비상강하(emergency descent)는 비상 착륙을 위해 최대한 빠르게 낮은 고도나 지상으로 하강하는 기동이다. [그림 18-6] 통제 불가능한 화재, 갑작스러운 객실 여압 상실, 혹은 즉각적이고 빠른 하강을 요구하는 그 외 상황으로 인해 이 기동이 필요할 수 있다. 그 목표는 비행기의 구조적 한계를 초과하지 않으면서 최대한 빠르게 비행기를 하강시키는 것이다. simulated emergency descents를 수행하는 경우에는 아래의 다른 항적을 확인하기 위해, 그리고 이용 가능한 비상 착륙 구역을 둘러보기 위해 선회가 동반되어야 한다. 무선 교신을 통해 해당 지역의 다른 항공기에게 하강 의도를 알리는것이 적절할 수 있다. 하강을 수행할 때 비행기의 positive load factors(G forces)를 유지하기 위하여 약 30 ~45도의 bank angle을 설정한다.
비상강하 훈련은 제조업체가 권장하는 대로 수행되어야 한다(외장과 속도 포함). 출력은 idle로 감소되어야 하며 propeller control(만약 장비한 경우)은 low pitch(혹은 high rpm) position에 놓여야 한다(단, 제조업체가 금지하는 경우에는 제외). 이를 통해 프로펠러는 공기역학적 브레이크 역할을 수행하여 하강 도중 과도한 속도가 방지될 수 있다. landing gear와 flaps는 제조업체가 권장하는 대로 연장되어야 한다. 이는 최대 항력을 제공하여 과도한 속도 없이 최대한 신속하게 하강할 수 있게 해준다. 조종사는 비행기의 속도가 VNE(never-exceed speed), VLE(maximum landing gear extended speed), 혹은 VFE(maximum flap extended speed)를 초과하도록 만들어서는 안 된다. 엔진 화재의 경우 높은 속도로 하강하면 불이 꺼질 수 있다(단, 비행기 구조의 약화도 고려되어야 함). 난기류 조건에서 하강이 수행되는 경우에는 VA(design maneuvering speed)도 준수되어야 한다. 특정 절차에 부합하는 최대 허용 속도에서 하강이 이루어져야 한다. 이는 높은 항력과 높은 하강률을 제공한다. 안전을 위해 충분히 높은 고도에서 비상강하로부터 회복해야 한다.
훈련 및 연습 도중 하강이 설정 및 안정화 되었다면 하강을 종료한다. 피스톤 엔진이 장착된 비행기의 경우 엔진 실린더의 과도한 냉각을 방지하기 위해 장시간의 연습을 피해야 한다.
비행 중 화재는 즉각적이고 결단력 있는 조치를 필요로 한다. 특정 비행기의 AFM/POH에 포함된 이러한 비상 상황을 대처하기 위해 조종사는 아래에 설명된 절차들을 숙지해야 한다. 이 교재의 목적상 비행 중 화재는 engine fires, electrical fires, 그리고 cabin fires로 분류된다.
Engine Fire
엔진실에서 발생하는 화재는 인화성 물질(예를 들어 연료, 오일, 혹은 유압유)이 뜨거운 표면에 닿게 만드는 고장으로 인해 발생한다. 이러한 문제는 엔진의 기계적 고장, 엔진 구동 액세서리의 기계적 고장, 흡기 시스템이나 배기 시스템의 결함, 혹은 라인의 고장으로 인해 발생할 수 있다. 또한 정비 실수로 인해 엔진실 화재가 발생할 수도 있다(예를 들어 부적절하게 설치/고정된 라인 및/혹은 이음쇠로 인한 누출).
