10-1-1. 헬리콥터 비행 컨트롤 시스템(helicopter flight control systems)

가.IFR상황 하에서 헬리콥터 운영을 위한 요구조건은 14 CFR part 27(airworthiness standards: normal category rotorcraft), 14 CFR part 29(airworthiness standards: transport category rotorcraft)에 수록되어 있다. 이들 요구조건들을 충족하기 위하여 헬리콥터 제작사들은 세트로된 안정화 장비(a set of stabilization) 그리고/혹은 AFCSs (automatic flight control systems)를 항상 이용한다.

나. 대부분의 이들 시스템들은 다음과 같은 종류들로 구분해 볼 수 있다.

(1) 기본적인 VFR 항공기 형태(basic VFR configuration)에서 찾아 볼 수 없는 컨트롤 능력 혹은 안정성을 부가시켜 주는 공기역학적인 표면

(2) 트림 시스템은 cyclic centering effect를 제공한다. 이들 시스템들은 일반적으로 마그네틱 브레이크/스프링 장치(magnetic brake/spring device)를 포함하고 또한 cyclic에 있는 four-way switch에 의해서 컨트롤 된다. 이것은 조종사가 헬리콥터의 싸이클릭을 손으로 잡은 상태(hands on)에서 조종할 수 있도록 도와주는 시스템이다.

(3)안정성 증대 장치(stability augmentation systems : SAS)는 헬리콥터의 안정성을 증대시키기 위해 short-term rate damping control inputs를 제공해준다. 마치 트림 시스템처럼, SAS는 hands on 비행을 할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

(4)자세유지장치(attitude retention systems : ATTs)는 disturbance후에 선택된 자세로 되돌아갈 수 있도록 해준다. 원하는 자세로 만들기 위해 cyclic에 있는 force trim switch를 이용하여 자세를 만든 후에 force trim switch를 release하거나 four-way beep switch를 사용하여 이루어 질 수 있다. 자세유지는 SAS 혹은 기본적인 hands off 오토파일럿 기능일 것이다.

(5)오토파일럿 시스템(autopilot systems : APs )은 heading , altitude, vertical speed ,navigation tracking, 그리고 approach등을 포함하는 지정된 lateral과 vertical paths를 경유하여 hands off하여 비행을 할 수 있도록 해준다. 일반적으로 이들 시스템들은 mode의 선택을 위하여 control panel을 가지고 있고 모드의 상태를 나타내어주는 시스템을 가지고 있다. 오토파일럿은 여러 가지 관련된 flight director system(FD)이 장착 될 수도 혹은 장착이 안 될 수도 있다. 오토파일럿들은 일반적으로 헬리콥터의 roll과 pitch 축을 컨트롤(cyclic control)한다. 그러나 yaw 축(pedal control)과 collective control servos가 포함 될 수도 있다.

(6) FDs는 선택된 lateral과 vertical mode로 조종사가 비행하기 위한 시각적인 가이던스를 제공한다. 일반적으로 시각적인 가이던스는 자세계상에 dual cue(일반적으로 cross-pointer 라고 함) 혹은 single cue(일반적으로 vee-bar라고 함)중에 하나의 표시를 제공한다. 몇몇 FDs는 또한 collective cue를 포함한다. 조종사는 이들 명령을 만족시키기 위하여 헬리콥터를 원하는 비행경로에 따르면서 혹은 원하는 비행경로를 따라 자동비행을 수행하기 위해 autopilot의 flight director에 연결하면서 조종하면 된다. 일반적으로 flight director mode control과 indication은 autopilot에서 서로 분리되어 있다.

다. IFR 운영을 위한 certificate를 얻기 위하여 특정 헬리콥터들은 이들 시스템에 대하여 한개 혹은 그 보다 더 많은 시스템을 서로 결합하여 사용하도록 요구할 수도 있다.

라. 대부분의 경우에 헬리콥터는 조종사 한명 혹은 두 명의 조종사로 IFR 운영을 하도록 허가된다. 어떤 장비는 두 명의 조종사가 운영하는 것을 필요로 하는 기능 혹은 설치를 요구한다. 그리고 일반적으로 추가적인 장비는 한명의 조종사가 운영할 수 있도록 요구한다.

마. rotorcraft flight manual은 일반적으로 한명 혹은 두 명의 조종사를 배치(configuration)하여 IFR 비행을 할 수 있도록 기능과 시스템에 대하여 설명한다. 종종 두 명의 조종사가 운영할 경우 두드러지게 이들 augmentation의 level은 설치된 시스템의 full capability 이하이다. 게다가 한명의 조종사가 운영할 경우에는 augmentation의 level을 더욱더 높게 요구할 수도 있다.

