오늘 모공 눈팅하다가.. 비행기 속도에 관한글이 몇개 올라와서...
지난번 비행기 공조시스템에 이어 간락하게 비행기 속도랑+운항고도에 대해서 알려 드리고자 합니다.
 
먼저 비행기 속도를 어떻게 측정하는지 기본적인 부분부터...
 
비행기 속도는 간단하게 말하면 압력으로 측정을 합니다.
우리가 운전중 창문 밖으로 팔을 내밀고 있을때.. 속도가 빠르면 팔에 압력이 많이 걸리지요... 다른경우.. 신체검사 할때 가끔 폐활량 빨때같은거 물고 "후우~~" 불면 통에 있는 탁구공 같은게 위로 올라가는 것 측정하는것 처럼 항공기 앞에 달려 있는 꼭 거시기 같이 생긴놈으로 항공기 전면에 걸리는 압력으로 항공기 속도를 측정하게 됩니다.
(항법장비 DME나 GPS 속도에 관련해서 이번에 말고 다음에 기회 되면 설명을 드리지요)
 
즉 항공기가 속도가 빨라지면.. 그 측정센서 (pitot tube)라고 하는놈에 압력이 증가해서 계기판 속도계도 따라 증가하고 반대의 경우에는 속도계가 반대로 움직이지요..
 
이 속도를 기본적으로 IAS(indicated air speed/지시속도)라고 해서.. 조종사들이 항공기 조종시에 참조하는 속도 입니다. 그런데 그 센서가 바람과 정면으로 (즉 평행하게) 되어 있어야 정확한데.. 장착되는 위치가 완전 정면도 아니고.. 특히 상승하강시에는 비행기 자세가 위로나 아래라 숙여지니 거기서 오차가 생기죠.. 그 오차를 보정한게 CAS (calibrated air speed/수정속도)... 그리고 CAS에서 비행기가 고속으로 갈수록 그 센서 입구에 공기층이 압축되며 오류가 발생합니다.. 그걸 수정한 속도가 EAS (Equivalent Air speed/대등 속도) 라구 하구요.. 이게 끝이 아닙니다. 거기서 하나 더 가는게 TAS(True air speed/진대기 속도) 라고.. 대기가 항상 일정한게 아니라 고도가 올라가면 밀도가 떨어지고 온도도 떨어지고 해서 그 오차를 수정한게 바로 그 속도 입니다... 여기서 마지막이 GS(ground speed/대지속도)로 바람을 고려해서 실제 항공기가 이동하는 속도 이지요...
 
유후...
속도의 종류가 무자게 많습니다...
하지만 실제로 운영시 사용되는 속도는 IAS/TAS/GS를 위주로 항공기를 운영하게 됩니다. 
 
IAS는 항공기 역학상 중요한 속도입니다. 즉 항공기 운용하는데.. 각종 제한 속도는 IAS를 기준으로 하게 되고.. 그 이유는 IAS속도 그 자체가 속도계 뿐만 아니라 내 항공기 전반에 받는 풍압(대기의 압력)을 대변해 주는 속도라고 생각하시면 되고.. 즉 양력을 발생시키기 위한 항공기의 날개위의 공기의 속도는 IAS와 동일 하다고 보면 됩니다. 
 
그럼 이제 이륙속도에 대해서 알아 볼까요?
항공기 이륙속도에는 많은 변수가 있습니다.. 일단 항공기 무게, 고양력 장치 사용 및 이륙시 여압장치 가동유무.. 활주로 길이/경사도/노면상태(마른상태인지.. 비가 오면 얼마나 오고 노면에 얼마나 있는지 눈도 마찬가지구요).. 온도/기압/풍향/풍량.. 거기에 이륙항로의 장애물 등등 여러가지 변수가 많이 있습니다... 보통 비행기 타기전에 조종실 창문앞에 큼지막한 책자가 놓여져 있는거 보신경우가 있을신지 모르겠으나.. 바로 그게 그걸 계산하는 책자 입니다... 뭐 복잡하진 않구요.. 해당공항 활주로별로 계산이 되어 있어서 엑셀서식에서 찾듯이.. 내 항공기 중량.. 지금 기압..등등을 표에 따라 찾아 가서 속도를 구하게 됩니다.
그렇게 해서 이륙에 필요한 엔진 추력(이륙시 무조건 최고 출력이 아니라 계산된 적당한 출력값으로 엔진을 작동 시킵니다).. 결심속도(V1), 부양속도(Vr), 최소 안전이륙속도(V2)을 비행 컴퓨터에 입력을 하고 운항시 사용을 하게 되지요.
 
