드론1종 필기 항공기와 기상

[센넘]

항공기와기상

해수면과 방위

해수면: 인천만의 평균 해수면 높이를  “0”으로 선정 활용    ※ 국제표준대기조건하에서 해수면의 온도는 15℃

방위: 자북→ 지구자기장에 의한 방위각 나침반 방위

       진북→지구의 자전축이 지나는 북쪽 북극성이 향하는 실제 북쪽

 열에너지 전달방법: 태양에서 방사된 에너지가 지구에 전달되고 이들 에너지에 의해 주요 기상현상 초래
              복사(Radiation): 절대영도( -273.15도 )이상 모든 물체는 전자기파 형태로 에너지방출

              전도(Conduction): 직접 접촉에 의한  열에너지 전달

              대류(Convection): 가열된공기와 냉각된 공기의 수직순환 상태

                                       대기의 수직적 이동 대류,수평적 이동 이류

대기와대기권

   대기의 구성 : 질소(N2)약 78%  산소 (O2) 약 21% 기타 1%

   기상의 7대 요소 – 기온, 기압, 습도, 구름, 강수, 시정, 바람 

   대기권: 대류권 성층권 중간권열권으로 구성

   극외권

   열권  :80Km ~500Km전파의 이동이 활발하게 이루어지는 대기권 전리층 존재

   전리층 :D, E, F,G층으로 구분 F층(180Km ~300Km)태양에너지에 의해 공기분자 이온화

             자유전자 밀집 55~95m의 파장 전파 반사 특징 HF 주파수사용 장거리통신

중간권 계면 80Km

중간권

성층권 계면 50Km

성층권

대류권계면: 12km ~ 17km기온변화 거의 없음 (제트기류, 청천 난기류  뇌우 기상현상이 존재)

대류권:평균12km 적도15Km 극지방 8Km대기권 질량80% 모든 기상현상 발생

물의 특성

높은비열 :비열은 물1g을1도 올리는데 필요한 열량

열전도: 수은 다음으로 열전도성

표면장력: 물은 접착력을 가짐

물의순환: 증발(액체 기체 ), 응결 (기체→고체) , 대류 ,사이클론 의한 수렴,전선에 의한 순환 (한랭과 온난),

              지형적 상승, 이류, 강수

기온과 습도

온도와 열에 사용되는 용어

열량: 물질의 온도 증가시 흡수할 수 있는 열에너지 양

비열: 1g을 1도씨 올리는데 요구되는 열

현열: 온도계로 측정된 온도, 섭씨, 화씨, 켈빈

잠열: 물질이 상위 상태로 변화되는데 요구되는 열에너지 (얼음 →물→수증기)

비등점: 끓는 점(1기압 순수물 100도)

 기온: 태양열을 받아 가열 된 대기의 온도 햇빛이 가려진 상태에서 10분간 통풍 후 얻어진 온도

         1.25 ~ 2m (통상우리나라 1.5m) 에서 관측된 공기 온도

         해상에서는 선박 높이를 고려 10m 높이에서 측정

 기온단위

섭씨(Celsius: °C 표시): 표준대기압에서 순수물의 빙점을 0°C 비등점 100°C 절대영도 -273°C

화씨(Fahrenheit: °F 표시): 표준대기압에서 순수물의 빙점을 32°F비등점 212°F 절대영도 -460°F

켈빈 :과학자 사용 빙점을 273K비등점 373K 절대영도 0K

기온감률: 고도의 중가에 따라 기온이 감소하는 비율

표준대기(ISA)조건에서 기온감률 1000Ft 당 평균2 °C (1000m 당6.5°C감소)

              36,000ft (10.9km) 부터는 고도구분 없이 -56.6로 일정함

※     환경기온감률(ELR): 대기의 변화가 없는 특정장소에서 고도의 중가에 따라 기온이 감소하는 비율

  과 냉각수

액체물방울이 섭씨0 ℃ 이하의 온도에서 응결되거나 액체상태로 지속되어 남아있는 물방울

과 냉각수가 노출된표면에 부딪칠 때 충격으로 인한 결빙

항공기 드론의 착빙(Icing) 현상 초래

과 냉각수는 0 ℃~-15 ℃ 기온의구름 속에 풍부함 /구름 안개 대부분 과 냉각수 포함 비정상태

공기밀도는 상층이 낮으며, 수증기가 많이 포함될수록 감소한다.

