계기비행
Instrument Flight Rules (IFR)
1. 개요
항공기를 조종하는 방법 중 하나. 시계비행(VFR : Visual Flight Rules)과 계기 비행 (IFR : Instrument Flight Rules) 으로 항공기를 조종한다. 시계비행은 조종사의 눈으로 스스로 지형과 지물, 주변 항공기들을 파악하여 이를 계산하고 회피하는 것이고 계기 비행은 관제사의 지시에 따라 고도,속도, 비행방향등의 결정을 허가받아 오로지 조종석의 계기판에 의존하여 비행한다.
흔히 계기비행은 악천후나 야간 비행과 같은 가시거리가 확보되지 않을 때와 주변에 인식 가능한 고정된 지형지물이 없는 장거리 고공 순항시에 주로 사용한다.
오토파일럿과는 좀 다른 개념이다. IFR을 못 하는 항공기에서 오토파일럿은 불가능하나 IFR이 가능한 항공기라고 해서 항상 오토파일럿이 가능한 것은 아니다. 즉 오토파일럿은 IFR의 상위호환 개념이다.
2. 자세 관련 계기
초경량 항공기 등 계기판 놓을 자리도 없는 항공기나 무인기를 제외하고 모든 항공기에는 아래 여섯 개의 기본적인 계기가 장착돼 있다.
왼쪽 위의 계기부터 순서대로 속도계(Airspeed), 자세 지시계(Attitude indicator), 고도계(Altimeter), 턴 코디네이터(Turn coordinator), 헤딩 인디케이터(Heading Indicator), 수직 속도계(Vertical speed indicator, VSI)이다.
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보잉 737의 PFD. Airspeed, Attitude, Heading, Altimeter, VSI가 통합돼있다.
- Airspeed meter: 단위는 노트. 현재 항공기의 에어 스피드를 표시한다. 지상에서의 상대 속도를 나타내는 그라운드 스피드(Ground speed)와는 달리 이 에어스피드 메터는 바람에 대한 상대 속도를 표시한다. 항공기의 속도 표시 참고.[1] 속도계에 마치 자동차의 타코메터처럼 색이 칠해져 있는데 해당 항공기의 실속속도, 순항속도, 최대속도를 나타낸다. 급강하 등으로 항공기의 설계 최대 속도를 초과해서 날면 항공기가 공중분해될 수도 있고 실속속도 아래로 몰면 항공기가 추락할 수 있다. 디지털 계기에서는 막대자 형태로 표시하거나 그냥 숫자로 표시하기도 한다.
- Attitude meter: 항공기의 Roll, Pitch, Yaw라는 3개의 자세 중 Roll, Pitch를 알려준다. 갈색이 땅이고 파란색이 하늘을 나타내며 가운데의 점이 현재 파일럿이 바라보는 정면을 나타낸다. 즉 가운데 점이 갈색 영역에 가 있다면 항공기는 기수를 아래로 숙이고 있다는 뜻이다. 항공기의 자세를 나타내는 계기일 뿐으로 항공기가 기수를 든 채로 하강하는 경우(착륙 등)도 얼마든지 있을 수 있으므로 옆의 고도계와 함께 봐야 현재 항공기의 상태를 정확히 알 수 있다. 계기비행에서 가장 중요한 계기로 가장 자주 보는 계기이기도 해서 HUD 디스플레이에서는 중앙에 가장 커다랗게 표시하는 정보이기도 하다. HUD의 경우 색으로 표시하지 않고 실선과 점선으로 표시한다. Roll의 경우 일반적으로 땅과 하늘 그림이 좌우로 돌아가지만 러시아식의 경우 땅과 하늘은 고정이고 항공기 그림이 돌아간다.
- Altimeter: 고도계, feet단위. 순항 중에는 해발 고도를 기준으로 한다. 착륙시 고도계가 0을 가리키는 경우는 실제 공항의 표고가 0ft이거나 QFE [2]를 설정할때만 그렇다. QFE는 러시아에서만 사용하고 나머지 국가들은 착륙시 QNH[3]를 사용하기 때문에 착륙을 하게되면 고도계에 공항의 표고가 나타나게 된다. 특이하게 바늘이 두 개 있는데 짧은 바늘은 1000단위를 표시하며 마치 시계의 시침과 분침처럼 동작한다.디지털 계기에서는 위의 에어스피드 메터와 마찬가지로 막대자 형태나 단순 숫자로 표시한다.
