항공 기상관련 자료

기상학과 관련하여 몇가지 퍼와서 올립니다. ============ :+: 차례 :+: ============ 1. 바람과 지형(wind and Geography) 2. 바람과 선회(wind and Turning) 3. 뒷바람과 맞바람(tailwind & headwind) 4. 가스트(Gust) 5. 봄철 비행의 복병 난기류(turblence) 6. 역전층 7. 지면효과(Ground effect) ====================================== :+: 1. 바람과 지형(wind and Geography) ====================================== 바람의 흐름과 장애물은 아무리 적은 것이라도, 예를들어 나무나 건물같은 것이라도 그 높이의 두배 내지 세배 높이의 공기 흐름이 흐트러지게 되며 바람 아래쪽에 여러 크기의 난류(주류와 다른 흐름, 소용돌이)가 발생합니다. 그 난류는 여파를 갖고있어서 장애물에서 상당히 떨어진 바람 아래쪽까지 미치게 됩니다. 평평한 개울바닥에 돌을 놓고 개울아래쪽에 생기는 여울이나 소용돌이를 관찰할 수 있는 것처럼 이와같은 현상을 공기중에서도 관측이 되며, 이 난류의 방 향이나 세기에 따라 바람의 경사가 증가하거나 약화됩니다. 그리고 이 난류는 파라글라이더의 대기속도가 작을 때는 위험합니다. 언덕위를 넘어서 부는 바람은 언덕의 바람을 받는 쪽이나 정상에는 상승풍(능선 상승풍)을 발생 시킵니다. 정상이 평탄한 언덕은 바람 아래쪽의 상공에 로오타를 발생시킵니다. 그리고 언덕의 바람아래쪽 사면 상공에는 바람의 주류에서 완전히 분리된 극단의 난류가 있습니다. 어느정도 이상의 강풍이 언덕이나 산을 넘을때 파도형의 난류를 발생시키고 그것은 상당히 높은 고도까지 상승하여 파도형의 난류가 발생한 원인이 된 언덕이나 산의 바람 아래쪽에 상당히 먼 거리에 걸 쳐서 난류를 전달하게 됩니다. 이것을 리.웨이브(산악파)라고 합니다. 그리고, 언덕을 넘은 기류의 파동운동이 윗쪽공기층을 밀어서 그 언덕높이의 약 20배 높이 고도 로까지 미치는 상승풍을 스탠딩 웨이브라고 하는데, 언덕의 바람아래쪽 기류도 영향을 받아서 상당히 먼거리까지 리.웨이브가 계속됩니다. 최초의 공기파동(원인이 된 언덕이나 산)에서의 상승풍/상승율이 크면 클수록 파도의 후반의 하강율도 커지고 바람아래쪽에 갈수록 작아집니다. 이 리.웨이브는 불안정한 대기의 경우에는 일어나지는 않지만, 다만 주의해야 할 것은 처음 파도밑의 공기가 로오타가 되어서 파괴적인 세기의 난류로 발달한다는 것입니다. 이것은 소형 비행기까지도 공중분해 시킬정도로 격심한 난류가 되는수가 있습니다. 대기가 충분한 습기를 포함하고 있으면 파도정상에 렌즈형의 구름 을 형성하고 그것이 평행으로 연속되는 수가 있습니다. 바람이 강한데도 불구하고 구름은 정 지하고 있는 것이 특징입니다. 태양이 지표의 공기를 데울때 경지나 모래밭.황무지 등이 대량의 열을 방출하고 수면이나 초원, 숲(식물)은 열을 흡수하며 보존함으로 지표의 가열이 불균질이 되어 대류라고 하는 국지순환이 발생합니다. 즉, 낮에는 열을 방출하는 곳에서는 상승풍(써멀)이 발생하고 열을 흡수하는 곳에서는 하강풍이 생깁니다. (낮에 열을 방출한 곳은 밤에는 냉각되어 반대로 열을 흡수하고, 보존하던 곳에서는 열을 방출하게 되어 낮과는 반대가 됩니다.) 이 대류는 저공을 비행하는 파라글라이더에 상승. 하강의 동요된 비행(Bumpiness)을 일으킵니다. 