국제표준대기 ISA의 밀도는 건조공기를 기준으로 한다.

즉 공기밀도는 기압에 비례하며, 습도에 반비례 한다.

공기밀도가 감소하면 엔진출력도 감소 /고기압 온도 낮고 밀도 높음   저기압 온도 높고 밀도 낮음

대기압과 일기도

기압

①1기압: 76cm 수은(Hg) 기둥의 높이= 10m정도의 물기둥의 무게가 주는 압력=1,000km의 공기 압력

②대기압: 물체 위에 작용하는 단위 면적 당 공기의무게 /기압의 일일 변화 중 최고는 9시와2시 최저는 4시와 16시

              대기압 변화는 바람유발 원인 수증기 순환 항공기 양력제공

              대기압이 높아지면 – 양력증가, 항력증가

기압측정

수은기압계 : 절대압력29.92ch.fHg

아네로이드 기압계: 진공상태가 외부 기압에 의해 찌그러지는 정도

국제 민간항공기구(ICAO)의 표준 대기조건과 가정사항

①대기조건

표준대기온도:  섭씨 15도 / 화씨 59도

표준기압: 29.92inch.Hg / 760mmHGㅣ1013.2mb

해수면 표준기온: 15℃ (59°Ｆ)

음속 : 340m/sec (1.116ft/sec)

기온감률: 지표~ 36000ft (10.9Km) 까지 1000ft당 2℃감소 그 이상고도 -56.5℃ 일정

② 가정사항

대기는 수증기가 포함되지 않은 건조한 공기

대기온도는 따뜻한 온대지방의 해면상의15℃ 기준

해면상 대기 압력은 수은주의 높이 760 mm를 기준

해면상 대기 밀도는12.250kg/㎥

고도에 따른 온도강하 -56.5℃(-69.7℉)가 될 때까지는 -0.00065℃/m이고

그 이상 고도 -56.5℃(-69.7℉)일정

일기도

고기압 저기압은등압선형식으로 표시한 기압의중심

고기압은 주변보다 상대적으로 높은 지역 저기압은 낮은 지역

기압마루 고기압이 길게 연장된 부분

고기압과 저기압 :기압은 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.

① 고기압: 기압이 높은 곳으로 바람은 주변기압이 낮은 곳으로 시계방향으로 불어감

               구름 없고 날씨 좋음 중심은 기압경도가 낮아 바람약함

               고기압은 중앙으로 갈수록 기압이 떨어지고 중심부는 하강기류가 발생

               북반구 고기압에서 바람은 시계방향으로 불며 가운데서 발산하는 하강기류가 있다.

               남반구에서 반시계방향으로 바람이 분다. 고기압 지역 또는 마루에서는 공기가 내려 간다.

② 저기압: 주변보다 상대적으로 기압이 낮은 부분(1기압이라도 낮으면 저기압)

               중심으로 갈수록 기압이 낮음

               상승기류에 의해 구름과 강수 현상이 있고 바람도 강하게 분다

               바람은 북반구에서는 저기압중심을 향하여 반시계방향 남반구에서는 시계방향으로 불어옴

               북반구 저기압에서 비와 악기상을 동반하며, 반 시계 방향으로 바람이 분다. 상승기류가 있다.

 등압선

일기도상 해수면기압 동일한 기압 대를 형성하는 지역을 연결하여 그어진 선

조밀하게 형성된 지역은 기압경도가 큰 지역 강풍 존재

기압경도

주어진 단위 거리 사이의 기압차이 즉 등압선과 등압선 사이를 측정한 거리  공기이동 촉발원인

바람은 기압경도의 직각에 가까운 각도로 불고 속도는 경도비례

 일기기호

 경보와 주의보

  태풍

 주의보: 평균최대풍속17m/s이상 풍속 호우 해일 예상

 경보: 평균최대풍속21m/s이상 풍속 호우 해일 예상

고도

①기압고도: 표준 기지면 위의 표고이고 표준대기 조건에서 측정된 고도

②지시고도: 고도계 창에 수정치 값 입력 하여 얻은 고도계 지시치

③진고도: 평균 해수면으로부터 항공기까지 수직 높이 (MSL로표기)