바. rotorcraft flight manual은 IFR 비행과 관련하여 또 다른 특정한 제한사항들에 대하여 역시 확인시켜 준다. 일반적으로 이들 제한사항들은 포함되나 제한되지는 않는다.

(1) IFR 비행을 위한 최소장비(몇몇 경우에는 한명의 조종사와 두 명의 조종사를 위해)

(2) Vmini ( 최소속도-IFR )

주의 : 제작사는 계기접근을 하는 동안 최소 IFR 속도를 추천할 수도 있음

(3) Vnei ( 초과금지속도-IFR )

(4) 최대접근각

(5) 무게 와 무게중심 제한

(6) 비행기의 문 위치 그리고 외부 적재물과 같은 비행기 외부형태 제한

(7) 비행기 시스템 제한(발전기, 인버터등)

(8) 시스템 테스트 요구조건(많은 avionics와 AFCS/AP/FD 시스템은 self-test feature를 포함한다.)

(9) 조종사 행위(action) 요구조건(어떤 고도아래 에서 계기접근 하는 동안, 어떤 운영을 하는 동안 조종사의 손과 발을 반드시 컨트롤에 있어야 하는 것과 같이)

사. 헬리콥터의 IFR 요구조건에 친숙 하는 것은 매우 중요하다. 같은 make와 model 그리고 헬리콥터 시리즈에서 장착된 avionics의 편차(variations)는 요구되는 장비와 특별한 운영상황에서 augmentation의 level을 변화시킬 수 있다.

아. 비행운영시 조종사는 augmentation system의 작동모드, control logic 그리고 부여된 기능들에 대하여 반드시 주의를 기울여야 한다. 예를 들어 three-cue (lateral , vertical 그리고 collective cues)모드로 ILS 접근을 하면서 flight directors의 collective cue는 glide slope이 기준에서 벗어날 경우에 따라 반응하고 동시에 cross-pointer 의 horizontal bar는 속도가 어떤 기준에서 벗어날 경우에 반응한다. two-cue 모드로 ILS를 하면서 글라이드 슬롭의 기준에서 벗어날 경우에 반응하기 위해서 horizontal bar에 정보를 제공한다. 이것은 특히 두 명의 조종사가 비행중일 경우에 매우 중요하고 조종사는 단지 헬리콥터의 컨트롤에 더 높은 정확성을 제공하는 시스템에 대한 완전한 이해를 해야 하는 것뿐만 아니라, 비행의 다양한 단계별로 flight director와 autopilot mode의 컨트롤에 대한 책임과 절차에 대한 일련의 사항들을 가지고 있어야 하며 또한 확립되어 있어야 한다. 이것은 잘못된 시스템에 대한 승무원의 식별을 위해 기본적인 사항이다.

자. 부작동하는 계기 혹은 장비를 가지고 이륙을 하기위한 금지로부터 구제되는 것은 최소장비목록(MEL)을 통해서 제공될 수도 있다.(14 CFR section 91.213 그리고 14 CFR section 135.179 , inoperative instruments and equipment 참고) 많은 경우에 한명의 조종사로 IFR 비행을 하도록 구성된 헬리콥터는 어떤 부작동하는 장비를 가지고 출항할 수도 있을 것이다. 두 명의 조종사를 필요로 하는 비행일 경우에는 pilot-in-command와 second-in-command가 14 CFR section 61.58 , pilot-in-command proficiency check : operation of aircraft requiring more than one pilot flight crewmember 그리고 14 CFR section 61.55 , second-in-command qualifications 혹은 14 CFR part 135 , operation requirements : commuter and on-demand operations , subpart G , crewmember testing requirements등의 규정을 통하여 이들 규정에 해당하는 요구조건을 충족하였는지에 대하여 주의 깊게 확인해야 한다.

차. IFR 헬리콥터에 장착된 현대의 AFCS/AP/FD 장비는 경우에 따라, 매우 복잡하다는 것을 경험적으로 알수 있을 것이다. 이러한 복잡성은 reversionary modes, 고장지시, 제한사항, 시스템 운영 등에 대한 높은 수준의 지식을 계속 얻고 유지해야함을 요구한다. 몇몇 경우에, 이것은 오로지 정규적인 훈련을 통해서 확실하게 성취 되어진다.