이륙부터 착륙까지 비행기의 여정

가. 이륙 (Take off)

비행기가 활주로에서 엔진 출력을 최대로 하여 활주를 하는 과정에서, 비행기의 속도가 V1(이륙결심속도 혹은 이륙결정속도)에 도달하게 되면  조종사는 이륙 여부를 판단해야 한다. 이후 Vr(이륙전환속도, Rotation Speed)에 이르면 조종간을 사용하여 비행기의 기수를 들어올려 V2(이륙상승속도 혹은 이륙안전속도)에 도달하면 비로소 이륙하게 된다. ** 참고로 각 속도는 비행기의 종류, 기종, 중량마다 상이하나 일반적으로  V1 140노트, Vr 145노트, V2는 150노트 정도 된다. (1노트(knot) = 1.852km/h)

 

비행기가 이륙을 완료하게 되면 상승(Climb)을 하게 되는데 상승에는 크게 정속상승(Constant Speed Climb)과 정률상승(Constant Rate Climb)이 있으며 최대상승 각도로 상승 할 수 있는 속도를 Vx(Best Angle of Climb Speed)라 하고 최대상승률 속도를 Vy(Best Rate of Climb Speed)라 한다.

 

비행기는 Pitch자세에 따라 속도가 변하기 때문에 과도하게 상승자세를 높혀 High Pitch자세를 만들면, 속도가 점점 줄어 Vs(Stall Speed)에 이르고, 비행기는 실속(失速, stall)에 들어가 많은 고도손실을 가져온다. **실속(失速, stall)은 비행기의 속도가 특정 속도 이하로 느리거나, 비행기가 가질 수 있는 최대 받음각 이상으로 받음각을 지나치게 높였을 때 유동의 박리로 인하여 양력이 감소하고 항력이 급증하여, 박리된 유동으로 인해 조종면의 조작이 정상적으로 작용하지 않아 양력과 조종성을 잃고 추락하는 것을 말한다.

 

이러한 실속을 사전에 예방하거나 회복시키지 못하면 비행기는 위험한 상황을 맞게 된다. 따라서 비행기의 안전을 위해서 이륙 및 상승 시에는 정확한 상승 속도와 이에 따른 상승 자세를 유지해야 한다.

TAKE OFF

 

나. 상승 및 강하

만약, 수평자세에서 Pitch Up하면 받음각이 증가하여 초기에는 상승을 하게된다. 그러나, 자세변경에 따른 비행경로가 안정되어 비행기가 상승경로에 놓이게 되면 증가되었던 받음각은 줄어들고 비행기 무게성분 중 비행경로에 평행하게 작용하는 항력이 발생되어 결과적으로 비행기 속도가 감속하게 된다. 따라서 비행기가 상승을 하기 위해서는 더욱 많은 출력이 요구되는데, 비행기 성능에 해당하는 상승속도가 주어지고, 이에 따른 상승자세를 파악, 유지하기 위하여 조종사는 비행기가 가 상수평선과 이루는 자세와 계기판내 자세계, 승강계를 참조하여 상승조작을 하는 것이다. 이와는 반대로 수평비행중 Pitch만 Down시키면 받음각이 감소되어 비행기는 결국 강하하게 된다. 하지만 비행기가 강하자세로 강하함에 따라 비행경로가 안정하게 되면, 받음각은 다시 증가하고 비행기 속도는 비행기 무게성분중 비행경로에 평행하게 작용하는 수평분력에 의하여 증가하게 된다. 따라서 일정속도로 강하하려면 출력을 감소 시켜야 한다. 또한 강하할 경우에도 마찬가지로, 가상수평선 혹은 외부참조에 의한 비행자세를 유지하도록 하고 계기판내 자세계, 속도계, 승강계 등을 참고로 하여 정확한 강하조작을 하게 된다.

