고도계 작동·승강계와 속도계 — 조종사 핸드북 8장 (2/5)

앞 편은 피토-정압계통과 고도계까지 다뤘습니다. 이번 편은 고도계 작동과 고도의 종류, 승강계, 속도계, 피토-정압 막힘입니다.

고도계 작동

고도계 바늘은 두 가지에 반응합니다. 기압 변화와, 고도계 수정치(altimeter setting) 변화입니다. 상승·하강하면 고도계 케이스 안 압력이 바뀌고, 아네로이드가 팽창·수축하면서 바늘이 돕니다.

기압이 떨어지면 지시 고도는 올라갑니다. 기압이 오르면 지시 고도는 내려갑니다. 밤새 주기한 항공기를 보면 됩니다. 전날 저녁 수정치 29.98 \”Hg로 맞춰 두었는데 아침 기압이 29.68 \”Hg로 떨어졌다면, 고도계는 대략 300피트 높게 가리킵니다. 창을 29.68로 다시 맞추면 알려진 공항고도가 돌아옵니다.

비행 중에도 같은 일이 일어납니다. 수정치를 안 바꾸면 지시 고도는 그대로인데 진고도(true altitude)는 내려갑니다. 계기기상조건(IMC)에서 지형 회피, 그리고 공중충돌 방지를 위해 정확한 고도가 필요합니다.

고도의 종류

조종사가 쓰는 고도는 다섯 가지입니다.

1. 지시고도(indicated altitude) — 현재 고도계 수정치를 넣은 뒤, 다른 보정을 하지 않고 고도계에서 읽는 값입니다.
2. 진고도(true altitude) — 평균해면(MSL) 위 실제 높이입니다. 항공지도의 공항·지형·장애물 표고는 진고도입니다.
3. 절대고도(absolute altitude) — 지면 위 높이(AGL)입니다.
4. 기압고도(pressure altitude) — 표준대기면(29.92 \”Hg) 위 높이입니다. 밀도고도, 진고도, 진대기속도(TAS), 성능 자료를 계산할 때 씁니다.
5. 밀도고도(density altitude) — 비표준 온도로 보정한 기압고도입니다. 기온이 표준보다 높으면 밀도고도가 기압고도보다 높습니다. 항공기 성능과 직결됩니다.

공기가 옅으면 분자가 적습니다. 프로펠러 효율이 떨어지고, 이륙활주가 길어지며, 익면 효율도 줄어듭니다.

예: 공항고도 5,048피트 MSL, 그 고도의 표준기온 5℃이면 기압고도와 밀도고도는 둘 다 5,048피트입니다. 같은 공항에서 30℃이면 밀도고도는 7,855피트입니다. −25℃이면 밀도고도는 1,232피트입니다.

고도계 계기 점검

관제탑, 비행정보실(FSS), ATIS, AWOS/ASOS에서 받은 현재 보고 수정치를 넣습니다. (역주: 국내는 해당 공항 ATIS·AWOS와 관제 제공 수정치를 확인하세요) 바늘은 측량된 공항고도를 가리켜야 합니다. 공항고도와 75피트를 넘기면 인증된 계기 정비소에서 재인증을 받습니다. (역주: 75피트는 FAA 기준이며, 국내 세부 기준은 국토교통부·해당 기종 교범을 확인하세요)

승강계

승강계(VSI, vertical speed indicator)는 수직속도계(VVI)라고도 합니다. 분당 피트(fpm)로 상승·하강률을 보여 줍니다. 교정이 맞으면 수평비행에서 영을 가리킵니다.

승강계는 정압만 쓰는 차압 계기입니다. 다이아프램은 정압관에 바로 연결되고, 케이스는 보정 누출(calibrated leak, 제한 오리피스)을 통해 연결됩니다. 둘 다 그 순간의 대기압을 받습니다. 수평이면 안팎 압력이 같아 바늘이 영입니다. 상승·하강하면 다이아프램 쪽 압력은 바로 바뀌고, 케이스 쪽은 미터링 때문에 늦습니다. 이 차압이 변화율을 만듭니다. 차압이 일정한 비로 안정되면 바늘이 고도 변화율을 가리킵니다.

경향과 비율

승강계는 경향(trend)과 비율(rate) 두 가지를 보여 줍니다. 경향은 상승률·하강률이 커지는지 작아지는지의 즉시 지시이고, 바늘이 움직이는 방향이 그것입니다. 수평에서 기수를 들면 바늘이 위로 가며 상승을 알립니다. 자세를 그대로 두면, 보통 6–9초 뒤에 바늘이 안정되고 수백 fpm 단위의 비율을 가리킵니다. 비율은 안정된 고도 변화율입니다.

지연은 보통 6–9초입니다. 거친 조종과 난기류는 지연을 늘립니다.

