[스크랩] 프롭레버 사용법

(아직 카페 초보라 어디에 올려야 할지 모르겠습니다. 적당한곳으로 옮겨주시면 고맙겠습니다.)

 

안녕하세요?

 

항상 카페에서 좋은 정보 얻고 가는 김종민 입니다.

저는 소형 프롭기를 좋아하기 때문에 cessna 제외하고는 항상 prop-control lever를 조작해야 하는데 도데체 저게 뭔지, 또 어떤상황에서 어떻게 조작해야 하는지  감이 안잡히더군요. 이전에 우리 카페에도 비슷한 질문/답이 있었고 인터넷에도 관련글이 올라와 있기는 하지만 실제 FS비행시 과연 어떻게 조작해야 하는가에 대해서는 충분한 설명은 아니라고 감히 생각해 보았습니다.

그래서 제가 가진 자료들에서 관련 내용을 찾아보았습니다. 완벽하지는 않으나 나름대로 질문에 대한 해답을 얻었다고 생각하기에 작은 정보이지만 공유하면 좋을 것 같아 이렇게 글을 쓰게 되었습니다. 조금은 이론적인 이야기일 수 있고 자칫 부정확한 이론일 수 있으므로, 플심상에서의 프롭레버 조작에 관하여서만 읽고 싶으신 분은 글 마지막의 6. 단락만을 읽으시면 되겠습니다.

 

*주의: 아래 내용은 여러 자료들을 참고, 정리하여 옮긴것에 불과하며 정확하지 않을 수 있습니다. 더 정확하고 자세한 사항들은 항공관련 공부하시는 분들이나 고수분들이 알려주실거라 믿습니다.

 

1. 개요

 

일단 아시다시피 프롭기는 (1) fixed-pitch propeller, (2) variable-pitch propeller(constant-speed propeller라고도 합니다)

두가지 종류가 있습니다.

(1)은 변속기가 없는 자동차과 비슷합니다. 속도범위가 작은 소형기(ex:cessna172)는 이 타입이 많습니다.

(2)는 변속기가 장착된 자동차와 비슷합니다. mooney등 좀 더 고성능의 프롭기에서 사용되고, 속도범위가 큰 것이 특징입니다.  

한마디로 말하자면 (2)는 큰 폭의 속도변화(takeoff speed부터 crusing speed의 차이가 큰 경우겠지요)를 가진 항공기에 대해서 (1)의 비효율성을 제거하기 위해서 개발된 것이라고 할 수 있겠습니다.

 

2. "constant speed" 의 의미

 

비행중에 우리는 무엇을 보고 비행기를 앞으로 추진시키는 힘의 크기를 알 수 있을까요. cessna를 겨우 조종해 본 저로서는 tachometer(rpm gauge)라고 답하겠습니다. 다른 힘들의 크기가 일정하다고 가정하면 cessna에서는 throttle증가->rpm증가

->thrust증가->항공기 속도 증가로서 작용합니다.

 

그럼(2)타입의 항공기에서는 어떨까요? mooney의 조종석에 앉아서 throttle pull-push 해보아도 rpm은 변화가 없습니다. 대신 그 값이 증가하는 다른 계기가 있습니다. 바로 manifold pressure gauge입니다. 알아본 바에 의하면 이 게이지가 나타내는 값은 연료와 공기의 혼합물이 엔진에 흡입되는 압력과 관련이 있다고 합니다. 더 강한 압력은 엔진의 더 강한 폭발을 불러 일으키고 결과적으로 엔진은 더 강한 힘을 내게 될 것입니다. 

 

여기서 한가지 중요한 사실을 알 수 있습니다. (2)타입의 항공기는 엔진이 더 강한 힘을 내더라도 프로펠러가 일정한 속도로 회전(일정한 rpm)한다는 것입니다. 반대로, 엔진이 약한 힘을 내더라도 rpm은 언제나 일정하게 유지됩니다. 즉, (2)타입의 항공기는 언제나 일정한 rpm이 유지됩니다(rpm이 일정하게 유지되는것도 한계가 있습니다만 밑에서 따로 다루겠습니다).

