자이로스코프 계기(Gyroscope Instruments)

Sliding의 특별한 조직으로 만들어진 Vane은 자체 적으로 윤활이 되어 극미하게 닳게 된다.

(6) 압력 시스템 (Pneumatic Systems)

[그림 3-26]은 쌍발 민간 항공기의 계기 공기 장 치의 도표이다. 두 개의 건식 펌프(Dry Air Pump) 가 Pump 내의 깨지기 쉬운 Carbon Vane에 손 상을 줄 수 있는 오염 물질을 걸러내기 위해 흡입 구에 Filter와 함께 사용된다. Pump로부터 방출 된 공기는 적합한 수준의 압력을 유지하기 위해 과 도한 공기를 배출시키는 조절기(Regulator)를 통 해 흐른다. 그런 다음 조절된 공기는 Pump에서 나 온 오염 물질을 제거하기 위해 Inline Filter를 지나

Manifold Check Valve로 들어간다. 만약 한 엔진 이 고장 나거나 한 Pump가 고장 나면 Check Valve 는 부작동하는 시스템(System)을 고립시키고, 계기 는 작동하는 시스템으로부터 나온 공기로 움직일 것 이다. 계기를 지나면서 자이로를 작동시킨 공기는 Case 밖으로 배출된다. 자이로 압력 게이지는 계기 의 압력 저하를 측정한다.

중에 ‘자이로 수평(Gyro Horizon)’이라 불렸다. 지 금은 정확히 ‘자세계’라 불린다. 작동하는 기계장치 는 전기모터를 사용하거나 바퀴(Wheel) 주변에 있 는 홈에 공기가 부딪혀, 수직 회전축을 가진 황동 Wheel을 높은 속도로 회전시킨다. 자이로는 이축 짐벌(Gimbal)에 장착되어, 항공기가 공간상 고정 되어 있는 자이로 주위로 Pitch와 Roll을 할 수 있 다. 수평판(Horizon Disk)은 짐벌에 부착되어 있어 자이로와 같은 평면에 있게 되고, 항공기는 이것 주 위로 Pitch와 Roll을 한다. 초창기 계기에서는 단 지 수평을 나타내는 Bar가 있었지만, 지금은 수평과 Pitch 표시, Bank-angle Line을 나타내는 Disc로 되어 있다. 계기 눈금과 수평판(Horizon Disc)의 반 은 파란색으로 하늘을 나타내고, 나머지 반은 갈색 으로 지상을 나타낸다. 계기 윗부분의 Bank 눈금은 10도, 20도, 30도, 60도, 90도를 나타내는 눈금으 로 Bank 각도를 나타낸다. [그림 3-27] 작은 모형 항공기(Symbolic Aircraft)가 계기 Case 안에 부착 되어 있어, 수평선과 비교하여 비행하는 것을 나타 낸다. 계기 Case의 중앙 아래에 있는, 돌리는 버튼 (Knob)은 항공기 속도 변화에 의한 Pitch Trim 변 화를 보상하기 위해 Symbolic Aircraft를 올리거나 내린다. Symbolic Aircraft의 날개폭과 중앙의 점 은 대략 2도의 Pitch 변화를 나타낸다.

자세계가 잘 작동하기 위해서 항공기가 자이로 주 변으로 Pitch나 Roll을 할 동안 자이로가 수직으로 세워져 있어야 한다. 이 계기들의 베어링은 최소한의 마찰을 가지고 있다. 그렇지만, 이 작은 양의 마찰력 은 자이로에 선행하는 힘을 만들어 내어 자이로가 기 울게 한다. 기울어지는 것을 최소화하기 위해 자이로 가 수직 위치로부터 기울어질 때마다 직립시키는 장

치가 계기 Case 내부에 있다. 이 힘은 이러한 방식으 로 돌아가는 자이로를 수직 위치로 되돌아가게 한다.

