앞 편은 역커맨드 영역과 이착륙 성능에서 이륙 거리의 AFM/POH 일차 고려 네 가지까지였습니다. 이번 편은 착륙 성능, 성능 속도, 차트 보간과 밀도고도·이륙 그래프 보기입니다.
착륙 성능 — 최소 거리와 공력 제동
많은 경우 항공기의 착륙 거리가 운용에 필요한 활주로를 정합니다. 최소 착륙 거리는, 실속 위 충분한 여유와 만족스러운 조종·복행 능력을 주는 어떤 최소 안전 속도로 착륙할 때 나옵니다. 일반적으로 착륙속도는 착륙 형상의 실속속도 또는 최소조종속도의 어떤 고정 비율입니다. 따라서 착륙은 특정 양력계수와 받음각에서 이뤄집니다. 정확한 값은 기종 특성에 달리고, 한 번 정해지면 그 값은 무게·고도·바람과 무관합니다.
그 지정 착륙속도에서 최소 착륙 거리를 내려면, 항공기에 작용하는 힘이 착륙 활주 중 최대 감속을 줘야 합니다. 그 힘 때문에 착륙 감속을 최고로 유지하려면 절차가 달라질 수 있습니다.
최소 착륙 거리용 절차와, 활주로가 꽤 남는 보통 착륙 활주는 구분해야 합니다. 최소 착륙 거리는 항공기를 연속 최고 감속으로 세울 때, 즉 브레이크를 최대 감속에 넓게 쓸 때 나옵니다. 반대로 활주로가 꽤 남는 보통 착륙 활주에서는 타이어·브레이크 마모를 줄이려고 공력 항력을 넓게 쓸 수 있습니다. 공력 항력이 감속을 낼 만큼이면, 착륙 활주 초반에는 브레이크보다 공력 항력을 앞세웁니다. 브레이크와 타이어는 세게 쓰면 닳지만, 항공기 공력 항력은 공짜이고 써서 닳지 않기 때문입니다. 공력 항력은 접지속도의 60~70%까지 감속하는 데만 쓸모가 있습니다. 접지속도의 60~70%보다 느리면 공력 항력은 거의 없어, 계속 감속하려면 제동을 써야 합니다. 착륙 활주의 목적은 감속이므로 동력장치 추력은 가능한 한 작은 양의 값이어야 하고, 추력 역전 장치(thrust reverser)가 있으면 가능한 한 큰 음의 값이어야 합니다.
무게·바람·밀도고도가 착륙 거리를 바꾸는 법
올바른 절차 말고도 착륙 성능에 영향을 주는 변수가 많습니다. 착륙속도 또는 착륙 활주 중 감속률을 바꾸는 항목은 무엇이든 착륙 거리를 바꿉니다.
총중량이 착륙 거리에 미치는 영향은 착륙 거리를 정하는 주된 항목 중 하나입니다. 총중량이 늘면, 착륙 받음각과 양력계수에서 항공기를 받치려고 더 큰 속도가 필요합니다. 보기: 착륙중량 21% 증가는 그 무게를 받치려고 착륙속도를 10% 올립니다.
최소 착륙 거리를 볼 때 착륙 활주에서는 제동 마찰력이 우세하고, 대다수 형상에서 제동 마찰이 감속의 주된 원천입니다. 최소 착륙 거리는 총중량에 정비례합니다. 보기: 착륙 총중량 10% 증가는 다음을 일으킵니다.
- 착륙 속도 5% 증가
- 착륙 거리 10% 증가
다만 무게와 제동 마찰력의 관계가 전제입니다.
바람이 착륙 거리에 미치는 영향은 크고, 착륙 거리를 예측할 때 제대로 넣어야 합니다. 항공기는 바람과 무관한 특정 대기속도로 착륙하므로, 바람의 주된 효과는 접지하는 대지속도가 바뀌는 것입니다. 착륙 중 감속에 미치는 바람의 효과는 이륙 중 가속에 미치는 효과와 같습니다.
