본문내용
1. 항공교통시스템의 개요
1.1. 항공교통의 특성
항공교통은 출발지에서 3차원의 공간을 이용하여 자국/타국의 공역에 진입하는 교통수단으로, 안전성, 신속성, 정시성, 국제성, 독과점성, 경제성, 쾌적성, 응수성 등의 다양한 특성을 가지고 있다.
첫째, 안전성이다. 항공기의 대형화 및 고속화로 한 번에 수백 명의 탑승인원이 고속으로 운송되는 특성상, 일단 사고가 발생하게 되면 매우 치명적이고 많은 희생자를 발생시키기 때문에 안전성이 더욱 강조된다. 이를 위해 항공기의 성능개량, 이중안전시스템(Fail-Safe System)과 정비능력의 향상, 운항방식의 자동화, 위성을 이용한 통신방식의 도입, 각종 전자장비의 전산화 및 항행안전시설의 급속한 발달로 안전성이 크게 향상되고 있다.
둘째, 신속성(고속성)이다. 항공교통은 타 교통수단과 비교할 수 없는 고속성을 가지고 있다. 항공기의 속도는 통상 항공기 제원상의 순항속도를 말하고 있으나, 비행예정인 전체비행구간을 총 비행시간으로 나눈 값인 평균속도로 비교할 때 그 차이가 더욱 크다. 이처럼 항공기의 속도는 기상, 바람의 영향, 항공기 탑재중량 등의 요소에 영향을 받으므로, 이를 비행 전에 분석하여 가장 효율적인 비행고도와 비행노선을 확보하고 운항계획을 수립한다.
셋째, 정시성이다. 항공운송은 타 교통기관과 비교할 때 기상조건 및 항공기 상태, 공항의 상황, 탑승 수속 등의 사유로 정시성을 유지하기 어렵다. 그러나 여객확보 차원에서 항공사는 이용여객의 신뢰 및 서비스 질의 향상을 위해 정시운항에 노력하고, 공항당국도 공항사정으로 인한 결항과 지연이 발생하지 않도록 공항시설과 장비의 개량, 보강 및 운용의 개선을 통해 정시성 향상을 위해 노력한다.
넷째, 국제성이다. 국제항공운송이 이루어지기 위해서는 국가 간 항공협정을 체결해야 하며, 정부 간 항공협정에 따라 지정된 양국의 항공사는 세부 항공협정을 맺고 그에 따라 지정된 노선에서 항공운송업무를 수행한다. 즉, 항공운송은 취항노선의 결정, 공급좌석과 운항 횟수, 운임결정, 여객 및 화물 처리절차 기준, 항공운송인의 책임 등 모든 사항이 공역을 통과하거나 착륙하는 국가들과 체결된 협정에 의거하여 결정된다.
다섯째, 독과점성이다. 항공운송사업은 정부의 면허를 받은 자만이 할 수 있도록 하여 시장에서 경쟁 없이 안정적으로 발전할 수 있게 법으로 독려하고 있다.
여섯째, 경제성이다. 항공교통은 항공기의 대형화, 공항시설 및 장비의 현대화, 자동화와 경영합리화를 통해 원가를 절감했고, 물가상승과 화폐가치의 하락으로 운임이 비교적 저렴한 수준까지 낮아졌다. 또한 시간가치를 감안할 때 경제성이 월등히 높으며, 항공화물로 수송하여야만 채산성과 상품가치가 있는 상품의 운송으로 항공운송이 증가하는 추세이다.
일곱째, 쾌적성이다. 객실 내의 시설, 기내서비스, 비행상태, 여행시간의 단축, 객실 내 소음 감소, 숙련된 객실 승무원의 서비스 등을 통해 쾌적성이 높다.
마지막으로 응수성이다. 항공교통은 점을 연결하는 교통이며, 노선개설이 상대적으로 자유롭고 용이하다. 단지 공항과 전파통신시설만 있으면 노선개설이 가능하기 때문이다.
이처럼 항공교통은 다양한 특성을 가지고 있으며, 이러한 특성으로 인해 기존 교통수단으로서의 역할, 공공적 역할, 경제적 역할, 사회적·문화적 역할, 국제적 역할 등을 수행하고 있다.
1.2. 항공교통시스템의 구성요소
항공교통시스템의 구성요소는 항공교통을 구성하는 핵심적인 요소들로서 크게 항공교통구성요소와 항공교통지원시스템으로 구분될 수 있다.
