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Flight Control Malfunction/Failure

Total Flap Failure

wing flaps를 연장할 수 없는 경우 no-flap 접근 및 착륙이 필요하다. light airplanes의 경우 no-flap 접근 및 착륙은 특별히 어렵거나 위험하지 않다. 그러나 이러한 기동을 수행할 때 고려해야 할 특정 요소가 있다. no-flap 착륙은 상당히 긴 활주로를 필요로 한다. 필요한 착륙 거리의 증가는 최대 50%가 될 수 있다.

wing flaps를 올린 상태로 장주 패턴을 비행하는 경우 고도 유지를 위해선 비행기가 상대적으로 nose-high attitude이어야 한다(flaps가 연장된 비행 상태와 비교하였을 때). 플랩의 항력 이점 없이 고도를 줄이는 것은 문제가 될 수 있다. 고도를 줄이기 위해 급강하할 필요성을 없애려면(또한 이는 그 결과 과도한 증속으로 이어짐) 더 넓고 더 긴 장주 패턴이 필요할 수 있다.

플랩이 올라간 상태에서 착륙을 위해 출력을 줄임에 따라 비행기는 pitch 축과 roll 축에 대해 덜 안정적이게 된다. 플랩이 없다면 비행기는 roundout 도중 상당히 float 하려는 경향이 있다. 조종사는 지나치게 빠른 속도에서 비행기를 활주로에 강제로 착륙시키려는 유혹을 피해야 한다. 플랩이 없기 때문에 과도하게 flare하려 해서도 안 된다. 이는 꼬리가 활주로에 부딪히게 만들 수 있기 때문이다.

Asymmetric(Split) Flap

asymmetric “split” flap은 하나의 플랩이 올라가거나, 혹은 내려가는 반면 반대쪽 플랩은 제자리에 유지되는 상황이다. 이러한 문제는 wing flaps가 올라갈/내려갈 때 flap deflection이 더 적은 날개 쪽으로 확연한 roll이 발생하는 것으로 나타난다.

split flap 상황에서 마주하는 roll은 반대쪽 aileron을 통해 상충된다. 플랩 연장으로 인해 발생한 항력은 yaw를 발생시킨다. 이는 상당한 반대쪽 rudder를 필요로 하여 그 결과 cross-control condition을 만들어낸다. 날개 수평 자세를 유지하기 위해서는 거의 full aileron이 필요할 수 있다(특히 접근 및 착륙을 위해 속도가 감속된 경우). 조종사는 플랩이 연장된 측면 쪽에서 측풍이 부는 경우 착륙을 시도해서는 안 된다. 왜냐하면 측풍 보상을 위해 필요한 roll control 여유가 없을 수 있기 때문이다.

spilt flap 상황에서의 접근 및 착륙 도중에는 정상 속도보다 높은 속도가 필요하다. 조종사는 과도한 flare로 인한 비대칭 실속, 그리고 이후의 제어 상실 위험을 무릅쓰지 않아야 한다. 차라리 flaps-up 실속 속도 이상의 안전 여유를 둔 속도에서 착륙이 발생하도록 비행해야 한다.

Loss of Elevator Control

많은 비행기에서 elevator는 두 개의 케이블로 제어된다: “down” cable과 “up” cable. 일반적으로 이러한 케이블 중 하나만 고장 나거나, 혹은 끊어진 경우 elevator 제어가 완전히 상실되는 것은 아니다. 대부분의 비행기에서 케이블이 고장 나면 pitch 제어의 일부가 손실된다. “up” elevator cable이 고장 난 경우(“down” elevator는 손상되지 않고 제대로 기능) 조종간이 쉽게 뒤로 움직여지긴 하나 반응이 발생하지는 않는다. 그러나 neutral position 너머의 조종간 전방 움직임은 nose-down attitude를 만들어낸다. 반대로 “down” elevator cable이 고장 난 경우 조종간을 전방으로 움직였을 시 반응이 발생하지 않는다. 그러나 조종사는 조종간을 뒤로 움직임으로써 pitch attitude를 일부 제어할 수 있다.

up-elevator control이 안 되는 경우 조종사는 다음을 통해 pitch 제어를 유지할 수 있다:

∙상당한 nose-up trim을 적용한다.

∙원하는 자세를 만들고 이를 유지하기 위해 조종간을 앞으로 민다.

∙기수를 낮추기 위해선 전방 압력을 증가시킨다. 기수를 들기 위해선 전방 압력을 풀어준다.

∙착륙을 위한 flare 도중에는 전방 압력을 풀어준다.

down-elevator control이 안 되는 경우 조종사는 다음을 통해 pitch 제어를 유지할 수 있다:

∙상당한 nose-down trim을 적용한다.

∙원하는 자세를 만들고 이를 유지하기 위해 조종간을 뒤로 당긴다.

∙기수를 낮추기 위해선 후방 압력을 풀어준다. 기수를 들이 위해선 후방 압력을 증가시킨다.

