Indicated airspeed(IAS) - 속도계가 표시하는 항공기 속도. 지시대기속도는 지시 오차, 위치 오차, 혹은 압축 오차에 대해 보정되지 않는다.
Calibrated airspeed(CAS) - 위치 오차와 계기 오차에 대해 보정된 속도계 값. (표준 대기 상태인 해수면에서 CAS는 TAS와 같다.) 속도계에 표시된 다양한 속도의color code는 IAS이거나CAS일 수 있다.
Equivalent airspeed(EAS) - 위치 오차, 계기 오차, 그리고 특정 고도에 대한 단열 압축 흐름에 대해 보정된 속도계 값. (표준 대기 상태인 해수면에서 EAS는 CAS와 같다.)
VS0 – 착륙 외장 상태인 항공기가 제어될 수 있는 minimum steady flight speed.
VS1 – 특정 외장 상태인 항공기가 제어될 수 있는 minimum steady flight speed.
VY – 단위 시간 단위 당 최대 고도를 얻는 속도. bsetROC speed는 보통 고도 증가에 따라 약간 감소한다.
VX – 단위 거리 단위 당 최대 고도를 얻는 속도. best AOC speed는 보통 고도 증가에 따라 약간 증가한다.
VLE – landing gear를 연장한 상태에서 항공기를 안전하게 비행할 수 있는 최대 속도. 이는 안정성 및 조종성과 관련된 문제이다.
VLO – landing gear를 연장하거나 접을 수 있는 최대 속도. 이는 landing gear를 연장하거나 접을 때 조작 기구에 가해지는 공기 부하와 관련된 문제이다.
VFE – wing flaps가 특정 위치에 놓여있을 때 허용되는 최대 속도. 이는 flaps의 구조에 가해지는 공기 부하와 관련된 문제이다.
VA – calibrated design maneuvering airspeed. 이는 구조적 손상 없이 limit load가 가해질 수 있는최대 속도이다. maneuvering speed 이하로 비행한다 해도 하나의 축에 여러 번의 full control를 가하였거나 두 개 이상의 축에 full control을 가하였다면 구조적 보호가 제공되지 않는다.
VNO – maximum structural cruising speed. 정상 운영을 위한 최대 속도. 이 속도에서 limit load factor가 초과되면 항공기 구조의 영구적인 변형이 발생할 수 있다.
VNE - 절대 초과해서는 안 되는 속도. 이 속도 너머로 비행하면 구조적 손상이나 구조적 파괴가 발생할 수 있다.
성능 차트를 통해 조종사는 항공기의 이륙, 상승, 순항, 그리고 착륙 성능을 예측할 수 있다. 제조업체가 제공하는 이러한 차트는 AFM/POH에 포함되어 있다. 제조업체가 차트에서 제공하는 정보는 새 항공기로 정상 운영 조건 하에서 시험 비행을 수행하였을 때 수집한 정보이다. 또한 조종사는 평균적인 조종 기술을 사용하며 항공기와 엔진이 정상적으로 작동하는 상태를 전제로 한다. 엔지니어들은 비행 정보를 기록한 다음 시험 비행 도중 발생한 항공기 반응들을 기반으로 성능 차트를 작성한다. 조종사는 이러한 성능 차트를 통해 이착륙에 필요한 활주로 길이, 비행 도중 사용되는 연료의 양, 그리고 목적지에 도착하는데 필요한 시간을 결정할 수 있다. 항공기가 정상적으로 작동하지 않거나 악조건을 운영하는 경우에는 차트의 데이터가 정확하지 않을 수 있다. 항공기가 제대로 작동하지 않거나 조종 기술이 평균 이하인 경우에는 성능 값을 보정할 필요성을 고려해야 한다.
모든 항공기들은 서로 다르게 작동하므로 성능 값이 다르다. 또한 모든 비행은 다 다르므로 매 비행 전에 항공기 성능을 계산한다. (Cessna Model 172R과 Challenger 605의 성능 차트 예시를 위해 appendix를 참조한다.)