이것은 하강율에 영향을 줌으로 특히 착륙시에 주의가 필요합니다. 오버랜딩이나 쇼트랜딩의 원인이 될 뿐만 아니라 연못이나 숲에 강하하는 위험성이 있습니다. 특히 하절기 비행시에는 지표의 상황을 잘 관찰해서 대류를 예측하는 것이 필요합니다. ==================================== :+: 2. 바람과 선회(wind and Turning) ==================================== ◈뒷바람에서의 아프로오치 선회 바람에 의해서 파라글라이더의 비행 코스(비행경로)가 바람 하류쪽으로 밀려나는 것을 드리프트 (편류)라고 합니다. 드리프트에 대한 충분한 여유를 갖고 선회를 해야합니다. 바람윗쪽부터 뒷바 람으로 최종선회에 임할때에 선회시기가 조금만 늦어도 파라글라이더 자체의 타성(지금까지 움직 이던 방향으로 진행하려는 힘) 때문에 아무리 급선회를 해도 안전한 착륙지점까지 도달할 수가 없고, 나무위나 밭에 쇼트랜드하는 결과가 됩니다. 바람하류쪽(뒷바람방향)으로의 선회에서는 선회반경이 상당히 적어지지만 반대로 뒷바람비행에서 바람을 가로지르는 선회시의 선회반경은 이 편류와 타성으로 커집니다. ◈바람의 경사(wind gradient) 바람은 지표에 가까워 질수록 공기와 지표의 마찰이 원인이 되어 풍속이 차차 약화되어, 지표 에서는 무풍에 가까워집니다. 특히 상공의 풍속이 강할수록 지표와의 풍속차(바람의 경사)는 커짐으로 지표에 근접함에 따라 날개는 급격히 양력을 잃게되기 쉽습니다. 또한 파라글라이더 는 착륙을 위해 받음각을 크게해서 저속이 되어 있으므로, 이 두가지가 상승작용으로 급격히 고도가 떨어짐으로 목표지점에 가지 못하거나 실속해서 심한 충격을 주는 착지를 하는 수가 있으므로, 조종자는 [바람의 경사]도 충분히 고려해서 착륙에 임해야 합니다. ========================================== :+: 3. 뒷바람과 맞바람(tailwind & headwind) =========================================== 날개의 양력은 날개의 받음각과 대기속도로 결정됩니다. 비행기의 대지속도와는 아무관계가 없습니다. 대기속도(air speed)란 파라글라이더에 대한 상대적인 공기흐름의 속도로서 이것은 무풍시는 조종자가 보는 지면의 흐름속도 즉 대지속도(ground speed)와 같은 속도입니다. 같은 대기속도로 강한 맞바람을 향해서 비행하게 되면 지상에서 본 파라글라이더의 속도(또는 파라글라이더의 조종자가 본 지면의 흐름속도) 즉 대지속도는 상당히 감속됩니다. 그리고 같은 대기속도로 뒷바람을 받고 비행하면 날개에 대한 공기흐름은 같은데, 대지속도는 가속됩니다. 따라서 뒷바람에서는 파라글라이더가 더 멀리까지 날아갑니다. 극단한 예를 들면, 만일 10놋트(5m/s)의 풍속일때 10놋트의 대기속도를 가진 파라글라이더가 맞바람으로 비행한다면 지면에 대해서는 진전이 전혀 없습니다. 만일 이때 날개의 받음각에 여유가 있을경우 받음각을 작게해서 날개의 전진속도를 크게하면 전진은 가능하지만, 고도를 더 많이 잃게 됩니다. 반대로 이 10놋트의 바람을 뒷바람으로해서 같은 대기속도의 파라글라 이더를 타게되면 지면에 대한 속도는 20놋트(10m/s)가 됩니다. ◈ 여기서 주의할 것은 아무리 대지속도(조종자가 보는 지면의 흐름속도)가 가속이 되어도 조종 자는 뒷바람속에서는 함부로 푸레어.코드를 당겨서 감속하려고 해서는 안됩니다. 