엔진실에서 발생한 화재는 엔진 cowling area에서 발생하는 연기 및/혹은 불꽃으로 지시될 수 있다. 불꽃이나 연기가 보이지 않는 경우에는 cowling 표면의 변색, 거품, 및/혹은 용해를 통해 엔진실 화재가 지시될 수 있다. 조종사가 비행 중 엔진실 화재를 인지할 때쯤이면 보통 화재가 많이 발달해 있다. 화재 발견 시 첫 단계는 엔진으로 공급되는 연료를 차단시키는 것이다(단, 비행기 제조업체가 AFM/POH에서 달리 지시하는 경우 제외). 이를 위해 mixture control을 idle cut off position으로 두고 fuel selector shutoff valve를 OFF position으로 둔다. fuel selector/shutoff valve와 엔진 사이의 연료 라인과 구성 요소들에 남은 연료를 모두 사용하기 위해 ignition switch는ON상태로 둔다. 이 절차를 수행하면 엔진실에 연료가 부족해져 화재가 자연스럽게 꺼질 수 있다. 불꽃이 꺼진 후에 엔진을 재시동 하지 않는다.
엔진실 화재가 오일로 발생한 경우에는 검은 연기가 발생한다. 반면 연료로 인한 화재가 발생한 경우에는 밝은 오렌지색 화염이 발생한다. 이때 조종사는 feathering이나 그 외 수단(예를 들어 정속 프로펠러의 경우 pitch control lever를 minimum rpm position에 둔 다음 프로펠러가 회전을 멈추기 전까지 감속하기 위해 기수를 든다)을 통해 프로펠러 회전을 중지시키는 것을 고려해야 한다. 이러한 절차는 engine-driven oil(혹은 hydraulic) pump가 가연성 유체를 계속하여 공급하는 것을 막는다.
일부 소형 비행기의 비상절차 체크리스트는 electrical master switch를 끄도록 지시한다. 허나 전기적 화재가 발생하였거나 불시착이 임박한 경우가 아니라면 전기 시스템을 비활성화시켰을 때 조난(distress) 메시지를 전송할 수 없으며 ATC가 transponder returns를 잃게 된다는 것을 고려해야 한다.
출력이 없는 단발 비행기는 forced landing을 할 수밖에 없다. 다발 비행기는 가장 가까운 공항까지 비행하기로 선택할 수 있다. 허나 날개가 심하게 손상되어 구조적 고장이 발생할 수 있다는 가능성을 고려해야 한다. 강렬한 화재는 설령 짧은 순간이라도 상당한 구조적 손상을 초래할 수 있다. 경우에 따라 조종사의 시야 바깥에서(날개의 아래나 engine cowling의 아래에서) 불이 계속 타오를 수 있다. 소화된 것으로 보이는 엔진실 화재가 공기 흐름과 대기속도의 변화로 인해 다시 타오를 수 있다.
조종사는 비행기의 emergency descent 절차를 숙지하고 있어야 한다. 또한 조종사는 다음 사항들을 명심해야 한다:
• 비행기에 심각한 구조적 손상이 발생한 상태일 수도 있다. 이때 비행기의 조종 능력은 언제든 상실될 수 있다.
• 비행기가 여전히 불타고 있을 수 있으며 폭발할 수도 있다.
• 비행기는 소모품이다. 중요한 것은 탑승자들의 안전이다.
Electrical Fires
전기적 화재의 초기 징후는 보통 단열재가 타는 독특한 냄새이다. 전기적 화재가 감지되었다면 조종사는 회로 차단기, 계기, 항전 장비, 그리고 등화들을 확인한 다음 고장 난 회로를 식별해야한다. 고장 난 회로를 쉽게 식별 및 분리할 수 없다면 battery master switch와 alternator/generator switches를 꺼야 한다(단, 비행 상황이 허용하는 경우). 이는 화재의 가능 원인을 제거할 수 있다. 허나 이미 점화된 물질은 계속하여 연소될 수 있다.
만약 전력이 절대적으로 필요한 상황이라면 다음을 통해 고장 난 회로를 식별 및 분리할 수 있다.
1. electrical master switch를 OFF한다.
2. 모든 각각의 electrical switches를 OFF한다.
3. master switch를 다시 ON한다.
4. 화재의 징후 이전에 켜져 있던 electrical switches를 한 번에 하나씩 켠다. 이후 짧은 시간을 두어 냄새, 연기, 혹은 불꽃의 징후를 확인한다.
그러나 이 절차는 원래의 문제를 다시 발생시킨다. 최대한 빨리 착륙하는 것이 가장 좋다.
