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Short-Field Takeoff and Maximum Performance Climb

이륙 구간이 짧은 곳에서, 혹은 장애물에 의해 이륙 구간이 제한된 곳에서 이륙 및 상승을 하는 경우에는 비행기를 최대 이륙 성능으로 운용하여야 한다. 이러한 곳에서 안전하게 출항하기 위해선 이륙 및 상승 성능이 가장 짧은 이륙 활주 및 가장 가파른 상승각으로 이어질 수 있도록 비행기 자세와 속도를 정교하고 확실하게 조작해야 한다. [그림 6-8] 조종사는 비행기 제조업체가 규정하는 출력 설정, 플랩 설정, 대기속도, 그리고 절차를 위해 AFM/POH의 performance section을 참조해야 한다.

최대 성능으로 이륙을 안전하게 수행하기 위해선 VX(best angle-of-climb speed)와 VY(best rate-of-climb speed)의 효과와 그 용도에 대한 충분한 지식을 가지고 있어야 한다.

Takeoff Roll

짧은 활주로에서 이륙하기 위해선 이륙 구간의 시작지점에서 이륙을 시작해야 한다. 이 지점에서 비행기는 이륙 경로와 정렬된다. 비행기 제조업체가 플랩을 사용하도록 권장한다면 이륙 활주를 시작하기 전에 플랩을 연장한다. 이를 통해 조종사는 이륙 도중 적절한 기법과 비행기 성능에 집중할 수 있다.

조종사는 비행기를 최대한 빠르게 가속하기 위해 이륙 출력을 부드럽고 연속적으로 적용해야 한다. 일부 조종사들은 비행기가 이륙 활주를 시작하기 전에 최대 RPM이 만들어질 때까지 브레이크를 밟고 있는 것을 선호한다. 그러나 이 절차가 모든 소형 단발 비행기들의 이륙 활주를 단축시킨다는 것은 아직 입증되지 않았다. 비행기는 main wheels에 전체 무게가 실린 상태에서 lift-off 속도까지 가속된다. 이륙 활주가 진행되는 동안 최소 항력과 최대 가속을 얻기 위해 비행기의 pitch attitude와 AOA를 조정해야 한다. nose-wheel type airplanes의 경우에는 이미 low-drag attitude에 놓여있기 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 부양 직후 더 빠르게 가속하기 때문에 조종사는 일정한 속도를 유지하기 위해 back-elevator 압력을 더 가해야 한다. 이륙 후 조종사는 모든 장애물을 회피하기 전까지 VX 상승을 유지해야 한다(만약 장애물이 존재하지 않는다면 이륙 표면으로부터 최소 50ft를 통과하기 전까지 VX 상승을 유지한다). 그 다음에는 pitch 자세를 약간 낮추고 safe maneuvering altitude에 도달할 때까지 VY로 상승을 계속한다. 조기에 이륙하려는 시도나 너무 가파르게 상승하려는 시도는 비행기를 활주로에 다시 안착하게 만들거나 장애물과 충돌하게 만들 수 있다는 것을 항상 기억해야 한다(ATP: 즉, premature rotation은 이륙 활주를 증가시킬 수 있음). 설령 비행기가 이륙했다 하여도 VX에 도달하기 전까지 초기 상승 경로가 평평하게 유지될 것이며 이로 인해 상승 및/혹은 장애물 회피를 위한 능력이 감소된다. [그림 6-9]

VX에서(혹은 VX 근처에서) 적절한 pitch 자세로 rotate를 하는 것이 목표이다. 몇몇 비행기들은 VX에 도달하기 전에 자연 부양하려는 경향이 있다는 것을 알아야 한다. 이러한 비행기의 경우 지면효과 내에서 비행기가 이륙하도록 허용한 다음 바퀴가 막 활주로로부터 떨어진 상태에서 비행기가 VX로 가속될 때까지 pitch 자세를 수평으로 감소시켜야 한다. 이 방법은 VX에 도달하기 전까지 forward pressure를 통해 비행기를 강제로 지면에 남아있게 만드는 것보다 바람직하다. 비행기를 지면에 남아있게 만드는 것은 nose-wheel에 과도한 압력을 가하며 이는 “wheel barrowing”으로 이어질 수 있다. 또한 이는 비행기의 가속과 전반적 성능을 모두를 저하시킨다.

