TAS (True Airspeed)

 

 

TAS는 진 대기속도로 영어로 풀어쓰면Ture Airspeed로 표현된다. 122회 도로 및 공항기술사 1교시 시험문제 13번으로 출제되었음

 

대기속도(Airspeed) 구분

 

1.계기대기속도(IAS)

2.보정대기속도(CAS)

3.등가대기속도(EAS)

4.진대기속도(TAS)

등으로 구분 할 수 있음

 

 

 

대기속도(Airspeed)

 

비행기가 공중을 비행하는 실제 체감 속도를 의미하는 것으로

비행거리에 관계없이 비행기 주변을 스쳐 지나가는 공기의 속도로 

피토튜브**를 통해 측정된 속도를 말함

이 속도는 비행기의 양력, 실속 등의 계산을 위해 필수적인 데이터임

이와 관련되는 개념으로 지면속도(Ground)가 있음

극단적인 예를 들어 시속 200킬로미터 맞바람을 맞아가며

시속 200킬로미터 속도로 비행하면 이 비행기의 대기속도는 시속 200킬로미터지만

지상에서 보면 비행기는 날고는 있지만 앞으로 전진하지 않게 됨

즉 지면속도는 0킬로미터가 됨

피토튜브란?**
유체의 흐름 속도를 측정하기 위한 관 형태의 장비로 Henri Pitot에 의해 발명되었다. 
항공기에서는 그 대기속도(Airspeed)를 측정하는데 사용되며, 비행 중 공기의 흐름을 받아들여 그 속도를 측정한다.
피토관, 피토튜브로 측정되는 속도는 상대속도다. 
항공기가 대기 속을 비행하는데 공기와 부딪히는 저항을 감안한 속도로 비행기의 양력을 측정하기 위한 중요한 요소다.
따라서 지면속도(Ground Speed)와는 다르다.
예를 들어 비행기가 800킬로미터로 날 때 전방에서 불어오는 바람이 속도가 100킬로미터라면
피토튜브에서 감지되는 대기속도(Airspeed)는 900킬로미터가 된다.

그림출처 : 항공위키 (비행기 날개에 장착된 피토튜브)

 

항공기 순항 속도

1. IAS (Indicated Air Speed, 계기 대기속도)

항공기 속도계기판에 나타나는 값으로 운항승무원이 실제 비행 중 제공받는 속도이다. MSL (Mean Sea Level)을 기준으로 눈금이 설정되어 있고, 이 속도는 고도와 공기 밀도의 변화에 변하지 않는다.  

 

2. CAS (Calibrated Air Speed, IAS 보정 대기속도)

IAS 계기 위치와 장착 에러를 보정한 대기속도를 의미한다. CAS는 피토관을 통해 구한 전압(Total pressure)과 정압(Static pressure)의 차인 동압으로 계산한다. 전압을 얻기 위해서는 공기흐름이 피토관(Pitot) 이라고 부르는 전면을 향한 관에 의해 들어와서 충격 압력이 측정된다. 정압을 얻기 위해서는 공기흐름과 수직으로 위치한 몇 개의 정압공 (기체에 뚫어진 구멍)에서 측정된다.

 

3. TAS (True Air Speed, 진 대기속도)

 

항공기가 실제로 나는 속도

항공기의 고도가 높아질 수록

공기 밀도가 낮아지므로 이걸 보정해준 것

IAS와 TAS의 관계

현재 대기 속도에 움직이고 있는 항공기 속도를 말한다.

EAS(Equivalent Air speed)에 고도에 따른 공기 밀도에 대한 영향을 고려한 속도이다. 

고도가 증가할수록 TAS도 증가한다.

CAS에서 공기의 밀도와 압축 효과를 보정하여 얻을 수 있다.

*  바람이 없을 경우: TAS = GS

*  MSL** 조건에서: TAS = CAS

MSL** 
평균해수면 (平均海水面, Mean sea level(MSL))은 평균적인 해수면의 높이이며 기준이 되는 지점으로부터의 높이이다. 평균해수면으로부터의 고도가 해발이다. 평균해수면은 "바다가 평온할 때의 수위" 즉 바람이나 물결에 의해서 변화하는 해수면의 평균적 상태를 의미하고 조석 등으로 변화하는 해수면의 일정시간의 평균으로서 구할 수 있다.