Cabin Fire
객실 화재는 다음 세 가지 원인 중 하나로부터 발생한다: (1) 조종사나 승객의 부주의한 흡연 (2) 전기적 시스템 고장(3) 난방 시스템 고장. 객실 화재가 발생하였다면 조종사는 다음을 즉시 수행해야 한다: 화재를 진입한 다음 최대한 빨리 비행기를 안전하게 착륙시킨다. 고장 난 시스템을 식별 및 차단하여 객실의 화재나 연기를 막을 수 있다. 대부분의 경우 cabin air vents를 열어 실내의 연기를 없앨 수 있다. 이러한 작업은 소화기(만약 사용 가능한 경우)를 사용한 이후에만 수행되어야 한다. 그런 다음 cabin air control을 열어서 실내의 연기와 매연을 모두 제거할 수 있다. 만약 cabin air vents를 열었을 때 연기가 심해진다면 이를 즉시 닫아야 한다. 이는 난방 시스템이나 nose compartment baggage area(만약 장비한 경우)에서 화재가 발생하였다는 가능성을 나타내거나, 혹은 공기 흐름이 증가하여 화재가 커지고 있음을 나타낸다.
여압 비행기의 경우에는 가압 시스템이 객실의 연기를 제거한다. 허나 연기가 심한 경우에는 고공에서 감압을 수행하거나(단, 모든 탑승자가 산소를 이용할 수 있는 경우)emergency descent를 수행해야 할 수 있다.
여압이 되지 않는 단발 비행기와 다발 비행기에서는 foul weather windows를 열어서 기내 연기를 배출할 수 있다. 이때 만약 화재가 더 심해진다면 창문을 즉시 닫아야 한다. 연기가 심한 경우에는 조종사와 승객들이 산소마스크를(만약 사용 가능한 경우) 사용해야 하며조종사는 즉시 하강을 수행해야 한다. 일부 비행기에서는 landing gear 및/혹은 wing flaps를 내리는 것이 객실 연기 문제를 악화시킬 수 있다는 것을 알아야 한다.
wing flaps를 연장할 수 없다면 no-flap approach and landing이 필요하다. 소형 비행기로는no-flap approach and landing이 특별히 어렵거나 위험하지 않다. 허나 이러한 기동을 수행할 때 고려해야 할 특정 요소들이 있다. no-flap landing은 상당히 긴 활주로를 필요로 한다. 필요한 착륙 거리가 50%까지 증가할 수 있다.
wing flaps를 올린 상태로 장주 패턴을 비행할 때 고도를 유지하기 위해선 플랩이 연장된 상태와 비교하였을 때 비교적 높은 자세가 필요하다.플랩으로 인한 항력의 이점 없이 고도를 줄이는 것은 어려울 수 있다. 고도를 줄이기 위해 급강하를 수행하여 과도한 증속이 발생하지 않기 위해선더 넓고 더 긴 장주 패턴이 필요할 수 있다.
착륙을 위해 출력이 감소된 상태에서 비행기는 pitch 축과 roll 축에 대해 덜 안정적이게 된다. 플랩이 없으므로 roundout 도중 비행기가 float를 하려는 경향을 보인다. 조종사는 지나치게 빠른 속도에서 비행기를 강제로 착륙시키지 않아야 한다. 또한 플랩이 없을 때 지나치게 flare를 수행하면 꼬리가 활주로에 부딪힐 수 있으므로 주의한다.
Asymmetric(Split) Flap
asymmetric “split” flap이란 하나의 플랩이 올라가거나 내려갈 때 남은 플랩이 제자리를 유지하는 상황이다. 이러한 문제는 wing flaps가 올라갈/내려갈 때 flap deflection이 더 적은 날개 쪽으로 roll이 발생하는 것으로 지시된다.
split flap 상황에서 마주하는 roll은 반대쪽 aileron을 통해 보상된다. 추가 항력으로 인한 yaw 때문에 상당한 반대쪽 rudder가 필요하며 이로 인해 cross-control condition이 발생한다. 날개 수평 자세를 유지하기 위해 거의 full aileron이 필요할 수 있다(특히 접근 및 착륙을 위해 속도가 감속된 경우). 플랩이 연장된 쪽에서 측풍이 부는 경우에는 착륙을 시도하지 않는다. 왜냐하면 측풍을 보상하기 위한 roll control이 모자랄 수 있기 때문이다.
spilt flap 상황에서 접근 및 착륙을 수행하는 경우에는 정상 속도보다 높은 속도가 필요하다. 지나치게 flare를 수행하면 비대칭 실속 및 이로 인한 제어 상실 위험이 발생할 수 있다. 따라서 flaps-up 실속 속도 이상에서 착륙이 이루어지도록 해야한다.