④절대고도: 지표면으로부터 항공기까지 높이 (AGL로표시)

바람

  정의: 공기의 흐름

     기온이 상대적으로 높은 지역에서는 저기압이 발생하고 낮은 지역 고기압이 발생

  바람을 일으키는 힘

  기압 경도력: 기압경도 크기  고기압→저기압 쪽으로 등압선 직각방향으로 작용

  전향력: 물체를 던진방향에 대해 북반구에서는 오른쪽 남반구에서는 왼쪽으로 힘이 작용하는 것처럼 운동

                이때 가상적인 힘이 전향력

                1828코리올리(프)가 이론적으로 유도 코리올리 힘 극지방에서 최대 적도 최소

바람의 운용

   ① 맞바람(Head Wind): 항공기or드론을 향하여 정면으로 불어오는 바람이착륙 성능을 현저히 증가 시킴

   ② 뒷바람(Tail Wind): 항공기 뒤에서 부는 바람 이착륙 성능을 현저히 감소 시킴 이착륙을 불가능하게                            

   ③ 측풍: 비행체 왼쪽or오른쪽에서 부는 바람 많은 영향을 미치는 요인

            극복방법 : 공중에서 크레빙(Crabing) 기동조작 기체를 바람방향으로 기울임(롤/에일리언조작)

  바람의 강도

      1.6 ~ 3.3m/sec: 바람을느끼고나뭇잎이흔들리기시작

      3.4 ~ 5.4m/sec:나뭇잎과나뭇가지가부단히움직이고엷은깃발이휘날림

      5.5~7.9m/sec: 드론 비행 중지 먼지발생 종이조각이 날림 나뭇가지가 흔들림

      8.0~10.7m/sec: 잎이많은작은나무  몸체가흔들리고 강물표면 잔잔한 물결이 생김

   ★ 6~10m/sec드론 비행 중지

  바람의종류

①지균풍: 지상1Km이상 상공에서 기압 경도력과전향력이 균형을 이루어부는 바람 등압선이직선

②경도풍: 지상1Km이상 상공에서 기압 경도력과, 전향력, 원심력이 평행등압선이 곡선 원심력이 작용

③지상풍: 저기압 쪽으로 부는 마찰풍

④해륙풍: 해풍이 육풍보다 빠르다.   해풍과 육풍이 빠뀌는 순간 바람이 일시 정지 현상 뜸

 주간: 육지 고온 저기압  →   바다 저온 고기압

 야간: 육지 저온 고기압  →   바다 고온 저기압

⑤산곡풍: 산 경사면 복사열 차이로 수평적 경도력 발생

             산바람(산풍): 산정상에서 산 아래로 부는 바람 (야간)

             골바람(곡풍): 산아래에서 산 정상으로 부는 바람으로적운이 발생(주간)

⑥계절풍: 겨울 대륙에서 해양 (북서풍:시베리아고기압 영향)

             여름 해양에서 대륙 (남서~남동풍: 북태평양고기압영향 )

