Instructor-pang

Climbs and Climbing Turns

비행기가 상승에 진입할 때 무게나 중력을 극복하기 위한 초과 양력이 만들어져야 한다. 더 많은 양력을 만들어내는 것은 더 많은 항력을 만들어내기 때문에 속도가 감소한다(상승 시 최소 속도를 유지하려면 출력을 증가시킨다). 증가한 항력을 상쇄하기 위한 충분한 추력이 있을 때만 비행기는 상승을 유지할 수 있다. 따라서 상승률은 이용 가능한 excess thrust에 의해 제한된다.

조종사는 다음과 같은 유형의 상승을 만들어내는 엔진 출력 세팅, 자연 수평선 pitch attitude, 그리고 계기 지시를 알아야 한다.

∙Normal Climb – 비행기 제조업체가 권장하는 속도로 수행. normal climb speed는 일반적으로 비행기의 best rate of climb보다 높다. 추가적인 속도는 더 나은 엔진 냉각, 더 나은 control authority, 그리고 비행기 nose 너머로 더 좋은 시야를 제공한다. normal climb는 때때로 cruise climb라고도 불린다.

∙Best rate of climb(VY) - 단위 시간당 가장 많은 고도를 생산. 이 속도는 일반적으로 장애물이 없는 활주로에서 초기 상승 시 사용된다. 그리고 normal climb나 cruise climb 외장으로 전환하기에 안전할 때까지 유지된다.

∙Best angle of climb(VX) - 단위 거리 당 가장 많은 고도를 생산. 비록 VX는 같은 고도에 도달하는데 VY보다 더 많은 시간이 걸리지만 더욱 가파른 상승을 한다. VX는 이륙 이후 장애물 회피(예를 들어 나무)에 사용된다. [그림 3-19]

고도가 높아질수록 VX 속도는 증가하고 VY 속도는 감소함을 유의해야 한다. AFM/POH에 포함된 성능 차트를 참조하여 주어진 환경 조건에서 원하는 상승을 위한 정확한 속도가 사용되는지 확인해야 한다. VX 속도와 VY 속도가 교차하는 지점이 있다. 이는 비행기가 더는 상승할 수 없는 absolute ceiling이다. [그림 3-20]

Establishing a Climb

 

직진 상승은 자연 수평선으로부터 비행기 nose를 참조하여 elevator back pressure를 부드럽게 증가시키면서 엔진 출력을 상승 출력 세팅으로 증가시킴으로써 시작된다. 상승 자세 유지 시 wingtips를 참조해야 하며 성능 확인을 위해 계기들을 cross-check 해야 한다. 많은 항공기에서 출력이 증가하면 horizontal stabilizer를 흐르는 slipstream이 증가하여 비행기의 pitch attitude가 원하는 것보다 더 높아지게 된다. 조종사는 slipstream의 영향을 준비해야 할 뿐만 아니라 속도 변화에 따른 양력 변화의 영향도 준비해야 한다. 조종사는 원하는 pitch 자세를 만들기 필요한 조종간 압력을 사용할 준비가 되어있어야 한다.

 

만약 상승이 순항 비행에서 시작된다면 비행기가 안정된 상승 자세로 진입함에 따라 속도가 점진적으로 감소한다. 특정 속도에서 직진 수평비행을 유지하는데 필요한 추력으로 같은 속도의 상승을 유지하기엔 추력이 불충분하다. 상승에서의 항력 증가는 고도 증가를 위해 날개에 가해지는 양력 증가에서 비롯된다. 상승은 수평 비행을 유지하기 위해 필요한 양력보다 더 많은 양을 필요로 한다. 양력의 증가는 유도 항력의 증가를 만들어낼 것이다. 이러한 유도 항력의 증가는 더 많은 출력이 필요한 이유, 그리고 지속적인 상승이 excess thrust를 필요로 하는 이유이다.

