는 접근이 안정적이고 안전하다는 것을 나타낸다. 접근 고려 사항으로 인해 500fpm을 초과하는 하강률을 사용하는 경우에는 300ft AGL에 도달하기 전에 하강률을 감소시켜야 한다.
6. Power setting. 조종사는 항공기 외장에 적절한 출력 세팅을 사용해야 한다. 이때 AFM에서 규정하는 접근을 위한 최소 출력보다 낮아서는 안 된다.
7. Briefings and checklists. 접근을 시작하기 전에 모든 브리핑과 체크리스트(단, landing checklist 제외)를 완료하면 조종사가 위에 나열된 요소들에 더 집중할 수 있다.
Estimate Airplane Movement and Height
short final, round out, 그리고 touchdown 도중에는 시야가 매우 중요하다. 넓은 범위의 시야를 제공하기 위해, 그리고 높이와 움직임에 대한 좋은 판단을 위해선 조종사의 머리가 자연스럽고 곧은 자세를 취해야 한다. 시각적 초점이 비행기 너머의 어느 한쪽이나 어느 한 지점에 고정되어있어서는 안 된다. 대신 비행기의 기수 전방으로부터 원하는 착륙 지점까지 초점을 천천히 변화시켜야 한다. 이때 주변시를 통해 활주로 양쪽으로부터의 거리에 대한 인식을 유지해야 한다.
거리에 대한 정확한 판단은 물체가 얼마나 명확하게 보이는가에 달려있다. 이를 위해선 중요한 물체가 최대한 선명하게 눈에 띄도록 시야를 집중해야 한다.
빠른 속도는 가까운 거리에 놓인 물체를 흐리게 만든다. 대부분 사람들은 자동차에서 이를 인지한다. 가까운 물체들은 서로 합쳐져서 흐릿하게 보이지만 멀리 떨어진 물체는 선명하게 보인다. 운전자는 물체를 뚜렷하게 보기 위해 자동차로부터 충분히 먼 곳으로 시야를 집중한다.
조종사의 시야가 집중되어야 할 거리는 비행기의 ground speed에 비례해야 한다. 따라서 round out 도중 속도가 감소함에 따라 초점을 맞출 수 있는 전방 거리가 가까워진다.
만약 조종사가 너무 가까이 놓인,혹은 바로 아래에 놓인 참조물에 초점을 맞추려 하면 참조물이 흐릿해지며 그 결과로 반응이 너무 갑작스러워진다. [그림9-8] 이때 조종사는 과조작, 높은 round out, full-stall, 혹은 drop-in landing을 하려는 경향을 보인다. 만약 조종사가 너무 먼 곳에 집중하면 지면에 가까워지는 판단의 정확성이 떨어진다. 이는 조작의 필요성이 없어 보이게 만들며 그 결과로 반응이 느려진다. 때로는 이로 인해 비행기의 기수가 지면에 먼저 닿는 결과가 발생한다. 먼 거리에서 가까운 거리로 초점을 변화시키는 것은 일정한 시간 간격을 필요로 한다. 비록 이 시간 간격은 매우 짧지만 비행기 속도는 그동안 상당한 거리를 이동할 수 있을 정도로 빠르다.
적절한 고도에서 flare를 할 때, 그리고 착륙 전까지 활주로로부터 바퀴를 수 인치 떨어뜨려 놓을 때에는 시각적 단서가 매우 중요하다. flare를 위한 단서는 주로 조종사의 중심 시야가 활주로와 교차하는 각도에 의존한다. 적절한 깊이 인지는 성공적인flare의 한 요소이다. 허나 가장 많이 사용되는 시각적 단서는 활주로나 지형과의 원근감 변화, 그리고 활주로 주변 물체의 크기 및 질감 변화와 관련된 것들이다. round out/flare를 시작할 때 조종사는 활주로로부터 10 ~15도의 얕은 하강 각도에 중심 시야를 집중해야 한다. [그림 9-9] 이 일정한 시야 각도를 사용하면 비행기가 하강함에 따라 활주로와의 시각적 교차 지점이 점점 가까워진다. 시각적 교차 지점이 가까워지는 속도는 고도 손실률을 산정하는데 있어 중요한 단서이다. 반대로 시각적 교차 지점이 활주로로부터 더 멀리 이동하는 경우에는 고도가 증가한 것이다. 이는 flare 도중 pitch가 너무 빠르게 증가하였다는 것을 의미한다. 바퀴가 활주로로부터 몇 인치 떨어져 있을 때에는 판단을 위해 활주로 주변 지형이 지나가는 속도와비행기 전방 활주로 모습(이륙 전에 비행기가 지상 활주를 할 때의 모습과 비교한다)을 시각 교차 지점의 위치와 함께 사용한다.
Round Out(Flare)
round out이란 정상 접근 자세에서 착륙 자세로 부드럽게 전환하여 비행경로를 활주로와 몇 인치 이내로 평행하게 만드는 것이다. 정상 하강 도중 지면으로부터 10 ~ 20ft 높이에 접근할 때 round out이 시작된다. pitch와 AOA를 천천히 증가시키기 위해 back-elevator pressure가 점진적으로 적용된다. [그림 9-10] 속도가 감소함에 따라 비행기가 천천히 안착할 수 있는 비율로 받음각을 증가시킨다. 이는 비행기가 지면에 착륙하기 전까지 계속된다.
받음각이 증가하면 양력이 순간 증가하여 하강률이 감소한다. round out 도중 보통 출력을 idle로 줄이기 때문에 속도가 점진적으로 감소한다. 이는 다시 양력을 감소시키기므로 받음각을 더 증가시켜야 한다. round out 도중 양력을 조절하는 동안 속도가 touchdown speed로 감소하며이를 통해 비행기가 활주로에 부드럽게 착륙할 수 있다. 바퀴가 착륙 표면에 닿을 때 적절한 자세 및 속도가 동시에 얻어질 수 있는 rate로 round out을 수행해야 한다.
round out이 수행되는 rate는 비행기의 높이, 하강률, 그리고 pitch에 따라 달라진다. 높은 고도에서 round out이 시작되는 경우에는 낮은 고도에서 시작되는 round out보다 천천히 수행되야 한다. round out이 수행되는 rate는 지면과 가까워지는 속도에도 비례해야 한다. 비행기가 천천히 하강하는 것처럼 보이면 그에 따라 pitch도 천천히 증가시켜야 한다.
full-flap 접근 도중 만들어지는 pitch 자세는 no-flap 접근과 비교하였을 때 상당히 낮다. full flap을 사용하는 경우 착륙 전에 적절한 자세를 얻기 위해선 pitch를 더 많이 변화시켜야 한다. 보통 round out은 flap의 사용량에 관계 없이 같은 고도에서 시작되므로 full-flap을 사용하였다면 pitch를 더 빠르게 들어줘야 한다. 허나 round out은 여전히 비행기의 하강 속도를 고려한 rate로 수행되어야 한다.
round out이 시작되었다면 elevator를 전방으로 밀어서는 안 된다. 만약 너무 많은 back-elevator pressure가 가해졌다면 오차가 발생한 정도에 따라 이러한 압력을 살짝 풀어주거나계속 유지한다. 때에 따라 과도한 침하율이나 실속을 방지하기 위해 throttle을 약간 증가해야 할 수도 있다.