기압고도와 외기온의 효과는 밀도고도를 정하고, 밀도고도가 착륙 성능에 미치는 효과입니다. 밀도고도가 오르면 착륙속도는 커지지만 알짜 지연력은 바뀌지 않습니다. 따라서 고도의 항공기는 해면에서와 같은 IAS로 착륙하지만, 밀도가 낮아 TAS는 더 큽니다. 같은 무게·같은 동압으로 착륙하므로 착륙 활주 내내 항력과 제동 마찰은 해면에서와 같은 값입니다. 브레이크 능력 안이면 알짜 지연력은 그대로이고, 감속도 해면 착륙과 같습니다. 고도가 올라도 감속은 바뀌지 않으므로, 밀도고도가 착륙 거리에 미치는 효과는 더 큰 TAS 때문입니다.
5,000피트의 최소 착륙 거리는 해면 최소 착륙 거리보다 16% 깁니다. 고도에 따른 착륙 거리 증가는 대략 고도 1,000피트마다 3.5%입니다. 착륙 거리를 정확히 예측하려면 밀도고도를 제대로 넣어야 합니다.
올바른 착륙속도의 효과는 활주로 길이와 착륙 거리가 빠듯할 때 특히 큽니다. AFM/POH에 적힌 착륙속도는 대체로 항공기가 착륙할 수 있는 최소 안전 속도입니다. (역주: 국내는 해당 기종 AFM/POH를 확인하세요) 지정 속도 아래로 착륙하면 실속하거나, 조종하기 어렵거나, 침하율이 커질 수 있습니다. 반대로 착륙 때 속도가 지나치면 조종성(특히 측풍)은 조금 나아질 수 있으나, 착륙 거리가 바람직하지 않게 늘어납니다.
착륙속도 10% 초과는 착륙 거리를 적어도 21% 늘립니다. 초과 속도는 흩어야 할 운동에너지가 커져 브레이크 부하를 키웁니다. 또 정상 지상 자세에서 항력과 양력이 커지고, 커진 양력은 제동면에 걸리는 수직력을 줄입니다. 접지 직후 이 속도 구간의 감속이 나빠질 수 있고, 이 지점에서 제동하다 타이어가 터질 가능성도 커집니다.
착륙 성능이 가장 빠듯한 조건은 높은 총중량, 높은 밀도고도, 불리한 바람의 조합입니다. 이때 필요한 착륙 거리가 가장 길고, 브레이크가 흩어야 할 에너지도 임계입니다. 어떤 경우에도 최소 착륙 거리를 정확히 예측해 가용 활주로와 비교해야 합니다. 착륙 단계는 조종사 원인 항공기 사고가 어느 한 단계보다 많으므로, 다듬어진 전문적 착륙 절차가 필요합니다.
AFM/POH 자료로 최소 착륙 거리를 예측할 때 넣어야 할 고려는 다음입니다.
- 기압고도와 온도 — 밀도고도가 거리에 미치는 효과
- 총중량 — 착륙 CAS를 정함
- 바람 — 활주로를 따른 바람 또는 바람 성분의 큰 효과
- 활주로 경사와 상태 — 보통 경사 보정은 비교적 작으나, 눈·얼음·연약지는 효과가 큼
배풍 10노트는 착륙 거리를 약 21% 늘립니다. 착륙속도를 10% 올리면 착륙 거리는 20% 늘어납니다. 하이드로플레이닝이 있으면 그림 11-18로 구하는 속도 아래까지 제동이 먹지 않습니다.
활주로 18에서 27로 바꾼 보기
보기입니다. 조종사가 활주로 18 다운윈드인데, 탑이 활주로 27을 받을 수 있느냐고 묻습니다. 가랑비가 있고 바람은 동풍 10노트입니다. 조종사는 이미 활주로 27 연장 중심선에 다가가고 있어 받습니다. 선회가 빡빡해 활주로 27에 맞추려고 강하(다이브)해야 합니다. 활주로에 정렬하고 50피트 AGL인데 이미 3,500피트 활주로를 1,000피트 지나 있습니다. 대기속도는 아직 약 10% 빠릅니다(70노트여야 하는데 약 80노트). 10노트 바람은 뒤에서 붑니다.