이전의 자세계는 Pitch와 Roll이 제한되어 있어 보 통 Pitch는 60도, Roll은 100도로 제한되어 있다. 이 러한 제한치를 넘으면 자이로 틀에 짐벌이 닿게 되어 선행력이 자이로를 흔들리게 만든다. 이러한 제한 때 문에 이런 계기들은 제한치를 넘기는 기동을 하는 동 안 자이로를 수직축에 고정시키는 구속 장치를 가지 고 있다. 새로 나온 계기들은 이러한 제한적인 흔들 림 한계(Tumble Limit)가 없기 때문에 구속 장치가 없다. 항공기 시동을 건 후, 처음에 공기나 전기가 계 기에 공급되면 자이로는 직립되어 있지 않다. 계기 안에 들어 있는 중력에 의해 작동되는 자가 직립 장 치가 선행력(Precessive Force)으로 인해 자이로가 수직 위치로 직립하게 만든다. 직립은 5분 정도 걸릴 수 있지만 보통 2~3분 이내에 이루어진다. 자세계는 대부분의 오차로부터 자유롭지만, 직립 장치 기능의 속도에 따라 급속한 가속 시에는 약간의 Nose-up 지시를 하고, 급속한 감속 시에는 Nose-down 지

[그림 3-27] 자세계

시를 할 수 있다. 또한, 180도 선회 후에는 약간의 Pitch와 Bank 오차가 발생할 수 있다. 이러한 고유 오차는 아주 약간이고, 몇 분 후에는 스스로 수정되 거나 직진 수평비행으로 돌아오면 수정된다.

3.1.6.2 방향지시기 (Heading Indicators) Magnetic Compass는 믿을 만한 계기이고 예비 계기로 사용된다. 그러나 몇 가지 특유의 오차를 가 지고 있어 자이로 방향지시기(Heading Indicators) 에 의해 보조된다. 자세계의 자이로는 Double Gimbal에 장착되어 있어 회전축은 수직이 된다. 자 세계는 Pitch와 Roll을 감지하지만, 수직 축이나 회 전축의 회전을 감지할 수 없다. 방향지시기의 자이 로는 Double Gimbal에 장착되어 있지만, 회전축 이 수평으로 되어 있어 항공기의 수직 축 회전을 감 지한다. 원격 조종 자이로 지시계를 제외한 자이로 방향지시기는 북쪽을 스스로 찾을 수 없어, 나침반 (Magnetic Compass)을 참고하여 적당한 방향을 설 정하여야 한다. Magnetic Compass의 고유 오차나 진동에 상관없이 자이로의 강직성이 방향 지시를 유 지하게 만든다.

오래된 방향 자이로(Directional Gyro)는 Magnetic Compass Card와 같은 방식으로 표시된, 드럼같이 생긴 카드를 사용하였다. 자이로와 Card는 Case 안 에서 강직성을 가지고 있어 Card를 뒤에서 보게 된 다. 뒤에서 보기 때문에 잘못된 방향으로 선회를 할 가능성이 있다. 계기의 앞에 있는, Dial 아래의 Knob 을 눌러 Gimbal에 맞물리게 할 수 있다. Knob을 누 르면 Gimbal을 고정시키고 Lubber Line 반대쪽의 숫자를 Magnetic Compass와 동일하게 될 때까지 자이로와 Card를 돌릴 수 있다. Knob을 누르고 있다

놓게 되면 자이로는 강직성을 갖게 되고, 항공기는 Card 주변을 자유롭게 돌게 된다. Directional Gyro 들은 거의 대부분 공기에 의해 작동된다. 계기 Case 에서 공기가 빠져나가고 필터(Filter)를 거친 공기가 Case로 들어간다. Case로 들어가는 공기는 노즐을 통해 Wheel 주변에 파인 홈으로 분사된다. 베어링 마찰은 자이로가 선행하도록 만들고. 계기 지시에 오 차를 만든다. 이러한 계기들을 사용할 때, 매 15분마 다 Magnetic Compass와 동일하도록 설정하는 것이 기본 절차이다. [그림 3-28]과 같은 방향지시기는 이 전의 Horizontal Card 지시계와 원리가 같지만, 자 이로가 Vertical Card Magnetic Compass의 눈금처 럼 보이는 수직 눈금판을 움직인다. 항공기의 방향은 Lubber Line 역할을 하는 계기 유리의 항공기 Nose 가 지시하는 곳이다. 계기 앞의 Knob을 눌러 돌리면 자이로와 눈금을 돌릴 수 있다. Knob은 스프링이 장 착되어 있어 놓으면 Gimbal에서 분리된다. 이 계기 는 Magnetic Compass와 동일한지 확인하기 위해 매 15분마다 점검해야 한다.