순간승강계(IVSI, instantaneous VSI)는 가속도계를 넣어 이 지연을 보정합니다. 원문 그림 8-6은 그 내부입니다. 원리는 같고, 지연만 줄인 형태입니다.

승강계 계기 점검

램프를 떠나기 전과 이륙 직전에 거의 영을 가리켜야 합니다. 영이 아니면 그 지시를 영 기준으로 씁니다. 이륙 뒤에는 상승 경향이 나와야 하고, 상승이 잡히면 그 비율을 참고합니다.

속도계

속도계(ASI, airspeed indicator)는 민감한 차압계입니다. 피토(충격압·동압)와 정압의 차이를 잽니다. 고요한 공기에 주기하면 피토와 정압이 같습니다. 움직이면 피토압이 정압보다 큽니다. 눈금은 마일/시, 노트, 또는 둘 다입니다. 피토와 정압을 둘 다 쓰는 계기는 속도계뿐입니다.

정압은 케이스로, 피토압은 다이아프램으로 들어갑니다. 다이아프램이 팽창·수축하고, 링크가 바늘을 움직입니다.

속도의 종류

조종사가 쓰는 속도는 네 가지입니다.

1. 지시속도(IAS, indicated airspeed) — 밀도, 장착, 계기 오차를 보정하지 않은 값입니다. AFM/POH의 이륙·착륙·실속 속도는 IAS이고, 고도나 기온에 따라 보통 바뀌지 않습니다.
2. 교정속도(CAS, calibrated airspeed) — IAS에서 장착·계기 오차를 뺀 값입니다. 특정 플랩과 속도에서 수 노트 오차가 나고, 저속에서 가장 큽니다. 순항 이상에서는 IAS와 CAS가 거의 같습니다. AFM/POH의 속도 교정표를 씁니다.
3. 진대기속도(TAS, true airspeed) — CAS에 고도와 비표준 온도를 넣은 값입니다. 고도가 오르면 밀도가 떨어져, 같은 차압을 만들려면 더 빨리 가야 합니다. 같은 CAS면 고도가 오를수록 TAS가 커지고, 같은 TAS면 고도가 오를수록 CAS가 작아집니다. 가장 정확한 방법은 비행계산기에 CAS, 기압고도, 온도를 넣는 것입니다. 어림은 CAS에 고도 1,000피트마다 2%를 더하는 것입니다. TAS는 비행계획과 비행계획서 제출에 씁니다.
4. 대지속도(GS, groundspeed) — TAS에 바람을 넣은 값입니다. 정풍이면 줄고, 배풍이면 늘어납니다.

어림 예: CAS 100노트, 고도 5,000피트이면 TAS ≈ 100 × (1 + 0.02 × 5) = 110노트입니다. 정확한 값은 온도와 기압고도를 넣은 계산기가 맞습니다.

속도계 색호

최대이륙중량 12,500파운드 이하, 1945년 이후 제작, FAA 형식증명을 받은 항공기의 속도계에는 아래 색호가 있습니다. (역주: 국내 형식증명 기종의 색호는 해당 AFM/POH를 확인하세요)

• 백호(white arc) — 플랩 운용 범위입니다. 아래 끝은 플랩 전개 실속속도, 위 끝은 플랩 전개 제한속도입니다. 접근과 착륙은 대개 백호 안에서 합니다.
  • V_S0 — 착륙형상에서의 실속속도 또는 최소 정상비행속도입니다. 소형기는 보통 최대착륙중량, 착륙장치·플랩 내림, 동력 없음에서의 실속입니다.
  • V_FE — 플랩을 펼친 채 낼 수 있는 최대 속도입니다.
• 녹호(green arc) — 정상 운용 범위입니다. 대부분의 비행이 여기입니다.
  • V_S1 — 지정 형상에서의 실속속도 또는 최소 정상비행속도입니다. 대개 최대이륙중량, 가장 유리한(클린) 형상, 동력 없음에서의 실속입니다.
  • V_NO — 최대 구조순항속도입니다. 잔잔한 공기가 아니면 넘기지 않습니다.
• 황호(yellow arc) — 주의 범위입니다. 잔잔한 공기에서만, 그것도 주의해서 씁니다.
• 빨간 방사선 V_NE — 절대초과금지속도입니다. 넘기면 손상이나 구조 파괴가 날 수 있습니다.

속도계 면에 없는 제한속도

아래 속도는 속도계 면에 없고, 명패와 AFM/POH에 있습니다.