감속하게 되면 활공에 필요한 날개의 속도(대기속도)가 줄게 되어 실속한 위험에 있기 때문입니다. =================== :+: 4. 가스트(Gust) =================== 평균 풍속으로부터 급격히 풍속이 증가하는 것을 뜻합니다. 즉, 순간적으로 강하게 휘몰아치는 바람을 가스트라고 합니다. 이렇게 풍속이 순간적으로 증가하고 난 직후에는 바로 풍속이 평균 치보다 약해지는 것이 보통입니다. 결국 가스트가 휘몰아친 다음 풍속이 평균치 아하로 뚝 떨어 지므로 풍속의 변화폭은 매우 크게 나타나게 됩니다. 이러한 풍속의 순간적인 변동은 주로 바람이 지면의 기복이나 건물등에 부딪혀 난기류를 형성하 기 때문에 발생하는데, 열기류가 강할때나 고도별 풍속차이인 바람경사가 심할때도 자주 나타납 니다. 그래서 평균풍속보다 순간적으로 더 강하게 부는 순간 최대풍속의 차이를 뜻합니다. 예를들어, 항공기상에서 평균풍속 15노트, 가스트 15노트라고 예보하면 평균풍속이 15노트지만, 순간최대 30노트까지 불수도 있다는 뜻입니다. 반대로 "오늘 가스트는 없겠습니다."라는 예보가 나온다면 그날은 풍속의 변화가 거의 없이 비슷한 바람이 일정하게 분다는 해석이 됩니다. 가스트가 크면 비행체와 바람과의 상관속도인 대기속도(airspeed)가 순간적으로 급격히 증가해 기체에 걸리는 응력이 과도하게 커지게 되므로 심한경우 기체 파손이 일어날 수도 있고, 반대로 가스트가 지나간 직후 순간풍속이 급격히 줄어드면서 대기속도가 갑자기 감소하게 되므로 속도 조작없이도 실속으로 돌입되는 경우도 발생하기 때문에 위험합니다. 이렇게까지 극심한 경우가 아니더라도 흔히 가스트가 있는 날은 비행중 가스트를 만나는 순간 기체 앞전이 들렸다가 바람이 약해지면 반대로 앞전이 급격히 숙여지는 피칭현상이 오게되고, 이 정도가 심하면 실속으로 이어지는 일도 많습니다. 그러므로 가스트가 심한 날은(다른말로 하자면 불규칙한 지표상에 바람이 강하게 부는 날이나, 열기류가 강하게 발생되는 날은) 안정적인 비행이 어렵고, "위험지수"가 높으니, 비행을 하지 않는것이 좋다는 결론입니다. 안전비행 한계치를 설정하자면, 대체로 평균풍속 15km/h일때 가스트가 15km/h있어, 순간최대 30km/가 되는날은 비행을 하지않아야 되겠습니다. 예를들어, 평균 20km/h인데, 가스트가 10km/h인 경우는 최대치는 같은 30km/h라도 그 악영향은 앞의 경우보다 적겠지만, 다시말해 평균풍속은 약하다 하더라도 순간적으로 풍속이 급하게 변동하는 날이므로 가급적 비행을 삼가 야 하겠습니다. ======================================== :+: 5.봄철 비행의 복병 난기류(turblence) ======================================== 난기류 발생이 잦은 계절은 바로 봄철입니다. 악천후의 "복병" 난기류(터뷸런스)역시 항공기 안전운항의 복병중의 복병이다. 일반적으로 난기류는 태양이 지표면에 내리쬘때 올라오는 복사열로 인해 기류가 불안정해 지면서 발생한다. 간혹 구름이나 천둥 등 일반적인 기상현상과는 무관하게 멀쩡한 하늘에서 예고없이 발생하는 경우도 있어 예측이 힘들다. 난기류가 생기는 주요원인은 바람의 불규칙한 변화, 즉 돌풍(gust)때문인데, 일반류에 수반 되어 존재하는 소용돌이에 의해 생긴다. 일반적으로 항공기에 영향을 끼치는 소용돌이의 크기는 대체로 날개 나비의 크기로부터 날개 길이의 30~40배, 즉 지름 10~200m로 간주된다. 