[그림 3-28] The heading indicator is not north-seeking, but must be set to agree with the magnetic compass

3.1.6.3 선회 지시계(Turn Indicators)

자세계와 방향지시기는 강직성의 원리를 이용하지 만, 선회 및 경사 지시계(Turn-and-slip Indicator) 는 선행성을 이용하는 계기이다. 선행성은 자이로의 특성으로, 자이로를 움직이기 위해 힘을 가하면 힘을 가한 곳에 움직임이 발생하지 않고 회전 방향으로 90 도 지난 지점에 움직임이 나타난다. [그림 3-29]

(1) Turn-and-Slip Indicator

항공기의 첫 번째 자이로 계기는 바늘과 Ball 로 구성된 선회 지시계(Turn Indicator)나 Turn-and-bank Indicator로, 최근에 ‘Turn-and-slip Indicator’로 불린다. [그림 3-30]

계기 안의 경사계(Inclinometer)는 검은색 유리 Ball이 휘어진 유리관 속에, Compass 액체와 비슷 하면서 부분적으로 채워진 액체와 함께 밀봉되어 있 다. 이 Ball은 중력과 선회에 의해 발생하는 관성의 상대적 크기를 측정한다. 항공기가 직진 수평으로 비행하면 Ball에 관성이 없어 Ball은 유리관의 두 선

사이 중앙에 머물게 된다. 너무 과도한 경사(Bank) 로 선회를 하면, 중력이 관성보다 크게 되어 Ball 은 선회 안쪽으로 내려간다. 만약 선회가 너무 작은 Bank 각도로 이루어지면, 관성이 중력보다 크게 되 어 Ball은 선회 바깥쪽 위로 올라가게 된다. 경사계 는 Bank량을 지시하지 않고 Slip을 지시하는 양이 제한되어 있다; 다만 Bank 각도와 Yaw 비율의 관 계를 지시한다. 선회 지시계는 공기나 전기모터에 의해 작은 자이로가 돌아간다. 자이로는 회전축이 항공기의 횡축과 평행한 Single Gimbal에 장착되어 있고, Gimbal 축은 종축에 평행하도록 되어 있다.

[그림 3-31]

항공기가 수직축에 대해 Yaw가 발생하거나 돌아가 면 수평면에 힘을 만들게 되어, 선행성 때문에 자이 로와 짐벌이 짐벌 축 중심으로 돌게 된다. 이것은 조 절 스프링에 의해 회전면에 구속되어 있다. 항공기가 표준율 선회를 할 때, 지시 바늘이 눈금판에 표시된 눈금을 지시할 때까지 기울게 된다. 이 계기들의 눈 금판에 ‘2 MIN TURN’이라 표시되어 있다. 고속 항

[그림 3-29] 세차(Precession) [그림 3-30] turn-and-slip indicator

공기에 사용되는 어떤 Turn-and-slip Indicatord에 는 ‘4 MIN TURN’이라 표시되어 있다. 두 가지 계기 모두 표준율 선회는 바늘이 눈금(Doghouse)을 가리 킬 때 이루어진다.

(2) Turn Coordinator

오래된 Turn-and-slop Indicator의 주요한 제한 사항은 항공기의 수직 축 회전만을 감지한다는 것이 다. 항공기가 선회를 하기 전 직진 비행을 할 때 종 축 주위의 회전을 지시하지 못한다는 것을 뜻한다.

Turn Coordinator은 Turn Indicator와 같이 선행

성을 이용하지만 짐벌 구조가 항공기의 종축으로부 터 위로 30도 각도로 기울어져 있다. 이것이 Roll 과 Yaw를 둘 다 감지하도록 해 준다. 어떤 Turn Coordinator 자이로는 두 가지 동력을 사용하고 공 기나 전기에 의해 작동된다. 지시계로서 바늘을 움직 이기보다는 짐벌이 눈금판을 움직인다. 계기의 눈금 은 수평비행과 표준율 선회 Bank 각도를 지시하기 위해 표시되어 있다. [그림 3-32]

Turn-and-slip Indicator에 있는 것과 비슷 한 경사계(Inclinometer)는 ‘Coordination Ball’

이라 불리며, Bank 각도와 Yaw 비율의 관계를 보 여 준다. Ball이 표시 선의 중간에 있을 때 선회는 Coordinate(조화)된 것이다. 항공기는 Ball이 선회 바깥으로 가 있을 때 Skidding 하는 것이고, 선회 안쪽으로 가 있을 때 Slipping 하는 것이다. Turn Coordinator는 Pitch를 감지하지 않는다. 어떤 계 기에서는 이를 알리기 위해 눈금판에 ‘NO PITCH INFORMATION’이라고 표시되어 있다.

[그림 3-32] turn coordinator

[그림 3-31] turn-and-slip indicator와 turn coordinator