모든 차트는 특정 조건을 기반으로 한다. 비행 조건에 대해 정보를 조정하는 방법을 나타내는 note들이 차트에 포함된다. 모든 차트를 읽는 것, 그리고 차트의 사용 방법을 이해하는 것이 중요하다. 제조업체에서 제공하는 지침들을 읽어본다. 차트 사용 방법에 대한 설명은 해당 차트에 대해 제조업체가 제공하는 예시를 참조한다. [그림 11-20]
제조업체가 제공하는 정보는 표준화되어있지 않다. 정보가 표 형식으로 표시될 수도 있고 그래프 형식으로 표시될 수도 있다. 여러 비행 조건을 보완하기 위해 두 개 이상의 그래프를 하나의 차트에 통합하는 combined graphs로 표시될 수도 있다. combined graphs의 경우 조종사는 밀도고도, 무게, 그리고 바람의 변화에 대한 항공기 성능을 하나의 차트로 예측할 수 있다. 이러한 유형의 차트에서 얻을 수 있는 정보의 양은 방대하므로 차트를 정확하게 읽는 것이 매우 중요하다. 처음에 작은 오류가 발생하면 마지막에 큰 오류가 발생할 수 있다.
이 섹션의 나머지 부분은 항공기 성능 정보, 차트에 포함된 정보, 그리고 이러한 차트에서 정보를 얻는 방법을 설명한다. 모든 차트는 비행 계획 시 사용되어야 하는 풍부한 정보를 포함한다. 비행의 모든 구간에 대해 table, graph, 그리고 combined graph 형식의 예시가 설명된다.
Interpolation
차트의 모든 정보들이 쉽게 얻어지는 것은 아니다. 몇몇 차트의 경우 특정 비행 조건에 대한 정보를 찾기 위해 보간(interpolation)을 수행해야 한다. 정보를 보간한다는 것은 정보들을 통해 그 중간 값을 계산할 수 있다는 것을 의미한다. 종종 조종사들은 차트의 값을 더 보수적인 수치로 보간한다. 조금 더 불리한 조건이 반영되는 값을 사용하면 성능 정보를 합리적으로 추정할 수 있으며 약간의 안전 여유를 얻을 수 있다. 다음은 takeoff distance 차트로부터 정보를 보간하는 예시이다. [그림 11-21]
Density Altitude Charts
밀도고도 차트를 통해 출항 공항의 밀도고도를 계산한다. 주어진 정보를 기반으로 그림 11-22를 통해 밀도고도를 결정한다.
먼저 기압 고도를 계산한다. altimeter setting에서 30.10을 찾은 다음 오른쪽을 읽는다. 이는 “-165”라 적혀있다. 따라서 공항 표고로부터 165를 빼면 기압고도 5,718ft가 나온다. 그런 다음 그래프 아래쪽 눈금으로부터 외부 공기 온도를 찾는다. 화씨 70도에서 5,718ft의 기압고도 선까지 세로선을 긋는다. 그런 다음그래프의 왼쪽으로 가로선을 긋고 대략적적인 밀도고도를 읽는다. 대략적인 밀도고도는 7,700ft이다.
Takeoff Charts
takeoff chart는 보통 여러 형식으로 제공된다. 조종사는 no flaps나 특정 flap configuration에서의 항공기 takeoff distance를 계산할 수 있다. 조종사는 50ft 장애물 상공에서의 takeoff distance도 계산할 수 있다. takeoff distance chart는 다양한 항공기 무게, 고도, 온도, 바람, 그리고 장애물 표고를 제공한다.
그림 11-23을 참조한다. 이 차트는 combined takeoff distance graph의 예시이다. 이 차트는 기압 고도, 온도, 무게, 바람, 그리고 장애물을 모두 고려한다. 먼저 그래프의 왼쪽 하단에서 정확한 온도를 찾는다. 22도가 2,000ft 고도 선과 교차할 때까지 위로 선을 긋는다. 이 지점에서 첫 번째 기준선까지 가로로 선을 긋는다. 주변 선들을 따라 대각선 방향으로 선을 긋는다(단, 해당 무게 선과 교차하기 전까지). 대각선이 2,600 파운드와 교차하는 지점에서 두 번째 기준선에 도달할 때까지 가로로 선을 긋는다. 다시 한 번 대각선 방향으로 선을 긋는다(단, 정풍 6노트 지점까지). 세 번째 기준선을 향해 가로로 선을 그은 다음 여기서 두 방향으로 선을 그린다. 먼저 ground roll distance를 파악하기 위해 가로로 선을 긋는다. ground roll distance는 700ft이다. 이번에는 세 번째 기준선으로부터 대각선을 긋는다(단, 해당 장애물 표고에 도달하기 전까지). 이 경우 장애물이 50ft이므로 대각선을 차트의 맨 끝까지 그린다. 50ft 장애물 상공에서의 총 거리는 1,400ft이다. lift-off 시의 takeoff speed와 50ft 장애물 상공에서의 takeoff speed를 찾으려면 차트 상단의 표를 참조한다. 이 경우 2,600 파운드에서의 lift-off speed는 63노트이고 50ft 장애물 상공에서는 68노트가 될 것이다.