 

3. 프로펠러가 내는 추력(thrust)

 

프로펠러는 공기를 휘저어 뒤로 보냄으로서 그 반작용으로 항공기를 앞으로 추진시키는 힘을 만들어 냅니다. 프로펠러가 휘젓는 공기의 양은 프로펠러 날개가 공기와 맞닺는 면적이 클수록 커지고, 이 면적은 프로펠러의 피치각 혹은 angle of attack이 커질수록 증가하게 됩니다. 많은 양의 공기를 뒤로 보낼 수 있으므로 항공기에 큰 추력을 가할 수 있습니다. 하지만 프로펠러를 일정한 속도로 돌리기 위해서는 AOA가 커지면 커질수록 더 많은 힘이(엔진의) 필요합니다(항공기 날개의 angle of attack이 커질수록 양력은 증가하고 항력도 같이 증가하는 것을 생각하시면 이해가 빠를 듯 합니다).

 

4. constant speed  propeller의 필요성

 

아래 그림에서 항공기가 정지한 상태에서의 프로펠러와 전진상태에서의 프로펠러에 각각 가해지는 부하가 서로 다름을 알 수 있습니다. 같은 피치각이지만 항공기의 운동속도에 따라서 실질적으로 프로펠러 날개의 angle of attack은 속도가 빠를수록 줄어들게 됩니다(아래 그림의 forward airspeed부분을 주의해서 보시면 이해가 가실 겁니다).

 

 

엔진이 일정한 속도로 회전하고 있다면, 프로펠러축에 전달되는 엔진의 힘(토크)은 프로펠러에 가해지는 공기저항에 의한 부하와 같습니다(두 힘이 균형을 이루어야 등속운동이 가능할 것입니다). 따라서 고속으로 순항중일 때에는 이륙시, 혹은 저속비행시보다 작은 부하가 프로펠러에 걸리게 됩니다. 부하가 작아지고 엔진으로부터의 토크는 그대로이므로, 힘의 균형이 이루어질 때까지 엔진 rpm은 증가하게 될 것입니다. 이것이 (1)타입의 항공기에서 나타나는 현상입니다(cessna에서는 일정한 throttle로 하강해서 airspeed를 증가시킬 때 rpm이 높아집니다).

 

하지만 이렇게 고속에서 무작정 rpm이 높아지는 것은 엔진의 효율성이나 안정성 면에서 결코 좋은 일은 아닙니다(자동차를 1단 기어로 놓고 100km로 주행하는 경우를 상상해 보시기 바랍니다). 따라서 엔진회전수는 일정하게 유지하면서, 프로펠러의 토크를 변화시켜야 할 필요성이 생기게 됩니다. 자동차에서는 엔진과 타이어 사이에 일정 기어비를 가진 톱니바퀴들이 맞물려 이 문제를 해결합니다. 항공기의 경우에는 프로펠러의 피치각을 변경시켜 주면 이 문제를 해결할 수 있습니다.

 

5. prop-lever에 대한 오해

 

프롭레버를 당기거나 밀면 비행기의 어느 부분이 변화하게 되는 것일까요. 저는 이렇게 생각했었습니다: "프로펠러의 피치각이 변한다". 하지만 오답입니다. 피치각은 governor(어떻게 번역해야 하는지 모르겠습니다 조종장치쯤 될까요)에 의해 자동적으로 변합니다. 조종사는는 프롭레버를 당기거나 밀음으로서 이 governor가 유지하려고 하는 rpm값을 변화시킬 뿐입니다. 이것은 무척 중요한 차이입니다.

 

governor의 작동 방식은 여러가지가 있습니다. 하지만 결과적으로 이 장치가 하는 일은 "현재 rpm의 유지"입니다. 만약 조종사가 throttle을 밀어서 manifold pressure를 높인다면, 엔진으로부터 프로펠러에 전달되는 토크가 커질 것입니다. 이 경우 (1)의 항공기는 앞서 말한대로 rpm값이 커지게 됩니다만, (2)의경우는 프로펠러의 피치각을 높여서 공기저항을 크게 하여 일정 rpm을 유지합니다. 반대의 경우도 마찬가지입니다. 그리고 이 피치각을 변화시키는 과정은 전적으로 governer가 자동으로 행합니다. 다시한번 강조하지만 조종사는 프롭레버를 당기거나 밀음으로서 이 governor가 유지하려고 하는 rpm값을 변화시킬 뿐입니다.

 

참고로 말씀드리면, 피치각이 변할 수 있는 limit가 물론 존재합니다. 이 한도는 항공기마다 다릅니다(아래 표 참조).

 이 한도가 넘어가면 governor는 제 기능을 다 할 수 없기 때문에, 더이상 설정된 rpm이 유지되지 못합니다.

 

6. 그러면 플심상에서 프롭레버를 어떻게 조작해야 하는가?