∙착륙을 위한 flare 도중에는 후방 압력을 증가한다.

trim 메커니즘은 비행 중 primary control 고장 발생 시 유용할 수 있다. 예를 들어 비행 중 객실과 elevator 사이의 연결 고장이 발생한 경우 elevator가 바람을 향해 자유롭게 weathervane 하도록 둔다. 이때 trim tabs를 사용하여 제한 범위 이내로 elevator를 올리거나 내릴 수 있다. trim tabs는 저속과 같은 상황에서는 일반적인 조종간 제어만큼 효과적이지 않다. 그러나 안전한 착륙을 가능하게 할 정도의 긍정적인 효과는 가진다.

elevator가 움직이지 못하게 되어 elevator control 제어가 완전히 상실된 경우 출력, 그리고 flap 연장의 다양한 조합이 어느 정도 pitch control을 제공한다. 그러나 이러한 상황에서는 성공적 착륙이 문제가 될 수 있다.

Landing Gear Malfunction

landing gear가 제대로 작동하지 않음을 확인한 다음 AFM/POH에 포함된 gear 연장을 위한 대체 방법을 사용하여도 gear에 반응이 없다면 gear-up landing이 불가피하다고 간주된다. 조종사는 가능하다면 crash and rescue facilities가 있는 공항을 선택해야 한다. 조종사는 비상 장비를 대기시키는 요청을 해야 한다.

착륙 표면을 선택할 때는 보통 매끄럽고 단단한 표면이 거칠고 개량되지 않은 잔디보다는 손상을 덜 야기한다는 것을 고려해야 한다. 그러나 단단한 표면은 연료 점화를 발생시킬 수 있는 불꽃을 만들어낸다. 조종사는 활주로 표면이 foam 되도록 요청할 수 있다(만약 공항에 이러한 장비를 가지는 경우). 조종사는 남은 연료를 연소시키는 것을 고려해야 한다. 이는 착륙 속도의 감소, 그리고 화재 가능성을 줄여준다.

landing gear 고장이 하나의 main landing gear leg로 제한되는 경우 최대한 그쪽 날개의 연료를 많이 소비하여 그 무게를 줄여야 한다. 무게의 감소는 landing roll 도중 그쪽 날개가 표면에 닿는 것을 최대한 지연시키게 해준다. 충격 속도가 감소하면 손상이 줄어든다.

한 쪽 landing gear leg가 연장되지 않는 경우 사용 가능한 gear legs로 착륙하거나, 혹은 gear legs를 올린 상태로 착륙할 수 있다. 하나의 main gear로 착륙하면 보통 착륙 이후 고장 난 gear leg가 있는 방향으로 강하게 틀어진다. 착륙 활주로가 좁거나, 혹은 활주로 가장자리에 도랑과 장애물이 있는 경우에는 착륙 후 최대의 방향 제어가 필요하다. 이러한 상황에서는 세 개의 기어를 모두 올린 상태에서 착지하는 것이 가장 안전한 조치일 수 있다.

한쪽 main gear를 올린 상태에서(반대편 main gear, 그리고 nose gear는 내려진 상태) 착륙하기로 결정한 경우 날개 수평 상태에서 nose-high attitude로 착지가 이루어져야 한다. 속도가 감소함에 따라 main gear가 없는 쪽 날개가 최대한 떠있는 상태를 유지하기 위해 필요한 aileron 조작을 적용해야 한다. [그림 18-7] 날개가 지면에 닿으면 그 방향을 향해 발생하는 강한 yaw를 예상할 수 있다. 방향 제어를 어느 정도 유지하기 위해선 full opposite rudder와 적극적인 제동을 사용할 준비가 되어 있어야 한다.

nose-wheel이 올라간 상태에서(main gear는 연장된 상태) 착륙할 때 조종사는 거의 full up-elevator가 적용될 때까지 기수를 지면으로부터 떨어트려야 한다. [그림 18-8] 그 다음 기수가 지면을 향해 천천히 안착하도록 back pressure를 풀어주어야 한다. full up-elevator를 유지하게 되면 속도 감소에 따라 기수가 갑자기 지면으로 떨어져 burrowing, 혹은 추가적 손상을 초래할 수 있다. landing roll 도중 브레이크 압력을 가해서는 안 된다(단, 장애물과의 충돌 회피를 위해 적대적으로 필요한 경우 제외).

nose gear만 연장된 상태에서 착륙하는 경우 nose-high attitude에서 동체 구조의 뒷부분이 닿도록 해야 한다. 이러한 절차는 porpoising, 혹은 wheelbarrowing을 방지하는데 도움이 된다. 그런 다음 nose-wheel이 점진적으로 착지하도록 만든 뒤 필요에 따라 방향 제어를 위해 nose-wheel steering을 사용한다.

System Malfunctions

Electrical System

전력의 손실은 조종사로부터 많은 중요 시스템들을 빼앗을 수 있다. 따라서 주간/VFR conditions라 할지라고 이를 가볍게 여겨서는 안 된다. 대부분의 비행 중 전력 시스템 고장은 generator, 혹은 alternator에서 발생한다. generator나 alternator system 연결이 끊어질 경우 일반적인 light airplane의 전력 공급원은 배터리이다. 그러나 오직 하나의 발전 시스템을 가진 비행기에서 warning light, 혹은 ammeter가 alternator/generator의 고장 가능성을 지시한다면 배터리를 사용할 수 있는 시간이 매우 적을 수 있다.

