[회전익항공기] 헬리콥터 이야기(저중력 조건과 마스트충격, 회전익 저속회전과 실속)

저중력조건과 마스트 충격(low G conditions and mast bumping)

헬리콥터는 회전익의 추력성분을 기울게 하여 항공기의 무게중심을 축으로 모멘트를 발생시켜 원하는 방향으로 피치나 롤을 주어 사이클릭조종을 합니다. 직진수평비행이나 상승 후에 갑자기 사이클릭조종을 앞으로 밀면 항공기가 저중력(무중력)비행상태가 되게 됩니다. 전진비행에서 너무 과도하게 앞으로 밀 때에도 받음각과 회전익의 추력이 감소하여 저중력 또는 무중력 비행상태가 됩니다. 저중력상태에서는 회전익의 추력이 감소하기 때문에 가로방향의 사이클릭조종은 거의 효과가 없게 됩니다. 또한 반시계방향으로 회전하는 회전익장치인 경우에는 무게중심 위쪽에 있는 꼬리회전익의 추력으로 토크가 발생하는데 회전익 왼쪽방향의 추력성분이 없기 때문에 이러한 토크를 상쇄하지 못하여 항공기는 급격하게 오른쪽으로 롤이 발생하게 됩니다(시계방향의 경우는 반대). 이때 회전익의 추력을 회복하기 전에 오른쪽방향의 롤을 멈추게 하려고 사이클릭조종을 최대로 왼쪽으로 조작하면 회전익은 플래핑 제한치를 벗어나 마스트를 쳐서 회전익의 샤프트가 손상되거나 회전익(깃)이 동체에 부딪칠 수 있습니다. 저중력(무중력)상태가 되면 비극적인 결과가 발생할 수 있기 때문에 이러한 사태가 일어날 조건을 피하는 것이 최선의 방법입니다. 다시 말하면 가능한 한 격렬한 동요가 일어나지 않도록 하여야 한다는 것입니다. 만약 난기류(turbulence)를 만나면 전진속도를 줄이고 조종조작을 적게 실시하고 난기류가 심해지면 안전을 위하여 착륙을 고려해야 합니다. 난기류로 인한 유도입력(의도하지 않은 조작)을 방지하기 위하여 사이클릭조종간을 적절하게 지지해주어야 합니다. 난기류상태가 아닌 경우라도 항공기의 사이클릭조종과 콜렉티브를 거칠게 조작하지 않도록 하여야 합니다. 무중력을 느끼고 항공기가 오른쪽으로 조종이 불가한 롤 현상이 발생하면 즉 저중력상태에 빠지면 즉시 사이클릭조종을 뒤로 부드럽게 당겨주어야 합니다. 사이클릭조종을 좌우로 조작하여 롤을 수정하려고 해서는 안되고 사이클릭조종을 뒤로 당김으로써 회전익장치에 하중이 걸려 추력이 발생하게 됩니다. 일단 추력이 회복되면 사이클릭 조종이 기능을 발휘하게 되어 사이클릭을 왼쪽으로 조작하여 항공기를 수평자세로 바로 잡아줄 수 있게 됩니다.

회전익 저속회전과 실속(Low rotor RPM and blade stall)

자동회전시 회전의의 회전속도가 저속으로 되는 경우는 거의 없지만 만약 회전익이 실속이 될 정도로 회전익의 회전속도가 떨어지면 치명적인 결과가 발생됩니다. 특히 고 고도에서 이러한 사태가 발생하면 더욱더 치명적인 결과를 초래하게 되는데 예를 들어 스로틀을 반대로 돌리거나 이용마력을 초과할 정도로 콜렉티브를 당기거나 고밀도고도에서 비행할 때 이러한 현상이 발생할 수 있습니다. 회전익의 회전속도가 떨어지면 회전익의 피치를 증가시켜야 같은 양력을 유지할 수 있습니다. 그러나 피치가 증가하면 증가할수록 항력도 증가하여 회전익을 원하는 회전속도로 회전시키기 위해서는 더 많은 동력이 요구됩니다. 그러나 동력이 부족하여 회전속도를 유지하지 못하면 양력이 적어져 항공기는 하강하기 시작하게 됩니다. 항공기가 하강하면 회전익의 상대바람이 변하여 받음각이 증가하게 되나 회전익의 회전속도가 회복되지 않으면 결국 회전익은 실속상태에 빠지게 됩니다. 결국 모든 회전익이 실속이 되면 회전익 주위에 원만한 공기흐름을 유지할 수 없게 됩니다. 대부분의 회전익항공기가 안전계수를 가지고 있지만 회전익의 회전속도가 초록색 원호(계기 상 정상범위) 아래로 떨어지면(동력이 있을 경우에는) 즉시 스로틀을 올리면서 콜렉티브를 내려주어야 합니다. 만약 전진비행상태에 있으면 사이클릭조종을 서서히 뒤로 젖혀주어 회전익장치에 부하가 걸리게 하여 회전익의 회전속도가 증가하도록 해줍니다. 만약 동력이 없으면 곧바로 콜렉티브를 내리고 사이클릭조종을 뒤로 당겨주어야 합니다.

회전익 저속회전 회복(Recovery from low rotor RPM)

항공기의 하중이 크거나 고온 또는 고밀도고도 상황에서는 스로틀을 최대로 작동해도 회전속도가 낮아질 수도 있습니다. 이러한 상황은 엔진의 동력이 정상회전속도를 유지하지 못할 정도로 과도한 항력을 발생하는 회전익의 받음각 때문에 일어납니다. 만약 회전의의 회전속도가 감소하게 되면 회전익의 양력이 급격하게 떨어지게 됩니다. 회전속도가 떨어지면 곧바로 콜렉티브를 약간 내려주면서 가능하면 스로틀을 올려주어야 하며 이것은 회전익의 피치와 항력을 줄여주는 조작입니다. 항공기가 안정상태로 들어서면 콜렉티브를 서서히 올려 하강하는 것을 멈추게 해야 합니다. 제자리비행고도에서 정상작동 회전속도를 얻기 위하여 이러한 조작을 몇 차례 반복해야 할 수도 있습니다. 이러한 조작 기술을 때때로 콜렉티브 젖짜기 (milking the collecive)라고도 합니다. 고고도에서 작동 할 때에는 회전익의 속도를 회복하기 위하여 콜렉티브를 한번만 내려주어도 되나 콜렉티브를 얼마나 내려주느냐는 고도에 따라 달라집니다. 지면 가까이에서 제자리비행을 할 때에는 콜렉티브를 내려줄 때 항공기와 지면의 거리를 계기로 판단 혹은 육안 판단하여 항공기가 지면에 닿지 않도록 주의하여야 합니다. 꼬리회전익이 회전익과 연결되어 있기 때문에 회전익의 회전속도가 낮아지면 꼬리 회전익의 추력이 적어져 방향조종이 안 될 수도 있습니다. 페달의 기능이 상실되더라도 항 공기의 선회속도가 위험할 정도로 커지기 전에 착륙이 가능할 정도의 고도이면 콜렉티브를 서서히 내려주고 사이클릭조종으로 수평자세를 유지하면서 착륙을 해야합니다.