 

<프롭레버 조작의 대원칙>

power를 늘릴때는 rpm을 증가시킨 후, manifold pressure를 증가시킨다. (즉 프롭레버->스로틀 레버 순으로 조작)

power를 줄일때는 manifold pressure를 감소시킨 후, rpm를 감소시킨다. (즉 스로틀 레버->프롭레버순으로 조작)

rpm이 작은 상태에서 manifold pressure가 증가되는 경우에, 엔진에 무리가 갈 수있기 때문에 이렇게 조작한다고 합니다.

 

<Engine Start>

low pitch/high rpm position에서 engine start 합니다(프롭 레버를 최대한 push 합니다).

이렇게 함으로서 프로펠러에 걸리는 load, drag를 최소화하여 쉬운 start와 warm up이 가능하게 됩니다.

 

<During warm up>

프롭 레버를 천천히, 부드럽게 high pitch/low rpm position으로 움직입니다(프롭 레버를 천천히 pull하여 완전히 당깁니다). 이 때 mainifold pressure를 1600rpm이 되도록 셋팅합니다. rpm이 안정되는 것을 획인하고 프롭 레버를 다시 low pitch/high rpm position으로 움직입니다(프롭 레버를 최대한 push 합니다).

이렇게 하는것에는 두가지 이유가 있습니다. 첫번째는 시스템이 정확히 움직이고 있는지를 확인하기 위함입니다. 두번째는 propeller governor에 fresh and warm oil을 공급하기 위해서입니다. 오랫동안 주기되어 있던 비행기는 프로펠러 실린더 안의 oil이 균열 사이로 새어나와, 특히 외부온도가 낮은경우 굳어져서 governor작동을 방해할 수 있습니다. 이경우 takeoff시에 engine overspeed의 위험이 있으므로, 이를 방지하기 위함입니다.

 

<Takeoff>

low pitch/high rpm position에서 takeoff합니다(프롭 레버를 최대한 push 합니다).

엔진의 힘을 최대한 이용하기 위해서 입니다. T/O시 throttle을 급격하게 증가시키는 경우 rpm이 red zone으로 갈 수 있는데(propeller overspeed 입니다.) 최대 rpm의 10%를 넘지 않고 3초 이내라면 심각하지 않다고 합니다.

 

<climbing/cruising/descent>

airspeed 의 증가에 따라서 프로펠러의 pitch angle은 자동적으로 증가할 것입니다. 여러분은 manifold pressure와 rpm을 줄여서 엔진을 효율적으로 사용하고 연료소모를 줄일 수 있습니다. 엔진의 힘은 감소했지만 propeller 효율(피치각의 증가로 한번에 더 많은 공기를 뒤로 밀어냅니다)이 이를 보상하여 충분한 airspeed를 얻을 수 있을 것입니다. manifold pressure와 rpm값의 적절한 setting은 각 항공기의 POH를 참조하면 됩니다.

 

<approach/landing>

low pitch/high rpm position로 합니다(프롭 레버를 최대한 push 합니다).

G/A 대비하여 takeoff position 에 둡니다.

 

<참고사항>

- tachometer의 red line은 최대 허용 rpm을 의미할 뿐 아니라 엔진의 최대 마력을 얻기 위한 rpm이기도 합니다.

- tachometer의 green arc는 normal operating range를 의미합니다. 엔진 rpm이 이 범위 내에 있을 때, 엔진은 프로펠러를 돌립니다. 하지만 rpm이 green arc에 못미치는 경우에는 대부분의 경우(항상은 아닙니다만) 프로펠러가 airspeed에 의해 풍차처럼 회전하면서 오히려 엔진에 힘을 가하는 경우입니다. 반대로 rpm이 green arc를 넘어서게 되고 장시간 지속되면 엔진에 무리가 올 수 있습니다.

-manifold pressure(InHg로 환산한)가 rpm/100을 넘더라도 이것은 이상한 것이 아닙니다. (어떤 파일럿들은 이런 경우 엔진에 무리가 올 수 있다고 생각하는 경우가 있다고 합니다). 특히 낮은 고도의 공항에서 이륙하는 경우에는 이런 경우가 흔합니다.

 

두서없이 허접한 글 읽어주셔서 감사합니다.

태클 환영하고요, 프롭기를 좋아하시는 분들에게 작으나마 정보가 되었으면 좋겠습니다.

 

오늘 퇴근이 늦어서 벌써 시간이 이렇게 되었네요. 회원분들 좋은 밤, 편한 밤 되시기 바랍니다.

 

김종민 올림.

 

출처 : 플라이트 시뮬레이터

글쓴이 : keykey[김종민] 원글보기

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