선회계기(Turn coordinator) / 나침반 계기(Compass system)

선회계기(Turn coordinator)

Turn and Slip indicator의 주요한 제한사항은 항공기의 수직축 회전만을 감지한다는 것이다. 그에 비하여 Turn coordinator는 Turn and slip indicator와 같이 자이로의 선행성(precision)을 이용하지만 짐벌 구조가 항공기의 종축으로부터 30도 각도로 기울어져 roll과 yaw를 둘 다 감지하도록 해준다. Turn coordinator의 자이로는 전기로 작동되므로 진공펌프(suction pump)로 작동되는 자세계기가 고장 났을 때 대체 계기로 이용할 수 있다.

Turn coordinator

계기의 눈금은 수평비행과 표준율 선회를 지시하며 Coordinator ball이라 불리는 Inclinometer는 경사각(bank angle)과 yaw의 비율 관계를 나타낸다. ball이 선회방향 바깥쪽에 있을 때는 skidding하는 것을 나타내고 선회방향 안쪽에 있을 때는 slipping하는 것을 나타낸다. 조종사는 ball이 중앙에서 벗어난 쪽의 러더(rudder)를 차주어 ball이 중앙에 위치하도록 하여야 한다.

 

 

나침반계기(compass system)

magnetic compass는 자석이 지구의 자력선에 반응하여 방향을 지시한 가장 오래되고 간단한 방향 지시계기이다.

magnetic compass는 투명한 kerosene 용액이 들어 있는 밀봉된 용기 안에 작은 자석이 금속 float에 부착되어 있고, 눈금 표시가 되어 있는 card가 float 주변을 감싸고 있으며, Lubber line이 그려진 유리창을 통해 이 눈금을 읽을 수 있다. Float와 card 부품의 중심축은 스프링이 장착된 강화유리로된 컵에 올려 있으며 float의 부력은 축에 걸리는 대부분의 무게를 지탱하고, 액체는 float와 card의 진동을 완화시키는 역할을 한다. 나침반은 대략 18도 경사각까지는 비교적 정확히 지시하나 그 이상에서는 불규칙적이고 예측할 수 없게 지시한다.

compass card는 기수방향을 기준으로 방향을 지시하는 방향지시계와는 달리 반대로 지시한다. 그 이유는 선회지 card는 가만히 있고 compass 틀이 card 주변을 돌기 때문에 card 뒷면에서 보게 되는 것으로 생각해야 한다.

 

- Magnetic compass 오차

Magnetic compass는 방향을 지시하는 가장 간단한 계기이지만 고려해야 할 몇 가지 오차가 있다.

 

1. 편차(Variation)

 - 지도는 지리학적 북쪽(진북: Ture north)을 지나는 경도와 적도를 기준으로 하는 위도로 그려져 있다. 지리학적 북쪽에서부터 측정된 방위를 진방위(Truedirection)이라 하며 자북을 기준으로 측정된 방위를 자방위(Magnetic direction)라 한다. 항공기의 Heading indicator는 자북(magnetic north)을 기준으로 측정하며 자북과 진북은 일치하지 않고 지역에 따라 차이가 있다. 진북과 자북의 차이를 편차(variation)라 한다. 따라서 비행을 위해서는 지도에서 산출한 True Heading에서 편차를 수정한 Magnetic Heading을 알아야 한다. 편차가 west이면 진방위에서 편차를 더하고 편차가 east이면 편차만큼 진방위를 빼주어 Magnetic Heading을 구할 수 있다.

 

2. 자차(Deviation)

 - Compass 내부의 자석은 지구 자기장에 정렬하여 있지만 항공기 내의 전기배선이나 자성화된 물체는 국소 자기장(Local magnetic field)을 발생시켜 지구의 자기장과 충돌하여 compass에 오차를 발생시키게 되는데 이를 자차(Deviation)라 한다. 자차는 지형적 위치에 영향을 받지 않고 항공기 기수 방향에 따라 다르게 영향을 받는다. 편차는 오차를 줄이거나 바꿀 수 없지만 자차는 정비를 하여 최소화 할 수 있다.

대부분의 공항에는 자기간섭이 없는 지역에 Swinging the compass를 할 수 있는 Compass rose가 설치되어 있다. 정비사는 Compass rose의 정해진 Magnetic heading에 항공기를 정렬시켜, 항공기의 실제 Magnetic heading과의 차이를 파악하고 그 차이를 조절한다. 조절할 수 없는 오차는 Compass correction card에 기록하고, compass의 card holder에 붙여 놓아 비행 시 참고할 수 있도록 한다.

 

3. 복각오차(Dip errors)

 - 지구 자기력선은 자기 북극과 남극을 흐르게 되는데 양극 사이의 중간인 자기적도에서 자기력선은 지구 표면과 평행하지만, 자기 북극과 남극 지역에 가까운 지역에서는 자력선은 지구 표면과 수직에 가깝게 흐르게 된다. 그러므로 지자기극 지역에서 Compass 내부의 자석은 수평을 유지하지 못하고 Float와 card는 기울어지게 되며 이는 북선오차와 가속도 오차를 유발하게 된다.

 

 4. 북선 오차(Northerly Turning Error)

 - 위도가 높아질수록 지구 자기장이 Magnetic compass의 자석을 지표면에 대해 수직으로 잡아당기는 원인으로 인해 오차가 발생한다. 이. 오차는 항공기가 북쪽 혹은 남쪽으로 향할 때 크게 나타난다. 항공기가 동쪽 혹은 서쪽으로 비행을 하다가 북쪽으로 선회하면 방향지시는 지연되어 나타나게 되며 남쪽으로 선회를 하는 경우 그 반대 현상으로 현재의 방향보다 앞서 지시하게 된다. 따라서 Magnetic compass를 이용하여 선회하는 경우 북선 오차를 고려하여 적합한 선도점(Lead point)을 설정하여야 한다. 북선 오차를 고려한 선도점은 비행하고 있는 지역의 위도와 Bank angle에 따라 다르다. 

 

5. 가속도 오차(Acceleration Error)

 - Magnetic compass Float의 "N" 표시부분은 설치되어 있는 무게추로 인해 Float의 반대쪽 부분보다 더 무겁다. 만일 항공기가 동쪽을 향한 상태에서 가속을 하면, Float의 "N"부분의 무거운 무게로 인해 관성이 발생하여 항공기 진행방향의 뒤쪽으로 회전하려 하고 Float는 북쪽으로 회전한다. 가속되던 속도가 다시 일정해지면, 플로트는 다시 원래 상태로 회전하여 동쪽을 지시한다. 반대로 동쪽을 향해 비행하다가 감속하게 되면 역시 무게추의 관성에 의해 이번에는 Float가 항공기 진행방향으로 앞쪽으로 회전하려 하고 card는 남쪽으로 회전한다. 서쪽으로 비행하며 가/감속을 할 경우에도 역시 동일한 형상이 발생한다.

"ANDS" - Acceleration-North, Deceleration South(가속하면 북쪽을 지시하고, 감속하면 남쪽을 지시한다.)