항공기는 어떻게 착륙을 하는 걸까?

비행기는 어떻게 착륙하는 걸까요? 일반적인 비행기 착륙 과정을 간단하게 알아보겠습니다.

1. 접근 단계

Approch

비행기가 착륙을 위해 활주로에 접근하는 것을 말 그대로 영어로는 접근이라는 뜻의 approach라 합니다. 접근은 엄밀히 말하면 착륙은 아니지만 착륙 직전의 단계로 착륙과 밀접한 관계가 있습니다. 조종사는 눈으로 활주로 모양을 보면서 비행기를 조작합니다. 비행기는 3차원 운동하기에 크게 두 가지 조절을 해야 합니다. 활주로 중심선에 비행기 기수를 맞추는 수평적인 조작과 일정한 간격을 유지하여 비행기를 하강하는 수직적인 조작 있습니다. 조종사는 이 두 가지 조작을 동시에 수행하면서 천천히 활주로로 접근합니다.

2. 착륙 보조장치

수평 수직 선

하지만 기상이 좋지 않을 때도 있습니다. 구름이라도 잔뜩 끼어 있다면 조종사는 활주를 볼 수 없으니 올바로 접근할 수 없게 됩니다. 기상에 상관없이 일괄적이고 안전한 접근을 유도하기 위해 전자기기에서 보내는 전파를 이용합니다. 조종사는 수평과 수직 조작이 필요하기 때문에 전파를 쓰는 장비도 두 가지가 필요합니다. 하나는 로컬라이저(localizer)라고 하며 비행기가 활주로 중앙을 유지할 수 있도록 활주로 끝에 설치됩니다. 그리고 다른 하나는 글라이드 슬롭(Glide Slop)이라고 하며 일반적으로 3도 하강으로 비행기를 유도하고 설치 위치는 활주로에 끝에서 약 2000피트 떨어진 곳에 있습니다. 만약 비행기가 계속해서 접근하여 2000피트 지점에 닿는다고 생각하면 됩니다. 로컬라이즈는 수평적인 유도를, 슬롭은 수직적인 유도를 해줍니다. 이 로컬라이저와 글라이드 슬롭을 합하여 인스트루먼트 랜딩 시스템 (Instrument Landing System) 통칭 ILS라 부릅니다.

Instrument Landing System

수평, 수직이 두 가지가 다 맞추면서 접근이기 때문에 매우 정밀하고 안전하게 활주로에 접근할 수 있습니다. 그래서 ILS는 정밀접근이라고도 합니다. 웬만한 공항들은 설치되어 있고 실제로 항공사 조종사가 가장 많이 행하는 접근이기도 합니다.

3. 결정 단계

활주로에서 높이 200피트 정도 활주로 또는 그 주변을 둘러싼 환경이 보여야 합니다. 그리고 그 높이에서 조종사는 착륙을 할지 말지 결심을 해야 하기 때문에 이 고도를 결심 고도라고 합니다. 이 결심 고도에서 육안(Visual Range)으로 활주로가 보인다면 착륙할 수 있고 보이지 않는다면 다시 상승을 해야 합니다.

4. 착륙자세

만약 비교적 활주로가 잘 보인다면 이 결심 고도에서부터는 주로 육안으로 활주로를 보면서 조작합니다. 정상적으로 접근했다면 비행기는 활주로에서 고도 50피트 높이로 통과합니다. 비행기는 앞에서 말했듯이 3도 강하를 유지하면서 일정한 속력으로 내려오는데 이 정도면 초당 약 3.6m의 강하율로 활주로에 접근합니다. 만약 비행기가 이 접근 자세 그대로 착륙하면 기체에 상당한 충격이 가게 됩니다. 그렇기 때문에 강하율을 줄여 줄 필요가 있습니다. 비행기 자세를 3도 접근 자세에서 착륙 자세로 바꿔주는 단계를 플레어(Flare)라고 합니다.

Flare

플레어는 기종에 따라 다르지만 보통 30에서 40 피트 사이에서 행하게 됩니다.

