MULTI ENGINE OPERATION ( ZERO SIDE SLIP , CRITICAL ENGINE ) & TURBINE ENGINE OPE

MULTI ENGINE OPERATION

• 쌍발 항공기는 단발항공기와 는 다른 비행 특성을 가지고 있다.
• STALL MANEUVER는 OEI 상황에서 금지이다.
• 멀티엔진 속도계 BLUE LINE 은 OEI BEST RATE OF CLIME ( Vyse )속도를 표시한다.
• 멀티엔진 속도계 RED LINE 은 Vmc 속도를 표시한다.
• Vmc 속도란 다음과 같다.

1. 항공기 heading을 유지하여 disired couse로의 비행이 가능하여야 하며 , bank 는 5도 이내에서 heading 유지가 가능하여야 한다.
2.Vmc 속도는 고도가 상승함에 따라 Vmc 속도는 감소한다. 공기의 밀도가 적기 때문에 저항이 적어 더 낮은 속도에서도 heading 유지가 가능하다.
3.Vmc 속도는 reaward CG일수록 Vmc 속도는 높아진다. CG가 후방으로 이동 할수록 ARM이 짧아져 moment가 작아진다.

• OEI 상황에서 CLIMB PERFORMANCE는 80-90% 이상 감소한다. 예를 들어 Vy 가 1000fpm 이라면 , OEI best rate of clime 은 150fpm이다.
• Critical engine 이란 center of thrust 가 fuselage에 더 가까운 쪽의 엔진이다. critical engine이란 항공기 1 eng fail 시 , 퍼포먼스에 더 안좋은 영향을 주는 엔진을 말한다.
• slush on the runway 에서는 V1속도가 감소한다.
• 가장 안전하고 효과적인 takeoff & initial climb procedure 는 take off roll 중 slightly above Vmc 속도( 5 kt above Vmc ) 에서 lift off 하여 best rate of climb speed( Vy )로 상승하는 것이다.
• single engine absolute ceiling 이상의 고도에서 OEI 발생시 Vyse 속도를 사용하여 하강률을 최소한으로 만들어야 한다.
• OEI 상황에서 approach & landing은 normal condition과 다르지 않다.

 

ZERO SIDE SLIP

ZERO SIDE SLIP

• zero side slip 이란 항공기의 side slip을 0 으로 만들어 항공기의 drag를 최소화 하는 것이다.
• side slip이란 항공기의 longitudinal axis가 flight path와 평행하지 않는 상태를 말한다.
• 정상상황에서 1. wing level 2. ball center 를 하면 zero side slip 상태이다.
• 쌍발엔진 항공기가 OEI 상황이 되면 비행 특성이 달라지게 되며 다음과 같다.

1. OEI 상황에서 항공기의 좌 우 출력은 asymmetrical condition 이 된다 ( 비대칭 )
2. operating eng의 방향으로 yawing & rolling moment가 작용하게 된다. ( 비대칭 힘의 작용 )
3. 이러한 상황에서 항공기 진행방향을 유지하기위한 최소 속도인 Vmc가 있다.
4. Vmc는 항공기 directional control이 가능한 최소 속도이다.
5. Vmc 속도를 수립할 때 directional control이란 , 항공기 bank 5도 이내에서 , desired HDG 20도 이내의 조작이 가능한것을 말한다.

6. OEI 상황에서 wing level , ball center 는 zero side slip 조건이 아니다. 추력의 비대칭과 러더의 양력수평성분이 side slip을 야기한다.

7. zero side slip을 위해서는 alive eng 쪽으로 2- 3 도의 뱅크를 , alive eng 쪽으로 half ball center를 만들어야 한다.

* DEAD FOOT DEAD ENGINE 는 INOP ENG을 판단하는 쉬운 방법으로 , DEAD FOOT IS DEAD ENGINE이다 .
* OEI 상황에서 YAWING & ROLLING MOMENT는 DEAD ENG의 방향으로 작용한다.

FEATHERING & WINDMILLING

windmilling & feathering

• OEI CONDITION에서의 inoperative engine의 feathering 은 중요한 요소이다.
• windmilling 하는 프로펠러는 더 많은 parasite drag를 생성하여 , 더 많은 adverse yaawing moment를 만들어 낸다.
• 그로인해 Vmc가 증가한다.
• 즉, windmilling 시 Vmc가 증가되며 , feathering 시 Vmc는 감소된다. 이유는 inop eng의 drag감소에 있다.