먼저 대기속도가 약 10% 빠릅니다(80노트 대 70노트). 이 장의 성능에서 보듯 착륙 거리가 20% 늘어납니다. 성능 계획에서 조종사는 70노트이면 거리가 1,600피트라고 계산해 두었습니다. 이제 20%가 붙어 필요 거리는 1,920피트입니다.
새로 고친 1,920피트는 바람의 영향도 받습니다. 앞 편 그림 11-19를 보면, 바람의 효과는 바람 10 mph마다 추가로 20%입니다. 이 계산은 원래 추정이 아니라, 대기속도가 늘어난 뒤의 추정에 곱합니다. 착륙 거리가 다시 320피트 늘어 50피트 AGL 이후 필요 길이는 2,240피트입니다.
계획 조건의 원래 1,600피트에, 초과 속도와 배풍으로 640피트가 더해진 셈입니다. 시단을 1,000피트 지나 들어왔으므로 필요한 총 길이는 3,500피트 활주로에서 3,240피트, 여유 260피트입니다. 그러나 이는 완벽한 환경입니다. 대부분의 조종사는 활주로 끝이 바로 앞에 보이면 두려워집니다. 전형적인 반응은 브레이크 — 그것도 세게 — 입니다. 자동차 같은 잠김 방지 제동이 없어 브레이크가 잠기고, 젖은 활주로에서 하이드로플레이닝합니다. 약 54노트(타이어 압력의 제곱근 √36 × 9)까지 속도가 떨어지기 전에는 제동이 먹지 않습니다.
남았다고 느꼈던 260피트는, 브레이크가 잠긴 뒤 처음 300~500피트를 하이드로플레이닝하는 동안 이미 사라진 지 오래입니다. 이는 실제 이야기이고, 해마다 참가자와 N-number만 바뀌어 반복됩니다.
이 보기에서 조종사는 실제로 나쁜 결정을 여러 개 내렸습니다. 나쁜 결정이 겹치면 개별 오류보다 큰 상승효과가 납니다. 그래서 고치려는 조작이 점점 커지다가, 거의 고칠 수 없게 됩니다. 항공 의사결정은 2장 항공 의사결정(ADM)에서 더 다룹니다.
성능 속도
| 기호 | 정의 |
|---|---|
| 진대기속도(TAS, true airspeed) | 비행 중인 기단에 대한 항공기의 속도. |
| 지시대기속도(IAS, indicated airspeed) | 속도계(ASI)에 보이는 속도. 지시·위치(장착)·압축성 오차를 고치지 않은 값. |
| 교정대기속도(CAS, calibrated airspeed) | 위치(장착) 오차와 계기 오차를 고친 ASI 지시. 표준대기 해면에서 CAS = TAS. ASI에 표시된 설계 속도의 색 구분은 IAS일 수도 CAS일 수도 있습니다. |
| 등가대기속도(EAS, equivalent airspeed) | 위치(장착) 오차, 계기 오차, 해당 고도의 단열 압축성 흐름까지 고친 ASI 지시. 표준대기 해면에서 EAS = CAS. |
| VS0 | 착륙 형상에서 조종 가능한 교정 무동력 실속속도 또는 최소 안정 비행속도. |
| VS1 | 지정 형상에서 조종 가능한 교정 무동력 실속속도 또는 최소 안정 비행속도. |
| VY | 단위 시간당 고도 증가가 최대인 속도. 최대 ROC 속도. 고도와 함께 보통 조금 줄어듭니다. |
| VX | 주어진 수평 거리에서 고도를 가장 많이 얻는 속도. 최대 AOC 속도. 고도와 함께 보통 조금 늘어납니다. |