비행기 배터리의 등급은 배터리가 얼마나 오래 지속될 수 있는지에 대한 단서를 제공한다. 전류의 세기가 큰 배터리는 저장된 에너지를 더 빠르게 소모한다. 따라서 25-amp hour battery는 5 암페어를 5시간 동안 생산할 수 있으나, 만약 부하가 10 암페어로 증가된다면 2 시간밖에 지속되지 못할 것이다. 40 암페어의 부하는 약 10분, 혹은 15분 내로 배터리를 방전시킬 것이다. 많은 사항들이 시스템 고장 시점의 배터리 상태에 따라 달라진다. 만약 배터리가 몇 년 동안 사용된 경우 내부 저항으로 인해 전력이 크게 감소할 수 있다. 혹은 만약 시스템 고장이 즉시 확인되지 못했다면 저장된 에너지의 대부분은 이미 사용되었을 것이다. 따라서 전력 발전 장치에 고장이 발생한 경우 조종사는 즉시 필요 없는 부하를 없애야한다. [그림 18-9] 이후 조종사는 가장 가까운 적절한 공항에 내리도록 계획하여야 한다.

발전 시스템 고장 이후 “emergency” load로 여겨지는 것들을 사전에 결정할 수는 없다. 왜냐하면 실제 상황은 항상 조금씩 다르기 때문이다(예를 들어 비행이 VFR인지 IFR인지, 주간인지 야간인지지, 구름 바깥인지 구름 속인지). 가장 가까운 공항까지의 거리도 요인이 될 수 있다.

일부가 방전된 배터리의 남은 전력으로는 전기로 작동하는(혹은 전기로 선택되는) landing gear와 flaps가 제대로 작동하지 않는다는 것을 기억해야 한다. landing gear와 flap의 모터는 대부분의 다른 전자 장비보다 훨씬 더 많은 전력을 사용한다. 일부가 방전된 배터리에서 이러한 모터를 선택하면 즉각적인 전체 전력 손실이 나타날 수 있다.

만약 비행 중 완전한 전력 손실이 임박할 것으로 예상될 경우 다음 단계를 수행해야 한다.

• 가장 필요한 전자 장비를 제외하고 모든 장비를 끈다.

• small airplane에서는 어떤 전력 손실조차 매우 중요하므로 즉시 ATC에 상황을 알린다. 가장 가까운 적절한 공항에 착륙하기 위해 radar vectors를 요청한다.

• 만약 landing gear나 flaps가 전기로 조작되거나 작동하는 경우 미리 도착을 계획한다. no-flap landing을 예상하고 manual landing gear extension을 예상한다.

Pitot-Static System

속도계, 수직속도계(VSI), 고도계를 작동시키는 압력의 원천은 동정압 시스템이다. 동정압 시스템의 주요 구성 요소는 impact pressure chamber and lines와 static pressure chamber and lines이다. 각각은 얼음, 먼지, 그리고/혹은 그 외의 이물질에 의해 전체적으로, 혹은 부분적으로 막힐 수 있다. 동정압 시스템이 막히면 계기들의 작동에 악영향을 미친다. [그림 18-10]

정압 시스템이 부분적으로 막힌 경우 비행의 중요한 단계까지 인지되지 못할 수 있다. 이륙 도중, 상승 도중, 그리고 순항 고도에서 수평을 잡는 도중에는 고도계, 속도계, 그리고 VSI가 정상적으로 작동할 수 있다. 비행기가 하강을 시작하기 전까지는 오작동의 징후가 나타나지 않을 수 있다.

비행기 하강 시 만약 정압 시스템이 심하게 막혔으나 완전히 막히지는 않았다면 계기의 정압은 실제 외부 기압보다 지연되기 시작한다. 하강 도중 고도계는 실제보다 높다고 지시될 것이다. 왜냐하면 장애물이 static port로부터 고도계로 흐르는 공기를 늦추기 때문이다. VSI에서 측정된 압력 또한 외부 공기 압력과 동일한 속도로 변화하지 않기 때문에 고도계의 정보가 사실임을 나타낸다. 속도계는 현재 airspeed pitot pressure가 많은 상황인지, 혹은 static reference pressure가 적은 상황인지를 설명해줄 수 없으며 실제보다 높은 속도를 지시한다. 계기는 조종사에게 항공기가 높고, 빠르며, 원하는 것보다 적은 하강률 상태임을 지시한다.

만약 조종사가 수평을 잡고 상승을 시작하여도 고도 지시는 여전히 지연될 것이다. VSI는 실제 상승보다 느리게 지시된다. 그러나 속도계는 급속도로 감소할 것이다. 아주 적은 pitch-up 자세만으로도 속도계 지침이 실속 속도를 지시하게 만들 수 있다.

정압 시스템의 오작동을 다루려면 조종사가 동정압 시스템을 알고 이해해야 한다. 만약 시스템 고장이 의심된다면 조종사는 alternate static source를 엶으로서 이를 확인해야 한다. 이는 항공기가 상승, 혹은 하강중일 때 이루어져야 한다. 이 조치 이후 계기 지침이 급격히 움직인다면 정압 문제가 존재한다는 것이며 남은 비행 동안에는 alternate source가 사용되어야 한다.