• V_A — 설계기동속도입니다. 조종면을 끝까지, 급하게 써도 과하중이 나지 않는 최대 속도이고, 난기류에서의 최대 속도이기도 합니다. 중량에 따라 바뀝니다. 예: 무거우면 100노트, 가벼우면 90노트.
• V_LO — 착륙장치를 내리고 접는 최대 속도입니다.
• V_LE — 착륙장치를 내린 채로 나는 최대 속도입니다.
• V_X — 최대상승각 속도입니다. 주어진 거리에서 가장 많은 고도를 얻습니다. 단거리 장애물 회피에 씁니다.
• V_Y — 최대상승률 속도입니다. 주어진 시간에 가장 많은 고도를 얻습니다.
• V_YSE — 경량 쌍발에서 한쪽 엔진이 꺼진 뒤의 최대상승률, 또는 최소 침하율입니다. 파란 방사선으로 표시되며 “블루 라인”이라고 부릅니다.
• V_MC — 임계엔진이 꺼지고 남은 엔진이 이륙출력일 때 방향 유지가 되는 최소 속도입니다. 경량 쌍발에 해당합니다.

속도계 계기 점검

이륙 전에는 영을 가리켜야 합니다. 피토로 강한 바람이 들어가면 더 높게 읽을 수 있습니다. 이륙활주 중에는 속도가 알맞은 비율로 올라가는지 봅니다.

피토-정압계통 막힘

오차는 거의 항상 피토관, 배수공, 정압구가 막혀서 납니다. 수분(얼음 포함), 먼지, 벌레입니다. 비행 전에 커버를 벗기고 구멍을 확인합니다.

피토만 막히면 속도계만 영향을 받습니다. 정압이 막히면 속도계, 고도계, 승강계가 모두 영향을 받습니다.

피토계통 막힘

완전히 막힐 수도, 일부만 막힐 수도 있고, 배수공이 열려 있을 수도 닫혀 있을 수도 있습니다.

피토 입구는 막히고 배수공은 열린 경우: 충격압이 못 들어갑니다. 이미 들어 있던 공기는 배수공으로 빠지고, 남은 압력은 주위압까지 떨어집니다. 차압이 없어 속도계는 영으로 내려가고, 더 이상 작동하지 않습니다.

피토 입구와 배수공이 둘 다 막히면 압력이 갇힙니다. 속도가 바뀌어도 지시는 안 바뀝니다. 정압이 막히지 않은 채 고도만 바뀌면 속도계는 움직이지만, 그 움직임은 실제 속도와 무관하고 정압 변화 때문입니다. 피토 쪽 전압은 그대로이고 정압만 바뀝니다.

속도계의 다이아프램에는 동압이 들어가고, 그 뒤(케이스)에는 정압구의 정압이 있습니다. 다이아프램이 정압을 기준으로 밀리고, 레버가 바늘을 움직입니다.

막히지 않은 상태로 영 노트이면 다음이 성립합니다.

1. 속도계는 영을 가리킵니다.
2. 동압과 정압이 같습니다.
3. 영에서 둘이 같으므로, 속도가 생기면 동압 쪽은 정압 더하기 동압 두 성분입니다.

속도계는 정압을 기준으로 씁니다(케이스가 정압). 동압은 피토를 통해 민감한 다이아프램으로 갑니다. 고도와 상관없이 움직임이 없으면 지시속도는 영입니다. 피토는 동압이 있든 없든 정압 성분을 항상 함께 주기 때문입니다.

피토가 막힌 채 하강하면, 피토·다이아프램 안 압력은 그대로입니다. 하강하면 정압이 다이아프램을 눌러 압축하므로 지시속도가 줄어듭니다. 상승하면 정압이 떨어져 다이아프램이 팽창하고 지시속도가 커집니다.

가시수분이 있으면 피토가 얼어 막힐 수 있습니다. 일부 항공기에는 피토 히터가 있습니다. AFM/POH를 확인합니다.

정압계통 막힘

정압은 막히고 피토는 뚫려 있으면 속도계는 돌아가지만 틀립니다. 막힌 고도보다 위에서는 갇힌 정압이 그 고도의 정상 정압보다 높아, 속도계가 실제보다 낮게 가리킵니다. 막힌 고도보다 아래에서는 갇힌 정압이 상대적으로 낮아, 속도계가 실제보다 높게 가리킵니다.

같은 원리입니다. 실제 속도가 안 늘어난 채 하강하면, 피토 쪽 정압 성분이 커져 속도계 지시가 늘어납니다. 정압 쪽은 못 바뀌므로, 피토 쪽 정압 증가는 동압이 커진 것과 같습니다. 정압이 막힌 뒤 상승하면 지시속도는 계속 줄어듭니다.

고도계는 막힌 순간의 고도에 멈춥니다. 승강계는 계속 영입니다.

많은 항공기에는 조종실 예비 정압원이 있습니다. 조종실 정압을 계통에 넣습니다. 조종실 정압은 바깥 정압보다 낮습니다. 속도 보정은 AOM/POH를 봅니다.

다음 편은 전자식 비행 표시장치(EFD)입니다.

이 글은 미국 연방항공청(FAA)의 Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge(FAA-H-8083-25B)(퍼블릭 도메인)를 번역·재구성한 시리즈입니다.