Loss of Elevator Control
elevator는 일반적으로 두 개의 케이블을 통해 제어된다: “down” cable과 “up” cable. 보통 이러한 케이블들 중 하나가 고장나도elevator control이 완전히 상실되지는 않는다. “up” elevator cable이 고장나면(“down” elevator는 제대로 기능) 조종간이 쉽게 뒤로 움직여지나 반응이 발생하지 않는다. 허나 neutral position 너머에서는 조종간 전방 움직임이 nose-down attitude를 만들어낸다. 반면 “down” elevator cable이 고장나면 조종간을 전방으로 움직였을 때 반응이 발생하지 않는다. 허나neutral position너머에서는 조종간 후방 움직임이 nose-up attitude를 만들어낸다.
up-elevator control이 안 되는 경우 조종사는 다음을 통해 pitch control을 유지할 수 있다:
∙ 상당한 nose-up trim을 적용한다.
∙ 원하는 자세를 설정 및 유지하기 위해 조종간을 앞으로 민다.
∙ 기수를 낮춰야 하는 경우에는 forward pressure를 증가시킨다. 기수를 들어야 하는 경우에는 forward pressure를 풀어준다.
∙ 착륙을 위한 flare 도중에는 forward pressure를 풀어준다.
down-elevator control이 안 되는 경우 조종사는 다음을 통해 pitch control을 유지할 수 있다:
∙ 상당한 nose-down trim을 적용한다.
∙ 원하는 자세를 설정 및 유지하기 위해 조종간을 뒤로 당긴다.
∙ 기수를 낮춰야 하는 경우에는 back pressure를 풀어준다. 기수를 들어야 하는 경우에는 back pressure를 증가시킨다.
∙ 착륙을 위한 flare 도중에는 back pressure를 증가시킨다.
비행 중에 primary control이 고장났다면 trim메커니즘을 유용하게 사용할 수 있다. 예를 들어 비행 도중 elevator 케이블 고장이 발생해서 elevator가 바람을 향하여 자유롭게 weathervane을 한다면 trim tab을 통해 elevator를 어느 정도 올리거나 내릴 수 있다. 비록 저속과 같은 상황에서는 trim tabs가 primary control만큼 효과적이지 않지만 안전한 착륙을 가능하게 할 정도의 효과는 가진다.
elevator가 고착되어서 완전히 움직일 수 없는 경우에는 다양한 조합의 출력 및 플랩을 통해 pitch control이 어느 정도 가능하다. 허나 이러한 상황에서 성공적으로 착륙하는 것은 문제가 될 수 있다.
Landing Gear Malfunction
landing gear 고장이 발생하였으며 하나 이상의gear가 AFM/POH에 포함된 대체 연장 수단을 통해서도 반응하지 않는다면 gear-up landing이 불가피해진다. 조종사는 가능하다면 crash and rescue facilities가 있는 공항을 선택해야 하며 비상 장비를 요청해야 한다.
보통 매끄럽고 단단한 착륙 표면이 경작되지 않은 거친 잔디보다 손상을 덜 발생시킨다. 허나 단단한 표면은 스파크를 만들어내며 이는 연료를 점화시킬 수 있다.조종사는 활주로 표면이 foam 되도록 요청할 수 있다(단, 공항이 이러한 장비를 갖춘 경우). 조종사는 남은 연료를 연소시키는 것을 고려해야 한다. 이는 착륙 속도를 감소시켜주며화재의 가능성을 줄여준다.