동정압 시스템의 고장은 또한 EFIS(Electronic Flight Instrument Systems)에 심각한 결과를 가져올 수 있다. 14 CFR part 23, section 23.2615(b)(2)를 충족하려면 어떠한 고장, 혹은 고장 가능성이 발생하였을 시 지속적인 안전 비행 및 착륙에 필수적인 정보가 승무원에게 적시에 제공되어야 한다. 그러나 glass displays가 장착된 많은 light aircraft는 일반적으로 예비 계기에 대해 동일한 동정압을 공유한다. 두 시스템이 동일한 동정압을 사용하기 때문에 pitot tubes나 static ports가 막힐 경우 두 시스템이 다 고장 날 수 있다. 이는 IMC에서 비행 중인 조종사에게 어려운 상황을 만들어낸다. 몇몇 제조업체는 ADC(air data computer)와 AHRS(attitude and heading reference system) 기능을 통합하였기 때문에 동정압 시스템이 막히면 attitude display에도 영향을 미칠 수 있다.

종례의 계기들은 제조업체나 항공기에 상관없이 그 설계나 작동이 유사하다. six conventional instruments간의 정보들을 비교함으로서 조종사는 일반적인 고장 유형을 진단할 수 있다. 종례의 계기들과 electronic flight displays의 계기 고장 지시는 완전히 다를 수 있으며 전자 시스템의 고장 지시는 표준화되어있지 않다. glass displays의 시스템 설계는 매우 다양하기에 primary display와 backup display는 데이터 입력의 중단에 대해 다르게 반응할 수 있다. 또한 두 화면은 동일한 상황에서 종례의 계기들과 다르게 작동할 수 있다.

항공기, 그리고 항전 장비와 연관된 장비별 특정 정보를 얻어서 electronic flight instrument displays 장비 고장을 해석하고 적절하게 대응할 수 있도록 준비하는 것이 필수적이다. 급격하게 변화하는 장비, 복잡한 시스템, 그리고 고장 유형과 기능들을 시뮬레이션하기 어렵거나 불가능한 경우들은 훈련을 제한되게 만들 수 있다. 고장이 발생한 경우 조종사는 다른 중요한 비행 업무에 피해를 주지 않음과 동시에 장비 고장을 적시에 대응할 수 있어야 한다.

Abnormal Engine Instrument Indication

특정 비행기의 AFM/POH에는 비정상적인 엔진 계기 지시가 발생한 경우 따라야 할 정보들을 포함한다. 그림 18-11의 표는 비행 중 일반적으로 경험하는 비정상 엔진 계기 지시, 가능한 발생원인, 그리고 수정 조치들 중 일부에 대하여 일반적인 정보를 제공한다.

Door Opening In-Flight

문이 우발적으로 열리는 것은 대부분의 경우 비행의 안전에 큰 문제가 아니다. 오히려 이러한 상황이 발생하는 순간 조종사의 반응이 중요하다. 비행 중 문이 열리는 것은 갑작스러운 큰 소음, 계속되는 소음, 그리고 진동을 동반할 수 있다. 만약 조종사가 비행기 조작을 유지하기 보다는 열린 문에 관심을 집중하여 주의가 분산된다면 loss of control로 이어질 수 있다(설사 문에 의한 공기 흐름 분산이 미미하다 하더라도).

비행 중, 혹은 이륙 도중 문이 우발적으로 열리는 경우 조종사는 다음을 따라야 한다:

• 비행기 조작에 집중한다. 특히 light single airplanes, 그리고 twin-engine airplanes의 경우 cabin door가 열린다 하더라도 비행기의 비행 능력을 거의 손상시키지 않는다. 조작에 영향이 있을 수는 있으나(예를 들어 roll, 그리고/혹은 yaw) 대부분의 경우 이는 쉽게 극복될 수 있다.

• 이륙 직후 문이 열린다 하더라도 착륙하려고 서두르지 않는다. 정상 장주 패턴 고도로 상승하여 정상 장주 패턴을 비행하고 정상 착륙을 한다.

• 문에 도달하기 위해 안전벨트를 풀지 않는다. 문을 그냥 내버려둔다. 실현 가능한대로 최대한 빨리 착륙한 뒤 지상에서 문을 닫는다.

• 대부분의 문들은 완전히 열린 상태로 있지 않는다. 문은 보통 쾅 하고 열렸다가 부분적으로 닫힌다. 문 쪽을 향해 slip하면 문이 더 크게 열릴 수 있으며 문 반대편으로 slip하면 문을 닫히게 할 수 있다.

• 당황하지 않는다. 익숙하지 않은 소음과 진동을 무시하려 시도한다. 또한 서두르지 않는다. 너무 빠르게 착륙하려는 시도는 저고도에서 급선회로 이어질 수 있다.

• landing checklist의 모든 항목을 완료한다.

