FLYERS

WAKE TURBULENCE

wake turbulence 란 항공기의 wingtip voltex 형성으로 인해 생성된 터뷸런스를 말한다.
이 wake turbulence는 항공기가 HIGH AOA, CLEAN , SLOW , HEAVY 상태일 때가 가장 강력하다.
즉, 이착륙시에 가장 강한 WAKE TURBULENCE를 생성한다.
대형항공기를 뒤 따르는 소형 항공기들은 항상 이 WAKE TURBULENCE를 주의 하여야 한다.

wake turbulence는 통상 3노트의 바람세기를 가지며 , 항공기 좌우측으로 불어나가는 경향성이 있다.
그리하여 light quatering tailwind 일 때 항적을 따라 가장 오래 잔류하게 된다.

순항중에 wake turbulence를 피하기 위해선 최소 1000ft의 분리간격을 유지해야 한다. sink rate는 대략 수백fpm을 가진다.

a.착륙한 대형항공기 뒤에서 착륙하는 소형항공기는 대형항공기의 glide path 보다 높게 접근해야 한다.
b.이륙한 대형항공기 뒤에서 착륙하는 소형항공기는 대형항공기의 lift off 지점보다 앞에서 touch down 해야한다.
c.착륙한 대형항공기 뒤에서 이륙하는 소형항공기는 대형항공기의 touch down보다 뒤에 lift off 해야한다.
d.이륙한 대형항공기 뒤에서 이륙하는 소형항공기는 대형항공기의 lift off 지점보다 먼저 lift off 해야한다.

AIRCRAFT WEIGHT CATEGORY

FAA 와 ICAO 가 구분하는 기준이 다르다. 위 표를 참고한다.

<FAA>

HEAVY 300,000파운드 이상 혹은 136,000KG 이상
LARGE 300,000 파운드(136,000KG) 미만 혹은 18,600KG(41,000파운드) 초과
SMALL 41,000파운드(18,600KG) 이하

<ICAO>

HEAVY 136,000KG 이상
MEDIUM 7000KG 초과 136,000KG 미만
LIGHT 7000KG 이하

<한국>

HEAVY  115,600KG 이상

MEDIUM 18,600KG 이상 115,600KG 미만

LIGHT 18,600KG 미만

GROUND EFFECT

지면효과(ground effect)란 항공기의 이착륙 단계에서 중요한 고려요소이다.

항공기가 지면에 가까워 짐에 따라 지면이 공기의 흐름을 방해하여 wingtip voltex의 크기를 줄여 induced drag를 감소시켜 lift가 증가하는 현상이다. wingtip voltex에 의해 날개를 지나는 공기의 흐름이 relative wind의 방향을 downwash 하게 만드는데 지면이 날개의 공기의 흐름(upwash , downwash)을 방해하여 wingtip voltex가 작아지고 , 그에 따라 relative wind의 방향이 적게 downwash 하게 됨에 따라 induce drag가 감소하고 lift가 증가하는 것이다.
통상 wing span 높이에서 ground effect를 받기 시작한다.

이륙시 ground effect가 사라지면서 induced drag 증가로 인해 항공기 performance가 감소하는 현상을 느낄 수 있다.
정해진 lift off 속도 이하에서 이륙을 하게 된다면 , 지면에 다시 내려앉는(settle back) 현상을 경험할 수도 있다.

이륙시 GROUND EFFECT를 벗어날때
a. 동일한 양력계수를 유지하기 위한 AOA 증가 필요
b. 유도항력이 증가하므로 필요한 추력 증가
c. downwash의 증가로 인해 순간적인 nose up moment가 발생 그로인한 안정성 감소
d. 정압(static pressure)의 감소로 IAS(indicated airspeed) 증가

착륙시에는 ground effect로 인하여 양력이 증가함에 따라 항공기가 지면에 touch down 하지 못하고 floating 하는 현상을 경험할 수 있다.

ref. phak 5-11~12, 조종사표준교재 2.2.3 , jeppesen ppm 3-18

 wingtip voltex

날개끝 와류(wingtip voltex)란 항공기 날개 위아래 압력차이로 인해 발생하는 와류 현상. 

고압지역인 날개 아래의 공기가 저압지역인 날개 위로 공기를 밀어 올림으로써 발생한다.

이 날개끝 와류(wingtip voltex)는 유도항력(induced drag)를 생성, 양력의 감소를 가져온다.

유도항력(induced drag)이란 양력(lift)이 후방으로 작용하는 것. 공기의 흐름이 날개를 지나면서 , 아래쪽으로 흐름방향이 바뀌게 되어 발생.

즉, 이 induced drag 때문에 total lift action은 relative wind에 수직이 아닌 약간 뒤쪽으로 작용한다.

wingtip voltex가 날개뒷전의 공기흐름을 뒤쪽 하방(downward)으로 당겨 내림으로써 유도항력(induced drag)가 형성된다. 즉, 상대풍의 각도를 뒤쪽 아래쪽으로 바꾸어 total lift의 방향이 수직이아닌 약간 뒤쪽으로 발생하는 것이다.

또한 이러한 wingtip voltex는 받음각(AOA)에 따라 커진다. 즉, 받음각(AOA)이 크면 wintip voltex가 커지고 결과적으로 induced drag도 커지게 된다.

ref. 조종사 표준교재 16p, jeppesen ppm 3-16

wingtip voltex를 줄이는 winglet

winglet은 항공기 wingtip voltex를 줄여 drag를 감소시키려는 역할을 한다.

이러한 winglet은 voltex를 작게 하고, 작은 voltex는 적은 drag를 형성한다.

결과적으로 항공기의 연료효율을 좋게 하려는 목적이 있다.

윙렛의 종류

1. classic winglet - 초창기 윙렛 모양으로 날개의 90도 꺽인 방향으로 부착된 윙렛형태. inteference drag가 증가했다.

2. blended winglet - inteference drag 감소를 위해 날개와의 경계가 부드러운 형태가 되도록 고안한 형태

3. wingtip fence - 에어버스에서 고안한 형태로 위아래의 방향으로 부착되어 있다.

4. sharklet - 에어버스에서 개발한 형태로 윙팁과 윙렛의 연결부가 곡선형태를 띈다.

5. raked wingtip - 윙렛은 아니다. 윙팁의 후퇴각을 더주는 형태. 

6. split scimitar winglet - 스플릿 시미터 윙렛은 날개 끝에 위아래로 갈라진 칼 시미터 처럼 생겼다고 해서 붙여진 이름이다. 윙렛의 한 종류 . 

7. AT winglet - advanced techknowledge의 약자로 , 보잉사에서 개발한 최신 윙렛이다 b737 MAX항공기에 장착하며 , 대한항공에서 제조한다.