(Runway foaming. 출처: youtube/AP Archive)
한 쪽 main landing gear leg만 고장 난 경우에는 최대한 해당 방향 날개의 연료를 소비해서 무게를 줄여야 한다. 이는착륙 활주 도중 해당 날개가 표면에 닿는 것을 최대한 지연시켜준다. 충격 속도가 감소하면 손상이 줄어든다.
한 쪽 landing gear leg가 연장되지 않는다면 조종사는 남은 gear legs로 착륙하거나 모든gear legs를 올리고 착륙할 수 있다. 하나의 main gear를 사용하는 경우에는 보통 착륙 후 고장 난 gear 방향으로 비행기가 휙 틀어진다. 착륙 활주로가 좁거나 활주로 가장자리에 장애물이 있다면 착륙 후 최대 방향 제어가 필요하므로이러한 상황에서는 세 개의 gear를 모두 올린 상태에서 착륙하는 것이 가장 안전할 수 있다.
한 쪽 main gear가 올려진 상태에서(반대편 main gear와nose gear는 내려진 상태) 착륙하기로 결정하였다면 날개 수평 상태에서 nose-high attitude로 착륙이 이루어져야 한다. main gear가 없는 쪽 날개가 떠있는 상태를 최대한 유지하기 위해선 속도가 감소할수록aileron control을 적용해야 한다. [그림 18-7] 날개가 지면에 닿으면 해당 방향으로 강한 yaw가 발생하리라 예상할 수 있다. 방향 제어를 어느 정도 유지하기 위해 full opposite rudder와 적극적인 제동을 사용할 준비를 해야 한다.
nose-wheel이 올려진 상태에서(main gear는 내려진 상태) 착륙하는 경우에는 거의 full up-elevator가 적용될 때까지 기수를 지면으로부터 떨어트려야 한다. [그림 18-8] 그런 다음 기수가 지면을 향해 천천히 안착하도록 back pressure를 풀어주어야 한다. full up-elevator를 계속 유지하면 속도 감소에 따라 기수가 갑자기 지면으로 떨어져서 burrowing 및/혹은 추가적 손상이 발생할 수 있다. 착륙 활주 도중 브레이크를 적용해서는 안 된다(단, 장애물과의 충돌 회피를 위해 절대적으로 필요한 경우 제외).
nose gear만 내려진 상태에서 착륙하는 경우에는 nose-high attitude에서 동체의 뒷부분이 지면에 닿도록 해야 한다. 이러한 절차는 porpoising이나wheelbarrowing을 방지하는데 도움이 된다. 그런 다음 nose-wheel이 점진적으로 착지하도록 만들고 방향 제어를 위해 nose-wheel steering을 사용한다.
전력 손실은 조종사로부터 많은 시스템들을 빼앗을 수 있다. 따라서 day/VFR conditions라 할지라도 이를 가볍게 여겨서는 안 된다. 전력 시스템 고장은 보통 generator나alternator에서 발생한다. generator나 alternator와의 연결이 끊어지면 보통 소형 비행기의 전력 공급원은 배터리가 된다. 허나 오직 하나의 발전 시스템을 갖춘 비행기에서 warning light나ammeter가 alternator/generator의 고장 가능성을 나타낸다면 배터리를 사용할 수 있는 시간이 매우 적을 수 있다.
배터리의 등급은 배터리가 얼마나 오래 지속될 수 있는지에 대한 단서를 제공한다. 전류의 세기가 높을수록 배터리의 저장 에너지가 더 빠르게 소모된다.따라서 25-amp hour battery는 5 암페어를 5시간 동안 생산할 수 있으나만약 부하가 10 암페어로 증가된다면 2 시간밖에 지속되지 못할 것이다. 40 암페어의 부하는 약 10분 ~15분 내로 배터리를 방전시킬 것이다. 고장이 발생한 시점에서의 배터리 상태에 따라 많은 사항들이 달라진다. 만약 배터리가 몇 년 동안 사용되었다면 내부 저항으로 인해 전력이 크게 감소할 수 있다. 만약 시스템 고장을 즉시 확인하지 못하였다면 저장된 에너지의 대부분이 이미 사용되었을 것이다. 따라서 전력 발전 장치 고장이 발생하였다면 조종사는 즉시 필요 없는 부하들을 없애야한다. [그림 18-9] 그런 다음에는 가장 가까운 적절한 공항에 내릴 수 있도록 계획을 세워야 한다.