결심속도는 말 그래도 이륙이나 이륙포기냐를 결정하는 최후의 결심을 할수 있는 속도 입니다. 이 속도까지는 이륙을 중단하였을때.. 활주로 잔여거리 내에서 항공기를 안전하게 정지 시킬수 있는 속도구요.. 이속도를 지나서 이륙을 단념할 시에는 활주로내에서 정지할수 없을수도 있습니다(정지할수 있기도 한데.. balanced v1 계념은 실제 운항하시는 분들도 어려워하는 개념이니 그냥 없을수도 있다고 알고 계시면 되고.. 규정으로도 이 속도 이후로는 무조건 GOGO) 뭐 그 속도가 넘어서 활주로에 정지 못하는 위험하지 않냐고 하시는데.. 그게 아니라 이 속도를 정상적으로 지났을때는 그 순간 엔진하나가 꺼져도 잔여활주로를 사용해서 부양속도(Vr)까지 증속해서 항공기 부양시켜서 활주로 끝부분에서는 최소 안전 이륙속도(V2)로 35ft 이상으로 통과할수 있는 속도입니다. 아 복잡하죠..
즉 V1전에 일터지면.. 멈추면 안전.. 넘어서 일터지면 일단 이륙해서 다시 착륙하는게 안전합니다. 
 
V1, Vr, V2는 항공기마다 많이 다르고 또 같은 항공기라도 위에서 말씀 드린 변수가 너마 많아 꼭 찝어 얼마라고 말씀드릴수는 없으나 제가 타는 에어버스 330항공기의 경우에는...
최저 v1이... 보통 122노트(225km/h)정도고 보통은 150노트(278km/h)정도
Vr이... 거기에 1-5노트 더하고
V2가 Vr에 약 5노트..
그리고 엔진들이 다 정상적으로 작동하면.. V2에 마진을 10노트 정도 둬서 이륙직후 항공기 랜딩기어가 접히기 시작하는 시접에서는 약 170노트 (315km/h)로 상승을 하게 됩니다...
 
그리고 몇분뒤 고양력 장치를 다시 날개 밑으로 접어 넣고 (Clean Configuration)이라고 합니다. 10000피트(3000미터금방)까지는 대부분의 나라에서 250노트(465km)를 제한속도로 해두고 있어 그 속도로 상승하고 10000피트 통과 이후 부터는 기수를 다시 낮추어서 비행컴퓨터가 계산한 최적의 상승속도로 보통 310나트(575km/h) 정도로 상승을 하게 됩니다. 
 
지금까지 말씀드린 속도는 위에서 말씀드린 지시속도 기준입니다.
그런데 고도가 상승하고 속도가 증속될수록 위에서 말씀드린 속도계의 오차가 점점 늘어나게 됩니다. 물론 항공기 역학상 항공기는 그 지시속도 만큼의 물리적인 운동성능을 가지지만.. 실제 항공기가 이동하는 속도(지상에서 봤을때기 기준으로)는 속도계의 속도와 항공기의 속도는 점점 오차를 가지게 됩니다.
중간에 있는 자잘한 속도 다 빼고 표준대기(지구대기의 평균적인 값)에서 항공기가 1000ft 상승하면 지시속도 대비 진대기 속도가 약  2% 정도 상승하게 됩니다. 즉 내 항공기가 현제 30000피트에서 300노트(555km/h)로 가고 있다고 한다면(지시속다가 300) 1000피트에 2%.. 30000에 약 60%.. 300노트보다 60% 빠른 실제 이동 속도는 480노트(890km/h)로 이동하고 있는거고 40000피트에서 같은 속도라고 하면 80%해서.. 540노트 (즉 1000km/h)로 이동하게 되는것이지요..
 
