항적난기류

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1. 개요
2. 원인과 효과
3. 위험성
4. 사고 사례
5. 경감 및 해결 노력
6. 기타
- 6.1. 소리
- 6.2. 대중문화
참조

1. 개요

항적 난기류는 항공기 날개에서 발생하는 와류로, 비행 중인 항공기 뒤에 남겨져 다른 항공기에 위험을 초래할 수 있다. 날개는 양력을 발생시키기 위해 고기압과 저기압 영역을 형성하며, 이로 인해 공기가 날개 끝으로 이동하면서 와류가 생성된다. 와류의 강도는 항공기의 무게, 속도, 날개 형태에 따라 다르며, 특히 크고 무거운 항공기가 느린 속도로 비행할 때 강력하게 발생한다. 후방 난기류는 이착륙 시 가벼운 항공기에 심각한 위험을 초래할 수 있으며, 항공 교통 관제는 항공기 간 안전 간격을 유지하여 위험을 줄인다. 항적 난기류는 다양한 항공 사고의 원인이 되었으며, 윙렛과 같은 기술을 통해 영향을 경감하려는 노력이 이루어지고 있다.

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항적난기류
개요
정의	항공기가 통과한 후 발생하는 난기류
영향	후속 항공기의 안전에 심각한 위협이 될 수 있음
원인	날개 끝에서 발생하는 와류
강도	항공기의 크기, 무게, 속도에 따라 달라짐
최대 강도	이륙 직후 또는 착륙 직전
소멸	대기 상태에 따라 수 분 동안 지속될 수 있음
물리적 특성
와류	날개 끝에서 시작 항공기 뒤쪽으로 하강하며 이동 회전 속도: 최대 수백 미터/초
소산	대기 난류 지면 효과 바람의 영향
위험 요소
롤링 모멘트	후속 항공기에 예상치 못한 롤링 모멘트를 유발 조종 불능 상태 초래 가능
고도 손실	급격한 하강 유발 지상 충돌 위험 증가
구조적 손상	극심한 난기류로 인해 항공기 구조에 손상 가능
예방 및 완화
간격 유지	항공기 간 충분한 간격 유지 특히 큰 항공기 뒤에서는 더 긴 간격 필요
특정 절차	이륙 및 착륙 시 특정 절차 준수 와류를 피하기 위한 경로 설정
조종사 교육	항적 난기류의 위험성과 회피 방법에 대한 교육
기술적 해결책	와류 감소 장치 (윙렛 등) 지상 기반 탐지 시스템
관련 용어
영어	Wake turbulence
일본어	後方乱気流 (kōhō ranryū)
관련 용어	제트 분사
참고 사항
주의	모든 항공기는 항적 난기류를 생성하지만, 특히 크고 무거운 항공기가 더 강력한 난기류를 생성함.

2. 원인과 효과

날개는 양력을 발생시키기 위해 윗면에는 저기압, 아랫면에는 고기압 영역을 만든다.^[2] 유체는 고기압에서 저기압으로 흐르려는 성질이 있어, 날개 아래의 공기는 날개 끝을 통해 날개 위로 이동하려는 경향을 보인다.^[2] 날개 끝을 돌아 흐르는 공기는 원을 그리며 소용돌이, 즉 와류를 형성한다. 이 와류는 항공기가 진행함에 따라 뒤에 남게 되며, 오른쪽 날개 끝에서는 시계 반대 방향, 왼쪽 날개 끝에서는 시계 방향으로 회전한다.

와류의 강도는 항공기의 무게, 속도, 날개 형태에 따라 달라지며, 무겁고 느린 항공기일수록 더 강한 와류를 생성한다. 와류는 발생 후 수 분간 지속되며, 시간이 지남에 따라 천천히 하강한다. 또한 바람에 의해 흩날리거나, 내려온 와류가 지면에서 튀어 오르기도 한다.^[2] 보통 육안으로 관찰할 수 없기 때문에, 대형 항공기의 바로 뒤에서 비행하거나 이착륙하는 소형 항공기는 주의를 요한다.

헬리콥터 역시 항적 난기류를 발생시킨다.^[5] 헬리콥터의 와류는 같은 무게의 고정익 항공기보다 훨씬 강력할 수 있다.^[5]

후방 난기류를 관측하는 수단으로 레이저도플러 레이다 (도플러 라이다)로 기류의 밀도 차이에 따른 굴절률 변화를 관측하는 방법이 있다.^[27]^[28] 윙팁 와류에 의한 공기 저항 (유도 항력)이 연비를 악화시키므로, 주 날개 끝에 윙렛이라고 불리는 작은 날개를 장착하여 영향을 경감시키는 설계 기법도 있다.