 

사실상 중력이나 무게는 일정하다. 벡터 다이어그램은 상승 도중 더 많은 양력이 필요한 이유를 보여준다. 왜냐하면 날개에서 형성된 양력의 수직 성분이 더 이상 날개와 수직이 아니며 항력을 증가시키기 때문이다. 엔진으로부터 추력의 수직 성분을 증가시킴으로써 총 수직력을 증가시키기 위해 출력을 권장 상승 세팅으로 전진해야 한다. 별도로 controllable-pitch propeller를 장비한 비행기의 경우 엔진 출력을 증가시키기 전에 propeller control을 전진해야 한다. 일부 비행기에는 효율적인 엔진 냉각을 위해 cowl flaps를 장비할 수 있다. cylinder head 온도가 제조업체의 지침 이내에 있도록 cowl flaps position을 설정해야 한다.

 

자연흡입 엔진(aspirated engines)은 고도 증가에 따라 출력이 감소한다. 고도가 증가하면 공기 밀도가 감소하여 출력이 감소한다. fixed pitch propellers를 장비한 비행기의 경우 rpm의 감소가 나타난다. controllable propellers를 장비한 비행기의 경우 manifold pressure의 감소가 나타난다. 조종사는 상승 출력이 유지되는지, 그리고 압력과 온도가 제조업체의 제한치 이내에 있는지를 확인하기 위해 엔진 계기를 점검해야 한다. 상승 도중 출력이 감소하면 조종사는 특정 상승 세팅을 유지하기 위해 throttle이나 power lever를 계속하여 전진해야 한다.

 

조종사는 상승 시, 그리고 높은 출력을 설정할 시 프로펠러가 나타내는 영향을 이해해야 한다. 대부분의 비행기 프로펠러는 조종사 좌석에서 바라보았을 때 시계방향으로 회전한다. pitch attitude가 증가하면 프로펠러의 추력 중심이 우측으로 이동하여 비대칭이 된다. 이러한 비대칭 조건을 보통 “P-factor”라 부른다. 이는 하강하는 프로펠러 날(조종석에서 보았을 때 프로펠러의 우측 부분)의 받음각이 증가하였기 때문이다. 프로펠러 추력의 중심이 우측으로 움직였기에 left turning yawing moment가 비행기의 nose를 왼쪽으로 움직인다. 이는 조종사의 right rudder로 상쇄된다. 게다가 프로펠러 회전 방향의 반대로 작용하는 torque가 비행기를 좌측으로 roll 하게 만든다. 이러한 조건에서 torque와 P-factor는 비행기를 좌측으로 roll하고 yaw 하게 만든다. 이를 상쇄하기 위해 right rudder와 right aileron이 사용되어야 한다. 상승 연습 초기에는 이러한 상황이 어색해 보일 수 있다. 그러나 어느 정도 연습한 이후에는 프로펠러 영향을 즉각 수정하게 된다.

 

상승 자세를 만드는 동안 속도가 감소하기 때문에 조종사가 elevator 압력을 증가하지 않는 한 비행기의 pitch attitude가 낮아지려는 경향이 있다. nose-up elevator trim을 사용하여 조종사가 back elevator pressure를 가하지 않고도 pitch attitude가 유지될 수 있도록 해야 한다. 상승을 하는 동안 출력이 상승 출력 세팅으로 고정되어있기 때문에 elevator로 속도를 제어한다. 자연 수평선에 대한 pitch attitude는 pitch attitude가 정확한지를 확인시켜 준다. 그리고 상승 성능을 확인하기 위해 pitch attitude를 계기와 cross-check 해야 한다. [그림 3-21]

Descents and Descending Turns

비행기가 하강에 진입하면 자세가 수평에서 하강으로 변화한다. [그림 3-22] 하강 도중 무게는 더 이상 비행경로에 수직으로 작용하지 않는다. 하강을 위해 양력이 감소하고 유도 항력이 감소하기 때문에 excess thrust는 더 높은 속도를 제공할 것이다. 무게/중력은 거의 같다. 이는 전체 추력을 증가시키기 때문에 만약 속도가 유지되길 원한다면 힘의 균형을 위해 출력 감소가 필요하다.