거기에 이제 상층풍에 영향을 고려한게 대지 속도이고.. 이게.. 여러분 좌석에 airshow에 나오는 속도 입니다. 
상층풍의 제트기류의 바람 속도는 어마어마 하구요.. 심지어 겨울에는 200노트(370km/h)까지도 불어댑니다. 즉 비행기가 상층풍 뒷바람을 얻어타고 가면.. 꼭 무빙워크 올라탄것 처럼 내 진대기 속도가 540노트면 거기에 200노트 더해서.. 740노트 약 1370km/h라는 어마어마한 속도가 나올수가 있는것이지요..
 
물론 그렇게 속도를 내지는 못합니다.
일단 예를 들어 330항공기의 운영최고속도는 330노트나 마하 0.86 중에 작은값이구요...
기본적으로 민항기는 마하 0.9 미만으로 운영을 하게 되구요.. 고고도로 올라가면 올라갈수록 진대기 속도가 늘어나니 이론적으로는 같은 지시속도를 유지하면.. 점점 빨라지겠지만.. 고고도로 올라가면.. 온도가 내려가서 음속이 내려가게 됩니다... 온도가 영도일때 음속이 약 1190km/h인데.. 온도가 1도 떨어질때마다. 2.196km/h만큼 내려갑니다. 항공기가 운항하는 고도의 온도가 영하 50도라고 하면 약 1080km/h로 떨어지구요.. 거기서 보통 민항기 운항하는 속도 마하 0.82 정도 하면 약 진대기 속도 880km/h로 비행한다고 생각하시면 됩니다. 거기서 뒷바람 불면 빨리가고 맞바람 불면 늘려지는거지요..
 
그럼 결론적으로
국내선 속도가 느린 이유는.. 같은 지시속도라도.. 운항고도가 낮고.. 상층풍의 영향을 많이 받지 않고(고도도 낮고... 주로 남북 항로라서.. 편서풍인 상층풍은 옆바람일 뿐이지요)해서 속도가 낮아보이는거고.. 그래서 주로 airshow에서도 700km/h 에서 800km/h 사이로 나타나구요..
 
국제선은... 상층풍.. 장풍과 같은 상층풍 200노트짜리 넘는거 타고 날라가면.. 제 개인적인 경험으로 대지속도 거의 1200가까이.. 음속으로 날라간적도... 그리고 반대의 경우.. 700킬로미터도 안나오며 질질 끌고 가는 경우도 있었지요.. 물론.. 가능하면.. 비행계획 단계에서는 맞바람 상층풍은 피해서 계획하나.. 겨울철.. 미주에서 들어와서 일본상공 통과할때즈음에는 맞바람 도망갈때가 없지요..
 
그니깐...
700도 맞고.. 1200도 맞습니다...
 
 
그럼 왜.. 마하넘어서 안댕기느냐.. 콩코드는.. 그 수십년전에 잘만 다녔는데..
돈이지요... 돈...
마하가 넘어가면.. 저항이 장난이 아닙니다..
그 저항을 이겨가며.. 그 속도를 낼려면.. 엔진에다 연료를 들어 부어야지요...
그래서 초음속 여객기가 다시 개발안되고 있는거구요.. 기술이 없어서가 아니라...
아무리 연진효율이 좋아지고.. 날개및 동체구조를 좋게 설계해도.. 속도가 마하를 넘어가면 유체역학적 저항이 커서.. 경제적인 운항을 하기에는.. 민간항공사들 입맛에 맞추기 힘들듯 합니다.
 
