V1 speed

• 항공 분야는 초보자에 속하므로, 레퍼런스를 참조하여 정리했지만 틀린 내용이 있을 수 있습니다.

 

V-speed

항공기는 이륙, 순항 및 착륙 과정에 있어서 속력이 중요하다. 이 비행 과정 전반에 걸쳐 중요하게 그리고 유용하게 사용하는 몇 가지 속력 요소들을 포괄하여 V-speed라 칭한다. 그 중 대표적으로 이륙 속도인 V1, 기수를 들어올리는 전환 속도인 Vr, 착륙 참조 속도인 Vref가 있다.

http://www.airbooks.dk/ewExternalFiles/basic-performance.pdf

V1 speed

그 중 V1 speed는 이륙 결심 속도라고 칭한다. 이 속도를 넘어서면 반드시 이륙(take-off)를 수행해야 하며, 그렇지 않으면 활주로 이탈 (runway overrun, runway excursion)사고가 발생하게 된다. 따라서 V1 speed 이후의 이륙 중단은 최대한 보류해야 한다. 만약 엔진에 이상이 발생하는 경우, 무조건 이륙을 시도한 뒤 재착륙을 결정해야 한다. 

 

How to calculate V1 speed?

• V1 speed는 항공기 오버런을 막기 위해서 매우 중요하고 반드시 계산되어야 하는 값이다. 
• 그러나 문득 떠오르는 질문이 있다. 어떻게 계산하지? 
• 최소한 항공기의 위치로부터 남은 활주로의 거리, 엔진으로 인한 가속력이 고려되어야 한다. 이 외에도 무게, 바람 등의 다양한 요소들도 많은 영향을 줄텐데

 

V1 speed affecting factors

실제로 V1을 계산하는데 다양한 요인들이 영향을 준다. 해당 사이트를 참고하여 정리하였다. 

 

먼저, V1 조건은 다음과 같다.

• V1은 이륙 중단을 결정해도 항공기를 안전하게 멈출 수 있는 속도여야 한다. (지상 상태)
• 단, 엔진 고장 상황에서 항공기가 이륙하여도 활주로 끝단에서 35피트 고도를 도달할 수 있는 속도 이상이어야 한다. (공중 상태)

즉, 지상에서의 상황과 공중에서의 상황을 모두 고려해야 한다.

 

영향 요소는 다음과 같다.

• V1은 VMCG (V minimum control speed on the ground) 이상이어야 한다. VMCG는 지상에서 엔진 고장이 발생해도 조종할 수 있는 최소의 속도이다. 이는 지상에서 엔진 고장상태에서도 이륙을 할 수 있음을 의미한다.
• 항공기 무게: V1 계산에 있어서 가장 근본적인 요소이다. 무거운 항공기일수록 당연하게도 더 긴 활주로를 필요로 할 것이다. 활주로 길이가 정해져 있는 상황에서 무게가 무거운 항공기일수록 V1은 낮을 것이다. (무거운 만큼 더 긴 제동거리를 필요)
• 활주로 길이: V1에 직접적인 영향을 주는 요소이다. 활주로가 길수록 활주로를 이륙시키기 위한 속도인 Vr에 도달하기위해 필요한 거리가 짧아진다. 활주로가 매우 길다면 V1 = Vr이라고 볼 수 있다. 
  
  • V1 ≤ Vr이다. 활주로가 길어서 여유가 있을수록 V1이 높아질 것이고, 결국 V1 - Vr 값이 작아지게 된다는 의미.
  • 활주로가 매우 매우 길다면 overrun 걱정이 없을 것이다. 이 경우 V1 걱정 없이 Vr에 도달할 수 있을 것이고, V1 = Vr이 된다.
• 고도와 온도, 활주로 상태: 고도가 높고 온도가 높을수록 공기 밀도가 낮아지고 이륙을 어렵게 만든다. 활주로가 강수 혹은 얼어있거나 경사진 경우 제동거리가 그만큼 길어지므로 V1이 낮아진다. 조종사는 정확한 계산을 위해 METAR나 ATIS와 같은 기상 보고서의 고도/온도 정보를 활용한다.
• 엔진 추진, 저항, 양력: 이륙을 위한 속력을 결정하는데 엔진의 힘과 항공기가 받는 마찰 및 공기 저항, 그리고 날개가 받는 양력이 고려되어야 한다. 이는 항공기마다 지정되어 있는 값이다.
• 항공기 상태: 날개의 플랩 상태 등에 따라 항공기가 받는 양력, 저항이 달라지므로 V1 속도에 영향을 준다.
• 바람: 방향과 정도에 따라 V1 속도에 영향을 준다. 역풍은 양력을 제공하여 이륙에 필요한 속도를 낮추고, 반대로 순풍은 양력을 낮추어 이륙을 어렵게 한다.

그 외에도 부수적으로 다음과 같은 요소들이 간접적으로 영향을 준다.

• 무게 중심, 규제 가이드라인, 조종사 숙련도, 항공기 계측 시스템

 

V1 calculation methodology

• Take-off 성능 차트
• 제조사 메뉴얼
• 소프트웨어
• 비행 시뮬레이터

 

V1 performance chart

Take-off 성능 차트이다.

Boeing 737 Performance Chart

 

• 위와 같이 만약에 기온이 40도, 고도가 3000 feet인 경우 B의 상황에 해당한다.
• 플랩이 5단계이고 55톤의 경우 B에서 해당 열을 찾아 V1이 141노트임을 확인하게 된다.
• 활주로 상황을 보정한다. 활주로가 건조하고 바람이 역풍 20노트이며 활주로 경사가 아래로 -1인 경우, -2를 141에 더한다. 이와 같이 주변 환경들에 대한 정보를 갖고 있고 차트에 기재되어 있다면 보정한다.

이러한 방식으로 performance chart를 활용해 v1 (뿐만 아니라 vr, v2)를 계산한다. [3]

* Boeing 737기종의 performance chart를 구글에서 검색하여 가져온 것이다. 현재는 아마 소프트웨어로 real-time에 계산하리라 추측하지만 실제는 다를 수 있다.

 

Aviation 

• 개인적으로 항공기 운항 및 역학은 관심이 참 많이가는 분야이다. 궁금증과 호기심도 참 많이 생기는데, 그럴때마다 정리해나가야 겠다.

 

 

 

 

Reference

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/V_speeds

[2] http://www.airbooks.dk/ewExternalFiles/basic-performance.pdf

[3] https://freepilot.kr/16#google_vignette

[4] https://www.youtube.com/watch?v=hfEz3NXvFnw&t=97s