 

 

 4. GS (Ground Speed, 대지속도)

대지속도는 항공기가 실제 대지를 기준으로 움직이는 속도를 의미한다. TAS에 풍향과 풍속이 보정된 값이다.

 

5. Mach (Mach number, 마하 수)

마하 수 란 음속(소리가 퍼져나가는 속력)에 비하여 속도가 얼마나 되는지를 나타내는 수이다. 음속은 공기의 밀도 및 온도에 따라 변화하므로 속도가 일정하더라도 공기역학적인 조건에 따라 마하 수가 변화하게 된다. 비행체가 공기 중에서 비행할 때, 마하 수 1.0을 넘는 경우(즉, 음속보다 빠른 속도로 비행하는 경우)를 초음속 비행이라고 말한다. 쉽게 말해 마하 수는 TAS와 음속의 비이다.

 

 

 

진 대기속도(Ture Airspeed : TAS)란?

 

진 대기속도는 항공기가 공기 속을 지나가는 실제속도를 말함

 

공기의 밀도에 따라 달라지는

계기지시속도(IAS)를 보정한 것이

진대기속도(TAS)이며

대기의 압력, 기온의 변화에 따라

보정대기속도(CAS)에 공기밀도비의 수정한 속도임

 

대기와의 상대속도로 특정고도에서의 공기밀도비의 역수인

제곱근(n√a)을 곱하여

공기밀도에 대한 오차를 수정한

등가 대기속도(EAS)***로

해면상에서의 공기 밀도비가 1.0이므로

진 대기속도(TAS)가 등가대기속도(EAS)임

 

운항컴퓨터와 같은 장비를 이용하지 않으면

운항 중 조종사가 직접 계산할 수 있는 속도는 아님

 

저속기로 압축성의 영향이 무시할 수 있을 경우,

CAS(보정대기속도)에 공기밀도비의 수정을 더해서 얻을 수 있음

이 속도는 고도, 기온변화에 따라 변하기 때문에 항공기의 항법에 활용됨

 

지면속도는 이전에는 도플러 레이더에 의해 알 수 있었지만,

현재는 관성항법장치(INS)에 의해 매우 정확한 지면속도를 얻을 수 있음

등가대기속도(EAS: Equivalent Airspeed)***
등가대기속도(EAS)는 보정대기속도(CAS)에 비행하고 있는 위치의 고도, 비행 속도에 대한 공기의 단열 압축성 흐름을 해면상 표준상태의 속도에 환산하여 수정한 수정 속도이다.

비행기의 비행고도와 속도가 낮을 경우는 압축성의 영향은 무시할 수 있지만, 고도 2만ft이상, 지시대기속도 180knot이상의 속도에서는 항공기 전면의 공기는 압축되는 현상이 발생하게 된다.

이 압축성공기는 비정상적으로 높은 지시대기속도를 나타내게 되므로 등가대기속도는 보정대기속도 보다 낮게 된다.

이와 같은 압축성 공기에 의한 오차는 기체 구조의 강도에 영향을 주므로 항공기 조종사에게 가장 중요하며 비행 컴퓨터에 의해 자동적으로 수정되게 되어 보정대기속도(CAS)=등가대기속도(EAS)가 된다.

또 해면상 표준대기상태에서는 CAS=EAS=TAS가 된다.
이 속도에 동압이 관련되므로 설계나 기체구조의 강도계산에 이용되는 설계 대기속도이다.

 

정확한 비행기 속도는?

비행기 속도와 관련해서

트래비 매거진(http://www.travie.com)에서

진 비행속도(TAS : True Airspeed)에 대해 이해하기 쉽도록

적절한 비유로

비행기 속도에 대해 쓴 기사가 있어 

가져와 보았음

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2015년 1월10일 영국항공 114편 보잉 777기는 뉴욕 JFK 공항을 이륙해 런던 히드로 공항으로 향했다.

114편은 보통 6시간 50분이 걸리는 이 구간을 이날은 5시간 16분 만에 도착했다. 무려 1시간 반이나 빠른 도착이었다.