그림 11-24를 참조한다. 이는 short-field takeoffs에 대한 takeoff distance의 예시이다. 이 표의 경우 먼저 이륙 무게를 찾는다. 2,400 파운드를 찾았다면 우측으로 읽기 시작한다. takeoff speed는 두 번째 열에 있고기압 고도는 세 번째 열에 있다. 3,000ft의 기압 고도를 찾는다. 이 선을 따라 30도의 온도 열까지 우측으로 향한다. ground roll은 총 1,325ft이고 50ft 장애물을 회피하는데 필요한 총 거리는 총 2,480ft이다. 이때 18노트의 정풍이 불고 있으므로 notes의 2번에 따라 거리를 20% 줄인다. 1,325ft에 20%를 곱한다(1,325 x 0.20 = 265). 그리고 이 값을 총 거리에서 뺀다(1,325 – 265 = 1,060). 50ft 장애물 상공에서의 총 거리에 대해 이 과정을 반복한다. ground roll distance는 1,060ft이고 50ft 장애물 상공에서의 총 거리는 1,984ft이다.
Climb and Cruise Charts
상승 및 순항 차트 정보는 야외비행(cross-county) 계획 도중 항공기 성능과 연료 소모량을 예측할 때 매우 유용하다. 제조업체는 상승 및 순항 성능에 대한 여러 가지 차트들을 생산한다. 이러한 차트에는 상승을 위한 연료, 시간, 거리에 대한 정보뿐만 아니라 항속거리 성능을 위한 최적의 출력 설정이 포함된다.
상승 성능을 확인하기 위한 첫 번째 차트는 fuel, time, and distance-to-climb chart이다. 이 차트는 상승 도중 사용되는 연료량, 상승을 완료하는데 걸리는 시간, 그리고 상승 도중 이동하는 ground distance를 제공한다. 이 차트를 사용하려면 출항 공항에 대한 정보와 순항 고도에 대한 정보를 얻어야 한다. 그림 11-25를 사용하여 상승에 필요한 연료, 시간, 그리고 거리를 계산한다.
먼저 출항 공항에 대한 정보를 찾는다. 그래프의 왼쪽 하단에서 출항 공항의 OAT를 찾는다. 25도에서 위를 향해 선을 긋는다(단, 기압고도 6,000ft에 해당하는 선과 교차하기 전까지). 연료, 시간, 그리고 거리에 대한 세 개의 선이 모두 교차되기 전까지 가로 선을 긋는다. 교차 지점들로부터 아래로 선을 긋는다. 이는 3.5갤런의 연료, 6분의 시간, 그리고 9NM을 나타낸다. 그런 다음 순항 고도에 대한 정보를 위해 이를 반복한다. 이는 6갤런의 연료, 10.5분의 시간, 그리고 15NM을 나타낸다. 연료, 시간, 그리고 거리에 대한 각 값들을 취하여 서로 빼준다. 10,000ft로 상승하기까지 2.5갤런의 연료와4.5분의 시간이 걸린다. 상승 도중 6NM을 이동한다. notes에 따르면 이 값들은 바람을 고려하지 않으며maximum continuous power가 사용되고 있음을 가정한다.
다음 예시는 fuel, time, and distance-to-climb table이다. 이 표도 이전 차트와 동일한 기본 기준을 사용하긴 하지만 다른 방법으로 정보를 파악해야 한다. 다음 샘플 문제를 해결하려면 그림 11-26을 참조한다.
주어진 무게인 3,400을 첫 번째 열에서 찾는다. 기압 고도 열로 이동해서 해수면 고도 값을 찾는다. 해수면에서는 숫자들이 0으로 표시된다. 다음으로 순항 고도(8,000ft)에 해당하는 선을 읽는다. 여기서 이 두 세트의 숫자들을 서로 빼야하지만 해수면에서는 이 숫자들이 0이므로 해수면으로부터 8,000ft까지 상승하는데 걸리는 10분임을 바로 알 수 있다. 또한 21파운드의 연료가 사용된다는 것, 그리고 상승 도중 20NM을 이동한다는 것을 알 수 있다. 하지만 온도는 22도로 표준 온도인 15도보다 7도 높다. 이 차트의 notes에 따르면 온도가 표준보다 7도 높을 때마다 결과 값이 10% 증가해야 한다. 결과 값에 10%를 곱한다(10 x 0.10 = 1, 1 + 10 = 11분). 10%를 모두 적용한 이후의 결과 값은 11분, 23.1 파운드의 연료, 그리고 22NM이다. 연료의 단위가 갤런이 아니라 파운드임을 주의한다. aviation fuel의 무게는 갤런 당 6파운드 이므로 23.1파운드의 연료는 3.85갤런(23.1 / 6 = 3.85)과 같다.