Initial Climb

비행기가 장애물을 회피한 다음 VY가 설정되기 전까지는 landing gear와 flaps를 takeoff position으로(혹은 제조업체가 권장하는 대로) 유지해야 한다. 모든 장애물을 회피하기 전까지는 landing gear나 flap을 조작하거나 비행기 내부를 보려하지 말고 비행기 바깥에 집중해야 한다. 비행기가 VY에서 안정되었다면 landing gear(retractable 비행기의 경우)와 flaps를 올려야 한다. 갑작스러운 양력 손실 및 비행기의 침하를 방지하기 위해 flaps을 점진적으로 올리는 것이 바람직하다. 그런 다음에는 출력을 정상 상승 설정이나 제조업체의 권장 설정으로 감소시킨다.

단거리 이륙 및 최대 이륙 성능을 수행하는데 있어 발생하는 일반적인 실수들은 다음과 같다:

∙ 이륙 전 AFM/POH와 performance charts를 검토하지 않음.

∙ 주변을 충분히 확인하지 않음.

∙ 이용 가능한 모든 활주로/이륙 지역을 활용하지 못함.

∙ 이륙 전에 비행기를 제대로 trim 하지 못함.

∙ 조기에 이륙하여 높은 항력으로 이어짐.

∙ 과도한 forward pressure를 통해 비행기를 지면에 유지함.

∙ 불충분한 rotation으로 인해 이륙 후 과도한 속도로 이어짐.

∙ VX 속도를 얻는/유지하는 능력이 부족함.

∙ 초기 상승 도중 속도계에 fixation 됨.

∙ landing gear 및/혹은 flaps를 너무 일찍 올림.

Soft/Rough-Field Takeoff and Climb

부드러운 지면에서 이륙 및 상승을 수행하기 위해선 최대한 빠르게 비행기를 부양시키는 기법이 필요하다. 이는 높은 풀, 부드러운 모래, 진흙, 그리고 눈으로 인해 발생하는 항력을 없애기 위해서이다. 이 기법은 landing gear 항력을 줄이기 위해 지면 효과(ground effect)를 적절히 활용하며 이를 위해 비행기의 저속 특성과 그 반응을 이해해야 한다. 이러한 기법은 거친 지면(landing gear의 손상을 피하기 위해 이러한 지역에서도 최대한 빨리 부양해야 함)에서도 효율적이다.

부드러운 표면이나 길고 축축한 풀밭에서 이륙하는 경우에는 이륙 활주 도중 비행기의 가속 성능이 감소하며 만약 조종사가 일반적인 이륙 기법을 사용한다면 비행기가 충분한 이륙 속도에 도달하지 못할 수 있다. 부드러운 지면에서 이륙하기 위한 절차는 단단하고 부드러운 짧은 지면에서 이륙하기 위한 절차와 상당히 다르다는 것을 알고 있어야 한다. 부드럽거나 거친 지면에서의 이륙과 관련된 위험을 줄이기 위해 조종사는 이륙 활주 도중 최대한 빠르게 nose-high pitch attitude를 설정 및 유지해서 비행기의 무게를 바퀴에서 날개로 전환해야 한다. 조종사는 추가 양력을 위해 이륙 전에 flaps를 연장해야 한다(단, 제조업체가 권장하는 경우). 조종사는 이륙 활주를 위해 line up을 수행하는 동안 충분한 출력을 통해 계속 움직여야 한다. 왜냐하면 진흙이나 눈처럼 부드러운 표면에서 정지하면 비행기가 교착 상태에 빠질 수 있기 때문이다.

Takeoff Roll

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

이륙 활주 도중 비행기가 nose-high attitude로 유지되면 속도가 증가하고 양력이 발생함에 따라 바퀴가 받치는 비행기의 무게를 날개가 덜어준다. 이는 울퉁불퉁한 지면에 의해 발생하는 항력을 줄여준다. 이러한 자세가 정확하게 유지된다면 비행기는 지면효과로 인해 사실상 지면으로부터 벗어나 공중에 떠 있는 상태가 된다(허나 안전한 상승 속도보다는 낮은 상태임). [그림 6-10]

Lift-Off

비행기가 부양한 후 조종사는 바퀴가 지면에 닿지 않을 정도로 기수를 부드럽게 낮춰야 한다. 이는 비행기를 상승 속도까지 가속하기 위함이다. 지면 효과를 벗어나면 비행기가 다시 지면에 안착하려 한다는 것을(심지어 최대 출력이 적용되었다 해도) 조종사는 인지해야 한다. 따라서 최소한 VX에 도달하기 전까지는 비행기가 지면 효과 내에 머물러야 한다. 이를 위해선 특정 비행기의 조종간 압력, 항공기 반응, 시각 단서, 그리고 가속 특성을 잘 알아야 한다.