갑작스럽고 예상치 못한 위험 상황이 발생하면 즉시 출력을 적용해야 하므로 조종사는 접근 및 착륙 도중 throttle에 한 손을 올려놓는 습관을 가져야 한다.
Touchdown
touchdown이란 활주로에 비행기를 부드럽게 착륙시키는 것이다. round out과 touchdown은 보통 엔진 idle 상태에서 이루어진다. round out 도중 대략 실속 속도에서 비행기가 착륙할 정도로 속도가 감소한다. 비행기가 가라앉고 있을 때 적절한 back-elevator pressure를 가하여 적절한 착륙 자세를 만들어야 한다.
몇몇 조종사들은 적절한 착륙 자세가 만들어지지 않은 상태로 비행기를 착륙시키려 시도한다. 비행기가 과도한 속도로 활주로에 착륙해서는 안 된다. 부드러운 착륙을 위해 출력을 부드럽게 idle로 줄여주면서 elevator를 통해 바퀴를 최대한 오랫동안 지상으로부터 수 인치 떨어뜨려 놓는데 집중해야 한다.바퀴가 지면으로부터 2 ~3ft 높이에 있을 때 비행기는 대부분의 경우 여전히 빠르게 가라앉는다. 따라서 back-elevator pressure를 증가시켜서 이러한 하강을 지연시켜야 한다. 비행기는 이미 실속 속도에 근접하였으며 가라앉고 있기 때문에 이러한 추가적인 back-elevator pressure는 착륙을 늦출 뿐 멈추게 하지는 않는다. 대신 이는 비행기가 적절한 착륙 자세에서 main wheel이 먼저 착지하게 만들며 그 결과로 nose wheel에 무게가 거의 실리지 않게 만든다. [그림 9-11]
main wheel이 지면에 착지한 후에 공기역학적 제동을 위해, 그리고 감속 도중 nose-wheel을 지면으로부터 떨어뜨려 놓기 위해 back-elevator pressure를 유지한다. 조종사는 착지 시 의도치 않게 브레이크가 가해지지 않도록 조심해야 한다. 브레이크가 일찍 사용되면 기수가 갑자기 떨어지고 공기역학적 제동이 손실될 수 있다. 비행기의 가속도가 줄어듦에 따라 back-elevator pressure를 점진적으로 놓아줌으로써 nose-wheel이 활주로에 부드럽게 안착하도록 만든다.이는 받음각과 날개의 양력을 감소시킴으로써 floating이나skipping을 방지하며 비행기 전체 무게를 바퀴에 실어줌으로써 더 나은 기계적 제동이 가능하게 해준다. 비행기가 감속할수록 기계적 제동이 더 효율적이게 된다.
비행기의 세로축과 비행기의 이동 방향이 정확히 평행할 때 착륙하는 것은 매우 중요하다. 이렇게 되지 않을 경우 landing gear에 심각한 가로 하중이 발생한다. 이러한 가로 하중을 피하기 위해선 비행기가 바람을 향하고 있을 때, 혹은 편류 중일 때 착륙해서는 안 된다.
After-Landing Roll
비행기가 정상적인 지상 활주 속도로 감소하기 전까지, 혹은 착륙 지역을 개방하고 완전히 정지하기 전까지는 착륙 과정이 완료된 것이 아니다. 착륙 후에 조종사가 경계를 늦추고 적극적인 제어를 유지하지 않으면 사고가 발생할 수 있다.
착륙 도중,그리고 착륙 후에 바퀴와 지면의 마찰로 인하여 방향 제어가 어려울 수 있다. 방향 제어가 상실되면 제어 불가능한 깊은 선회나ground loop가 발생할 수 있다. ground loop 도중 무게 중심(CG)에서 작용하는 원심력이 이에 저항하는 main wheel 지면 마찰과 합쳐지면 선회 바깥쪽 wingtip이 지면에 닿을 정도로 비행기가 기울어질 수 있다. 이는 landing gear를 손상시킬 정도의 가로 하중을 가한다.
rudder는 지상과 공중에서 같은 역할을 수행한다. 바로 비행기의 yawing을 제어하는 것이다. rudder의 효율성은 공기 흐름에 따라 달라지며이는 비행기 속도에 의해 좌우된다. 속도가 감소하고 nose-wheel이 지면에 닿으면 steerable nose가 더욱 확실한 방향 제어를 제공한다.
비행기의 브레이크는 자동차의 브레이크와 같은 목적을 가지고 있다. 바로 지상에서 속도를 줄이는 것이다. 허나rudder나nosewheel steering만으로 얻어지는 방향 제어가 불충분할 때에는 브레이크를 방향 제어 보조 장치로도 사용한다.
toe brakes를 장착한 비행기에서 브레이크를 사용하려면 발을 rudder pedals에서 brake pedals로 옮겨야 한다. rudder 압력을 유지하면서 제동을 가해야 하는 경우에는 발을 brake pedal로 옮길 때 rudder 압력이 빠지지 않도록 주의해야 한다. 왜냐하면 브레이크를 작동시키기 전에 방향 제어가 상실될 수 있기 때문이다.
착륙 후 바퀴에 최대 무게를 싣는 것은 최적의 제동 성능을 얻어내는데 있어 매우 중요한 요소이다. 감속 도중 브레이크를 적용하면 기수가 낮아져서 일부 무게가 nose-wheel에 실릴 수 있다. 이는 제동에 도움이 되지 않으므로 활주로로부터 nose-wheel이 들어 올려지지 않을 정도의 back pressure를 가한다. 이는 방향 제어를 허용함과 동시에 main wheels에 무게가 실리도록 해준다.
nose wheel이 지면에 착지하였으며 방향 제어가 유지된다면 조심스럽게 브레이크를 적용한다. 최대 브레이크 효율은 skidding이 발생하는 지점 바로 이전에서 이루어진다. 만약 브레이크가 너무 과하게 적용되어 skidding이 발생하면 제동 효율성 떨어진다. 이때 브레이크 압력을 풀어주어야 skidding이 멈춘다. 브레이크 압력을 적용하고, 풀어주고, 다시 적용한다 해서 브레이크 효율이 향상되지는 않는다. 브레이크는 필요할 때 확실하고 부드럽게 적용되어야 한다.
ground roll 도중 한 쪽 브레이크를 조심스럽게 가하거나, 혹은 원하는 방향으로 불균등한 브레이크 압력을 가하여 비행기 이동 방향을 변화시킬 수 있다. 브레이크를 적용할 때는 과조작이 발생하지 않도록 주의해야 한다.
aileron은 지상과 공중에서 같은 역할을 한다. 바로 날개의 양력 성분과 항력 성분을 변화시키는 것이다. after-landing roll 도중 aileron은 날개를 수평으로 유지하는데 사용된다.날개가 떠오르기 시작하면 해당 날개를 낮추기 위해 aileron을 적용한다. aileron 조작에 필요한 양은 비행기의 속도에 따라 달라진다. 왜냐하면 비행기 속도가 감소하면 aileron의 효율성이 떨어지기 때문이다. 측풍 조건에서 aileron을 사용하는 절차는 이 장의 “Crosswind Approach and landing”에서 설명된다.
