5. 항공기 성능 - 이륙단계

이번 장은 국토교통부에서 발행한 “조종사 표준교재 비행이론”을 기반으로 필요한 부분을 발췌해 이해하기 쉽도록 조금씩만 수정했습니다. 항공기 성능과 관련해서는 표준교재에 설명이 잘 되어있으니 필요하신 분들은 “항공교육훈련포털”(https://www.kaa.atims.kr/pubs/textbook/1/opinionAttachListAction.do?menuNo=5052&lev=4)로 접속하셔서 활용하시면 좋을 것 같습니다.

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이륙단계

이륙거리는 항공기가 움직이기 시작한 지점에서부터 부양하여 35ft 상공에 도달하는 지점까지의 거리를 의미합니다.

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이륙성능에 영향을 미치는 요소는 항공기의 무게, 추력, 외기온도 기압고도, 바람의 방향과 속도, 활주로 경사도 및 표면상태 등이 있습니다. 이륙단계의 성능을 이해하기 위해서는 이륙 및 상승단계별 속도 및 고도에 대한 이해가 선행되어야 합니다.

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Ground Roll에 대해서 설명해보겠습니다. 활주로에서 이륙활주를 시작해서 이륙결심속도(V1)에 도달하고, 전환속도(VR)에서 Landing Gear 앞부분을 들어올리고, 부양속도(VLOF)에서 Landing Gear 뒷부분까지 들어올려 공중에 떠있는 상태가 된다. 이 때, 부양속도까지의 구간이 Ground Roll입니다. 부양속도에 도달하는 시점부터 이후의 모든 단계는 OEI(One Engine Inoperative) 즉, 1개의 엔진이 부작동하는 상황을 가정한 상태입니다.

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1st Segment에 대해 설명해보겠습니다. 속도 관점에서 VLOF~V2까지의 구간이며, Landing Gear가 Retract를 시작하는 순간부터 Retract가 완료된 시점까지의 구간입니다. Flap은 아직 내려가있는 상태입니다.

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2nd Segment에 대해 설명해보겠습니다. 속도 관점에서 V2부터 400ft의 고도에 도달할 때까지의 구간입니다. Landing Gear는 올라간 상태이고, Flap은 아직 내려가있습니다.

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3rd Segment에 대해 설명해보겠습니다. 최소 400ft 이상의 고도여야 하며 상승을 위해 가속하는 구간입니다. Landing Gear는 올라간 상태이고, Flap은 아직 내려가있습니다.

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4th Segment에 대해 설명해보겠습니다. 최소 400ft 이상이며 1500ft까지 상승하는 구간입니다. Landing Gear와 Flap이 모두 Retract(올라간) 상태입니다.

 

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이때, 이륙해서 상승하는 단계를 고도 기준으로 바라보면 상승~수평~상승 식의 계단식으로 상승하는 모습을 보입니다. 이런 현상을 STEP CLIMB이라고 합니다.

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항공기는 비행을 시작하는 순간부터 연료를 계속해서 소모하기 때문에 시간이 지남에 따라 자연스레 전체중량이 감소하게 됩니다. 무게가 가벼워지기 때문에 동일한 추력을 내더라도 자연스럽게 힘의 효과가 커지게 되고 이는 곧 고도와 속도의 증가라는 결과를 가져옵니다. 그렇기 때문에 굳이 계속해서 기수를 들어 고도를 높이거나 속도를 증가시킬 필요 없이 단계적으로(ex. 200ft마다) 고도와 속도를 높이더라도 상승을 위한 성능 발휘에는 문제가 없는 것입니다.

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즉, STEP CLIMB이란 “항공기는 연료소모에 따라 중량이 감소하고, 이에 따라 자연스레 고도와 속도가 높아지고 이를 이용해 계단식 혹은 단계적으로 추력을 높여 상승하는 것”입니다.

 

활주로 공시거리

ICAO Annex 14. Aerodromes Vol.1

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TORA(Take Off Run Available, 유효 이륙 활주거리) → "순수하게 포장된 활주로 길이"

TORA는 항공기가 이륙할 때 지상 활주에 필요한 활주로 길이로서 활주로의 길이와 같거나 짧습니다. TORA는 활주로 시작(또는 displaced threshold의 시작지점)부터 활주로 끝까지의 거리이며 이륙활주(실제 이륙을 위해 필요한 활주로 거리)는 TORA를 초과해서는 안됩니다.

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TODA(Take Off Distance Available, 유효 이륙 거리) → "TORA + Clearway"

TODA는 TORA에 개방구역(Clearway)*를 더한 거리로서 활주로에 개방구역이 설치되어 있으면 유효 이륙거리가 길어지게 되어 보다 큰 중량으로 이륙이 가능합니다.

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* 개방구역(Clearway)

활주로 끝 부분에 이어져 있는 장애물이 없는 평탄한 구역으로 공항당국의 관리 하에 있는 구역입니다. 중심선은 활주로의 중심선과 일치하고 폭은 500ft 이상이며 기울기 1.25% 이하에 장애물이 없어야 하고, 그 길이는 TORA의 절반을 넘지 않아야 합니다.

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ASDA(Accelerate Stop Distance Available, 가속정지 가용거리) → "TORA + Stopway"

ASDA는 항공기가 이륙을 포기하는 경우에 항공기를 정지시키는데 적합하다고 결정된 거리입니다. 이는 TORA에 정지구역(Stopway)*을 더한 거리입니다.

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* 정지구역(Stopway)

정지로는 활주로 중심선 연장에 있는 포장 면입니다. 정지로는 이륙을 포기한 항공기를 감속시키는데 사용되고 정지로의 포장강도는 이륙을 포기하여 정지로에 진입할 경우 항공기에 구조적인 손상을 주지 않아야 하며 정지로의 중심선은 활주로 중심선 연장에 있고 폭은 활주로 폭 이상이어야 합니다.

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LDA(Landing Distance Available, 착륙가용거리) → "TORA 전체 or 장애물로 제한된 길이"

착륙경로에 장애물이 없을 경우, LDA는 곧 TORA와 동일한 개념이며 TORA 전체를 착륙에 사용할 수 있습니다. 하지만, 착륙경로에 장애물이 있을 경우, 착륙거리는 축소되며, ICAO Annex 8에서 착륙 및 접근 표면의 크기를 아래와 같이 명시하고 있습니다.

 

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만약, 접근 및 착륙 경로에 장애물이 있다면 Displaced Threshold는 다음과 같이 정의되며 여기서의 “Obstacle”은 가장 불리한 장애물을 의미합니다. 즉, 가장 불리한 장애물의 최고점과 활주로 표면을 이은 직선이 2%의 각도를 이루는 직선이 활주로 표면과 맞닿는 지점에서 60m의 여유분이 추가된 지점이 Displaced Threshold가 되고, 여기서부터 나머지 길이가 LDA가 됩니다.