항공교통구성요소에는 항공기, 항공종사자, 항공로, 공항시설 등이 포함된다. 항공기는 공기의 반작용으로 뜰 수 있는 기기로서 비행기, 비행선, 활공기, 회전익항공기 등을 말한다. 항공종사자에는 운송용 조종사, 사업용 조종사, 자가용 조종사, 부조종사, 항공사, 항공기관사, 항공교통관제사, 항공정비사, 운항관리사 등이 해당된다. 항공로는 국제항공로, 국내항공로, RNAV항공로 등이 있다. 공항시설에는 이착륙시설, 항행안전시설, 항공교통관제시설, 청사와 부대시설, 격납고, 주유시설 등이 포함된다.
항공교통지원시스템에는 공역관리, 항공교통업무지원시스템, 공항운영시스템, 항공사운항지원시스템 등이 해당된다. 공역관리는 비행정보구역 내의 각종 공역을 계획하고 설정하며, 설정된 공역을 효율적으로 활용하여 항공교통업무를 원활히 수행하게 하는 업무이다. 항공교통업무지원시스템은 항공기 간의 충돌방지, 항공교통의 질서유지, 항공교통관제업무 및 정보제공, 수색 및 구조업무 등을 담당한다. 공항운영시스템은 공항시설과 장비를 관리하고 항공기 이착륙, 여객 및 화물처리, 지상조업 등을 지원한다. 항공사운항지원시스템은 항공사의 항공기 운항과 운항관리를 지원한다.
이처럼 항공교통시스템은 다양한 구성요소들이 유기적으로 결합되어 있으며, 각 요소들의 효율적인 운영이 항공교통의 안전과 편의성을 보장하는 데 중요한 역할을 한다."
2. 비행제어시스템(FCS)
2.1. 비행제어시스템의 개념
비행제어시스템(FCS)이란 무엇인가? 비행제어시스템(FCS)은 조종사와 항공기의 제어를 위한 기본적인 인터페이스를 제공하는 것이다. 이 인터페이스는 조종사가 직접적으로 항공기 비행을 통제하는 수단으로 사용되며, 자동 조종이나 비행 관리 시스템과 같은 상위 수준의 제어시스템의 근간이 된다.
초기의 비행제어시스템은 항전 시스템이기보다는 기계 또는 유압 시스템이었으나 1980년대 이후로 디지털 비행제어시스템으로 발전하여 지금은 상업용 항공기에서 어디서나 볼 수 있게 되었다. 현재의 디지털 비행제어시스템은 비행기를 생산하고 유지하는 보수 비용을 절감하고 완화하며, 비행의 특정 측면을 자동으로 처리함으로써 조종사의 능력을 제한함으로써 업무량과 항공기에 과도한 스트레스를 감소시켜 안전 비행과 승객의 편안함으로 이어질 수 있었다.
항공기의 비행을 위해서는 비행제어, 조종 신호전달, 조종 시스템이 필요하다. 예를 들어 세스나 항공기는 인간이 비행제어방식을 하고, 링 케이지가 조종 신호전달 방식을 사용했지만, F-35 항공기는 디지털 FCC가 비행제어를 하고, 디지털 FBW가 조종 신호전달을 하며, 유압 및 전기가 조종면 POWER SOURCE로 기능을 대체할 수 있었다.
이처럼 기술의 발달로 인해 비행제어시스템은 점점 더 발전해 왔다고 볼 수 있다. 비행기의 안전성과 효율성 증대를 위해 지속적으로 연구와 개발이 이루어지고 있다.
2.2. 디지털 비행제어시스템
디지털 비행제어시스템은 기존 조종사의 항공기 조종 표면 사이의 기계적 또는 유압적 연결을 전기 신호 연결로 대체함으로써 가능해졌다. 상업 항공기의 영역에서 디지털 플라이바이 와이어 FCS는 1984년 A320 여객기부터 시작되었으며, A380, 777 제트 여객기, 상업용 항공기인 787로 이어졌다.
플라이바이 와이어 FCS는 조종사 명령을 전기 신호로 표면을 제어하기 위한 것이다. 조종사로서 제어 열을 꺾거나 방향타 페달을 움직이는 것으로 명령은 디지털 신호로 변환된다. 이 디지털 신호는 배선을 통해서 각 제어 표면에 부착된 액추에이터로 이동하고, 제어 표면을 꺾어 수신된 신호에 따라 조종사의 명령을 실행하는 것이다. 촉각일 때 조종사에게 피드백이 제공되고, 항공기 외부에 장착된 센서가 공기역학적 데이터를 전달하게 되며, 댐퍼 또는 서보 모터가 제어 칼럼에 부착된 비행 갑판으로 돌아가는 공기 속도 등은 조종사가 전통적인 FCS를 통해 느낄 공기역학적 힘을 시뮬레이션하는 것이다.