비행기가 충분히 감속한 후에 유도로에서 정지하였다면 after-landing checklist를 수행한다. 비행기가 아직 움직이고 있을 때 flap control 대신 실수로 landing gear control을 조작하여 사고가 발생한 경우가 많았다. 이러한 제어 장치들을 작동하기 전에 확실히 확인하는 습관이 훈련 초기에 형성되어야 하며 이는 향후의 모든 비행 활동에서도 지속되어야 한다. 만약 이용 가능한 활주로가 충분하다면 정상적인 방법으로 비행기를 감속시킬 수 있다.
Common Errors
정상 접근 및 착륙을 수행하는데 있어 발생하는 일반적인 오류들은 다음과 같다:
1. 적시에 landing checklist를 수행하지 못함.
2. base leg에서 편류 수정이 불충분함.
3. final approach를 향해 선회 시 overshoot, undershoot, too steep, 혹은 too shallow.
4. base leg에서 final approach로 선회 도중 overshoot이나부적절한 편류 수정으로 인해skidding turn이 발생함.
복행은 접근 및 착륙 파라미터가 예상 수치를 벗어난 경우, 혹은 접근 및 착륙을 계속 진행하는 것이 위험할 경우 수행되는 정상 기동이다. ATC(air traffic control)의 요청, 예상치 못한 위험의 출현, 다른 비행기의 추월, wind shear, wake turbulence, 기계적 결함, 혹은 불안정한 접근은 모두 착륙 접근을 중단하는 이유가 된다. 다른 정상 기동들과 마찬가지로 복행을 완벽하게 연습해야 한다. 교관은 모든 접근이나 착륙이 복행으로 이어질 수 있음을 강조해야 하며 학생 조종사는 이를 이해해야 한다. 복행이 완벽하지 못한 접근의 결과라는 가정은 잘못된 생각이다.
착륙 과정의 어느 지점에서도 착륙을 중단해야 할 필요성이 발생할 수 있다. 그러나 지면에 매우 근접해있을 때 시작되는 복행이 가장 위험하다. 복행은 본질적으로 위험하지 않다. 다만 복행이 무리하게 지연될 경우, 혹은 부적절하게 수행될 경우에는 위험해진다. 복행을 지연시키는 원인은 보통 두 가지이다:
1. 착륙 기대치 - 상황이 그리 위험하지 않으며 접근이 안전하게 끝나리라는 믿음.
2. 자존심 - 복행을 수행한다는 것은 접근을 제대로 수행하지 못하였음을 인정하는 것이라는 믿음.
복행을 올바르게 수행하기 위해선 세 가지를 알아야 한다:
1. Power
2. Attitude
3. Configuration
Power
첫 번째로 중요한 것은 출력이다. 조종사가 복행을 수행하기로 결심한 순간 최대 출력이(혹은maximum allowable takeoff power가) 지체 없이 적용되어야 한다. 이러한 출력은 속도와 조종성이 되돌아오기 전까지 유지되어야 한다. 지면을 향하여 착지하는 비행기의 관성을 극복하기 하기 위해선 충분한 출력이 필요하다. 출력은 확실하고 부드럽게 적용되어야 한다. 일부 비행기에서는 갑작스러운 throttle 조작이 엔진 불안정을 발생시킨다. 최대 출력을 얻기 위해 carburetor heat을 끈다( 단,해당하는 경우).
Attitude
stall speed 미만에서는 비행기가 날 수 없으며minimum power required speed 미만에서 비행기가 상승할 수 없다. 속도가 충분하지 않다면 조종사는 상승을 위해 기수를 들려는 충동을 억제해야 한다. 때에 따라서는 증속을 위해 기수를 잠시 낮춤으로써 backside of the power curve를 벗어나는 것이 바람직할 수 있다.
조종사가 복행을 수행하기로 결심할 때 trim은 저속으로 설정되어 있다. 이때 갑작스럽게 출력을 적용하면 비행기의 기수가 상승하며 좌측으로 yaw 한다. 기수가 너무 일찍 올라가도록 내버려 두면 복행도중 실속이 발생할 수 있다. 조종사는 안전한 상승 자세를 유지하기 위해 상당한 forward elevator pressure를 예상해야 한다. 조종사는 torque와 P-factor를 상쇄하기 위해 충분한 right rudder pressure를 가해야 한다. trim은 조종간 압력 완화와 적절한 pitch 자세 유지를 돕는다. 적절한 속도를 얻은 후 상승을 위한 pitch 자세를 조정하였다면 조종간 압력을 완화하기 위해 “rough trim”을 수행한다. 더욱 정교한 trim 조정은 비행 상태가 안정된 후에 만들어질 수 있다. 복행 시 최대 출력을 적용할 때 상당한 조종간 압력이 발생하는 비행기의 경우 조종사는 flap handle에 손을 뻗을 때 주의해야 한다. 업무량이 많은 이런 단계에서는 비행기 제어가 첫 번째로 중요하다.
Configuration
적절한 상승 자세와 출력을 설정하였다면 조종사의 다음 관심사는 flap을 올리는 것이다. 하강이 멈추었다면 제조업체의 권장사항에 따라 landing flaps를 몇 단계 올리거나takeoff position에 둔다. 비행기의 고도와 속도에 따라 flap을 조금씩 간헐적으로 올림으로써상승 도중 비행기가 점진적으로 가속할 수 있도록 만드는 것이 현명하다. flaps를 한 번에 다 올려버리면 양력이 손실되어 비행기가 지상에 착지할 수 있다. [그림 9-12]
AFM/POH에 달리 명시되지 않는 한 보통 landing gear를 올리기 전에 flaps를 올리는 것이 권장된다. 여기에는 두 가지 이유가 있다. 첫째로 대부분의 비행기에서 full flaps는 landing gear보다 더 많은 항력을 만들어낸다. 둘째로 복행을 수행할 때 비행기가 우연히 착지할 경우를 대비하여 landing gear가 down-and-locked position에 있는 것이 바람직하다. positive rate of climb가 설정된 후에 landing gear를 올린다.
비행기가 다시 이륙하였으며 trim도 설정되었다면landing gear를 올린다. 극도로 낮은 고도에서 수행된 복행의 경우 비행기가 활주로에 착지한 뒤 튀어 오를 수 있다. 만약 비행기가 안전한 pitch 자세를 일정하게 유지한다면 이 상황은 특별히 위험하지 않다. 적용된 출력은 이후 발생할지도 모를 두 번째 착지를 완충한다.