Initial Climb

positive rate of climb가 설정된 후 비행기가 VY까지 가속되었다면 조종사는 landing gear와 flap을 올려야 한다. 이륙 표면이 wet snow나 slush로 덮인 활주로에서 출항하는 경우에는 landing gear를 즉시 올리지 않는다. 이는 landing gear의 wet snow나 slush를 공기로 건조시키기 위함이다. 부드러운 지면에서 이륙한 후 장애물을 회피해야 하는 상황이라면 조종사는 장애물이 회피될 때 까지 VX로 상승을 수행해야 한다. 장애물을 회피한 후에 조종사는 pitch 자세를 VY로 조정하고 flaps를 올려야 한다. 그런 다음에 출력을 정상 상승 설정으로 줄일 수 있다.

soft/rough field 이륙 및 상승을 수행하는데 있어 발생하는 일반적인 오류들은 다음과 같다:

∙ 이륙 전에 AFM/POH와 performance charts를 확인하지 않음.

∙ 주변을 충분히 확인하지 않음.

∙ 이륙 활주 초반에 back-elevator 압력이 부족하여 받음각이 불충분함.

∙ 출력 적용 후 엔진 계기의 적절한 지시를 확인하지 못함.

∙ 방향 제어가 적절하지 못함.

∙ 부양 후 지면 효과가 유지될 정도로 충분히 낮은 고도에서 수평을 잡지 못함.

∙ 부양 후 수평을 잡고 가속 할 때 elevator 조작이 갑작스럽거나 과도함.

∙ 부양 후 비행기가 가라앉아서 의도치 않게 touchdown이 발생함.

∙ 충분한 상승 속도를 얻기 전에 지면 효과를 벗어나려 시도함.

∙ 비행기가 지면 효과를 벗어날 때 pitch 자세가 증가한다는 것을 예상하지 못함.

Rejected Takeoff/Engine Failure

이륙 도중 비상 상황이나 비정상 상황이 발생하면 조종사는 활주로에서 이륙을 중단해야 할 수 있다. 엔진 고장, 불충분한 가속, 활주로 침범(runway incursion), 혹은 관제 문제와 같은 상황들이 이륙 중단의 이유가 될 수 있다.

이륙 전에 조종사는 비행기가 이륙해야 하는 활주로상의 지점을 식별해야 한다. 만약 해당 지점에 도달하였으나 비행기가 아직 이륙하지 못하였다면 이륙을 중단하기 위한 즉시 조치를 취해야 한다. 이륙 중단이 적절히 계획 및 수행되었다면 특별한 방법(예를 들어 과도한 브레이크. 이는 방향 제어 상실, 비행기 손상, 및/혹은 신체적 부상으로 이어질 수 있음) 없이도 비행기가 남은 활주로에서 멈출 수 있다.

이륙을 중단해야 하는 상황이라면 방향 제어를 유지하면서 출력을 idle로 줄이고 최대 제동을 적용해야 한다. 화재로 인해 엔진을 꺼야하는 상황이라면 mixture control을 idle cutoff position으로 전환하고 magneto를 꺼야한다. 어떠한 경우에도 제조업체의 비상 절차를 따라야 한다.

이륙 후 발생하는 모든 출력 손실이나 엔진 고장은 긴급함을 필요로 한다. 엔진 고장이 발생하였다면 조종사는 보통 몇 오 안에 어떤 조치를 취하고 수행할지 결정해야 한다.

초기 상승 도중 엔진 고장이 발생하였다면 조종사는 먼저 비행기 제어를 유지해야 한다. 출력이 없는 상태에서 상승 자세가 유지되면 비행기는 거의 실속 받음각 상태에 놓인다. 이때 조종사가 여전히 right rudder를 유지하고 있을 수도 있다. 조종사는 실속을 방지하기 위해 기수를 즉시 낮춰야 하며 삼타일치를 위해 rudder를 조작해야 한다. 조종사는 적절한 착륙 구역(가능하다면 정면의 영역)을 향해 활공을 설정해야 한다. 이전에 emergency turn-back 훈련을 받았으며 충분한 고도가 존재하지 않는 한 이륙 활주로로 되돌아가려 시도하지 않는다. 