 
 
사이드로 고도계 이야기를 잠깐 하고 마무리 하려 합니다.
보통 GPS장비로 보면.. airshow에 나온 내가타고 있는 항공기 고도랑.. 내가 가지고 있는 GPS 장비랑 고도 오차가 많이 나는 경우가 많습니다... 특히 고고도로 올라오면.. 많아지지요... 그럼.. 내가 가지고 있는 GPS장비가 오차가 많나 라고 의심하시는 경우가 있는데.. 사실은 그 반대 입니다...
물론.. 개인용도 GPS로 측정하는 고도는 오차가 많을수 밖에 없습니다.. 거기에 창문쪽이라고 해봤자.. 내 GPS가 받는 신호가 많이 한정되기도 하구요...
하지만.. 실제 항공기의 해면으로 부터의 실제 고도는 air show 에 나온것보다.. 본인 GPS가 더 정확할때가 더 많을겁니다.
그 이유는.. 항공기 운항에 사용되는 고도계는.. 기본적으로 기압계 입니다. 즉 기압이 1013hp이면.. 항공기 고도계는 0ft를 지시하지요.  그런데.. 과연 얼마나 우리가 일상생활에서 표준기압인 날이 얼마나 되겠습니까.. 그리고 항공기가 운항하는 그 넓은 지역과.. 고도가 표준기압이 아닌경우가 10000%는 더 많지요..
그래서 항공기가 저 고도일때는.. 현재기압치를 그 기압계에 넣어 주어서.. 그 오차를 줄이지요.. 예를 들어 현재 기압이 1000hp이라면.. 고도계에 1000hp이라고 입력해서.. 공항고도를 실제로 맞추어 주는것이지요.. 이렇게 고도계릘 기준기압을 저고도에서 계속 수정을 해줍니다.. 그렇게 해야 항공기의 실제 해면으로 부터의 고도를 알수 있고.. 장애물이나 산악지형을 안전하게 피해 다닐수 있지요.. 그런데.. 그 저고도를 지나 고고도로 같을 경우에는 지상장애물은 더이상 비행에 장애가 되지 않죠.. 그리고 그 넓은 지역을 비행하며.. 매번 그 지역 기압을 수정할수도 없고.. 마주오는 항공기가 다른 기압보정값을 고도계에 넣어버리면.. 계기상으로는 서로 1000피트 차이나나.. 실제로 다른 기압값으로.. 항공기가 위험하게 아래위로 근접하게 날라갈수도 있구요.. 이래서 나라마다 다르긴 하지만.. 한국일본 14000피트.. 미국 18000피트.. 일부 유럽이나 러시아 서부등.. 산악없는 지역은 심지어 3000피트 이상의 고도에는 고도계를 표준기압인 1013hp으로 변경해서 다닙니다.. 즉.. 장애물이나 산악의 위험이 없으면.. 그냥 너도나도 표준기압 세팅해서.. 해면으로 실제적인 고도가 오차가 있을지 모르지만.. 그 지역에서 운항하는 모든 항공기는 고도계에 같은 기압값이 들어 가 있으니.. 서로 교차해서 비행할때.. 서로 정확히 아래위 간격을 유지 할수 있는것이지요.. 
 
그래서.. 항공기에 장착된 GPS고도는 50000피트가 넘어가는데.. 고도계에 장착된 고도는 40000피트 내외(주로.. 적도로 가까워 질수록 대기권이 두꺼워 져서 그렇구요.. 극지방은 그 반대 입니다)..
 
 
PS... 
내일 밤샘 비행 가야해서..
일부로 늦잠 잘려고.. 졸린눈을 비비며.. 비몽사몽 버티고 두서없이.. 주절 거렸습니다..
말씀드렸다시피.. 700도 맞고 1200도 맞으니.. 친구랑 싸우지 마시구요..
GPS로거 같은 경우.. GPS야.. active한 통신 장비가 아닌 passive한 통신장비라서.. 비행기에서 사용하셔도 전혀 지장 없으나.. 이착륙시에는.. 괜히.. 눈치+승무원 언니야.. 맴매가 들어갈수 있으니 조심하시구요..
얼마남지 않은 휴가 잘들 다녀오시기 바랍니다.
PS2.. 그리고 능력자님들.. 제 빤딱이좀 바꿔 주세요... 이 이름이 들어간 빤딱이를... 어찌해야 좋을까요.. 가끔.. 능력기부하시는분들 글 항상 늦게 봐서..ㅜㅜ 이름만이라도 좀 빼주세요.. 사람들이 구글링해여..