⑦ 돌풍과 스콜: 한랭한 하강기류가 온난한 공기와 마주쳐 더운 공기를 급상승시켜 발생

                    10m/sec  30m/sec이상의 강풍

돌풍원인: 지면 불규칙 바람방향 교란 작은 와류(회오리)발생시 북서계절풍이 강할 때

태풍 중심 부근 강풍대 저기압 급속 발달 시지표면불규칙 열대류발생시

뇌우하강기류에서 고지대의 한기가 해안지방 급강하 시

한랭 전선 전방or 한랭전선 후방2차 전선통과 시

 특징: 풍향의 급격한 변화 큰비 싸락눈 우박동반 기온 급강하 상대습도 급상승

 스콜(Squall): 10분동안 1분의 지속 풍량이10kts이상일 때 15kts풍속증가 2분이상지속

⑧높새바람: 퓐(Fohn) 현상에 의해 발생 습하고 찬공기가 지형적 상승 과정으로  고온건조한 바람으로 변함

               건조 단열 기온감률 및 습윤단열 기온율

                우) 태백산맥 서쪽사면 북동계열 바람 100m당 0.5℃ 정도하강

⑨제트기류: 대류권상층부와 성층권하부에 존재하는 강하고 폭이 좁은 공기의 수평적 이동

                속도는 50노트 이상 깊이1NM 폭 100NM 길이 1200 NM

구름과 강수

구름: 공기 중 수분 작은 수적 빙정 물방울 결합체

         대기중의 수분양은 약40조갤런 1일10%가 비or눈으로 변하여 지면으로 내려

구름형성조건: 냉각작용

구름형성 이유: 대기의 수직적 이동으로 형성

                    저기압에서 대기의 상승으로 구름 생성 강수 고기압에서는 대기 하강 맑고 구름소산

                    50ft 이하 에서 발생 했을 때 안개로 분류

운고: 지표면(AGL)에서 구름층 하단까지 높이

운량

①    Sky Clear (SKC/CLR) – 0/8(1/10)이하

②    Scattered (SCT) – 1/8 ~ 5/8(1/10) ~ 1/8(5/10)

③    Brokem (BKN) – 5/8 (5/10)~ 7/8(9/10)

④    Overcast (OVC) – 8/8(10/10)

 구름의종류

① 모양형태의 분류:

   권운형: 섬유가 늘어난 형태

   층운형: 뚜렷한 층 형성

   적운형: 대류성 구름이 쌓인 형태

② 높이에 의한 분류:

운저 고도	온도	이름	기호	특징
상층운 6~15Km	-25℃	권운 (Cirrus)	Ci	연달아 있는 새털모양
		권적운(Cirrocumulus)	Cc	잔물결 연기 모양
		권층운(Cirrostratus)	Cs	반투명한 베일 지상 1km 에서형성되는구름
중층운 2~6Km	0~25℃	고적운(Altocumulus)	Ac	흰색부터 암회색의 연기 잔물결
		고층운(Altostratus)	As	흰색부터 회색까지 고르게 하늘을 덮음
하층운 2Km미만	-5℃이상	층적운(Stratocumulus)	Sc	부드러운 회색조각 모양 8000ft이하 가랑비 약한 비 (눈)가능성
		층운 (Status)	St	흐린 회색 빛으로 하늘을 고르게덮음 6000ft 미만에서발생하는구름 안개 박무 가랑비
		난층운(Nimbostratus)	Ns	비와안개를동반 (회색 운량이 많음) 8000ft이하 밀도가높아 태양을 완전가림
수직운 3Km이내		적운 (Cumulus)	Cu	편평한 밑바닥을  꽃양배추모양, 강한상승 기류존재 과 냉각된물방울포함,(강우가 예상됨)
	-50℃ (운정)	적란운Cumulonimbus	Cb	거대하게 부풀어 있으며 흰색 회색 검정색 종종모루형태 두께가두껍고수직으로발달 윗부분은 빙정, 아랫부분은물방울로이루짐

※     뇌운(센비구름, 소나기구름,적란운): 하강기류와소나기,우박그리고번개,천둥을동반함

  액체와 고체 상태의 종류

종류	크기	형태	특징
박무	0.005 ~ 0.05mm	액체	공기 이동 시 얼굴에 느낄 수 있는 형태
이슬비(DZ)	0.5mm미만		층운에서 지속적으로 내리는 작은 물방울
비 (RA)	0.5mm~5mm		난층운 적란운에서 내리며 다양함
진눈깨비(Sleet)	0.5mm~5mm	고체	작은 구형의 얼음 입자
비얼음(Glaze)	1mm~2mm층		과 냉각된 물이 고체와 접촉 할 때 생성
상고대(Rime)	다양함		바람부는 쪽에 형성된 얼음 깃털 형태 침전물
눈(Snow)	1mm~2mm		육면체 판/비늘모양의결정성
싸락눈(Graupel)	2mm~5mm		연한우박 눈 결정이  얼음 결정화
우박(Hail)	5mm~50cm		둥근모양의 얼음덩어리

안개와시정

안개의 발생조건

공기중수증기다량함유, 공기가 노점온도 이하로 냉각, 공기중 응결핵 많아야 하고,공기중 수증기 유입,

바람이 약하고 상공에 기온이 역전, 대기의 성층이 안정적, 기온과 이슬점 기온의 분포가 5% 이하일때 예측

대기안정화 - Atmospheric stability

복사안개 (땅안개 .지표안개. 방사안개)

 바람이 없거나 미풍 2~3m/s, 맑은하늘, 상대습도가 높을때, 낮거나 평평한 지형에서 쉽게 형성,

 응결핵이 많고 차가운 공기가 들어올때 주로 가을 겨울 야간 또는 새벽(아침)에 형성된다.