| VLE | 착륙장치를 내린 채로 안전하게 비행할 수 있는 최대 속도. 안정·조종성 문제입니다. |
| VLO | 착륙장치를 안전하게 내리거나 올릴 수 있는 최대 속도. 장치를 내리거나 올리는 동안 작동 기구에 걸리는 공력 하중 문제입니다. |
| VFE | 날개 플랩을 규정된 전개 위치에 둔 채 허용되는 최고 속도. 플랩 구조에 걸리는 공력 하중 때문입니다. |
| VA | 교정 설계 기동속도. 제한 하중을 (돌풍이든 조종면 전타든) 가해도 구조 손상 없이 버틸 수 있는 최대 속도. 기동속도 이하로 운용해도, 한 축에서 전타를 여러 번 넣거나 동시에 둘 이상 축에서 전타하면 구조 보호가 되지 않습니다. |
| VNO | 정상 운용의 최대 속도 또는 최대 구조 순항속도. 이 속도를 넘어 제한 하중배수를 초과하면 항공기 구조에 영구 변형이 생길 수 있습니다. |
| VNE | 절대 넘기지 말아야 할 속도. 이 속도 위에서 비행하면 구조 손상 또는 구조 파괴가 날 수 있습니다. |
성능 차트 읽는 법
성능 차트를 쓰면 항공기의 이륙, 상승, 순항, 착륙 성능을 예측할 수 있습니다. 제작사가 제공하는 이 차트는 AFM/POH에 들어 있습니다. 기체마다 성능이 다르므로 숫자도 다릅니다. 매 비행이 다르니, 매 비행 전에 그 항공기의 성능을 계산하십시오. (부록에 세스나 172R과 챌린저 605 성능 차트 보기가 있습니다.)
차트 정보는 신품 항공기로, 정상 운용 조건에서, 평균 조종 기량을 쓰고, 기체와 엔진이 양호한 상태에서 시험 비행해 모은 것입니다. 엔지니어가 비행 자료를 기록하고, 시험 비행 중 항공기 거동을 바탕으로 성능 차트를 만듭니다. 이 차트로 이착륙에 필요한 활주로 길이, 비행 중 쓸 연료량, 목적지까지 걸리는 시간을 구할 수 있습니다. 항공기가 양호하지 않거나 불리한 조건에서 운용하면 차트 숫자는 정확하지 않습니다. 기체가 양호하지 않거나 조종 기량이 평균 아래이면, 성능 숫자를 보정할 필요를 항상 고려하십시오.
모든 차트는 어떤 조건을 바탕으로 하고, 비행 조건에 맞게 정보를 고치는 주석이 있습니다. 차트마다 읽고 쓰는 법을 이해해야 합니다. 제작사가 제공한 설명을 읽으십시오. 그 차트를 쓰는 법은 제작사가 그 차트용으로 붙인 보기를 참고합니다.
제작사가 주는 정보는 표준화되어 있지 않습니다. 표 형식인 것도 있고 그래프 형식인 것도 있습니다. 때로는 결합 그래프가 그래프 둘 이상을 한 차트에 넣어 여러 비행 조건을 보정합니다. 결합 그래프는 밀도고도, 무게, 바람을 한 차트에서 예측하게 합니다. 뽑아낼 정보가 많으므로 차트를 매우 정확하게 읽어야 합니다. 앞에서 작은 오차가 나면 끝에서 큰 오차가 됩니다.
이 절의 나머지는 항공기 일반의 성능 정보와, 차트에 무엇이 들어 있는지, 직접 읽기와 보간으로 어떻게 숫자를 빼는지를 다룹니다. 모든 차트에는 비행 계획에 써야 할 정보가 많습니다. 이착륙·순항 각 측면의 표, 그래프, 결합 그래프 형식을 보기로 다룹니다.