 

FLAPS DOWN

OEI FLAPS DOWN

• OEI 상황에서의 FLAPS DOWN은 Vmc의 감소를 가져온다. 즉 , directional control이 더 용이해진다.
• FLAP은 고양력장치로써 , 양력을 증가시키고 , 또한 양력의 증가에 따른 항력도 증가가 된다.
• 증가된 operating eng의 항력이 Vmc를 낮춘다.

 

 

WEIGHT

OEI weight

• WEIGHT가 무거워 질수록 Vmc 속도는 감소한다.
• 이유는 항공기가 roll 할때 양력은 수평성분과 수직성분으로 나뉘게 된다.
• 이때 무거운 항공기의 양력 수평성분이 더 크기 때문에 OEI에서 발생한 inop엔진 쪽으로의 yawing moment를 더 줄일 수 있다. 간단하게 zeroside slip 시 bank 2~3도의 양력 수평성분은 항공기 무게가 커질수록 크게 작용한다.
• 항공기 무게가 가벼울 수록 Vmc는 증가한다.

 

GROUND EFFECT

OEI groujnd effect

• OEI CONDITION에서 ground effect를 받는 높이에서는 Vmc가 증가한다.
• GROUND EFFECT의 구역에 들어가게 되면 , 항력이 줄어 , 잉여양력이 만들어지게되어 항공기 퍼포먼스가 증가한다.
• 증가된 퍼포먼스 때문에 inop eng 쪽으로 더 많은 yawing moment가 발생하여 , 더 많은 rudder가 요구된다.
• 위와 같은 이유로 ground effect 에서 Vmc는 증가한다.

Vmc 종합

Vmc factors

• 위의 표에서 Vmc 속도와 관련된 종합적인 요소들을 알아본다.

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TURBINE ENGINE OPERATION

• 터빈엔진의 가장 높은 온도는 TIT이다. turbine inlet temperature가 가장 높은 온도이다.
• 높은 온도는 추력을 감소 시킨다. 공기의 밀도는 온도가 높을수록 밀도는 낮아지기 때문이다.
• 대기압이 낮아져도 추력이 감소한다. 대기압이 낮아지면 density altitude가 높아지기 때문이다.
• 왕복엔진보다 가스터빈엔진 항공기가 density altitude에 더욱 취약하다. 이러한 특성을 숙지하여 pressure altitude와 temperature를 통해 TOD를 계산하여야 하며 , 왕복엔진에 비해 TOD의 편차가 크다는 것을 알아야한다.
• takeoff performance의 가장 취약한 상태는 1. high gross weight 2. high altitude 3. high temperature 4. unfavored wind 인 상태이다.
• 가스터빈엔진의 운용제한에 가장 큰 영향을 미치는 것은 EGT이다. EGT로 인해 운용제한이 많이 생긴다.
• 터보프롭 항공기의 최소 단위연료소모량은 ABOVE FL 250에서 나타난다.
• CRUISE CONTROL 중 CLIMB CRUISE가 가장 효과적이다.

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MACH SPEED FLIGHT

• 아래의 cp , cl , cg를 잘 숙지하도록 한다.

1. AC ( aerodynamic center )
공력중심 항공기 받음각에 따라 변하지않는 중심. 항공기 양력의 작용점. 항공기 CG에 대한 힘과 모먼트를 계산하기위해 수립
2. CP ( center of pressure )
압력중심 항공기 날개에어포일 에서의 받음각에 따라 이동하는 중심. 항공기 날개 에어포일에서의 양력중심
3. CL ( center of lift )
양력중심 항공기의 양력이 작용하는 지점
4. CG ( center of gravity )
무게중심 항공기의 중력이 작용하는 지점.

• 후퇴익 항공기는 wingtip이 스톨에 먼저 걸린다.
• 후퇴익 항공기의 wingtip이 shock stall에 걸리게 되면 항공기 center of pressure는 inward & forward 로 이동한다.