다음 예시는 cruise and range performance chart이다. 이러한 유형의 표는 특정 순항 설정에서의 TAS, 연료 소모량, 항속 시간, 그리고 항속 거리를 제공하도록 설계되었다. 그림 11-27을 통해 주어진 조건에 대한 순항 및 항속 거리 성능을 결정하라.
표 좌측의 첫 번째 열에서 5,000ft의 기압 고도를 찾는다. 다음으로 두 번째 열에서 2,400rpm을 찾는다. 그 선을 따라 가로로 이동해서 116mph의 TAS와6.9 갤런의 연료 소모율을 확인한다. 예시에 따르면 항공기는 38갤런의 fuel carrying capacity를 갖추고 있다. 해당 열에서 항속 시간은 5.5시간을, 그리고 항속 거리는 635마일을 나타낸다.
cruise power setting tables는 야외 비행을 계획할 때 유용하다. 이 표는 정확한 순항 출력 설정을, 그리고 해당 고도에서의 연료 소모율과 속도 성능을 제공한다.
이 샘플 문제는 그림 11-28을 참조하라. 먼저 표의 맨 왼쪽에서 6,000ft의 기압 고도를 찾는다. 그리고 이 선을 따라 36도 열을 향하여 오른쪽으로 이동한다. 2,450rpm은 21.0＂Hg에서 65%의 continuous power를 유지할 것이다. 이때 시간 당 11.5갤런의 연료 소모율과 161노트의 속도가 발생한다.
또 다른 유형의 순항 차트는 best power mixture range graph이다. 이 그래프는 출력 설정과 고도를 기준으로 최상의 항속거리를 제공한다. 그림 11-29를 통해 65% 출력에서의 항속거리를 찾는다(reserve가 있을 때와 없을 때 둘 다).
먼저 그래프의 왼쪽에서 5,000ft와 표준 온도로 이동한다. reserve와 no reserve의 65% 선과 교차할 때까지 그래프 가로로 선을 긋는다. 두 교차지점에서 그래프 아래로 직선을 그린다. reserve가 있는 상태에서는 65% 출력이 대략 522마일의 항속거리를 만든다. reserve가 없는 상태에서는 65% 출력이 대략 581마일의 항속거리를 만든다.
마지막 순항 차트는 cruise performance graph이다. 이 그래프는 고도, 온도, 그리고 출력 설정에 따른 TAS 성능을 위해 설계되었다. 그림 11-30을 통해 다음 조건에 대한 TAS 성능을 찾는다.
그래프의 왼쪽 하단에서 OAT를 찾는다. 외기온도가 기압 고도 6,000ft와 교차할 때까지 위로 선을 긋는다. 65% best power 선을 향해 가로로 선을 긋는다. 이 교차지점에서 그래프의 아래로 직선을 긋는다. 65% best power에서 TAS는 140노트이다. 그러나 wheel fairings가 없으므로 속도에서 8노트를 빼야 한다. TAS는 132노트이다.
Crosswind and Headwind Component Chart
항공기는 power off, gear down, 그리고 flap down 상태로 최대 0.2 VS0의 90도 측풍에서 테스트된다. 즉, 만약 항공기의 실속 속도가 45노트라면 9노트의 90도 측풍에서 착륙할 수 있어야 한다. maximum demonstrated crosswind component는AFM/POH에 게재되어 있다. crosswind and headwind component chart를 통해 특정 풍향 및 풍속에 대한 정풍 성분과 측풍 성분을 파악할 수 있다.
이 문제를 해결하기 위해 그림 11-31을 참조하라. 먼저 활주로와 풍향 사이에 몇 도의 차이가 있는지 확인한다. runway 17은 170도를 의미한다. 여기에서 바람 방향인 140도를 뺀다. 이는 30도의 바람 각도를 제공한다. 그 다음 30도 표시로부터 선을 긋는다(단, 풍속 25노트와 교차하기 전까지). 교차 지점에서 직선을 가로 세로로 긋는다. 정풍 성분은 22노트이고 측풍 성분은 13노트이다. 이러한 정보는 이착륙 시 중요하다. 두 개 이상의 활주로가 존재하는 공항에서는 이를 통해 적절한 활주로를 선택할 수 있다. 또한 항공기가 demonstrated crosswind component를 초과하지 않기 위해선 해당 정보가 필요하다.