실제 상황은 항상 조금씩 다르므로 “emergency” load로 여겨지는 것들을 사전에 결정할 수는 없다(예를 들어 비행이 VFR인지 IFR인지, 주간인지 야간인지, 그리고 구름 바깥에 있는지 구름 속에 있는지). 가장 가까운 공항까지의 거리도 요인이 될 수 있다.
일부가 방전된 배터리의 남은 전력으로는 electrically-powered(혹은 electrically-selected) landing gear와 flaps가 제대로 작동하지 않는다는 것을 기억해야 한다. landing gear motor와 flap motor는 대부분의 다른 전자 장비보다 훨씬 더 많은 전력을 사용한다. 일부가 방전된 배터리로 이러한 모터를 선택하면 즉시 전체 전력 손실이 발생할 수 있다.
만약 비행 중 전체 전력 손실이 임박할 것으로 예상된다면 다음 단계를 수행해야 한다.
• 필수 전자 장비를 제외하고 모든 장비를 끈다.
• 소형 비행기에서는 어떠한 전력 손실조차도 매우 중요하므로 즉시 ATC에 상황을 알린다. 가장 가까운 적절한 공항에 착륙하기 위해 radar vectors를 요청한다.
• landing gear나 flaps가 전기로 작동하는 경우에는 미리 착륙을 계획한다. no-flap landing과 manual landing gear extension을 예상한다.
Pitot-Static System
속도계, 수직속도계(VSI), 고도계를 작동시키는 압력은 동정압 시스템(pitot-static system)으로부터 온다. 동정압 시스템의 주요 구성 요소는 impact pressure chamber and lines와 static pressure chamber and lines이다. 각각은 얼음, 먼지, 그리고/혹은 그 외 이물질에 의해 완전히 막히거나 부분적으로 막힐 수 있다. 동정압 시스템이 막히면 계기들의 작동에 악영향을 미친다. [그림 18-10]
정압 시스템이 부분적으로 막히는 상황은 서서히 발생하므로 비행중요단계(critical phases of flight)에 도달하기 전까지 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.
하강 도중 만약 정압 시스템이 부분적으로 막혔다면 계기의 정압은 실제의 외부 기압보다 지연되기 시작한다. 하강 도중 고도계는 실제보다 높은 고도를 지시할 것이다. 왜냐하면 장애물이 static port에서 고도계로 흐르는 공기 흐름을 늦추기 때문이다. VSI에서 측정된 압력 또한 외부 기압과 동일한 속도로 변화하지 않으므로 고도계의 잘못된 정보가 옳다고 나타낸다. 속도계는 실제보다 높은 속도를 지시하며 현재 pitot pressure가 많은 상황인지static pressure가 적은 상황인지를 설명하지 못한다. 계기들은 항공기 고도가 높고, 속도가 빠르며, 원하는 것보다 하강률이 낮다고 지시한다.
조종사가 수평을 잡고 상승을 시작하여도 고도 지시는 여전히 지연될 것이다. VSI는 실제 상승률보다 낮게 지시된다. 허나 속도계는 급속도로 감소할 것이다. 아주 작은 pitch-up만으로도 속도계 지시침이 실속 속도를 가리킬 수 있다.
정압 시스템의 오작동을 다루기 위해선 동정압 시스템을 알아야 한다. 만약 시스템 고장이 의심된다면 조종사는 alternate static source를 열어서 고장을 확인해야 한다. 이는 항공기가 상승하거나 하강할 때 이루어져야 한다. 이 조치 후 계기 지시침이 급격하게 움직인다면 정압 문제가 존재한다는 것이며 남은 비행 도중에는 alternate source를 사용해야 한다.