 

• WAVE DRAG

WAVE DRAG란 SHOCK WAVE가 발생함에 따라 airflow seperation을 악화시켜 양력을 크게 줄이는 항력이다. 이 항력은 수직으로 발생한다. 임계마하수를 넘어서는 시점부터 shock wave 와 wave drag는 생성되고 점진적으로 커지며 , 임계 마하수의 110% 속도에서 항력이 급격히 증가한다. 이것을 drag divergence 라고 한다.

• MACH TUCK ( TUCK UNDER )

MACH TUCK은 천음속 영역( transonic flight )에서 발생한다. 마하 0.75- 마하 1.2 사이의 영역을 천음속 영역이라고 한다.
발생기전은 다음과 같다.
1. 항공기가 임계마하수에 도달
2. 자유공기의 흐름이 임계마하수에 도달하면 shock wave 와 wave drag가 발생하고 , 항공기 center of pressure ( 압력중심 )은 날개 뒤쪽으로 이동
3. 항공기 속도가 계속 빨라진다면 , 임계마하수의 110% 속도에서 drag divergence로 인해 buffet 현상 , control effectiveness의 감소현상이 나타난다.
4. 항공기 속도가 더 빨라져 , horizontal stability에 airflow separation 이 일어나면 elevator의 조종성 감소( drag의 급격한 증가로 인한 양력의 손실에 따른 tail down force 의 감소 )
5. 항공기 center of pressure ( 압력중심 ) 은 항공기 속도가 빨라짐에 따라 계속해서 후방으로 이동하고 , elevator가 airflow separation 으로 인해 dead air 구간에 들어가게 되어 , 항공기 기수가 내려가는 현상 발생 . 이것이 MACH TUCK
6. MACH TUCK 현상이 발생하여 항공기가 하강하게 되면 , 항공기 속도는 더욱 빨라짐에 따라 이러한 MACH TUCK 현상이 더욱 가속화 된다.

• DRAG DIVERGENCE ( DRAG RISE ) ( force divergence )

DRAG DIVERGENCE( DRAG RISE )란 임계 마하수 속도의 5-10% 높은 속도에서 항력이 급격하게 증가하여 , BUFFET , TRIM ,STABILITY의 변화를 가져와 조종성에 감소가 일어나는 지점을 DRAG DIVERGENCE라고 한다.

• COFFIN CORNER

coffin corner

• coffin corner는 쉽게 말해서 STALL SPEED 와 MMO의 속도가 가까워져 운항 가능한 속도의 범위가 좁아지는 현상을 나타내는 현상이다.
• MMO 란 maximum operating speed mach number의 약자로써 , VMO는 노트로 표시 , MMO는 마크넘버로 표시한 최대속도이다.
• coffin corner는 다음과 같은 이유에서 나타난다.

1.고도가 증가함에 따라 TAS는 증가한다. 이유는 공기의 밀도가 적어 지기 때문에 같은 IAS 속도를 만들어내기위해 더 높은 TAS가 필요한 것. 즉 고도에 따라 TAS가 올라가면서 실속속도도 같이 높아진다.

2. 고도가 증가함에 따라 음속은 낮아진다 ( 음속은 온도에 비례한다 ). 즉 , 고도가 상승하면서 더 낮은 속도에서 음속을 돌파하게 되는 것.
즉 음속속도는 내려간다.

위의 2가지의 이유 때문에 고도가 상승할수록 항공기가 운항 가능한 속도의 범위가 줄어들어 사진에서와 같이 barber pole으로 스톨스피드와 MMO 사이의 갭이 줄어드는 것이다.

• CROSSOVER ALTITUDE
  
  

crossover altitude

crossover altitude 란 항공기 속도계를 IAS 에서 MACH NUMBER로 바꾸는 고도이다.
이 crossover altitude는 CAS 와 mach value 가 같은 TAS를 지시하는 고도이다. 이 고도에서 속도계를 IAS에서 MACH NUMBER를 reference speed로 한다.
CROSSOVER ALTITUDE = CAS 와 MACH NUMBER 가 SAME TAS를 지시하는 속도이다. 이 속도에서 항공기 속도를 MACH NUMBER 로 바꾸어 운항한다


* 터보젯항공기는 왕복엔진 항공기보다 밀도고도에 영향을 많이 받는다.
* 터보젯 항공기는 왕복엔진 항공기보다 습도에 영향을 덜 받는다.