Ground Effect
지면효과는 고정익 항공기의 모든 이착륙에 영향을 미친다. 이는 또한 복행에서도 중요한 요소가 될 수 있다. 복행이 지면으로부터 가까이에서 수행될 때 비행기가 지면 효과 내에 있을 수 있다. 이때 조종사들은 종종 날개 아래의 “cushion of air”에 의해 잘못된 안도감에 빠져든다. 허나 이러한 “cushion of air”는 상상의 산물이다. 비행기의 성능 증가는 사실 지면 효과 영역 내에서의 유도 항력 감소 때문에 발생한다. 이는 “빌린” 성능이기 때문에 비행기가 지면 효과 영역을 벗어나 상승할 때 반납해야 한다. 지면으로부터 가까이서 복행을 수행하는 경우에는 지면 효과를 고려해야 한다. 너무 빨리 상승하려 시도할 경우 비행기가 상승하지 못할 수 있다.
slip은 현재 사용중인 선회율에 비해 bank angle이 가파를 때 발생한다. unintentional slip은 보통 rudder/aileron이 삼타일치를 이루지 못할 때 발생한다. 그러나 intentional slip은 속도 증가 없이 고도를 낮추기 위해, 그리고 측풍 조건에서 비행기 지상 경로를 조정하기 위해 사용된다. intentional slip은 접근 도중 장애물을 회피해야 하는 경우, 그리고 비상 착륙을 수행하는 경우 유용하다. 또한 slip은 wing flaps가 고장 났을 때, 혹은 wing flaps가 설치되지 않았을 때 빠르게 속도를 감소시키는 수단으로 사용될 수 있다.
slip은 비행기 세로축을 기준으로 전방 움직임과 측면 움직임으로 나뉜다. slip 하는 비행기는 직진하는 것처럼 보일 수 있으나 사실 비스듬히 비행하고 있다. 이는 상대풍이 비행기에 부딪히는 방향을 변화시킨다. slip은 항력의 현저한 증가, 그리고 이에 상응하는 상승 · 순항 · 활공 성능 감소를 특징으로 한다. 비행기에 bank가 가해져 있기 때문에 양력의 수직 성분이 감소한다. 이는 slip 상태인 비행기가 증속 없이 빠르게 하강하게 만들어준다.
대부분의 비행기는 양(+)의 정적 방향 안정성을 나타내기에 slip을 보상하려는 경향이 있다. 따라서 intentional slip 도중 의도적으로 aileron과 rudder를 cross-control 해야 한다.
intentional slips에는 두 가지가 있다: sideslip과 forward slip. sideslip은 보통 측풍 조건에서 착륙 시 항공기를 활주로 중심선에 정렬하기 위해 사용된다. 이는 한 쪽 날개를 낮춘 뒤 선회를 막을 정도로 반대쪽 rudder를 가함으로써 수행된다. sideslip 도중 비행기의 세로축은 기존의 비행경로와 평행하게 유지된다. 그러나 비행기는 더 이상 직진하지 않는다. 대신 양력의 수평 성분으로 인해 비행기는 low wing 쪽으로 비스듬히 움직인다. [그림 9-13] slip의 양(즉, 측면으로 이동하는 속도)은 bank angle에 따라 달라진다. bank가 깊어질수록 slip의 양이 커진다. bank angle이 증가함에 따라 선회를 방지하기 위해 반대쪽 rudder가 더 필요하다.
forward slip은 증속 없이 고도를 깎고 하강률을 증가시키기 위해 사용된다. forward slip의 경우에는 비행기의 이동 방향이 slip이 시작되기 전과 동일하게 이어진다. forward slip을 수행하기 위해 ailerons로 한 쪽 날개를 낮춤과 동시에 비행기의 기수가 반대쪽으로 yaw 할 정도로 충분한 반대 rudder를 가한다. 이때 가하는 rudder의 양은 비행기가 기존의 비행경로를 유지할 정도이다. 비행기의 기수는 더 이상 비행경로를 가리키지 않는다. [그림 9-14] forward slip에서 slip의 양(즉, 침하율)은 bank angle에 따라 달라진다. bank가 깊어질수록 하강 또한 깊어진다. 고도를 깎기 위해 이 기동을 사용할 때 보통 출력은 idle로 감소된다. 조종사는 elevator control을 통해 속도를 제어한다. 측풍이 존재하는 경우에는 비행기가 측풍을 향해 bank가 가해지도록 풍상 쪽 날개를 낮추어야 한다. 왜냐하면 바람을 향하여 slip 하는 것이 기존의 비행경로를 유지하기 쉽게 만들기 때문이다.
대부분의 소형 비행기에서 slip의 양은 rudder 조작이 가능한 양으로 제한된다. sideslip과 forward slip 도중 heading을 유지하기 위해 최대 rudder를 적용해야 하는 시점에 도달할 수 있다(아직 bank angle을 더 늘릴 수 있음에도 불구하고). 이 시점이 practical slip limit이다. 왜냐하면 여기서 bank를 더 증가시키면 설령 최대 rudder가 적용되었다 하더라도 비행기가 선회하기 때문이다. practical slip limit에 도달하였음에도 불구하고 더욱 빠르게 강하해야 한다면 기수를 낮춘다. 이는 침하율 뿐만 아니라 속도도 증가시킨다. 속도가 증가하면 rudder의 효율성이 증가하므로 더 깊은 slip이 가능해진다. 이와 반대로 기수를 들면 rudder 효율성이 감소하므로 bank angle을 줄여야 한다.
날개를 수평으로 만듦과 동시에 rudder를 풀어주면서 pitch를 정상 활공 자세로 조정함으로써 slip이 중단된다. 만약 rudder 압력이 갑자기 풀려버리면 기수가 너무 빠르게 되돌아와서 비행기가 과도한 속도를 얻을 수 있다. 일부 비행기에서는 pitot tube와 static vents의 위치로 인해 slip 도중 속도계가 상당한 오차를 만들어낼 수 있다. 조종사는 이러한 가능성을 인지해야 한다. 또한 조종사는 비행기의 자세, 공기 흐름의 소리, 그리고 조종간의 느낌을 통해 slip이 제대로 수행되는지 인지해야 한다. slip 상태인 비행기는 실속에 빠질 때 yawing tendency를 거의 보이지 않는다(반면 skid 상태인 비행기는 실속에 빠질 때 yawing tendency를 보이며 그 결과 skidding stall을 spin으로 발달시킴). 대신 slip 상태인 비행기는 실속에 빠질 때 wing-level 자세로 roll 하려는 경향을 보일 수 있다.
(Slipping stall과 Skidding stall을 직접 보고 싶다면? 그림 클릭!)(Skidding stall이 Slipping stall보다 위험한 이유를 알고싶다면? 그림 클릭!)
일부 비행기는 slip과 관련하여 제한 사항을 가지고 있다. 경우에 따라 slip은 지속 시간이나 연료 양에 의해 제한된다. 이러한 제한 사항은 uncoordinated flight 도중 연료가 탱크의 한쪽으로 쏠릴 때 발생하는 연료 고갈을 방지하기 위한 것이다. 실제로 엔진이 꺼진 비상 상황에서 착륙 지역에 도달하기 위해 forward slip을 사용하는 경우에는 시간제한이나 연료 제한이 무관하다(단, 장시간 지속되는 slip이 엔진 문제를 발생시키지 경우 제외). 공기역학적 이유로 인하여 flaps가 연장된 상태와 관련된 권장 사항이나 제한 사항이 있을 수도 있다. 특정 비행기 정보는 제조업체의 AFM/POH를 참조한다.