• 열린 문으로 인해서는 거의 사고가 발생하지 않음을 기억한다. 오히려 조종사의 주의 산만, 혹은 비행기 조작을 유지하지 못한 경우에 사고가 발생한다.

Inadvertent VFR Flight into IMC

기본 자세 계기 비행 교육 과정을 포함하는 것은 본 교재의 범위를 벗어난다. 이 정보는 IFH에 포함되어 있다. 특정 조종사 자격증, 그리고/혹은 연관된 rating은 계기 비행 훈련을 필요로 하며 실기 시험에서는 특정 계기 비행 과목의 시연을 요구한다.

조종사와 교관은 이러한 과목 수행에 대한 지침을 위해 IFH를 참조하여야 한다. 그리고 특정 자격, 혹은 rating을 위해 수행되는 과목의 평가 정보는 적절한 ACS(airman certification standards)를 참조해야 한다. 그러나 이러한 과목이 지속적이고 정기적으로 연습되지 않는 한 거의 즉시 기술이 퇴화됨을 기억해야한다.

사고 통계학에 따르면 자세 계기 비행을 훈련받지 않은 조종사, 혹은 계기 기술이 퇴화된 조종사가 오로지 계기 참조만을 하였을 때 약 10분 만에 비행기 제어를 상실함을 보였다. 이 장의 목적은 VFR 조종사가 IMC에 진입한 경우 한정된 시간동안 비행기 제어를 유지하기 위한 실질적 비상조치에 대하여 지침을 제공하는 것이다. 주된 목적은 정교한 계기비행이 아니다. 이는 VFR 조종사가 적절한 시각 참조물을 다시 얻기 전까지 비행기를 제어 하에 유지하도록 돕기 위함이다.

IMC에 진입한 VFR 조종사가 생존하기 위해 필수적인 첫 단계는 다음을 따른다:

• 상황의 심각성, 그리고 즉각적인 시정 조치의 필요성을 인지 및 수용.

• 비행기 제어 유지.

• 비행기를 안전하게 착륙하기 위한 적절한 지원을 얻음.

Recognition

VFR 조종사가 자연 수평선을 참조하여 항공기 자세 제어를 유지할 수 없다면 상황이나 우세 기상 조건에 상관없이 현 상황은 IMC로 간주된다. 그 원인이 우발적이든 의도적이든, VFR 조종사가 지상의 주요 지형지물을 시각적으로 확인하여 지리적 위치를 탐색하거나 설정할 수 없다면 사실상 IMC에 있는 것이다. 이러한 상황은 적절한 조치가 필요 되는 진정한 비상사태로 받아들여져야 한다.

비행계기만을 참조하여 비행기를 제어하는 훈련을 받았고, 자격을 갖추었고, 그 자격이 유효하지 않는 한 더 이상은 비행을 할 수 없음을 조종사는 이해해야 한다. VFR 비행의 많은 시간들 중 비행기 제어를 위한 참조로 자세계를 사용하기 때문에 조종사들은 계기만을 참조하여 비행기를 제어하는 본인의 능력을 과대평가하여 잘못된 안정감을 가질 수 있다. VFR 상황에서 조종사는 자연 수평선을 확인할 수 있으며 이를 자세계보다 무의식적으로 더 많이 의존할 수 있다. 만약 자연 수평선이 갑자기 사라지면 훈련을 받지 않은 계기 조종사는 vertigo, spatial disorientation, 그리고 제어 상실을 경험할 것이다.

Maintaining Airplane Control

조종사가 상황을 인지하고 받아들였다면 비행기를 안전하게 제어할 수 있는 유일한 방법이 계기를 사용하고 신뢰하는 것임을 이해하여야 한다. 이러한 계기들이 제공하는 정보를 시각적으로 확인하기 위해 비행기 밖을 바라보면서 계기를 참조하여 비행기를 불완전하게 조작하려는 경우 부적절한 비행기 제어를 초래한다. 이는 spatial disorientation, 그리고 완전한 제어 상실로 이어질 수 있다.

강조해야할 가장 중요한 점은 조종사가 당황해서는 안 된다는 것이다. 당면한 상황이 대응하기 힘든 것처럼 보일 수 있고 극도의 불안으로 인해 상황이 악화될 수 있다. 그러나 조종사는 의식적으로 긴장을 풀려 해야 한다. 이 시점에서 사실상 가장 중요한 것은 날개 수평을 유지하는 것임을 조종사는 이해해야 한다. 제어되지 않은 선회나 bank는 보통 원하는 비행 상황을 달성하는데 어려움을 겪게 하지만, 훌륭한 bank 조작은 pitch 조작을 더욱 쉽게 만드는 효과가 있다.

조종간을 꽉 쥐면 조종 압력을 느낄 수 없다는 점을 기억해야 한다. 긴장을 풀고 “눈과 뇌로 제어하는” 법을 배우는 것은 일반적으로 상당한 의식적 노력이 필요 된다.