이류안개(바다안개 )

 차가운 지면이나 수면위로 따뜻한 공기가 이동, 공기의 밑부분이 냉각되어 응결이 일어나는 안개

 대부분 연안이나 해상에서 발생

활승안개 – 산간지역,

증기안개 – 호수 등

 안개의 시정

시정 – 단위는 1mile (약 1.6093km)

          1/2mile – 800m, 1mile – 1,600m, 2mile – 3200m, 3mile – 4,800m, 4mile 부터 6,000m + 1,000m 단위

안개와 구름의 구분기준

구름 AGL 50ft 이상 / 안개 AGL 50ft 이하

우시정– 2004년 우리나라에 도입, 최대치의 수평시정, 관측자로 부터수평원의 절반 또는 그 이상의

           거리를 식별할 수 있는 시정

시정조건 기준 구분

  안개 – 1km 미만, 박무– 2km 미만, 연무 – 2 ~ 5km

  시정은 습도가 70% 넘으면 급격히 나빠진다. 한랭기단 속에서는 시정이 좋고,

  온난 기단에서는 시정이 나쁘다.

우리나라 주변의 기단

양쯔강기단–대륙성 열기단으로봄/가을이동성고기압과함께동진따뜻하고건조함

시베리아기단 – 대륙성 한랭기단 겨울철 대기는 매우 안정적이며 날씨는 맑은 편

오호츠크해기단–해양성 한랭기단 한반도 북동쪽 오호츠크해에서 발달

                      늦봄 / 초여름 높새바람과 함께 장마전선을 동반하는 기단

                      습기를 많이 함유하고 찬공기 특성 동쪽으로 길고 강한 호우를 일으킨다.

적도기단 - 매우습하고덥고7~8월태풍과 함께 한반도 상공으로 이동

               북태평양기단–해양성 열대기단 뇌우와 많은 구름 여름계절풍

전선의 종류

온난전선 – 기압이 낮고 층운형 구름 발생 남쪽의 따뜻한 공기가

               북쪽의 찬 공기를 밀면서 진행 넓은 지역에 비

한랭전선 – 북쪽의 찬공기가 남쪽의 따뜻한 곡기를 밀어내며 뇌우와 좁은 지역에 폭우,

               봄철 천둥과 돌풍을 동반

폐색전선 – 한랭전선과 온난전선이 합쳐진

정체전선 – 장마전선 움직이지 않고 한곳에 오래 머무르는 전선

 착빙

서리착빙 – 백색, 얇고 부드럽다, 거친착빙– 백색, 우유빛, 불투명, 부서지기 쉽다,

               과냉각수적 속을 비행할때

맑은착빙– 투명, 견고함, 매끄럽다. 적운형 구름에서 주로 발생, 착빙 중 가장 위험

열대성저기압과 태풍

열대성저기압 – 태풍이 약해지거나 소멸되기 직전

북태평양남서부의태풍(typhoon)

멕시코만/서인도제도허리케인(hurricane)

인도양이나 뱅골만 싸이클론(cyclone)

오스트레일리아 윌리윌리(willy-willy)

  난류와 난기류

 난기류(Turbulence) :대류성기류바람의 흐름에 대한 장애물, 비행난기류, 전단풍등이원인

①약한난류LGT: 비행기에 영향을 주지 않으나 소형드론은 영향을 받음 25kts 미만의 지상풍 존재

②보통난류 MOD: 슬립(편요, 요잉), 피칭, 롤링을 느낄 수 있고 방향유지에 주의 필요, 지상풍이 25kts일때 존재

③심한난류SVR:항공기 고도 및 속도가 급변 순간 조종 불능,

                     좌석벨트를 해도 자세유지가 곤란 풍속 50kts 이상

④극심한 난류XTRM: 조종불가능 및 손상 초래, 풍속 50kts 이상의 산악파에서 발생, 뇌우, 폭우속에 존재

                            RA FG 안개와 비 + 강한 – 약한 ex)+RA FG :강한 비 이후 안개