(출처: DA40NG AFM)
일부 조종사들은 forward slip을 사용하는 것을 피한다. flaps를 사용한 접근은 삼타일치가 이루어진, 그리고 보다 익숙한 비행을 허용한다. 반면 forward slip 도중 가해지는 sideway force는 불편하게 느껴질 수 있다. 그러나 엔진 고장과 관련된 실제 비상 상황에서 forward slips은 더 나은 결과로 이어질 수 있는 기술을 제공한다. 이러한 상황에서 조종사가 forward slip을 사용하면 flaps를 사용하는 것보다 더 빠르게 하강을 수행할 수 있다. 하강률을 줄일 때 조종사는 페널티 없이 slip을 중단할 수 있다. 반면 접근 도중 flaps를 올리게 되면 원치 않는 고도 감소가 발생할 수 있다. forward slip 도중 최대 rudder를 가하고 있다 하더라도 조종사는 aileron을 증가시키거나 감소시킴으로써 원하는 지상 경로를 왼쪽이나 오른쪽으로 조정할 수 있다. 이 기동은 Private Pilot Airman Certification Standards(ACS)에 포함되어 있으므로 그 가치는 충분히 설명된다.
(출처: 자가용조종사[비행기] PTS)
Forward Slip to a Landing
공항 장주 패턴에서 forward slip to a landing을 시연하는 경우 조종사는 final approach 구간에서 forward slip이 사용될 수 있도록 하강을 계획해야 한다. flap은 보통 up 상태로 유지되며 downwind나 base에서 forward slip을 사용해야 할 수도 있다. downwind leg에서 착륙 지점을 abeam 하면 출력을 idle로 줄이고 하강을 시작한다. 만약 하강률이 충분하지 못하다면 하강률을 증가시키기 위해 forward slip을 사용한다. 그런 다음 base를 향하여 삼타일치 선회를 수행한다. 이때 높이를 계속 판단한다. 만약 base에서 비행기가 높다면 계속하여 forward slip을 사용한다. 그런 다음 final approach course와 비행기를 정렬시키기 위해 삼타일치 선회를 수행한다. final approach course에 설정되었을 때 비행기는 forward slip을 사용할 수 있을 정도로, 그리고 aiming point로 향하는 적절한 접근 경로가 설정될 수 있을 정도로 높아야 한다. round out이 시작되면 forward slip을 풀어주고 정상 착륙을 진행한다.
대부분의 활주로에 착륙할 때 바람은 착륙 방향으로부터 평행하지 않다. 모든 조종사는 측풍 상황을 대처하는 방법을 준비해야 한다. 정상 접근 및 착륙과 연관된 기본적인 원칙과 요소들이 측풍 접근 및 착륙에서도 동일하게 적용된다. 따라서 여기에서는 편류를 보상하는데 필요한 추가적인 절차만을 논의한다.
측풍 착륙은 측풍 이륙보다 조금 더 어렵다. 속도가 감소하는 동안 비행기의 정확한 제어를 유지하는데 필요한 조종간 입력이 이륙(이 경우에는 속도가 증가함)과는 다르기 때문이다.
측풍 접근 및 착륙을 위한 두 가지 방법이 있다 – crab method와 wing-low(sideslip) method. crab method는 final approach 도중 조종사가 쉽게 유지할 수 있는 방법이긴 하나 착륙 직전에 crab을 풀 판단력과 타이밍을 필요로 한다. crab method와 wing-low method가 함께 사용될 수도 있긴 하지만 대부분의 경우 wing-low method가 권장된다. 현재의 시험 표준은 두 가지 방법을 모두 허용하며 조종사는 두 가지 방법을 모두 배워야 한다.
Crosswind Final Approach
crab method를 사용할 경우 조종사는 바람을 향한 heading(crab)을 설정하기 위해 삼타일치 선회를 수행해야 한다. 설정된 heading은 비행기의 지상 경로를 활주로의 중심선과 정렬시켜야 해야 한다. 활주로 정렬을 유지하기 위해 조종사는 미세한 heading 수정을 수행해야 한다. [그림 9-15] 착륙 직전에는 rudder를 통해 비행기의 세로축을 활주로에 정렬함으로써 바퀴가 활주로에 비스듬히 닿지 않도록 해야 한다.이러한 세로축 정렬이 너무 이르게, 혹은 너무 늦게 이루어지면 가로 하중(side load)이 발생한다. 긴 거리의 final approach를 수행 중이라면 crab method를 사용하여 접근한 다음 round out 전에 wing-low method로 부드럽게 전환하는 것이 하나의 방법이다.
wing-low(sideslip) method 또한 측풍을 보상하는 기동이다. 그러나 wing-low는 final approach, round out, touchdown, 그리고 after-landing roll 도중 비행기의 지상 경로와 비행기 세로축이 활주로 중심선에 정렬되도록 만든다. 이는 비행기가 옆으로 움직이면서 착지하여 landing gear에 가로 하중이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 처음에는 bank angle이 가해진 상태로 착륙하는 것이 이상하게 느껴질 수 있다. 일부 조종사들은 풍상 쪽 wingtip이 지면에 부딪힐 것처럼 보인다 말하지만 실제로는 그렇지 않다. wing-low method는 진즉에 측풍 수정을 설정해두기 때문에 착륙 직전 heading 변화를 필요로 하지 않으며 조종사가 부드럽고 연속적인 조작을 할 수 있도록 해준다. 이 기술을 사용할 때 지면 근처에서, short final에서, 그리고 활주로에서 조종간 압력이 변화하기 때문에 조종사들은 정밀한 조종을 해야 한다.
wing-low를 사용하기 위해 조종사는 먼저 rudder를 사용하여 비행기의 heading을 활주로 방향과 정렬한다. 비행기는 이제 측풍에 노출되어 있기 때문에 편류하기 시작한다. 편류하는 방향과 속도를 확인한 다음 편류를 상쇄할 정도로 충분한 aileron을 적용한다. [그림 9-16] 조종사는 bank 양을 변화시킴으로써 왼쪽이나 오른쪽으로 편류할 수 있으며필요한 경우에는 조종간 압력을 조절함으로써 활주로 중심선을 교차 및 유지할 수 있다. 측풍이 변하면 sideslip을 조절하여 비행기가 활주로 중심에 유지되도록 만든다. [그림 9-17]
강한 측풍을 수정하기 위해선 풍상쪽 날개를 낮춤으로써 바람을 향한 slip을 증가시켜야 한다. 그 결과 비행기가 선회하려는 경향이 더욱 커질 것이다. 선회를 방지하기 위해, 그리고 비행기 세로축과 활주로 정렬을 유지하기 위해 상당한 rudder를 적용해야 한다. 일부 비행기에서는 steep bank로 인한 강한 선회 경향을 최대 rudder로도 보상하지 못할 수 있다.만약 필요한 bank의 양이 최대 rudder로도 선회를 막지 못할 정도라면 안전하게 착륙하기엔 바람이 너무 강한 것이다. 비행기의 능력이 초과되었으므로 해당 공항의 보다 유리한 활주로나 교체비행장에서 착륙이 이루어져야 한다.