난기류의 둘째원인은 수직류인데, 이것은 항공기 고도의 변위를 일으킨다. 뇌운(雷雲)속에는 심한 상승기류와 하강기류가 뒤섞여 있어 악성 난기류라 한다. 지형의 영향이 적은 대류권 상층으로부터 성층권하층에서는 구름이 없어도 난기류가 존재하는데, 이를 청천난류(clear air turbulence)라고 하며, 상하의 풍속차가 클때 발생한다. 항공기가 일명 공기 주머니(air pocket)라고 불리우는 난기류 지역을 지나게 되면 기체가 요동 을 치면서 순간적으로 급강하하는 경우가 있다. 고도나 지녁에 따라 다소 차이가 있지만, 심한 경우 그 폭이 상하 60미터에 달하기도 한다. 난기류를 피하기 위해서는 상대적으로 기류가 안정적인 고도에서 비행하는 것이 좋지만, 무조건 높이 날 수도 없기 때문에 약간의 난기류는 어느정도 감수할 수밖에 없다. ◈ 와류의 원인(cause of turblence) 와류가 발생하는 가장 명백한 상황은 어떤 물체가 유체의 흐름을 방해할 때이다. 이런 현상은 흐르는 물에 손을 넣어보면 요란 운동이 나타나는 것으로 알 수 있다. 장애물의 크기는 산만큼이나 큰것이 될 수 있으며, 모래 언덕처럼 작은(양쪽 어느것이나 확실히 유체<여기서는 대기>에 영향을 주는) 것일 수도 있다. 고체가 대기를 막는 힘은 크기는 같지만 그 방향은 반대이다. 이러한 힘은 달리는 차안에서 손을 밖으로 내밀었을때 느낄수 있으며, 손바닥(혹은 물체)의 앞 뒷면에 작용하는 압력차에 의해서 발생되는 항력으로 인한 것이 대부분이다. 그러한 에너지의 대부분은 와류 발생에 직접적으로 영향을 미치는 대기 항력으로부터 얻어진다. 여러 가지 요인들이 와류 발생에 직접적으로 영향을 미치는데, 이러한 것들로는 풍속,대기밀도, 장애물의 모양등이 있다. 와류는 풍속이 셀수록 크기와는 상관없이 격렬함이 증가한다. 밀도가 높을수록 요란에너지는 증가한다. (밀도단위 체적당 대기 분자량의 단위이다) 밀도는 저온에서 보다 높으므로 한랭하고 무거운 겨울 대기는 따뜻한 대기보다 와류성을 띄기 쉽다. ============= :+: 6. 역전층 ============= 대기 중 기온의 분포는 지상에서 상공으로 올라갈수록 내려 갑니다. 이러한 고도에 따른 온도의 변화를 "기온감율"이라 하는데, 건조한 공기는 100m의 고도가 올라감에 따라 1도의 온도가 떨어지고, 습기찬 공기는 100m의 고도가 올라감에 따라 0.5도의 온도가 떨어집니다. 세계적인 평균 기온감율은 0.6도이며, 이 말은 고도가 100미터 높아질수록 온도는 0.6도 떨어 진다는 의미입니다. 그러나 상공의 어떤 지점에서는 온도가 떨어지지않고 오히려 온도가 올라 가는 구간이 있는데, 이 구간을 역전층이라 합니다. 역전층은 태양열이 대기를 가열시키므로서 생성되며, 습기를 머금은 열기류가 상승시 그 열기류 를 흩어지게도 하고, 또는 두꺼운 층운을 만들기도 합니다. 왜냐하면 상승하던 공기덩어리가 역 전층의 따뜻한 공기와 희석되기 때문이며, 때론 역전층의 온도가 이슬점온도 이하라면 상승하던 열기류는 구름이 되어 이내 역전층에 흩어지게 되어 구름이 되는 것입니다. 이른 아침 산중턱에 가로로 길게 늘어서 있는 구름은 역전층의 증거이며, 그것은 태양이 아직 지면을 비추기 전, 대기가 먼저 따뜻해져 있으므로서 생긴 것입니다. 이러한 역전층은 태양이 지상을 비추기 시작하면 없어지거나 상승하기 시작합니다. 역전층이 중요한 이유는 써멀(열기류)의 종착점이기 때문입니다. 