활주로의 숨은 복병 Hydroplaning 수막현상, 활주로 노면 상태에 따른 이착륙 (ft.소금쟁이)

얼음, 눈으로 덮인 노면 위를 달릴 때 미끄러질 수 있다는 건 당연한 생각입니다.
그리고 경험이 있는 사람이라면 물이 있는 노면 위에서도 미끄러질 수 있다고 생각할 수 있습니다.
마치 소금쟁이가 물 위를 떠다니는 것처럼 표면장력 등에 의해 물 위에서도 미끄러질 수 있습니다.

이러한 현상은 생각보다 쉽게 일어날 수 있습니다.
오늘은 노면 위 물에서 미끄러지는 현상인 수막현상(Hydroplaning)에 대해 정리해 보겠습니다.

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 수막현상(Hydroplaning)은 항공기가 지상활주, 이착륙 시에 활주로 노면에서 미끄러지는 현상입니다. 이러한 현상으로 인해 항공기의 방향 제어와 제동 효율에 악영향을 미칠 수 있습니다. 항공기의 에너지가 큰 상태인 이착륙 시에 비행기 제어가 어려워지게 되면 큰 사고로 이어질 수 있기 때문에, 수막현상에 대해 잘 알고 주의하여야 합니다.

 

1. Viscous hydroplaning (점성수막) : 물의 점성으로 인해 매우 얇은(0.025mm 미만) 수막이 생성되어 타이어가 수막 위를 지나가는 현상. 타이어가 유체를 관통하지 못하여 그 막 위를 구르며 미끄러진다. 동적수막보다 낮은 속도에서 발생한다. 매끄러운 활주로 노면(아스팔트, 이전의 착륙들로 인하여 착지 구역이 고무로 코팅된 지역 등)에서 발생한다. 이러한 표면들은 젖은 얼음(Wet ice)과 같은 마찰 계수를 가질 수 있다.

 

2. Dynamic hydroplaning (동적수막) : 활주로에 고여있는 물(0.25mm 이상)이 있고, 항공기 속도가 빠를 경우, 수막층의 압력과 타이어 압력이 같아 항공기의 타이어가 수막에 의해 뜨게 되는 현상. 항공기 속도가 빠를수록 잘 일어나며, Dynamic Hydroplaning이 일어나기 시작하는 속도(Vp)는 타이어 압력에 비례한다. (Vp = 8.73√Tire pressure [psi])
Vp에서 표면 위의 수막의 압력이 밀어내는 힘과 항공기의 무게가 같아지면서 타이어를 밀어 올리게 된다. 밀어 올려진 타이어는 방향 컨트롤(Directional control)을 할 수 없게 되고, 이때의 BA(Braking action)은 Nil 상태가 된다.

 

 

3. Reverted Rubber (steam) hydroplaning (증기수막) : 아주 얇은 수막층에서도 발생할 수 있으며, 물에 젖은 활주로 위에서 브레이크를 사용할 때, 타이어와 표면 사이의 마찰로 물이 증발하여 증기압이 타이어를 밀어 올리는 현상. 브레이크를 사용하면서 미끄러지는 바퀴는 엄청난 열을 발생시키는데, 이는 활주로와 접촉한 고무를 원래의 경화되지 않은 상태로 만든다. 경화되지 않은 상태의 고무는 타이어와 활주로 사이에서 Seal처럼 작용하여 타이어 바퀴가 물과 닿는 영역의 물 배출을 지연시킨다. 발생한 열로 인해 물이 가열되어 증기로 변하면서 증기압이 타이어를 밀어 올려 미끄러지게 된다. 
 증기수막현상은 종종 동적수막현상에 이어 함께 발생한다. 브레이크를 release 하고 적절히 apply 하여 증기수막에 의한 skidding이 발생하지 않도록 한다. 아주 낮은 속도(20 kts or less)에서도 증기수막현상이 남아있을 수 있으니 주의하여야 한다.

 

 수막현상이 일어나면 제동효율성(braking effectiveness)과 방향 컨트롤(directional control) 이 어렵게 된다. 수막현상에 대비하여 혹은 발생하였을 때는 가능하다면 홈이 파여있는 활주로(grooved runway)에 착륙하거나 적절한 제동 기술을 발휘하여야 한다. 타이어가 수막을 뚫을 수 있도록 강하게 착지하는 Hard landing을 하거나, 접지 후 스포일러(Spoiler), 역추진(Reverse thrust) 등 공기역학적 제동을 최대로 사용한다. 

스포일러(spoiler)와 역추진(Reverse thrust)

 

 이처럼 수막현상 등에 대비하여 활주로 표면상태에 따른 제동성능을 반영하고 이착륙을 준비하여야 합니다. 다음 포스팅에서 활주로 표면상태(RCAM, Runway Condition Assessment Matrix)와 제동성능(BA, Braking Action)에 대해 정리해 보겠습니다.