조종사는 감각에 구애받지 않고 계기들이 나타내는 비행기 자세를 믿어야 한다. 전정 감각(내이에서 감지되는 움직임)은 조종사를 혼란스럽게 할 수 있다. 관성으로 인해 내이는 비행기 자세의 미세한 변화를 감지하지 못할 수 있다. 또한 일정 시간 동안 일정한 속도로 발생하는 자세 변화를 정확하게 감지할 수도 없다. 다른 한편으론 종종 잘못된 감각이 발생하여 비행기의 자세가 변화하지 않았어도 실제로는 변화하였다고 믿게 만든다. 이러한 잘못된 감각은 조종사가 spatial disorientation을 경험하게 만든다.

Attitude Control

비행기는 설계상 본질적으로 안정적이므로 적절히 trim된 상태로 내버려둔다면 대략 직진수평비행을 유지한다(단, 난기류 상태를 제외). 비행기는 pitch, roll, yaw에서 평형 상태를 유지하도록 설계되었다. 그러나 한 축에 대한 변화는 다른 축의 안정성에 영향을 미친다는 것을 조종사는 알아야 한다. 일반적인 light airplane은 yaw 축에서 상당한 안정성을 나타내며, pitch 축에서는 약간 덜하고, roll 축에서는 훨씬 더 적다. 따라서 비상 상황인 비행기의 자세 제어 핵심은 다음과 같다:

• elevator trim을 사용하여 순항 속도에서 손을 놓고도 수평 비행이 유지되도록 비행기를 trim 한다.

• 항공기를 과조작하려 하지 않는다. 손가락 끝으로 자세계를 조작한다. 계기가 확연한 변화의 필요성을 나타내지 않는 한 어떠한 자세 변화도 이루어져서는 안 된다.

• 모든 자세 변화를 부드럽고 미세하게, 그러나 확실한 압력으로 만든다. horizon bar에서 나타나는 작은 변화가 실제 비행기 자세에서는 훨씬 더 큰 변화로 나타남을 기억한라.

• 자세 제어에 사용 가능한 모든 보조 장치를 사용한다(예를 들어 autopilot, 혹은 wing leveler).

자세 제어를 위한 기본 계기는 attitude indicator이다. [그림 18-12] 비행기가 순항 속도에서 손을 놓고도 수평 비행이 유지되도록 trim 되었다면 착륙을 위한 감속 이전까지는 이 속도가 변화할 필요가 없다. 모든 선회, 상승, 그리고 하강이 이 속도에서 이루어질 수 있으며 이루어져야 한다. “손가락 끝 압력”을 사용하여 날개를 수평으로 유지함으로서 직진 비행이 유지된다. pitch attitude를 변화시키기 위해 위, 혹은 아래로 one bar width만을 사용한다.

Turns

훈련받지 않은 계기 조종사에게 선회는 아마도 두 가지 이유로 인해 가장 위험할 수 있는 기동일 것이다.

• 조종사의 일반적인 과조작 경향으로 인해 steep bank, 그리고 “graveyard spiral”의 가능성으로 이어진다.

• 조종사가 선회로 인한 불안정성을 대처하지 못하는 것.

선회할 때 조종사는 roll 축의 상대적 불안정성을 예측 및 대처해야한다. 실현 가능한 가장 적은 bank angle을 사용하여야 한다(어떤 경우에도 bank angle을 10도 이하로 유지해야 한다). [그림 18-13] shallow bank는 날개 수직 양력을 거의 앗아가지 않기 때문에 고도 변화가 거의 없다. heading의 큰 변화가 필요하다면 몇 도만 선회한 뒤 수평 비행으로 돌아가는 것이 도움이 될 수 있다. 원하는 heading에 도달할 때까지 이 과정을 반복한다. 이 과정은 종종 오래 지속되는 선회로 인해 발생하는 점진적 overbanking을 완화시킬 수 있다.

Climbs

상승이 필요하다면 조종사는 자세계의 miniature airplane을 one bar 이내로 올리고 출력을 가한다. [그림 18-14] 조종사는 특정 상승 속도를 달성하려 시도하지 말고 속도가 어떻든 이를 받아들인다. 그 목표는 비행기의 평형을 가능한 한 깨지 않기 위해 수평 비행 자세에서 최대한 조금만 벗어나는 것이다. 만약 비행기가 제대로 trim 되어 있다면 추가되는 출력의 양에 따라 스스로 nose-up attitude를 취한다. torque와 P-factor는 항공기를 좌측으로 bank지게 하여 선회하도록 만든다. 이를 예상해야 하며 보상해야 한다. 만약 초기 출력 보충으로 인한 상승률이 불충분하다면 원하는 상승률에 도달할 때까지 100rpm(혹은 1 inch의 manifold pressure) 단위로 출력을 증가시켜야 한다. 최대 가용 출력이 필요한 경우는 거의 없다. 출력을 더 사용할수록 비행기는 좌측으로 bank져서 선회하려한다. 수평 비행으로 되돌아 갈 때는 우선 자세계상 수평을 향해 pitch attitude를 천천히, 그러나 정교한 압력으로 내린다. 그 다음 순항속도 근처까지 증속한 후 출력을 감소한다.