Noise Abatement

항공기 소음 문제는 많은 공항들의 주요 관심사이다. 많은 지역 사회들은 항공기 소음을 제한하는데 도움이 되는 특정 운항 절차를 개발해달라 요청해왔다. 때문에 많은 공항에서 소음을 감소시키기 위한 noise abatement procedures를 개발하였다.

noise abatement procedures를 갖춘 공항은 조종사, 운영자, 항공운송업자, 항공 교통 시설, 그리고 해당 공항에 적용되는 특정 단체에 정보를 제공한다. 이러한 정보의 대부분은 Chart Supplements, 지역 간행물, 인쇄 유인물, 운영자 게시판, 안전 브리핑, 그리고 그 지역의 항공 교통 시설로부터 제공된다.

noise abatement procedures를 갖춘 공항의 경우 출항 조종사로 하여금 해당 절차를 준수하도록 상기시키기 위하여 활주로의 taxiway hold positions에 알림 표지판을 설치할 수 있다. 이러한 절차에 익숙하지 않은 조종사는 항공 교통 시설이나 관제탑에 권장 절차를 물어봐야 한다. 어떤 경우에도 조종사는 이러한 공항에 입항하거나 이러한 공항으로부터 출항할 때 주변 지역 사회를 고려해야 한다. 여기에는 최대한 조용하고 안전하게 운영하는 것을 포함한다.

※ 다음은 ICAO DOC 8168 III을 발췌한 내용이다. noise abatement procedures는 항공기 형식, 엔진 유형, 필요 추력, 그리고 추력 감소 시점에 따라 소음 감소 효과가 크게 달라지기 때문에 다음 그림은 예시로 제공되는 것이다.

※ 다음은 대한항공 계기비행 교재를 발췌한 내용이다.

NADP 1: 출항 시 End of Runway 로부터 인접한 소음민감지역(Noise Sensitive Areas)의 소음감소를 목적으로 제정. 그 절차는 다음과 같다.

■ Takeoff

•Takeoff Thrust

•Maintain a Climb Speed of V2+10 to 20kts

■ At 1500feet AFE

•Reduce to Climb Thrust

•Maintain a Climb Speed of V2+10 to 20kts

■ At 3000feet AFE

•Accelerate Smoothly to Enroute Climb Speed and Maintain Positive Rate of Climb

•Retract Flaps/Slats on Schedule

NADP 2: 활주로로부터 원거리에 위치한 소음민감지역의 소음감소를 목적으로 제정. 그 절차는 다음과 같다.

■ Takeoff

•Takeoff Thrust

•Maintain a Climb Speed of V2+10 to 20kts

■ At 1000feet AFE

•Accelerate to Vzf+10 to 20kts and Maintain Positive Rate of Climb

•Retract Flaps/Slats on Schedule

•Reduce to Climb Thrust with the Initiation of the First Flaps/Slats Retractions or at an Intermediate Flap Setting

■ At 3000feet AFE

•Transition to normal Enroute Climb Speed

Chapter Summary

이륙과 초기 상승은 모든 비행에서 필요한 비교적 짧은 구간이며 이는 종종 대수롭지 않게 여겨진다. 그러나 다섯 번의 사고 중 한 번은 이 구간에서 발생하며 그 사고의 절반은 조종사 과실로 인한 것이다. 이 장에서 설명한 기법과 원리들을 능숙하게 적용하면 조종사의 사고 통계를 줄이는데 도움이 된다.

Introduction

공항 장주 패턴은 항공기들이 안전하게 공항을 드나들 수 있도록 보장한다. 패턴의 방향과 위치, 패턴의 고도, 패턴에 진입하고 빠져나가는 절차들은 그 지역의 조건에 따라 달라질 수 있다. 특정 공항의 절차에 대한 정보는 Chart Supplements에서 찾을 수 있다. 공항 운영과 장주 패턴에 대한 일반적인 정보는 AIM(Aeronautical Information manual)에서도 확인할 수 있다.

Airport Traffic Patterns and Operations

자동차 운전을 위해 길과 도로들이 필수적인 것처럼 비행기 조종을 위해 공항이나 활주로가 필수적이다. 모든 비행은 공항, 혹은 적절한 착륙 지역에서 그 시작과 끝을 맺는다. 따라서 조종사는 다양한 공항에서 사용되는 장주 규칙, 장주 절차, 장주 패턴의 배치에 대해 배워야 한다.

자동차가 혼잡한 도시의 거리를 달릴 때 마주 보는 차량에 길을 양보하기 위해 차를 멈출 수 있다. 그러나 비행기는 그러할 수 없다. 그 결과 departures, arrivals, 그리고 landings 도중 충돌을 최소화하기 위해 장주 패턴과 교통 통제 절차가 존재한다. 각 공항 장주 패턴의 정확한 특성은 사용 중인 활주로, 바람 상태(이는 사용할 활주로를 결정함), 장애물, 그리고 기타 요인에 따라 달라진다.