- Turn coordinator: 에일러론과 러더의 상태를 알려주는 계기. 승강타의 정보는 표시되지 않는다고 계기판에 적혀 있다. 승강타 정보를 표시할 수 있는 계기는 저 비행기 그림이 위 아래로도 움직일 수 있다. 턴 코디네이터는 항공기가 비정상적인 턴을 하는 상태인 스키드(Skid; 에일러론에 비해 러더의 사용이 적어 코디네이티드 턴보다 밀려나가는 형태)와 슬립(Slip;에일러론에 비해 러더의 사용이 과해 코디네이티드 턴보다 말려 들어가는 형태)을 표시하는 유일한 계기이자 계기비행의 기본인 Standard rate turn을 보조하는 역할도 한다. 또한, 엔진고장 등으로 계기를 작동시키는 진공이 빠졌을 경우에도 전기로 작동되는 턴 코디네이터는 사용이 가능한데, 이는 항공기의 자세를 대략적으로 알게 해주는 정보를 제공한다.[4]
- Heading indicator: 현재 항공기가 향하고 있는 방향(Heading)을 나타낸다. 360도 방위를 사용하며, 자석(콤파스)를 사용하는 계기이므로 지역에 따라 보정이 필요할 수 있다. 디지털 계기에서는 Attitude meter 위쪽에 막대 형식이나 Arc형식으로 표시한다.
- Vertical Speed Indicator): 수직 속도계. 순항 중에는 항공기의 자세(Attitude)의 Pitch 메터와 VSI가 얼추 일치하지만 플랩을 전개했거나 실속 상태일 경우에는 불일치하게 된다. 바늘이 위쪽으로 움직이면 상승 중, 아래쪽으로 움직이면 하강 중을 나타낸다. 디지털 계기는 Altitude meter에 통합돼있는 경우가 많다.
3. 위치 관련 계기
위에 있는 여섯 개의 계기는 모두 항공기의 현재 자세와 이동 속도(벡터량)을 알아내는 데 쓰인다. 그러나 항공기의 현재 '''위치'''를 알려주지는 않는다. 위치를 알려주는 계기는 VOR이라는 아래의 계기를 사용한다.
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출처:위키미디어 공용
그런데 이 계기는 비콘 신호를 기준으로 삼각측량으로 위치를 잡는 계기라서 요즘에는 더 편리한 GPS를 사용하기도 한다. 또한 군용기 등에는 INS라는 관성항법장치가 달려있기도 하다. 항공기용 계기는 자동차용 GPS내비게이션처럼 지도를 표시하지는 않는다. 어차피 하늘을 날기 때문에 지형이 별 의미가 없기 때문이다. 물론 아이패드를 거치대에 얹어놓고 GPS 내비게이션 앱을 띄워놓고 보조 항법장비로 사용하는 파일럿도 있다.
4. 기타 계기
연료 게이지, 무게 게이지, 유압 게이지, 엔진 회전수 메터(RPM), 플랩 전개각 표시기(Flap Indicator), 라디오 관련 계기, 등화 관련 계기 등이 있다. 항공기가 커질수록 이러한 계기의 종류가 많아진다. 특히 여객기같은 경우에는 객실의 온도, 습도, 기압 게이지가 더 있고 도어 인디케이터가 추가로 있다. 거의 모든 항공기는 연료탱크가 날개 안에 있기 때문에 연료 게이지가 두 개에 밸런스 게이지 등이 더 붙어 있기도 하다. 워낙 계기들이 많아지다보니 요즘 항공기는 디지털 계기로 다 바꿔나가는 추세.
[1] 맞바람이 100노트로 불고 있는 상황에서 항공기의 에어스피드 메터가 100노트를 가리키고 있다면 그라운드 스피드는 0이다.[2] 기압고도계를 지면에서 고도가 0을 지시하도록 설정하는 것[3] 기압고도계를 해수면으로부터 공항까지의 고도로 설정하는것[4] Attitude Indicator와 Heading Indicator는 계기 안에 들어있는 자이로를 진공을 통한 공기압을 이용하여 돌린다. 그러나 Turn Coordinator는 자이로를 전기 모터를 이용하여 돌린다