대부분의 접근 도중 flap이 사용된다. 왜냐하면 flap은 비행기를 안정시키는 효과를 가져오기 때문이다. flap을 연장하는 양은 비행기의 조작 특성과 풍속에 따라 달라진다.
Crosswind Round Out(Flare)
round out은 보통 정상 착륙 접근처럼 이루어진다. 그러나 편류를 막기 위해 측풍 수정을 계속 적용해야 한다.
round out이 진행됨에 따라 속도가 감소하기 때문에 조종면은 점차 덜 효율적이게 된다. 때문에 초기에 유지하고 있던 측풍 수정량이 불충분해진다. wing-low를 사용할 때 적절한 편류 수정량을 유지하기 위해선 점진적으로 rudder와 aileron을 증가시켜야 한다.
round out 도중 풍상 쪽 날개를 아래로 유지한다. 만약 날개가 수평이 되면 비행기가 편류하면서 착륙하게 된다. 주목적은 가로 하중 없이 비행기를 착륙시키는 것이다.
Crosswind Touchdown
final approach 및 round out 도중 편류 수정을 위해 crab을 사용하였다면 착지 직전에 비행기의 세로축과 이동 방향이 정렬되도록 rudder를 적용하여 crab을 풀어주어야 한다.
만약 wing-low를 사용하였다면 round out 도중 측풍 수정이 유지되어야 하며 풍상 쪽 main wheel이 먼저 활주로에 닿아야 한다. 돌풍이나 강풍 조건에서는 착지 도중 비행기가 편류하지 않도록 측풍 수정을 신속하게 조절해야 한다. 첫 번째 main wheel 닿은 후 가속도가 줄어듦에 따라 비행기 무게로 인하여 풍하 쪽 main wheel이 활주로에 닿는다.
nose-wheel steering과 rudder가 연결된 비행기의 경우 main wheels이 활주로에 닿았을 때 nose-wheel은 활주로와 연장되어 있지 않다. 왜냐하면 측풍 수정을 위해 반대쪽 rudder를 가하고 있기 때문이다. nosewheel이 틀어진 방향으로 비행기가 휘는 것을 방지하기 위해선 nose-wheel이 활주로에 닿을 때 rudder를 풀어주어야 한다.
Crosswind After-Landing Roll
after-landing roll 도중 rudder나nose-wheel steering을 사용하여 방향 제어를 유지함과 동시에 aileron을 통해 풍상 쪽 날개가 들리지 않도록 주의해야 한다. 공중에 있는 항공기는 현재 유지하는 heading과 speed에 상관 없이 공기와 함께 움직인다. 지상에 있는 항공기는 공기(측풍)와 함께 움직일 수 없다. 왜냐하면 바퀴의 지면 마찰로 인한 저항 때문이다.
main landing gear를 기준으로 비행기의 뒷부분 측면 면적은 앞부분 측면 면적보다 더 넓다. main wheel은 중심점의 역할을 하며 이 지점의 뒷부분은 측풍에 노출되는 넓은 측면을 가지기 때문에 비행기는 바람을 향하여 weathervane 하려는 경향을 보인다.
after-landing roll 도중 비행기에 작용하는 상대풍은 두 가지 요소의 결과이다. 첫 번째 요소는 자연풍으로 이는 공기가 이동하는 방향에서 작용한다. 자연풍은 비행기의 지상 경로를 따라 작용하는 정풍 성분과 지상 경로의 90도 지점에서 작용하는 측풍 성분으로 구성된다. 두 번째 요소는 비행기가 전진하여 발생하는 바람으로 이는 이동 방향의 반대 방향에서 작용한다. 상대풍은 이 두 가지 요소의 결과이며 이 두 요소 사이 어딘가에 있는 방향으로부터 작용한다. 비행기의 groundspeed가 빠를수록 상대풍이 비행기의 기수쪽으로 정렬된다. after-landing roll 도중에는 비행기의 전방 움직임이 감소함에 따라 상대풍의 정풍 성분이 감소하므로 상대풍은 측풍 성분쪽으로 정렬된다. 측풍 성분이 클수록 weathervaning을 방지하는 것이 더 어려워진다(특히 tailwheel airplane의 경우).
(출처: boldmethod. Tricycle이 Tailwheel보다 안정적인 이유를 알고 싶다면 그림을 클릭해보라.)
weathervaning effect 때문에 지상에서 제어를 유지하는 것은 after-landing roll의 중요한 부분이다. 또한 편류 도중 활주로에 착지할 때 발생하는 가로 하중은tricycle-geared airplane에 “roll-over”를 유발할 수 있다. 이는 하나의 main wheel이 지면으로부터 들어올려진 후에 비행기가 nose-wheel과 남은 main wheel 사이의 축을 따라 앞으로 기울어질 때 발생한다. roll-over로 인해 날개 끝이나 프로펠러가 지면에 닿을 수 있다. 이와 관련된 기본 요소들은cornering angle과side load이다.
cornering angle이란 타이어가 향하는 방향과 타이어 경로 간의 각도 차이이다. 타이어의 경로와 방향이 틀어질 때마다 가로 하중이 발생하며이는 타이어를 변형시킨다. 가로 하중은 타이어의 종류와 공기압에 따라 달라지지만 속도와는 완전히 무관하다. 그리고 가로 하중은 상당한 범위 내에서 타이어가 지탱하는 무게와 cornering angle에 정비례한다. cornering angle이 10도만 증가해도 타이어가 지탱하는 무게의 절반에 해당하는 가로 하중이 발생한다(20도 이후에는 cornering angle이 증가해도 가로 하중이 증가하지 않는다). high-wing,tricycle-geared airplane는 roll-over가 불가피한cornering angle을 가지고 있다. 이보다 낮은 각도에서는 ailerons, rudder, 혹은 steerable nose-wheel을 통해 roll-over를 피할 수 있다(단, 브레이크는 사용할 수 없음).
after-landing roll 도중 비행기가 감속하는 동안 풍상 쪽 날개가 떠오르는 것을 막기 위해 aileron을 점점 더 적용한다. 비행기가 감속하고 있기 때문에 ailerons 주위의 공기 흐름이 적어지므로 ailerons의 효율성이 저하된다. 이와 동시에 상대풍이 점점 측풍쪽으로 정렬되어 풍상 쪽 날개에 더 큰 상승력을 가한다. 비행기가 정지할 때 aileron은 바람쪽으로 완전히 가해져야 한다.
Maximum Safe Crosswind Velocities
특정 측풍 조건에서는 이착륙이 권장되지 않는다. [그림 9-18] 엄청난 편류 수정을 해야 할 정도로 측풍이 강하다면 착륙이 위험해질 것이다. 따라서 지표면 바람 조건과 착륙 방향을 통해 이착륙이 가능한지를 고려해야 한다.