이처럼 디지털 비행제어시스템은 비행을 조금 더 편하게 하고 할 수 있는 AUTOPILOT 기능, 비상시에 비행체를 제어하는 기능, 비행 영역을 제한하는 기능 등이 추가되었으며, 조종사가 조종면에 가해지는 힘을 느낄 수 없어 비행체의 상태를 계기만으로 확인해야 했으나, 보잉 여객기의 경우 FBW 시스템은 조종면에 걸리는 힘을 측정해서 이것을 조종간에 다시 전달해주는 FORCE FEED BACK SYSTEM을 적용하면서 조종사가 비행체 상태를 조종간을 통하여 알 수 있도록 하였다. 또한 보잉사는 비행 제어의 우선권을 조종사에게 두었으며, 에어버스는 제한선 이상의 기동 입력을 요구하면 FCC가 이를 무시하기도 한다. 이처럼 에어버스와 보잉의 조종계통에 대한 다른 철학이 항공기 안전에 어떤 영향을 미치는지는 불분명하다.
이와 같이 디지털 비행제어시스템은 불안정한 비행기를 안정시키는 것이 초기의 목적이었지만, 점차 비행을 편하게 하고 다양한 기능이 추가되면서 발전해 왔다. 특히 조종사의 입력을 제한하는 방식에 따라 에어버스와 보잉 간에 차이가 있는데, 이러한 차이가 안전성에 어떤 영향을 미치는지에 대해서는 아직 명확하지 않다.
2.3. FCC(Flight-control-computer)
FCC(Flight-control-computer)는 초기에는 불안정한 비행기를 안정시키는 것이 주요 목적이었다. 이후 조종사의 비행을 편리하게 하고자 하는 오토파일럿 기능, 비상시 비행체를 제어하는 기능, 비행 영역을 제한하는 기능 등이 추가되었다. 예를 들어 의식을 잃고 떨어지는 전투기를 자동으로 수평을 유지할 수 있는 기능이나, 헬기를 자동으로 정지 비행 상태를 유지하는 것이 대표적이다.
FBW(Fly-By-Wire) 시스템의 경우, 기본적으로 조종사가 조종면에 가해지는 힘을 느낄 수 없다. 그에 따라 조종사는 비행체의 상태를 계기로만 확인해야 했다. 그러나 보잉 여객기의 경우, FBW 시스템은 조종면에 걸리는 힘을 측정해서 이것을 조종간에 다시 전달해주는 FORCE FEED BACK SYSTEM을 적용하면서 조종사가 비행체 상태를 조종간을 통하여 알 수 있도록 하였다. 또한 보잉사는 비행 제어의 우선권을 조종사에게 두었으며, 만일 기수가 제한선 이상으로 조종입력을 할 때 조종입력을 반대되는 신호를 FCC가 조종관의 froce feed back system을 통해서 알려주게 된다. 하지만 조종사가 더 힘을 주게 되면 제한선 이상의 기수를 들게 되는 신호가 엘리베이터가 입력되게 된다.
반면 에어버스는 제한선 이상의 기동 입력을 요구하면 FCC가 이를 무시하기도 한다. 에어버스와 보잉의 조종계통에 대한 다른 철학이 그들의 안전에 어떤 영향을 미치는지 불분명하다. 에어버스의 활성 비행 봉투 보호 시스템이 사고를 당했지만, 에어버스는 이러한 사고가 조종사 과실의 결과이며 자사의 설계를 고수를 주장하고 있으며, 보잉 777기와 관련된 주요 사고는 발생하지 않았다. 항공기는 여전히 비교적 최신형이며 A320/330/340만큼 널리 사용되지 않기 때문에 비교 기준으로 사고율을 사용하는 것이 어려운 것이다.""제공된 내용은 Flight-control-computer(FCC)의 주요 기능과 발전 과정, 그리고 FBW 시스템 적용에 따른 에어버스와 보잉 간 조종계통의 차이와 이에 따른 안전성 논의를 다루고 있다. FCC의 초기 목적이었던 불안정한 비행기 안정화에서 점차 자동 조종, 비상 제어, 비행 영역 제한 등 다양한 기능이 추가되었음을 설명하고 있다...
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