보간
차트 정보가 모두 바로 빠지지는 않습니다. 어떤 차트는 특정 비행 조건의 정보를 찾으려면 보간(interpolation)이 필요합니다. 보간은 아는 정보로 중간 정보를 계산하는 것입니다. 다만 조종사는 차트 값을 더 보수적인 숫자로 반올림하기도 합니다.
조금 더 불리한 조건을 반영한 값을 쓰면 성능 정보를 합리적으로 추정하고, 약간의 안전 여유도 생깁니다. 다음 그림은 이륙 거리 차트에서 정보를 보간하는 보기입니다.
| 기압고도 (ft) | 0 °C | 10 °C | 20 °C | 30 °C | 40 °C | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 지상활주 | 50 ft | 지상활주 | 50 ft | 지상활주 | 50 ft | 지상활주 | 50 ft | 지상활주 | 50 ft | |
| S.L. | 795 | 1,460 | 860 | 1,570 | 925 | 1,685 | 995 | 1,810 | 1,065 | 1,945 |
| 1,000 | 875 | 1,605 | 940 | 1,725 | 1,015 | 1,860 | 1,090 | 2,000 | 1,170 | 2,155 |
| 2,000 | 960 | 1,770 | 1,035 | 1,910 | 1,115 | 2,060 | 1,200 | 2,220 | 1,290 | 2,395 |
| 3,000 | 1,055 | 1,960 | 1,140 | 2,120 | 1,230 | 2,295 | 1,325 | 2,480 | 1,425 | 2,685 |
| 4,000 | 1,165 | 2,185 | 1,260 | 2,365 | 1,355 | 2,570 | 1,465 | 2,790 | 1,575 | 3,030 |
| 5,000 | 1,285 | 2,445 | 1,390 | 2,660 | 1,500 | 2,895 | 1,620 | 3,160 | 1,745 | 3,455 |
| 6,000 | 1,425 | 2,755 | 1,540 | 3,015 | 1,665 | 3,300 | 1,800 | 3,620 | 1,940 | 3,990 |
| 7,000 | 1,580 | 3,140 | 1,710 | 3,450 | 1,850 | 3,805 | 2,000 | 4,220 | — | — |
| 8,000 | 1,755 | 3,615 | 1,905 | 4,015 | 2,060 | 4,480 | — | — | — | — |
그림 11-21. 차트 보간. 조건: 최대중량 2,400 lb, 플랩 10°, 브레이크 해제 전 전출력, 포장·수평 활주로, 무풍. 이륙속도 이륙 51 KIAS / 50 ft 56 KIAS. 단위는 피트. (출처: FAA)
기압고도 2,500피트, 20 °C의 이륙 거리를 찾으려면 2,000피트와 3,000피트의 지상 활주를 평균합니다. (1,115 + 1,230) ÷ 2 = 1,173피트.
밀도고도 차트 — 보기 1
출발 공항의 밀도고도는 밀도고도 차트로 구합니다. 그림 11-22와 다음 정보로 밀도고도를 정합니다.
보기 1. 공항 표고 5,883피트, OAT 70 °F, 고도계 수정치 30.10 “Hg.
먼저 기압고도 환산을 계산합니다. 고도계 항목에서 30.10을 찾습니다. 옆칸이 “−165”입니다. 따라서 공항 표고에서 165를 빼 기압고도 5,718피트가 됩니다. 다음으로 그래프 하단 눈금에서 외기온을 찾습니다. 70°에서 위로 선을 그어 5,718피트 기압고도 선과 만납니다. 5,000과 6,000피트 선의 대략 2/3 지점입니다. 거기서 그래프 맨 왼쪽까지 가로로 그으면 대략 밀도고도를 읽습니다. 천 피트 단위의 대략 밀도고도는 7,700피트입니다.
이륙 차트 — 보기 2
이륙 차트는 보통 여러 형식이 있어, 플랩 없음 또는 특정 플랩 형상에서 이륙 거리를 계산할 수 있습니다. 50피트 장애물 위 무플랩 이륙과, 플랩을 쓰고 50피트 장애물을 넘는 거리도 구할 수 있습니다. 이륙 거리 차트는 여러 항공기 무게, 고도, 온도, 바람, 장애물 높이를 제공합니다.