5. 터치다운

플레어를 하면 기수(비행기 머리)가 2~4도 정도 올라가 조종사 시야에 활주로가 안 보일 수 있습니다. 이때 전파 고도계를 통해서 알 수 있습니다. 그리고 비행기가 플레어를 마치게 되면 보통 자세를 유지한 채로 수평비행을 하게 됩니다.

Flare 자세

플레어를 할 때 동시에 엔진도 아이들(Idle)로 만들어주는데 정확한 아이들 돌입 시기는 조종사의 판단에 따라 달라집니다. 5피트 근방에서 착륙자세로 만들고 엔진이 아이들이 되면 비행기는 서서히 감속됩니다. 비행기가 뜨는 힘 양력은 속도의 제곱에 비례하는데 속도가 갑자기 줄어들면 기하급수적으로 양력이 줄어들게 됩니다. 5피트는 상당히 낮은 높이기 하지만 이 상태에서 양력을 잃어 그대로 떨어지면 기체에 피해가 갈 수 있습니다. 조종사는 비행기가 내려가는 것을 오감으로 감지에서 속도로 잃은 양력으로 보상하기 위해 기수를 들어주는데 즉, 받음각을 증가시켜 기체가 받은 충격을 최대한 낮춥니다. 기수가 조금씩 올라가면 올라갈수록 항공기 뒤쪽 바퀴는 점점 아래로 내려가게 됩니다. 그리고 마침내 바퀴가 자연스럽게 활주로의 닿게 되면서 비행기가 사뿐히 착륙할 수 있는 것입니다.

착륙과정

비행기가 땅에 닿는 것을 터치다운(Touchdown)이라고 합니다. 활주로를 보면 활주로 끝에서 500피트 간격마다 터치 다운 표시가 있습니다. 그래서 정상적인 착륙은 활주로 끝에서 3,000 피트 이내에 착륙하는 것을 말하고 터치다운도 3000피트까지 있습니다.

6. 감속! 에어브레이크

바퀴가 활주로에 닿게 되면 조종사는 엔진을 통해 역 추진을 전개하고 동시에 날개에 부착된 스포일러(Spoiler)라는 공기역학적인 브레이크를 작동합니다.

Air Brake

이때에도 비행기가 활주로 중심선에서 벗어나지 않도록 조종을 합니다. 이 상태에서 비행기 앞바퀴는 아직 들려 있는 상태입니다. 조종사는 이 앞바퀴가 활줄을 사뿐히 나올 수 있도록 기수를 천천히 내려놓습니다. 이러한 조작을 디로테이션(Derotation)이라고 합니다. 역추진과 스포일러는 고속에서 효과적이기 때문에 터치다운 직후 적극 사용하고 저속에서는 바퀴에 있는 휠 브레이크를 사용하는 것이 일반적입니다.

7. 조종사의 착륙 실력?!

활주로가 짧거나 비나 눈으로 인해 활주로가 미끄럽다고 판단되는 경우 혹은 플레어 단계가 길어져 너무 늦게 터치 다운하면 남은 활주로가 짧을 수도 있을 것입니다. 이때 조종사는 필요시 터치다운을 일찍 할 수 있도록 5피트에서 강하율을 줄이기보다는 그대로 착륙하는 경우가 종종 있습니다. 이러한 랜딩은 부드럽지 못하기 때문에 펌랜딩(Firm Landing)이라고도 합니다.

물론 펌 랜딩은 조종사가 일부러 할 수도 있고 의도치 않게 발생할 수도 있습니다. 하지만 터치다운 시 가속도를 측정하여 G가 규정치보다 초과하게 되면 기체에 손상을 주게 되는 경우가 있습니다. 이러한 착륙을 하드랜딩(Hard Landing)이라고 합니다. 결론적으로 다소 터프하지만 펌 랜딩은 정상적인 착륙에 속하지만 하드랜딩을 하게 되면 비행기를 검사하여 이상이 없는지 검사를 해야 합니다. 이는 비정상 착륙에 속합니다. 반대로 부드럽게 착륙을 하는 것을 소프트 랜딩(Soft Landing)이라고 합니다.