Descents

손을 놓고도 직진수평비행이 되도록 적절히 trim 되어 있다면 하강은 상승 절차와 그 반대가 된다. 이 상태에서 비행기는 고도 유지를 위해 특정한 양의 추력을 필요로 한다. pitch attitude는 속도를 조절한다. 따라서 엔진 출력(프로펠러에 의해 추력으로 전환)은 선정한 고도를 유지한다. 출력이 조금이라도 감소하였다면 거의 감지할 수 없는 정도의 속도 감소가 있다. 그러나 속도가 조금이라도 바뀌면 꼬리에 가해지는 하중이 줄어든다. 그 결과 비행기 기수의 무게는 trim 속도를 유지할 수 있을 만큼 내려가게 된다. 이후 비행기는 감소된 추력의 양에 정비례하는 속도로 하강한다. 출력 감소는 100rpm(혹은 1 inch manifold pressure) 단위로 이루어져야 한다. 그리고 그 결과 발생한 하강률이 500fpm을 초과해서는 안 된다. 자세계상 날개는 수평을 유지해야 하며 pitch attitude는 one bar width를 초과해서는 안 된다. [그림 18-15]

Combined Maneuvers

훈련을 받지 않은 계기 조종사는 가급적 상승 선회, 혹은 상승 선회와 같은 combined maneuvers를 수행하지 않아야 한다. 기동들을 결합하는 것은 각 기동에서 발생하는 문제들을 복합시키며 제어 상실의 위험을 증가시킬 뿐이다. 이 목적은 비행기에 내재된 평형을 최대한 유지함으로써 비행기를 제어하는 것이다. 직진수평비행 자세에서 최대한 벗어나지 않는 것이 이를 훨씬 더 쉽게 만든다.

ATC로부터 도움을 받을 때 heading 그리고/혹은 고도를 변경하라는 지시를 받는 경우 조종사는 관제사의 긴박함을 느낄 수 있다. 이러한 긴박함은 안전에 대한 관제사의 우려를 나타낸다. 그럼에도 불구하고 조종사는 이로 인해 급하게 기동하여 제어 상실로 이어지게 해서는 안 된다. 이러한 문제가 발생한 경우 관제사에게 속도를 늦추라고 요청하는 것이 좋다.

Transition to Visual Flight

훈련을 받은, 그리고 자격을 갖춘 계기 조종사가 직면하는 가장 어려운 과제 중 하나는 착륙 전에 계기에서 시계로 전환하는 것이다. 훈련을 받지 않은 계기 조종사의 경우에는 이러한 어려움이 증대된다.

그 어려움은 적응, 그리고 방향정위가 중심이 된다. 훈련 받은 조종사는 계기 접근 도중 시계 비행으로의 전환을 사전에 준비한다. 조종사는 시계 비행으로의 전환이 이루어졌을 때 무엇을 예상해야 하는지에 대한 심상을 가지고 있기에 새로운 환경에 빠르게 적응할 것이다. 또한 공항/활주로로부터 비행기가 어디에 있는지를 시각화함에 따라 지리적 방향정위가 시계 전환 이전에 시작된다.

이상적인 상황에서는 충분한 시간, 지형으로부터의 충분한 고도, 그리고 적응 및 지리적 방향정위를 수용하기에 충분한 시정 조건에서 시계 비행 전환이 이루어진다. 그러나 항상 이런 것은 아니다. 훈련을 받지 않은 계기 조종사는 시정이 여전히 제한적이고, 지형이 완전히 생소하며, 지형으로부터의 고도가 너무 높아서 “정상적인” 공항 장주 패턴과 착륙 접근이 불가능하다는 것을 알게 될 수 있다. 게다가 조종사는 비행기 착륙을 위해 상당한 심리적 압박을 받을 가능성이 높다. 조종사는 이 점을 고려해야 한다. 그리고 가능하다면 접근 및 착륙을 시도하기 전에 적응 및 지리적 방향정위가 되도록 시간을 두어야 한다(직진수평 비행, 혹은 공항 circling을 통해). 이는 특히 야간에는 더욱 그렇다.

Emergency Response Systems

비행기에는 특정 비상 상황에서 대안을 제공하는 시스템을 설치할 수 있다. 예를 들어 ballistic parachute systems(만약 설치된 경우)가 비상시에 사용될 경우 비행기가 지상으로 천천히 하강하게 만들 수 있다. 이를 통해 탑승자는 충돌로부터 부상 없이 살아남을 수 있다. 비행기에는 또한 EAL(Emergency Autoland) system을 갖출 수 있다. 이는 필요한 경우 안전한 결과를 위해 항공기 제어를 넘겨받을 수 있다.

Ballistic Parachutes

비행기 ballistic parachute system을 사용할 경우 동체가 손실된다. 그러나 이러한 시스템이 허용 가능한 항공기 체계 내에 이를 배치하면 부상을 방지하고 생명을 구할 수 있다. 조종사는 비행 전후에 이러한 시스템을 arming하고 disarming하는 절차를 이해하고 따라야 하며 이러한 시스템이 사용되어야 하는 조건을 이해해야 한다. 예를 들어 충돌이나 기계적 결함으로 인한 치명적인 조종성 상실, 혹은 조종사의 무력화가 조건이 될 수 있다. 조종사는 안전한 사용을 위한 상태와 관련하여 그 장치가 어디 있는지를 설명해야 한다. 일반적으로 승객은 조종사가 무력화된 경우에만 시스템을 사용한다. 조종사는 최소한 승객들에게 시스템의 사용 순서를 브리핑하여야 한다. 조종사는 이러한 시스템의 제조자와 공급자가 제공한 정보를 공부해야 하며 제공된 지침을 따라야 한다.