 

조종사는 다음과 같은 유형의 하강을 만들어내는 엔진 출력 세팅, 자연 수평선으로부터의 pitch attitude, 그리고 계기 지시를 알아야 한다:

∙Partial power descent - 고도를 깎는 일반적인 방법은 partial power로 하강하는 것이다. 이는 보통 cruise descent, 혹은 en route descent라 불린다. 장시간 하강 시 AFM/POH에서 권장하는 속도 및 출력 세팅이 사용되어야 한다. 목표 하강률은 500fpm이어야 한다. 원하는 속도, pitch attitude, 그리고 출력 조합을 미리 선정하고 일정하게 유지해야 한다.

∙Descent at minimum safe airspeed - 주로 짧은 활주로에 착륙 접근 도중 장애물 회피를 위해 nose-high, power assisted 상태로 하강하는 것이다. 이러한 하강을 위해 사용되는 속도가 AFM/POH에 의해 권장되며 일반적으로 1.3VSO 이하이다. minimum safe airspeed descent의 특징은 정상 하강 각보다 깊다는 것이다. 그리고 낮은 속도에서 가속을 위해 필요할 수 있는 과도한 출력은 “mushing”, 그리고/혹은 과도한 하강률이 발생하도록 허용되어야 한다.

∙Emergency descent - 몇몇 비행기들은 빠르게 고도를 깎기 위한 특별한 절차를 가지고 있다. AFM/POH는 이 절차를 명시한다. 일반적으로 emergency descent는 특정한 비행기 상태(예를 들어 power idle, propeller forward, landing gear extended, flaps retracted), 그리고 특정한 emergency descent airspeed를 필요로 하는 높은 항력 및 높은 속도 절차이다. emergency descent는 보통 선회를 포함한다.

Glides

활공은 엔진 출력이 적거나 전혀 없는 상태에서 비행기를 하강시키는 기초 기동이다. 전방으로 향하는 움직임은 경사진 경로를 따라 비행기를 끌어당기는 중력에 의해 유지된다. 그리고 하강률은 조종사가 중력과 양력의 균형을 유지함으로써 제어된다. 1,000fpm의 하강률을 사용하는 partial power descent 도중 level off를 수행하기 위해선 level-off 고도로부터 10%(이 예시의 경우 100ft) 지점에서 기수를 들기 시작해야 한다. 그리고 속도를 유지하기 위하여 출력을 증가해야 한다.

활공이 power-off accuracy landings의 연습에 직접적으로 연관된긴 하나 이는 normal landing approaches와 forced landings에서 특정한 운영상 목적을 가진다. 따라서 활공은 다른 기동들보다 무의식적으로 수행되어야 한다. 왜냐하면 활공을 수행하는 대부분의 시간 동안 조종사는 기동을 수행하는 메커니즘이 아닌 기동의 세부사항에 주의를 쏟기 때문이다. 활공은 지면 가까이에서 수행된다. 따라서 활공을 정확히 수행하는 것, 그리고 적절한 기술과 습관을 형성하는 것이 특히나 중요하다.

비행기의 활공비는 비행기가 움직이는 거리에 대해 손실되는 고도이다. 예를 들어 비행기가 10,000ft를 이동하는 동안 1,000ft를 하강하였다면 활공비는 10:1이다.

최대 활공 속도는 비행 거리를 최대로 만들기 위해 사용된다. 이 속도는 엔진 고장을 맞이한 조종사에게 매우 중요하다. 최대 활공 속도란 특정 고도 손실에 대해 가장 많은 거리를 이동하는 속도이다. 최대 활공 속도는 최대 양항비(L/D)에서 발생한다. [그림 3-23] 최대 활공 속도보다 높거나 낮은 속도로 활공하면 항력이 증가한다. 활공 속도를 벗어나면 그에 비례하여 활공 거리가 변화한다. [그림 3-24] 최대 활공 속도보다 속도가 높거나 낮아짐에 따라 활공비가 줄어든다.