동정압 시스템의 고장은 EFIS(Electronic Flight Instrument Systems)에도 심각한 결과를 가져올 수 있다. 14 CFR part 23, section 23.2615(b)(2)를 충족하기 위해선 하나의 고장이나 복합적인 고장 가능성이 발생한 후에도 안전한 비행 및 착륙에 필요한 정보들이 적시에 제공되어야 한다. 허나 glass displays를 갖춘 소형 비행기의 예비 계기들은 보통 동일한 동정압을 공유한다. 두 시스템들은 모두 동일한 동정압을 사용하므로 pitot tubes나 static ports가 막히면 두 시스템이 다 고장 날 수 있으며이는 IMC를 비행 중인 조종사에게 어려운 상황을 만들어낸다. ADC(air data computer)의 기능과AHRS(attitude and heading reference system)의 기능이 통합된 경우에는 동정압 시스템이 막히면 attitude display에도 영향을 미칠 수 있다.
종례의 계기들은 제조업체나 항공기에 상관없이 그 설계나 작동 방법이 유사하다. six conventional instruments간의 정보 비교를 통해 조종사는 고장 유형을 진단할 수 있다. conventional instruments와 electronic flight displays의 계기 고장 지시들이 완전히 다를 수도 있으며 전자 시스템의 고장 지시는 표준화되어있지 않다. glass displays의 시스템 설계는 매우 다양하므로 데이터 입력의 중단에 대해primary display와 backup display가 다르게 반응할 수 있으며 두 화면이 특정 상황에서 종례의 계기들과 다르게 작동할 수도 있다.
electronic flight instrument displays의장비 고장을 해석하고 적절하게 대응할 수 있도록 항공기 및 항전 장비와 연관된 장비별 특정 정보를 확보하는 것이 중요하다. 급격하게 변화하는 장비, 복잡한 시스템, 그리고 기능 및 고장 유형들을 시뮬레이션하기 어렵거나 불가능한 경우가 훈련을 제한할 수 있다. 고장이 발생하였다면 조종사는 다른 중요한 비행 업무에 지장을 주지 않으면서 장비 고장에 대응할 수 있어야 한다.
의도치 않게 문이 열린 상황은 보통 큰 문제가 되지 않는다. 오히려 이러한 상황이 발생하였을 때 조종사가 만드는 반응이 중요하다. 비행 중 문이 열리면 갑작스러운 큰 소음, 계속되는 소음, 그리고 진동이 발생할 수 있다. 만약 조종사가 비행기 조작을 유지하기 보다는 열린 문에 관심을 집중하여 주의가 분산된다면 제어 상실(loss of control)로 이어질 수 있다.
비행 도중 의도치 않게 문이 열렸다면 조종사는 다음을 따라야 한다:
• 비행기 조작에 집중한다. 특히 소형 단발 비행기와 다발 비행기의 경우에는 cabin door가 열린다 해도 비행기의 비행 능력이 거의 손상되지 않는다. 조작에 영향이 있을 수는 있으나(예를 들어 roll 및/혹은 yaw) 대부분의 경우 이는 쉽게 극복될 수 있다.
• 이륙 직후 문이 열렸다 해도 착륙을 서두르지 않는다. 정상 장주 패턴 고도로 상승하여 정상 장주 패턴을 비행하고 정상 착륙을 수행한다.
• 문에 도달하기 위해 안전벨트를 풀지 않는다. 문을 그냥 내버려둔다. 실현 가능한대로 착륙한 후에 지상에서 문을 닫는다.
• 대부분의 문은 완전히 열린 상태로 있지 않는다. 문은 보통 쾅 하고 열렸다가 부분적으로 닫힌다. 문 쪽으로 slip을 수행하면 문이 더 크게 열리고 문 반대쪽으로 slip을 수행하면 문이 닫힐 수 있다.
• 당황하지 않는다. 익숙하지 않은 소음과 진동을 무시한다. 또한 서두르지 않는다. 너무 빨리 착륙하려는 시도는 저고도에서 급선회로 이어질 수 있다.
• landing checklist의 모든 항목들을 완료한다.
• 열린 문으로 인해서는 거의 사고가 발생하지 않는다는 것을 기억한다. 오히려 조종사의 주의가 산만해지거나 비행기 조작이 유지되지 못할 때 사고가 발생한다.
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.
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.