3. 위험성

비행익상 소용돌이, 즉 후방 난기류는 특히 이착륙 시 가벼운 항공기에 심각한 위험을 초래할 수 있다.^[6] 소용돌이의 강도는 항공기의 크기, 속도, 날개 형태에 따라 달라진다. 크고 무거운 항공기가 천천히 비행하며 보조 날개를 확장했을 때 가장 강력한 소용돌이가 생성된다.^[6] 대형 항공기가 생성한 소용돌이는 경비행기보다 훨씬 크고 강력하며, 바람과 함께 이동하며 수 분간 지속될 수 있다.^[6]

경비행기가 중비행기 뒤를 따르면 후방 난기류에 휩쓸려 전복될 위험이 있으며, 특히 낮은 고도에서의 이착륙 시에는 더욱 위험하다.^[6] 항공 교통 관제사는 항공기 간 충분한 시간 간격을 유지하여 이러한 위험을 줄인다.^[6] 윙팁 장치는 윙팁 와류의 세기를 다소 줄일 수 있지만, 안전 거리에 큰 영향을 주지는 못한다.^[6]

ICAO는 최대 이륙 중량을 기준으로 항적 난류 범주를 규정하고, 이착륙 시 항공기 분리에 사용한다.^[7] 항공 교통 관제사는 이 기준에 따라 계기 착륙을 하는 항공기를 순차적으로 배치하며, 시각 접근을 하는 항공기는 권장 간격에 대한 조언을 받고 분리를 유지해야 한다.^[7]

착륙하는 오클랜드 국제공항의 에어버스로부터 발생하는 항적 와류가 지면으로 내려오면서 바다와 상호 작용한다.

이착륙 시 항공기 항적은 지면을 향해 가라앉고, 바람이 잔잔할 때는 활주로에서 측면으로 멀어진다. 약 5노트의 횡풍은 항적의 풍상 측을 활주로에 유지시키고, 풍하 측을 다른 활주로로 이동시킬 수 있다.^[7] 날개 끝 와류는 항공기 항적의 바깥쪽에 존재하므로 이는 위험할 수 있다. ^[7]

예기치 않은 항공기 움직임은 와류에 의해 발생할 수 있으므로 상황 인식이 중요하다. 일반적인 난기류는 착륙 단계에서 드물지 않다. 와류 난기류가 의심되는 조종사는 와류에서 벗어나 착륙 복행 또는 복행을 실행하고 더 강한 와류를 만날 준비를 해야 한다. 와류의 시작은 미묘하고 부드러울 수 있으므로, 조종사는 공기역학적 경고에 의존하지 않고 즉시 회피해야 한다.

4. 사고 사례

후방 난기류는 여러 항공 사고의 원인 또는 주요 요인으로 작용했다.^[11]^[12]^[13]^[14]^[15]^[16]^[17]^[18]^[19]^[20]^[21]^[22]^[23]^[24]