Landing Charts
이륙 성능에 영향을 미치는 변수들과 유사한 것들이 착륙 성능에도 영향을 미친다. 밀도고도, 비행기 무게, 그리고 정풍의 변화들이 보정되어야 한다. landing distance 정보는 normal landing distance와50ft 장애물 상공에서의 landing distance를 제공한다. 차트 정보의 기준을 확인하기 위해 conditions와 notes를 확인한다. landing distance를 계산할 때 착륙 무게가 이륙 무게와 같지 않다는 것을 기억하라. 비행 도중 사용된 연료를 보상하기 위해 무게를 다시 계산해야 한다.
그림 11-32를 참조한다. 이 예시는 landing distance table을 사용한다. 1,250ft의 고도가 이 표에 나와 있지 않으므로 정확한 landing distance를 찾기 위해 보간을 수행한다. 1,250ft의 기압 고도는 해수면과 2,500ft의 중간에 있다. 먼저 해수면에 대한 열과 2,500ft에 대한 열을 확인한다. 해수면에 대한 총 거리인 1,075와 2,500ft에 대한 총 거리인 1,135를 취한 후 이들을 더한다. 총합을 2로 나누면 1,250ft에 대한 총 거리를 얻을 수 있다. 50ft의 장애물을 회피하기 위한 총 landing distance는 1,105ft이다. 이 과정을 반복해서 기압 고도에 대한 ground roll distance를 구한다. ground roll은 457.5ft이다.
주어진 조건과 그림 11-33을 통해 항공기의 landing distance를 결정한다. 이 예시는 combined landing distance graph를 사용하며 온도, 무게, 정풍, 배풍, 그리고 다양한 장애물 표고에 대해 보완될 수 있다. 차트 왼쪽의 눈금에서 OAT를 찾는다. 기압고도 4,000ft까지 위로 직선을 긋는다. 이 교차점에서 첫 번째 기준선을 향해 가로로 이동한다. 주변 선들을 따라 대각선 방향으로 선을 긋는다(단, 착륙 무게에 도달하기 전까지). 2,400파운드에서 두 번째 기준선을 향해 가로선을 긋는다. 다시 한 번 대각선으로 선을 긋는다(단, 정풍 성분에 도달하기 전까지). 그리고 세 번째 기준선을 향해 가로선을 긋는다. 이때부터 두 개의 방향으로 선을 그린다: 하나는 ground roll을 찾기 위해 가로로, 그리고 다른 하나는 장애물 표고를 향해 대각선으로 그린다. 총 ground roll은 975ft이고50ft 장애물 상공에서의 총 ground roll은 1,500ft이다.
Stall Speed Performance Charts
실속 속도 성능 차트는 특정 외장에서의 항공기 실속 속도를 알려주기 위해 설계되었다. 이러한 유형의 차트는 보통 bank angle, gear/flaps, 그리고 throttle을 고려한다. 주어진 조건과 그림 11-34를 통해 비행기가 실속에 빠지는 속도를 확인한다.
먼저 flap/gear 상태를 찾는다. 그런 다음 power-off 상태에 해당하는 행을 선택한다. 이제 45도의 bank angle 열을 찾는다. 실속 속도는 78mph(68knots)이다.
성능 차트는 조종사에게 귀중한 정보를 제공한다. 이러한 차트들을 통해 조종사는 대부분의 비행 조건에 대한 항공기 성능을 예측할 수 있다. 이는 모든 비행에 대해 더 나은 계획을 제공한다. CFR에 따르면 조종사는 비행 전에 이용 가능한 모든 정보들을 숙지해야 한다. 이러한 정보들은 비행의 안전을 높이므로 조종사들은 이를 잘 활용해야 한다.
성능 특성은 항공기마다 크게 다르다. transport aircraft의 성능이 향상되고 복잡해짐에 따라 대부분의 운영자들은 전산화된 flight mission planning system에 점점 더 의존해야 함을 알게 되었다. 이러한 시스템은 기내에 있거나, 혹은 비행 계획 단계에서 사용될 수 있다. 또한 항공기 무게, 대기조건, 그리고 외부 환경 요인은 항공기 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 조종사는 mission planing program, 성능 특성, 그리고 오늘날의 복잡한 항공기에 탑재된 전산화된 시스템을 숙지하는 것이 필수적이다. 이 정보의 주요 출처는 AFM/POH이다.