올바른 속도를 사용할 경우 무게의 변화는 활공 각도에 영향을 미치지 않는다. 비행기가 활공할 수 있는 거리를 결정하는 것은 양항비이다. 따라서 무게는 활공 거리에 영향을 미치지 않는다. 대신 무거운 비행기가 동일한 활공비를 얻기 위해서는 더 높은 속도로 비행해야 한다. 예를 들어 무게는 다르지만 양항비는 같은 두 비행기가 같은 고도에서 활공을 시작하였다. 두 비행기가 같은 지점에 도달하였긴 하지만 더 무거운 비행기가 더 높은 속도로 활공하여 먼저 도착하였다. 비록 두 비행기는 같은 거리를 이동하였으나 더 가벼운 비행기가 특정 지점에 도달하는데 더 오래 걸렸다.

최대 활공비는 최대 양항비에서 발생하므로 항력 생성 요소들(예를 들어 flaps, landing gear, cowl flaps)을 특히 고려해야 한다. 항력이 증가하면 속도를 유지하기 위해 pitch를 낮춰야 한다. pitch가 낮아지면 활공 경로가 가팔라지며 그 결과 활공 거리가 감소한다. 활공 거리를 최대로 만들기 위해 모든 항력 생성 요소들을 제거해야 한다.

바람은 활공 거리에 영향을 미친다. 배풍에서 비행기는 높은 groundspeed로 인해 더 멀리 활공한다. 반대로 정풍에서 비행기는 낮은 groundspeed로 인해 그만큼 멀리 활공하지 못한다. 때문에 엔진 고장으로 인해 forced landing을 수행하는 경우 조종사는 바람을 파악해야 한다.

비행기는 출력이 적용되는 동안 p-factor와 propeller slipstream의 영향이 보상되도록 설계된다. 비록 활공 도중 p-factor와 propeller slipstream의 영향은 사라지지만 이를 보상하기 위한 비행기 설계는 여전하다. 활공 도중 삼타일치를 유지하기 위해선 약간의 left rudder가 필요할 수 있다. 또한 조종면을 흐르는 공기 흐름이 비교적 느리기 때문에 조종간을 더 많이 적용해야 한다.

minimum sink speed는 비행기가 비행하는 시간을 최대로 유지하는데 사용된다. 이 속도는 비행기의 고도 손실률을 제일 작게 만든다. minimum sink speed는 최대 활공 속도보다 약간 낮은 속도에서 발생한다. minimum sink airspeed로 비행할 경우 최대 활공 속도보다 이동 거리가 줄어든다. minimum sink speed는 이동해야 할 거리보다 비행해야 할 시간이 더 중요할 때 유용하다. ditching이 바로 그 예이다. minimum sink speed는 보통 메뉴얼에 게재되지 않는다. 허나 이 속도는 보통 최대 활공 속도보다 몇 노트 적다.

엔진 고장과 같은 비상 상황에서 활공 경로를 늘리기 위해 elevator back pressure를 가하면 착륙 지점에 도달하지 못할 수 있다(비행기가 실속에 진입하였다면 제어 상실로 이어질 수도 있음). 이는 비행기 조종의 기본 규칙으로 이어진다: 조종사는 활공을 늘리기 위해 back-elevator를 가하고 최대 활공 속도 이하로 감속해서는 안 된다. 활공 도중 최대 양항비를 유지하기 위한 pitch 조작만이 수행되어야 한다.