비행기는 FAA로부터 형식 증명(type certificate)을 받기 전에 특정 조건에 대한 시험 비행을 거친다. 여기에는 0.2VS0 이하의 90도 측풍에서 조종사의 특별한 기술 없이도 비행기가 만족스럽게 제어될 수 있음을 증명하는 것이 포함된다. 이는 power off 및 landing configuration인 비행기 실속 속도의 2/10에 해당하는 풍속을 의미한다. 1962년 5월 3일 이후에 증명된 비행기의 placard에는 demonstrated crosswind velocity가 포함되어 있다.
특정 조건에 대한 정풍 성분과 측풍 성분은 crosswind component chart를 통해 결정된다. [그림 9-19] 조종사들은 본인이 비행하는 비행기의 최대 측풍 성분을 알아야 한다. 또한 비행기의 능력을 초과하는 바람 조건에서는 비행을 피해야 한다.
※ 다음은 대한항공 계기비행 교재를 발췌한 내용이다.
3. Wind Application
1) 비행계획단계
- Steady Wind를 적용함을 원칙으로 한다. (ETOPS 비행 제외)
2) 비행단계
- 이륙 공항: 항공기 이륙시점을 기준으로 Max Wind(Gust 포함)를 적용한다.
- 착륙 공항: Tower Contact 시점부터 1000feet(HAT/HAA) 도달 전에 Tower Wind를 기준한 Max Wind(Gust 포함)를 적용하여 접근 계속 여부를 결정한다. Final Approach Speed는 No Wind 때 VREF + 5, Wind가 있는 때 일반적으로 VREF + 1/2 H/D Wind + Gust Factor를 유지한다(이는 해 기종 별 절차에 따라 다르다).
3) 적용 방법
- holding fix를 통과하기 전에 inbound track이 설정되도록 바람을 보상하기 위해선 heading과 timing을 적절히 감안해야 한다.
★ WCA = CROSS WIND SPEED × 60 / TAS
● Cross Wind Component를 구하는 방법 - The 30º cross wind component is 1 / 2 of 90º cross wind - The 45º cross wind component is 7 / 10 of 90º cross wind - The 60º cross wind component is 9 / 10 of 90º cross wind
예) Runway Heading 360°, Winds 30kts,
- Wind Direction 030°: cross wind component is 15kts
- Wind Direction 045°: cross wind component is 21kts
- Wind Direction 060°: cross wind component is 27kts - Wind Direction 090°: cross wind component is 30kts
● True airspeed 구하는 방법 - Mach number indicator: Mach No. ×10 ×60 = TAS - Indicator airspeed(IAS): TAS(True airspeed)는 고도 1,000ft 상승할 때마다 약 IAS의 2%씩 증가한다
정확한 drift angle을 구하려면: wind drift angle이 10 이상인 때에는 TAS대신에 effective true airspeed로 계산하면 보다 정확한 wind drift 값을 구할 수 있다. 그러나 effective true airspeed에 의한 영향을 미소한 양이므로 무시하고 비행하여도 큰 지장은 없다. effective true airspeed도 위와 같은 수학적 방법으로 계산할 수 있다.
4) 적용 실례
- Gust Wind의 방향이 통보되지 않을 경우에는 Steady Wind와 같은 방향으로 적용한다. (예: 030/12 Gust 22)
- Steady & Gust Wind 방향이 Variable로 통보되는 경우에는 Crosswind/Tailwind에 각각 가장 불리한 방향을 적용한다. 단, Wind 4 kts 미만의 VRB로 통보되는 경우는 예외로 한다(예: 320/12 Gust 22 VRB300 - 030).
예를 들어 B-737 Crosswind Limit 적용 시,
"조건" - Runway Heading 330°, Wind 17kts, Direction 020° Gust 30kts, Braking Action - Medium인 경우
"결과" - Wind Angle 50°와 Wind Speed 30kts로 Crosswing Component는 23kts이다. 그러므로 B737의 Crosswind Limit(20kts)를 초과하게 된다.
- Max Wing Limit 산출 시에는 Required Field Length에 포함되는 부분 중에서 가장 나쁜 Braking Action을 적용한다.
4) Auto Land Wind Limitations
- Auto landing 시 각 기종 별 Wind Limitations와 Auto Land Wind Limitation을 비교하여 낮은 수치를 적용한다.
Common Errors
측풍 접근 및 착륙 도중 발생하는 일반적인 오류는 다음과 같다:
1. 비행기의 maximum demonstrated crosswind component를 초과하는 측풍에서 착륙을 시도함.
2. base leg에서 final approach로 선회 도중 undershoot, 혹은 overshoot.
3. final approach 도중 편류 수정이 불충분함.
4. Unstable approach.
5. sideslip 도중 항력이 증가하고 수직 양력이 감소하여 속도가 너무 낮아지거나 침하율이 너무 과도해짐.
난기류 조건에서 착륙하는 경우에는 정상 접근 속도보다 약간 높은 속도로 power-on approach를 수행해야 한다. 이는 강한 돌풍이 수평으로 불어올 때, 혹은 상승기류와 하강기류가 불어올 때 비행기를 더 확실하게 조종할 수 있게 해준다. 다른 power-on approaches와 마찬가지로 pitch와 power의 조화로운 조작이 필요하다. 적절한 접근 자세와 속도를 유지하기 위해선 최소한의 round out이 필요하며 착륙 도중 floating이 거의 발생하지 않아야 한다.
거센 측풍이 존재하는 난기류 조건에서 접근할 때 항공기 제어를 유지하기 위해선 partial wing flaps를 사용해야 한다. partial flap은 full flap보다 높은 pitch 자세를 갖는다. 따라서 착륙 자세를 설정하는데 필요한 pitch 변화가 더 적다. 또한 더 높은 속도로 착지함으로써 더욱 확실한 제어를 보장한다.
난기류 조건에서 조종사들은 보통 정상 접근 속도에 돌풍 성분(gust factors)의 절반을 더한 속도를 사용한다. 예를 들어 정상 접근 속도가 70 노트이고 돌풍이 15 노트라면 접근 속도를 77 노트로 높이는 것이 적절하다. 어떤 경우에도 AFM/POH에서 권장하는 airspeed와flaps setting을 준수해야 한다.
접근 도중 적절한 속도와 하강 경로를 유지하기 위해 충분한 양의 출력을 사용해야 한다. main wheels가 착륙 표면에 닿기 전까지는 throttle을 idle로 줄이지 않는다. 조종사는 착륙이 준비되기 전에 throttle을 줄이는 것에 주의해야 한다. 난기류 조건에서 throttle을 일찌감치idle로 줄이면 하강률이 갑자기 증가하여 hard landing이 발생할 수 있다.
난기류 조건에서 power-on approach를 수행하면 비행기는 거의 수평 자세로 착륙한다. 착륙 시 pitch 자세는 nose wheel이 main wheels보다 먼저 지면에 닿지 않을 정도만으로 유지되어야 한다. 조종사는 착륙 후에 forward pressure를 가하려는 경향을 피해야 한다. 이는 wheelbarrowing을 발생시켜 제어 상실로 이어질 수 있기 때문이다. 조종사는 조심스럽게 브레이크를 사용하여 비행기를 감속시켜야 한다. 날개의 양력이 완전히 사라져서 비행기 전체 무게가 landing gear에 실리기 전까지는 급제동을 피해야 한다.