이러한 시스템에는 수직 충격을 흡수하기 위한 비행기 구성요소들을 포함할 수 있다. landing gear와 좌석의 설계는 탑승자에게 제공되는 보호 기능을 극대화하며 충격이 흡수되는 시간을 늘려준다. 착륙 이후에는 전개된 낙하산과 지상풍의 영향으로 인한 위험이 있기에 탑승객은 대피 절차를 알아야 한다.

Autoland

만약 EAL이 불규칙한 비행을 감지하였다면 시스템은 항공기를 안정시키고 조종사의 반응을 확인한다. 조종사의 입력이 없다면 EAL은 emergency descent를 시작한다. emergency descent 이후에도 조종사의 반응이 없다면 EAL은 autoland를 위한 절차를 시작한다. 이 시스템은 조종사, 혹은 승객에 의해 수동으로 작동할 수 있다.

EAL이 작동하면 이 시스템은 항공기가 마지막으로 선택한 주파수와 Guard(121.5Mhz)에 자동 무선 방송을 송신하여 EAL 항공기가 도달하려는 활주로 주변의 관제사들이나 조종사에게 알린다. 이 시스템은 특정 공항 및 활주로로 향하는 의도와 호출부호를 반복적으로 송신한다. 또한 EAL은 트랜스폰더를 7700으로 설정하여 비상 상황을 나타낸다. 초기 방송 이후 시스템은 25초간 일시 중지된다. 이는 ATC로 하여금 충돌 가능성이 있는 항적과 교신하기 위함이다. EAL 항공기가 활주로로부터 12마일 이내, 그리고 12000ft MSL 이하에 도달하면 시스템은 관제탑 주파수나 CTAF(Common Traffic Advisory Frequency)를 통해 방송을 시작하며 ADS-B를 통해 위치를 계속 알린다. EAL은 호출부호, “pilot incapacitation”, 그리고 목적지 공항에 대한 현재 위치를 알린다. 또한 공항과 공항 식별자, 그리고 해당 공항의 특정 활주로에 착륙하는 시간을 제공한다. 이 시스템은 착륙하기 전에 “one-minute out”과 유사한 방송을 한다.

EAL system은 몇 가지 요인에 기초하여 적합한 공항을 선택한다. 이러한 요인에는 기상, 바람, 활주로 길이, 공항 관제탑의 운영 유무를 포함한다. EAL은 오직 RNAV(area navigation) approach나 GPS(Globla Positioning system) approach를 가진 공항만을 고려하며, 가능하면 관제탑이 운영되지 않는 공항보다는 관제탑이 운영되는 공항을 선정하고, 항공기 형식에 따른 활주로 조건을 사용한다. EAL systems는 또한 장애물 및 지형 데이터베이스도 활용한다. 만약 시스템이 GPS 수신 범위를 벗어났다면 비행기가 GPS 수신 범위로 돌아오기 전까지는 착륙을 시도하지 않으며 계속 직진 비행을 한다.

현재 EAL system 기능에는 다음을 포함하지 않는다.

∙다른 항적을 확인하고 회피하는 것.

∙ATC의 지시(혹은 NOTAM)를 수신하거나 대응하는 것.

∙MOAs(military operations areas), SUA(special use airspace), Restricted Areas, 혹은 TFRs(Temporary Flight Restrictions)을 회피하는 것.

∙항공기 등화를 켜는 것.

Chapter Summary

이 장은 특정 비상 상황과 관련하여 light single-engine airplanes에서 적용될 수 있는 일반적인 지침과 권장 절차를 제공하였다. 이러한 정보는 비상 운영에 대한 일반적 지식을 강화하기 위함이다. 또한 제조업체의 권장 비상 절차가 우선시된다는 명확한 이해를 포함한다.

EFIS가 장착된 항공기에서의 동정압 시스템 고장에 관한 정보가 제공되었다. primary와 backup 계기가 동일한 동정압 시스템으로부터 정보를 측정할 경우 IFR 비행을 위한 redundancy가 원하는 것보다 적을 수 있다. EFIS의 고장 지시는 기존 계기의 고장 지시와는 완전히 달라서 조종사로 하여금 시스템 오작동을 인지하기 훨씬 어렵게 만든다. 시스템 표준화가 부족하다면 electronic display 고장을 분석할 때 장비별 정보 및 지식이 중요해진다는 문제를 악화시킨다. 훈련 및 평가 도중에는 특정 고장 상황을 시뮬레이션 할 수 없기 때문에 조종사는 실제 비상사태에 대한 준비가 부족할 수 있다. 전자 항전장비가 발달함에 따라 이러한 시스템을 안전하게 운영하는데 필요한 훈련과 숙련도가 세심하게 분석되어야 한다.

Introduction

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.