활공을 시작하기 위해선 먼저 throttle을 닫아야 한다. 최대 활공 속도로 감속하기 전까지 elevator back pressure를 통해 고도를 유지한다. 대부분의 비행기에서는 출력이 감소하면 horizontal stabilizer를 흐르는 propeller slipstream이 감소하는데, 이는 tail-down force를 감소시키기 때문에 비행기 기수가 바로 낮아지려 한다. 출력 변화로 인한 pitch down으로부터 자세를 일정하게 유지하기 위해선 즉시 elevator back pressure를 가해야 한다. 이는 고속 비행기에 있어 특히 중요하다. 왜냐하면 고속 비행기는 기수가 약간만 아래로 내려가도 속도가 즉시 증가하며 쉽게 감속하지 않기 때문이다. 활공 속도에 도달하면 해당 속도가 유지되도록 pitch attitude를 설정한다. 이는 자연 수평선과 계기를 통해 이루어져야 한다. 속도가 안정되면 조종간 압력을 제거하기 위해 비행기를 trim 한다. 최대 활공 속도의 이점을 실현하기 위해선 이를 정밀하게 유지해야 한다.

최대 활공 속도에서의 안정적 무동력 하강을 보통 normal glide라 부른다. 초보 조종사는 자연 수평선에 대한 비행기의 자세와 속도를 기억해야 한다. 그리고 비행기 동체를 흐르는 공기의 소리, 조종간의 압력, 그리고 비행기의 느낌을 유념해야 한다. 초반에는 시각과 감각(조종간 압력)을 통해 airspeed와 bank angle의 미세한 변화를 인지하지 못할 수도 있다. 교관은 소음의 증가가 증속을 나타낸다는 것을, 그리고 소음의 감소가 감속을 나타낸다는 것을 알려주어야 한다. 소음의 변화를 인지한 초보 조종사는 시각과 감각을 확인해야 한다. 초보 조종사는 경험을 쌓는 동안 세 가지 airspeed references(소리, 시각, 그리고 감각)를 의식적으로 사용해야 하며 자세, 느낌, 혹은 소리의 변화에 주의를 기울여야 한다.

초보 조종사가 normal glide에 대해 완벽히 이해하였다면 이제 normal glide와 abnormal glide의 차이를 교육받아야 한다. abnormal glides는 최대 활공 속도 이외의 속도에서 수행되는 활공이다. 너무 낮거나 너무 높은 활공 속도는 flat approaches, hard touchdowns, floating, overruns, 그리고 stalls로 이어질 수 있다.

Gliding Turns

propeller slipstream 및 p-factor의 소멸, 저속에서의 조종면 효율성 감소, 그리고 공기역학적 설계는 삼타일치를 복잡하게 만든다. 교관은 이러한 원리들을 초보 조종사에게 자세히 설명해야 한다.

활공 선회 도중 기수가 낮아지고 속도가 높이지려는 세 가지 원인들은 다음과 같다:

1. 양력의 방향으로 인하여 양력이 감소함.

2. 조종면에 작용하는 압력이 감소한 결과 과도한 rudder를 가함.

3. 무동력 상태에서는 기수가 낮아지려는 비행기 고유 특성.

이 세 가지 요소들은 직진 활공이나 수평 선회에 필요한 elevator back pressure보다 더 많은 back pressure를 필요하게 만들 뿐만 아니라 삼타일치에도 영향을 미친다. 활공 선회로 roll in 할 때, 혹은 활공 선회로부터 roll out 할 때 yawing tendencies를 보상하기 위해 rudder를 가해야 한다. 허나 조종면에 작용하는 압력이 감소하였기 때문에 가해야 할 rudder 압력도 감소한다. 초보 조종사는 일반적인 비행 경험을 기초로 과도한 rudder 압력을 가할 수 있다. 이러한 과조작은 항공기를 slip이나 skid 상태로 만들 수 있으며 그 결과 위험해질 수 있다.

이러한 위험의 예시는 다음과 같다:

• 비상 착륙 도중 저고도에서 활공 급선회. 고도 유지를 위해 elevator back pressure를 증가시키는 동안 bank 방향으로 rudder를 과도하게 가할 경우 unrecoverable spin이 발생할 수 있다.

• 무동력 착륙 접근 도중. 조종사가 과도한 rudder를 가하여 바깥쪽 날개의 양력이 증가하였다. 이는 rudder가 가해진 방향으로 비행기가 bank지게 만든다. 조종사가 bank를 막기 위해 반대쪽 aileron을 가할 경우 완전한 cross-control 상황으로 이어진다. 이러한 상황에서의 실속은 unrecoverable spin을 초래한다.