공항은 작은 잔디밭부터 포장된 활주로와 유도로가 있는 큰 공항에 이르기까지 복잡성이 다양하다. 공항의 종류와 상관없이 조종사는 해당하는 규칙과 운영 절차를 알아야 하며 이를 준수해야 한다. 이용하려는 공항의 Chart Supplements에서 장주 패턴과 운영 절차를 확인하는 것 외에도 조종사는 마주할 수 있는 airport visual markings and signs를 해석하는 방법을 알아야 한다. 조종사에게 제공되는 정보들은 항공 교통이 최대한 안전하고 효율적으로 움직이도록 한다. 그러나 장주 패턴, 서비스, 혹은 절차를 사용한다 해서 다른 항공기를 see and avoid 해야 하는 조종사의 책임을 덜어 주지는 않는다.

관제탑이 운영 중인 공항을 운영할 경우 조종사는 라디오를 통해 approach나 depart에 대한 clearance, 그리고 장주 패턴과 연관된 정보를 받는다. 관제탑 운영자는 조종사에게 어느 지점에서든 장주 패턴에 진입하도록, 혹은 일반적인 rectangular pattern 대신 straight-in approach를 수행하도록 지시할 수 있다. 관제탑 운영자와 조종사가 교통 흐름을 원활하게 유지하기 위해 협력할 경우 그 외의 경우들도 발생할 수 있다. jet airplanes나 heavy airplanes는 보통 light airplanes보다 더 넓고/높은 장주 패턴으로 비행할 것이다. 그리고 때때로 착륙을 위해 straight-in approach를 수행할 것이다.

조종사가 모든 공항의 모든 장주 패턴에 대하여 폭넓은 지식을 가지고 있는 것은 아니다. 그러나 만약 조종사가 기본적인 rectangular pattern을 잘 안다면 관제탑의 유무에 상관없이 대부분의 공항으로부터 제대로 된 approaches와 departures를 쉽게 수행할 수 있다. 만약 관제탑이 없다면 장주 패턴의 방향을 결정하는 것, 적절한 장주 규칙을 준수하는 것, 그리고 해당 지역에서 운영 중인 다른 조종사에게 예의를 갖추는 것은 조종사의 책임이다. 관제탑이 없는 공항을 운영할 경우 조종사는 모든 항적을 보지 못할 수 있다. 따라서 조종사는 항적이 적거나 아예 없어 보인다 하더라도 계속하여 확인하는 습관을 길러야 한다. 기본적인 rectangular traffic pattern을 준수하면 공중 충돌의 가능성이 줄어든다.

Standard Airport Traffic Patterns

공항 장주 패턴은 패턴의 방향과 고도, 그리고 패턴에 진입하고 떠나는 절차를 포함한다. 조종사는 패턴 내에서의 모든 선회를 좌측으로 수행해야 한다(단, 오른쪽으로 선회해야 함을 나타내는 visual markings가 공항에 있는 경우 제외)

그림 8-1은 표준 rectangular traffic pattern을 나타낸다. 장주 패턴 고도는 보통 공항 지표면 고도로부터 1,000ft 이다. 관제탑이 없는 특정 공항에서 공통의 고도를 사용하는 것은 충돌 위험을 최소화하는 핵심 요소이다.

항공기의 속도는 14 CFR part 91, section 91.117에 의해 제한된다. 관제탑이 운영되는 대부분의 공항에서 장주 패턴을 운영할 경우 항공기는 보통 200 노트(230mph) 이하의 속도로 비행한다. 관제탑이 운영되지 않는 공항의 장주 패턴을 운영할 경우에도 이러한 속도 이하로 비행하는 것이 현명하다. 필요하다면 조종사는 어떤 경우에든 속도를 조절하여 장주 패턴의 다른 항공기 속도와 화합할 수 있도록 해야 한다.

 

관제탑이 운영되지 않는 공항의 장주 패턴에 진입할 경우 조종사는 이미 패턴 내에 있는 다른 항공기를 찾아야 한다. 그리고 사용하려는 장주 패턴을 따라야 한다. 조종사는 확인된 다른 항공기로부터 거리가 먼 지점에서 장주 패턴에 진입해야 한다. 만약 다른 항공기가 존재하지 않는다면 조종사는 어떤 활주로와 장주 패턴 방향을 사용할지 결정하기 위해 지상의 wind indicators와 traffic indicators를 확인해야 한다. [그림 8-2] 대부분의 공항 활주로 근처에는 segmented circle과 함께 L 모양의 traffic pattern indicators를 가진다. L의 긴 부분이 활주로에 평행할 경우 L의 짧은 부분은 장주 패턴의 선회가 만들어져야 하는 방향을 지시한다. 조종사는 장주 패턴을 비행하고 있을 다른 항공기에 대비하여 장주 패턴보다 거리나 고도가 멀리 떨어진 지점에서 indicators를 확인해야 한다.