 

다. 선회

비행기가 공중에서 방향을 전환하기 위한 기본조작이 선회이다. 비행기 주 날개의 양쪽 끝 부분에 부착된 도움날개(Aileron)를 사용하여 경사를 주면 비행기에 작용하는 양력은 안쪽으로 작용하는 수평성분의 힘으로 나누어진다. 선회가 이루어지도록 하는 수평성분의 힘(Horizontal Component Force)은 경사각이 심할수록 커지며 양력(Lift)의 수직성분은 경사각이 심할수록 작아지게 되어 선회중의 비행기는 고도를 손실하게 된다. 이러한 수직성분 양력(Vertical Component Lift)의 감소현상은 비행기의 받음각을 증가시켜 줌으로써 다시 회복될 수 있다. 선회중 안쪽으로 작용하는 수평분력과 이에 상응하는 원심력이 일치하여야만 균형있는 선회가 이루어진다. 다시 말해서, 선회율에 해당하는 경사각이 주어져야만 수평분력, 구심력과 원심력이 일치 하게 되는 것이다.  이것은 조종석 계기판의 선회경사계(Turn&Slip Indicater)가 그 정도를 알려주게 된다. 만약, 수평 분력보다 원심력이 큰 경우에는 "외활(Skidding)"현상이 일어나며 선회경사계의 Ball은 선회 안쪽으로 벗어나게 된다. 이와 반대로 수평분력이 원심력보다 큰 경우에 비행기에는 선회경로보다 안쪽으로 쏠리는 "내활(Slipping)"현상이 일어나고 선회경사계의 Ball은 선회 바깥쪽으로 밀려나가게 된다.

 

라. 착륙 (Landing)

빠른 속도로 비행하는 비행기를 안전하게 착륙시키는 일이란 쉬운 일이 아니다. 또한 착륙시 비행기의 속도가 크면 클수록 이에 비례하여 더욱 긴 활주로가 필요하게 되고 이러한 사항은 이미 비행기 운항에 관한 제한사항이 되어 버렸다. 이러한 문제들은 해결하기 위해서 고양력장치(High-Lift Device)가 개발되어 최종접근속도(Final Approach Speed)를 줄일 수 있게 되었고 보다 원만하게 착륙을 할 수 있도록 해주었다. 특히, 경비행기의 경우 최종접근단계에서 조종사의 시계측정이 완전하다고 판단되면 Throttle을 Idle시켜 최종접근속도로 조종한 후 일정한 강하속도를 유지하면서 활주로를 접근하게 된다.

 

이 단계에서 무엇보다 중요한 것은 일정한 강하각을 유지하며 속도를 일정하게 유지하는 일인데 이는 그때 그때의 기상조건에 따라 침하율을 고려하여 Throttle Idle 시기를 결정하는 매우 중요한 일이다. 특히 바람이 부는 경우에는 최종접근(Final Approach)도중에 바람이 부는 아래쪽으로 비행기가 흘러가게 된다. 이와 같은 편류수정(Drift Control)방법으로는 Crabbing&Method 와 Wing Low Method 를 사용한다. 이는 그 명칭에서 알 수 있는 것처럼 풍상측 날개를 낮추어 편류되려는 힘을 상쇄시키고, 경사각에 따라 기수가 돌아가려는 힘을 반대편 페달(rudder)로써 견제하여 비행기 기축을 항상 활주로 중앙선에 일치하여 놓아야 하는 것이다.

 

이상과 같은 최종접근이 이루어지면 마지막으로 남는 것은 접지단계(Touch Down)이다. 최종접근에서 비행기가 활주로로 충분히 진입하면 첫 번째 자세변경이 이루어진다. 이는 강하자세에서 서서히 수평 자세로까지 변경시켜 주는 것을 말하며, 이때부터 속도가 감속되면서 침하가 이루어진다. 침하가 이루어지면 조종사는 비행기 자세를 변경시켜 받음각을 크게 하여 줌으로써 그 속도에서 얻을 수 있는 양력을 증가시켜 침하량을 줄여 비행기가 활주로 상에 낙착되는 것을 막아주어야 한다. 그러나 비행기 총 중량이 큰 경우에는 Power Idle 상태로 정상적인 접근을 할 수 없기 때문에 Power On Approach를 하여 최종속도를 유지해야 한다.

LANDING

 

출처: 네이버블로그 "Cleared For Take Off | 푸른하늘" 내용을 참고하였습니다.