다음은 level-off를 수행하는 방법이다:

• 엔진 고장이 발생한 경우에는 착륙을 위한 외장 조절이 수행되기 전까지 최대 활공 속도를 유지한다. 조종사는 평소보다 더 가파른 접근을 계획해야 한다. 착륙 전에 하강을 늦추기 위해 10%의 lead를 사용한다(예를 들어 하강률이 1,000fpm이라면 100ft).

• simulated power failure training 도중에는 10%의 lead가 고도계에 표시될 때 출력을 적용해야 한다. 이는 하강을 멈추기 위해 조종사가 기수를 상승시키는 동안 속도가 유지(혹은 증속)되도록 해준다. 필요하다면 비행기를 다시 trim 한다.

활공 연습 시 원하는 고도에 도달하기 전에 level-off를 시작해야 한다. 왜냐하면 비행기의 아래로 향하는 관성 때문이다. lead의 양은 하강률, 그리고 원하는 최종 속도에 따라 달라진다. 예를 들어 항공기의 하강률이 500fpm이며 원하는 최종 속도는 활공 속도보다 높다. 그렇다면 특정 고도로부터 대략 100ft 지점에서 level-off가 시작되어야 한다. lead point에서 적절한 순항 세팅으로 출력을 증가한다. 속도와 출력이 증가함에 따라 비행기의 기수가 상승하려는 경향을 나타낸다. 조종사는 원하는 고도와 속도에서 level-off가 이루어지도록 pitch attitude를 부드럽게 조종해야 한다. 활공 선회로부터 normal glide로 되돌아오는 경우에는 선회 도중 적용하였던 elevator control back pressure를 풀어주어야 한다. 그렇지 않으면 비행기의 기수가 높아져서 속도가 낮아질 수 있다.

활공 및 활공 선회와 관련된 일반적인 실수들은 다음과 같다:

1. 선회 방향이나 하강 방향에 다른 항적이 있는지 충분히 확인하지 않음.

2. 활공 진입 시 elevator back pressure를 충분히 가하지 못하여 강하각이 깊어짐.

3. pitch attitude를 낮추기 전에 대략적인 활공 속도로 감속하지 못함.

4. 계기만을 참조하여 normal glide를 만들려/유지하려 시도함.

5. 소리와 느낌을 통해 속도의 변화를 인지하지 못함.

6. 활공을 안정시키지 못함(속도계를 chase 함).

7. elevator back pressure를 가하여 활공을 늘리려 시도함.

8. 출력 유무에 따른 rudder 압력 차이를 알지 못함. 그 결과 활공 선회 도중 skidding이나 slipping이 발생함.

9. 활공 선회 진입 도중 pitch attitude를 낮추지 못하여 속도가 감소함.

10. 활공 선회로부터 normal glide로 되돌아올 때 rudder를 과도하게 적용함.

11. 직진 활공으로부터 회복 도중 pitch 조작이 부적절함.

12. 지면 근처에서 활공 선회 도중 cross-control이 발생함.

13. 활공 선회 도중 일정한 bank angle을 유지하지 못함.

Chapter Summary

직진 수평비행, 선회, 상승, 그리고 하강의 four fundamental maneuvers는 기본적인 비행술의 토대이다. 기본은 익히기 위해 노력과 지속적인 연습이 필요하다. 조종사가 6가지 비행 동작(bank, pitch, yaw를 통한 수평, 수직, 측면 움직임)을 고려하는 것이 중요하다. 비행기는 한 곳에서 다른 곳으로 비행하기 위해 지면 상공에서 이동하는 동안 pitches, banks, 그리고 yaws 한다. 비행기는 엄격한 공기역학적 법칙을 따르는 공기역학적 운송 수단으로 취급되어야 한다. 조종사는 최대의 안전 여유를 가지고 비행기를 조종하기 위해 비행 원리를 이해하고 적용해야 한다.

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.