비교적 짧은 착륙 구역의 경우, 혹은 착륙 구역을 제한하는 장애물의 상공을 통과하여 접근이 이루어지는 경우 short-field approaches and landings를 사용해야 한다. [그림 9-20과 9-21] 이러한 저속 power-on approach는 minimum controllable airspeed 언저리에서의 비행 성능과 밀접하게 관련되어 있다.
짧은 착륙 구역, 혹은 제한된 구역 내에 착륙하기 위해 조종사는 하강률과 속도를 정밀하게 제어해야 한다. 또한 모든 장애물을 회피하도록, round out 도중 floating이 거의 발생하지 않도록, 그리고 비행기가 최대한 짧은 거리에서 정지할 수 있도록 비행해야 한다. 안전과 상황이 허용될 경우 정상적인 패턴보다 넓은 패턴을 사용함으로써 더 긴 final approach를 수행할 수 있다. 이는 비행기의 외장과 trim이 설정된 후 조종사가 하강 각도를 조정 및 안정화 할 충분한 시간을 제공한다. stabilized approach는 필수적이다.
AFM/POH에서 권장하는 short-field approaches and landings 절차가 사용되어야 한다. [그림 9-22와 9-23] 이러한 절차는 일반적으로 touchdown area로부터 최소 500ft 높이에서 시작되는 final approach를, 그리고 final approach 도중 적절한 지점에서 full flap을 사용하는 것을 포함한다. 이는 full flap 이전의 flap setting을 사용하여 stabilized final approach를 수행해야 함을 의미한다. 착륙 지점이 확인되었다면 조종사는 full flaps를 연장해야 한다. 또한 대기 속도를 유지하기 위해, 그리고 aiming point를 유지하기 위해 기수를 낮춰야 한다. 장애물 상공에서 조종사는 출력을 약간 줄일 수 있다. 이상적으로는, 만약 full flaps가 정확한 지점에서 연장되었다면 서서히 출력을 감소시킬 수 있다. 제조업체의 권장 접근 속도가 없다면 1.3Vs0 이하의 속도를 사용한다. 돌풍이 존재하는 경우 gust factor의 절반 이하를 더한다. 대기속도가 과도할 경우 runway threshold로부터 너무 멀리 떨어져서 착지하거나, 혹은 이용 가능한 착륙 영역을 초과하는 after-landing roll로 이어질 수 있다. 장애물이 존재할 때 약간 가파른 접근 각도를 사용할 경우 항공기가 장애물에 가까이 착륙하여 더 많은 제동 거리가 제공된다.
landing gear를 내린 후(단, 해당하는 경우), 혹은 적절한 final approach가 시작된 후 조종사는 대기속도와 하강 각도를 설정 및 유지하기 위해 power와 pitch를 동시에 조절해야 한다. stabilized approach 도중 대기속도와 하강 각도를 수정할 때 pitch와 power를 미세하게 조정해야 한다.
short-field approaches and landings는 aiming point를 향하여 정확하게 접근하는 절차이다. 앞서 설명하였던 stabilized approach 절차가 사용된다. 만약 장애물을 너무 높게 회피할 경우 aiming point를 훨씬 넘어서 착지하여 정지할 거리가 부족하게 된다. 이 경우 pitch를 낮춤과 동시에 power를 감소시켜 하강 경로를 가파르게 하고 하강률을 높인다. 만약 하강 각도가 안전한 장애물 회피를 보장하지 못할 것으로 보이는 경우 pitch를 듦과 동시에 power를 증가시켜 하강 경로를 얕게 하고 하강률을 감소시킨다. 속도가 지나치게 낮아지지 않도록 주의해야 한다. 높은 받음각에서 낮은 속도로 운영할 때 pitch가 증가하면 하강률이 증가한다. 접근의 결과가 의심될 경우 go-around를 수행하고, 상황을 평가해야 하며, 다른 접근을 수행할지, 혹은 더 적합한 착륙 지역으로 우회할지를 결정해야 한다.
장애물을 통과하는 final approach는 상대적으로 가파른 접근 각도에서, 그리고 실속에 가까운 속도에서 이루어진다. 따라서 지상에 충돌하는 것, 혹은 조기 실속으로 인해 과도하게 침하하는 것을 막기 위해 round out(혹은 flare)이 정확히 판단되어야 한다. flare 도중 floating이 없다는 것은 접근 속도가 정확하였음을 입증한다.
비행기가 대략 power-off stall(throttle idle)로 이어지는 pitch attitude임과 동시 minimum controllable airspeed일 때 착지가 이루어져야 한다. throttle을 너무 빠르게 줄이지 않도록 주의해야 한다. throttle을 닫을 경우 하강률이 즉시 증가하여 hard landing으로 이어질 수 있기 때문이다. 약간의 출력을 통해 elevator에 공기 흐름을 제공할 경우 저속에서도 flare를 수행하기 쉬워진다. 낮은 대기속도, 그리고 windmilling propeller는 elevator로 향하는 공기 흐름을 지연시켜 flare를 어렵게 만들 수 있다.
제조업체가 권장하는 경우 착지 후 elevators의 유효성이 사라지기 전까지 비행기를 positive pitch attitude로 유지한다. 이는 공기역학적 제동을 제공하여 감속을 보조한다. 허나nose wheel이 바닥에 닿은 후에 최대 제동을 적용하여 after-landing roll을 최소화한다. 대부분의 비행기에서 공기역학적 항력은 touchdown speed의 60에서 70%까지 감속할 때까지 적용된다. 속도와 양력이 감소함에 따라 브레이크가 점점 더 효율적이게 된다. 조종사는 부드럽게 브레이크를 적용함에 동시에 조종간을 뒤로 당김으로써 제동 효율성을 높여야 한다. 강한 제동으로 인해 비행기가 앞으로 기울어지려는 경향이 있기 때문에 back pressure가 필요하다. 최상의 제동 결과는 바퀴가 “incipient skid condition”일 때 이루어진다. 이는 브레이크 압력이 조금 더 높아질 경우 바퀴가 완전히 잠김을 의미한다. 바퀴가 잠겨서skid가 발생할 경우 제동 효율이 감소하며 타이어가 손상될 수 있다. 비행기는 일반적으로 안전성 및 조종성에 부합하는 최단 거리 내에서 정지한다. 적절한 접근 속도가 유지될 경우 floating이 최소가 되고minimum control speed에서 착지가 이루어짐으로써 과도한 제동이 필요 없어진다.
Common Errors
short-field approaches and landings를 수행하는데 있어 일반적으로 발생하는 오류는 다음과 같다:
1. 지나치게 가파른 접근 및 높은 하강률을 필요로 하는 final approach를 수행함.
2. Unstable approach를 수행함.
3. 활공 경로를 너무 늦게 수정함.
4. 너무 낮은 속도로 인하여 적절한 flare를 수행하지 못하고 그 결과hard landing이 발생함.
5. 너무 높은 속도로 인하여 round out 도중 floating이 발생함.
6. round out 도중 너무 이르게 출력을 idle로 줄여서 hard landing으로 이어짐.