보기 2. 기압고도 2,000피트, OAT 22 °C, 이륙중량 2,600파운드, 정풍 6노트, 장애물 높이 50피트.
그림 11-23은 결합 이륙 거리 그래프의 보기입니다. 기압고도, 온도, 무게, 바람, 장애물을 한 차트에 넣습니다. 먼저 그래프 왼쪽 하단에서 올바른 온도를 찾습니다. 22 °C에서 위로 직선을 그어 2,000피트 고도 선과 만납니다. 그 지점에서 첫 번째 진한 기준선까지 가로로 긋습니다. 기준점에서 주변 선을 따라 대각선으로 이어 해당 무게 선과 만납니다. 2,600파운드 교점에서 두 번째 기준선까지 가로로 긋습니다. 다시 대각선으로 이어 정풍 6노트 표시와 만납니다. 세 번째 기준선까지 가로로 간 뒤, 여기서 두 방향으로 긋습니다. 먼저 가로로 그어 지상 활주 거리를 구합니다. 다음으로 다시 대각선을 따라 해당 장애물 높이에 이릅니다. 이 경우는 50피트 장애물이므로 대각선을 차트 맨 끝까지 긋습니다. 지상 활주 700피트, 50피트 장애물 위 총거리 1,400피트가 됩니다. 이륙 때와 50피트 장애물 위 이륙속도는 차트 상단 표를 봅니다. 2,600파운드이면 이륙 63노트, 50피트 장애물 위 68노트입니다.
다음 편은 단거리 이륙 표 보기와 상승·순항 차트입니다.
핵심 정리
- ● 착륙속도의 양력계수·받음각은 한 번 정해지면 무게·고도·바람과 무관합니다. 최소 착륙 거리는 연속 최고 감속(브레이크)이고, 공력 항력은 접지속도의 60~70%까지만 쓸모가 있습니다.
- ● 착륙중량 10% 증가 → 속도 +5%·거리 +10%. 5,000피트의 최소 착륙 거리는 해면보다 16%(1,000피트마다 약 3.5%). 같은 IAS라도 TAS가 커서 거리가 깁니다.
- ● 착륙속도 10% 초과는 거리 적어도 21%. 배풍 10노트는 약 21%. 초과 속도는 운동에너지와 양력을 키워 제동면 수직력을 깎고 타이어 파열 가능성을 올립니다.
- ● 활주로 27 보기: 70→80노트(+20%)에 배풍 20%를 늘어난 거리에 곱하면 1,600→2,240피트. 시단 1,000피트 오버슛이면 3,240/3,500. 젖은 활주로에서 브레이크 잠김 → √36×9 = 54노트까지 하이드로플레이닝.
- ● VA 이하라도 한 축 전타를 여러 번, 또는 동시에 둘 이상 축 전타는 구조 보호가 아닙니다. VNO는 최대 구조 순항, VNE는 절대 초과 금지입니다.
- ● 차트는 신품·정상 조건·평균 기량 시험값입니다. 보간 보기: 2,500 ft / 20 °C 지상활주 (1,115+1,230)÷2 = 1,173피트. 밀도고도 보기: 5,883 ft·70 °F·30.10 “Hg → PA 5,718 ft → DA 약 7,700피트.
- ● 결합 이륙 그래프 보기 2: 2,000 ft·22 °C·2,600 lb·정풍 6노트·50피트 장애물 → 활주 700피트·장애물 위 1,400피트, 이륙 63 / 50 ft 68노트.
이 글은 미국 연방항공청(FAA)의 Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge(FAA-H-8083-25B)(퍼블릭 도메인)를 번역·재구성한 시리즈입니다.
“착륙 성능·V속도와 차트 읽기 — 조종사 핸드북 11장 (4/6)”에 대한 1개의 생각