1966년 6월 8일, XB-70이 F-104와 충돌했다. 정확한 원인은 밝혀지지 않았지만, XB-70의 항적 난기류로 인해 F-104가 너무 가까이 접근하여 날개와 충돌한 것으로 추정된다.
1972년 5월 30일, DC-9가 그레이터 사우스웨스트 국제공항에서 DC-10 뒤에서 "터치 앤 고(Touch and Go)" 착륙을 하던 중 추락했다. 이 사고로 FAA는 "대형" 항공기와의 최소 후속 거리 분리를 위한 새로운 규칙을 만들었다.
1987년 1월 16일, 야코블레프 Yak-40이 타슈켄트에서 이륙 직후 일리우신 Il-76의 항적 와류를 겪고 추락했다. 아에로플로트 505편에 탑승한 9명 전원이 사망했다.
1993년 12월 15일, In-N-Out 버거 사장을 포함한 5명이 탑승한 전세기가 캘리포니아주 오렌지 카운티의 존 웨인 공항에서 몇 마일 떨어진 곳에서 보잉 757의 항적 난기류에 갇혀 추락했다. 이 사고로 FAA는 보잉 757에 대해 대형 항공기 분리 규칙을 적용하고 있다.
1994년 9월 8일, USAir 427편이 펜실베이니아주 피츠버그 근처에서 추락했다. 이 사고는 항적 난기류와 관련된 것으로 여겨졌지만, 주요 원인은 결함이 있는 방향타 제어 부품이었다.
1999년 9월 20일, JAS 39A 그리펜이 베네른 호에 추락했다. 다른 항공기의 항적 와류를 통과한 후 그리펜은 갑자기 항로를 변경했고, 조종사는 탈출했다.
2001년 11월 12일, 아메리칸 항공 587편이 존 F. 케네디 국제공항에서 이륙 직후 뉴욕 퀸스의 벨 하버 지역으로 추락했다. 이 사고는 일본항공 보잉 747의 항적 난기류에 대한 부조종사의 방향타 오용으로 인해 수직 안정판이 분리된 것으로 알려졌다.
2008년 7월 8일, 미국 공군 PC-12 훈련기가 플로리다주 헐버트 필드에서 AC-130U 건쉽의 항적 난기류에 휩쓸려 추락했다.
2008년 11월 3일, 에어버스 A380-800의 항적 난기류로 인해 사브 340이 강한 횡풍 조건에서 일시적으로 통제력을 잃었다.
2008년 11월 4일, 후안 카밀로 모우리뇨 멕시코 내무부 장관을 태운 리어젯 45가 멕시코시티 국제공항에 착륙하기 위해 회전하던 중 767-300 뒤에서 비행하다가 추락했다. 멕시코 정부는 조종사들이 접근하는 비행기의 유형에 대해 통보받지 못했고, 최소 접근 속도로 속도를 줄이지도 않았다고 밝혔다.
2012년 9월 9일, 로빈 DR 400이 안토노프 An-2로 유발된 항적 난기류에서 90도 회전한 후 추락하여 3명이 사망하고 1명이 중상을 입었다.
2014년 3월 28일, 인도 공군 C-130J-30 KC-3803이 인도 괄리오르 근처에서 편대를 이끌던 다른 C-130J 항공기의 항적 난기류에 휩쓸려 추락하여 탑승자 5명 전원이 사망했다.
2017년 1월 7일, 개인 소유의 봄바디어 챌린저 604가 아라비아해 상공에서 에어버스 A380 아래를 통과하다가 항적 난기류를 만나 공중에서 세 번 굴러 를 떨어졌다. 여러 승객이 부상을 입었고, 비행기는 폐기되었다.
2018년 6월 14일, 콴타스 여객기 QF94편이 로스앤젤레스에서 멜버른으로 향하던 중, 이륙 후 강한 항적 와류로 인해 바다 위로 갑작스러운 자유 낙하를 경험했다. 난기류는 이전 콴타스 항공 QF12편의 항적에 의해 발생했다.

5. 경감 및 해결 노력

윙렛은 날개 끝에 부착되는 작은 날개로, 윙팁 와류의 영향을 줄여 유도 항력을 감소시키고 연비를 향상시키는 설계 기법이다.^[9]^[10] 활주로 문턱 근처에 "판 선(plate lines)"을 설치하여 2차 와류를 유도하고 와류 지속 시간을 단축하는 연구가 진행 중이다. 비엔나 국제공항에서의 시험 결과, 와류 감소율이 22%에서 37%로 보고되었다. 레이저 도플러 레이다(도플러 라이다)를 이용하여 기류의 밀도 차이에 따른 굴절률 변화를 관측하여 후방 난기류를 탐지하는 기술이 활용된다.

6. 기타

6. 1. 소리

바람이 없는 날, 착륙하는 대형 제트기의 항적 난기류는 둔탁한 굉음이나 휘파람 소리로 들릴 수 있다.^[25] 이는 와류의 강력한 핵심 때문에 발생한다. 만약 항공기가 약한 와류를 생성한다면, 붕괴되는 소리는 종이를 찢는 소리와 비슷하게 들릴 것이다. 종종, 지나가는 항공기의 직접적인 소음이 줄어든 지 몇 초 후에 처음 감지되며, 그 후 소리가 커진다. 항적 난기류 소리는 방향성이 강하기 때문에 항공기 뒤에서 상당한 거리를 두고 발생하는 것으로 쉽게 인식되며, 그 발생원은 항공기가 지나간 것처럼 하늘을 가로질러 움직이는 것처럼 보인다. 소리는 30초 이상 지속될 수 있으며, 끊임없이 음색이 변화하고, 때로는 휙휙거리는 소리와 찢어지는 듯한 소리가 나다가 마침내 사라진다.^[25]

항공기 통과 후 발생하는 와류로 인한 미세한 바스락거림과 찢어지는 소리. 0분 50초부터 시작하여 녹음 끝까지 지속된다.