이말은 우리가 써멀을 타고 상승할 수 있는 가능한 최고의 고도라는 뜻이기도 합니다. 즉, 역전층이 높은 날은 다른날에 비하여 더 높은 상승을 기대 할 수 있다는 말입니다. 예를들면, 대기가 안정한 날 역전층이 그리높지 않는곳에 형성되어 있다면 아무리 기를쓰고 상승하려해도 그 이상은 상승되지 않을 것입니다. 역전층이 궁금하다면, 이른아침 일어나 산을 바라보십시오. 분명 가로로 길게 걸린 구름띠를 발견할 수 있을 것입니다. 그것이 역전층이며, 또다른 역전층이 상공 어딘가에 존재할 것입니다. ============================== :+: 7. 지면효과(Ground effect) ============================== 지면효과란, 지면 가까이에서 활공기가 마치 공기 쿠션위에 놓인것과 같이 지면위를 미끄러 지는 현상입니다. 실제로 글라이더가 지면 가까이를 비행하게 될때, 날개와 지면사이의 공기 가 압축되어 쿠션 작용을 하는것은 매우 적은 힘이지만 태양 복사열로 인해 더위진 대기가 지면층을 덮고 있을때는 글라이더의 무게를 충분히 지탱할 수 있을만한 작용을 합니다. 예를들어 착륙접근시, 지면에서 약 5m 고도이하에서는 고도가 잘 침하되지 않고 예상밖으로 먼거리를 미끄러져 나가게 되는경우가 많습니다. 지면효과의 주된 결과는 이처럼 익단와류가 감소되는 점입니다. 비행체에 작용하는 항력은 대부분이 익단와류로 인해 발생됩니다. 익단와류는 낮은 속도에서 유도 항력에 직접적으로 관계되므로, 유도항력이 최대일때 익단와류는 가장 강합니다. 비행자들이 갖는 흔한 오해는 놀랍게도, 정풍과 배풍의 명백한 차이입니다. 실제로 높은 고도에서 이루어지는 배풍선회는 보다 넓은 선회반경을 필요로 하는 이외에, 정풍선회와 별 차이가 없이 실행됩니다. 때때로 조종자들은 그들의 글라이더가 "풍향계"가 될 것이라는 믿음을 갖고 있으며, 비행중에 실제로 정풍을 항하려하는것을 느낄수 있을것입니다. 그러나 잠재된 역학적 원리에 의하여 이것은 사실 불가능합니다. 기슭에서 멀리 떨어진 강 한복판에 떠있는 보트와 같이, 높은 고도에 올라 있는 조종자는 감각만으로 풍속과 풍향을 알아낼 수 없습니다. 비행중의 어떤 선회동작도 익면에 불균등한 풍속을 야기하거나 기체의 수직축을 중심으로한 운동에 혼란을 발생시키기 때문입니다. 지면 경도풍이 있을경우, 고도는 제한적인 요소로 작용하는데, 왜냐하며 경도풍에서 선회가 이루어질때는 충분한 고도가 확보되어야 하기 때문입니다. 배풍 선회는 높은 쪽의 날개가 보다 빠른 속도로 부는 바람안에 있게 되므로, 경도풍 안에서 정풍선회할 경우보다 더욱 경사지려 할 것입니다. 고속의 경도풍안에서의 정풍선회는 안정한 대기에서 정상적으로 경험 되는 것보다 많은 조종량을 필요로 합니다. 만약 비행자가 자신의 지면속도를 파단할 수 있을 정도로 고도가 낮을때, 그 사람은 위의 내용을 충분히 이용할 수 있을 것입니다. 그러나 지면에서 높은 고도의 균일한 대기를 비행 하는 조종자는 방향을 판단할 아무런 정보를 얻을 수 없습니다. 만약 구름속을 비행하고있는 사람이 있다면, 그 사람은 자신의 진행방향을 판단하기 어려울 것입니다. 이럴경우, 여러분은 깍아지른 사면에 정면으로 돌진하고있는 자신을 발견할 수도 있을것입니다. 시각적으로 방향을 찾을 수 있는 단서를 놓쳤을때, 정풍 방향을 계속 유지할 수 있는 방법은 없습니다. 운층(雲層)이 얇더라도 방향감각의 상실은 그 대가를 요구할 것입니다. - END -