6. 2. 대중문화

1986년 영화 ''탑건''에서 톰 크루즈가 연기한 피트 "매버릭" 미첼 중위는 동료 조종사의 제트 기류를 통과하면서 두 번의 엔진 정지를 겪는다. 그 결과, 회복 불가능한 스핀에 빠져 탈출을 시도하지만, 그의 RIO 닉 "구스" 브래드쇼는 사망한다.^[26]

영화 ''푸싱 틴''에서는 항공 교통 관제사들이 항공기 착륙을 직접 경험하기 위해 활주로 문턱 바로 옆에 서 있는 장면이 묘사된다. 그러나 이 영화는 지상에 서 있는 사람들에게 미치는 난기류의 영향을 극적으로 과장하여 묘사한다.

참조

_[1] 웹사이트 AIM Page-569 https://faraim.org/f[...]
_[2] 간행물
_[3] 웹사이트 Jumpseat: Assaulted by an A380 http://www.flyingmag[...] 2018-04-22
_[4] 간행물
_[5] 웹사이트 AFSOC Crash Report Faults Understanding Of Osprey Rotor Wake http://defense.aol.c[...] AOL Defense 2012-08-30
_[6] 웹사이트 Aircraft Wake Turbulence https://www.faa.gov/[...] 2023-03-05
_[7] 웹사이트 Aerodynamics of Flight https://www.faa.gov/[...]
_[8] 서적 Glider Flying Handbook https://www.faa.gov/[...] Federal Aviation Administration 2022-03-29
_[9] 논문 Mitigating Wake Turbulence Risk During Final Approach via Plate Lines https://arc.aiaa.org[...] 2023-08-05
_[10] 웹사이트 Mitigating wake turbulence to increase airport capacity https://aeroreport.d[...] 2020-06
_[11] 웹사이트 Aircraft Accident Report Delta Air Lines 30 May 1972 https://www.ntsb.gov[...]
_[12] 웹사이트 Катастрофа Як-40 Узбекского УГА в а/п Ташкент-Южный (борт СССР-87618), 16 января 1987 года. // AirDisaster.ru – авиационные происшествия, инциденты и авиакатастрофы в СССР и России – факты, история, статистика http://www.airdisast[...] 2017-01-09
_[13] 웹사이트 In-Flight Separation of Vertical Stabilizer American Airlines Flight 587 Airbus Industrie A300-605R, N14053 Belle Harbor, New York November 12, 2001 https://www.ntsb.gov[...] 2023-03-05
_[14] 웹사이트 Crash Blamed on Pilots Following Too Closely, Air Force Times, Oct. 17, 2008 http://www.airforcet[...] 2018-04-22
_[15] 웹사이트 Investigation: AO-2008-077 - Wake turbulence event, Sydney Airport, NSW, 3 November 2008 http://www.atsb.gov.[...] 2018-04-22
_[16] 웹사이트 Accident Report (German) http://www.bfu-web.d[...] 2015-11-05
_[17] 웹사이트 Scientific Research regarding this accident http://www.dglr.de/p[...] 2018-04-22
_[18] 웹사이트 Air Force's new C-130J aircraft crashes near Gwalior, five killed http://www.ndtv.com/[...] NDTV.com 2015-07-14
_[19] 웹사이트 IAF Super Hercules Crash: five crew member Air Force Personnel killed in Gwalior http://news.biharpra[...] news.biharprabha.com 2014-03-28
_[20] 웹사이트 IAF's C130 J "Super Hercules" transport aircraft crashes, all five personnel on board dead http://articles.econ[...] The Economic Times 2015-07-14
_[21] 웹사이트 'Wake turbulence' led to C-130 J aircraft crash https://indianexpres[...] 2019-12-24
_[22] 뉴스 'Wake turbulence' led to C-130 J aircraft crash http://indianexpress[...] The Indian Express 2015-07-14
_[23] 뉴스 In The Wake of An A380: Dealing With Wake Turbulence http://aviationweek.[...] Aviation Week Network 2017-07-05
_[24] 뉴스 Flight from Los Angeles sent into nosedive for 10 seconds after hitting vortex: report https://www.foxnews.[...] news.com.au 2018-06-14
_[25] 웹사이트 Repository Notice - Bureau of Transportation Statistics http://ntl.bts.gov/l[...] 2018-04-22
_[26] 웹사이트 "Mayday, mayday, Mav's in trouble, he's in a flat spin!"- A comparison between the ejection scene from Top Gun and a real bailout from an F-14 Tomcat https://theaviationg[...] 2023-08-10
_[27] 문서 Dual-Doppler lidar measurement https://www.sgepss.o[...] 地球電磁気・地球惑星圏学会
_[28] 문서 Coherent Doppler Lidar observations of winds in urban boundary layer https://www.sgepss.o[...] 同

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