시간 계산을 해 보니 더욱 놀랄 수밖에 없었다.

이 비행기는 무려 시속 1,200km로 날아온 것이다.

소리의 속도가 1,080km/h이므로

이 말은 비행기가 초음속으로 비행을 했다는 의미였다.

아니 콩코드도 아닌 일반 여객기가 초음속 비행을 했다니 도대체 이게 무슨 해괴한 사건이란 말인가?

 

이런 ‘이변’이 있을 수 있었던 것은

비행기의 속도를 재는 방식이 자동차와 다르기 때문이다.

 

자동차는 바퀴와 기어가 돌아가는 회전수를 측정해서 속도를 재는 데 반해

비행기는 바퀴가 없어서 공기의 흐름으로 속도를 재야 한다.

 

그래서 비행기 앞부분을 보면 바늘처럼 생긴 피토관(Pitot Tube)*이라는 것이 붙어 있다.

이 장치를 이용해 공기의 흐름(압력)을 측정해서 속도를 파악한다.

 

때문에 두 대의 비행기가 동시에 똑같은 거리를 이동하더라도

밑에서(공기 밀도가 높은 곳) 나는 비행기보다

위에서(공기밀도가 낮은 곳) 나는 비행기의 속도가 낮게 측정된다.

 

지상 10km 높이의 순항고도에서는 공기가 지상의 절반도 되지 않는다.

 

즉 이 정도 높이에서 비행할 때는

지상 기준으로 900km/h의 속도로 이동하더라도 옅은 공기로 인해 낮은 대기압력이 측정된다.

그래서 피토관은 비행기가 500~600km/h 정도의 속도로 날 때 생기는 대기압력으로 인식한다는 얘기다.

 

이때의 속도를 대기 속도(Air Speed)라 한다.

반면 지상에서의 이동을 기준으로 속도를 계산하는 것이

지상 속도(Ground Speed)이다.

이런 경우를 떠올려 볼 수 있다. 100m 길이의 풀장이 있다.

목까지 차는 물에 들어가 풀장의 끝에서 끝으로 이동한다면 물의 저항 때문에 걷기가 힘들다.

수심이 훨씬 낮은 쪽으로 이동해서 걷겠다는 생각은 자연스러운 수순이다.

 

무릎까지만 찬 물에서 걷자 몸이 한결 가볍다.

게다가 속도는 몇 배는 빨라질 것이다.

이때 걷는 방향으로 바닥이 움직이는 무빙워크가 2배의 속도로 움직이고 있다고 가정해 보자.

여기에 올라타면 같은 속도로 걷고 있지만 얕은 곳에서 걸을 때보다는 2배,

깊은 곳에서 걸을 때보다 이동 속도는 6~7배는 빠를 것이다.

 

이때

깊은 물속이 낮은 고도,

얕은 물속이 높은 고도,

그리고 무빙워크는 뒤에서 부는 바람을 의미한다.

 

비행기가 실제로 높은 곳

옅은 대기 압력 속에서 낸 속도는

500~600km/h 정도였고,

지상이었다면 900km/h 정도의 속도였을 것이다.

이때 운 좋게 뒤에서 부는 300km/h 이상 속도의 제트기류를 타게 된 것이다.

제트기류의 속도는 보통 100~200km/h 정도인데 이때는 유난히 세게 불었던 것.

그렇게 이 여객기는 본의 아니게 초음속 여객기가 될 수 있었다.

 

하지만, 만약 이 비행기가 공기밀도가 높은 저공에서 이 정도 속도를 냈다면

기체에 무리가 가서 손상되는 사고가 났을 것이다.

 

그렇다면 승객의 입장에서는 어느 쪽에 관심을 가질까?

당연히 지상 속도다. 얼마나 빨리 목적지까지 이동하고 있는지를 알려 주기 때문이다.

비행기 좌석 모니터에 나오는 그라운드 스피드라고 하는 것이 바로 이것이다.

보통 비행기가 약 3만 피트(지상으로부터 약 10km) 고도에서

순항할 때는 900km/h 안팎이다. 

반면, 조종사 입장에서는 대기 속도를 아는 것이 더 중요하다.

대기 속도를 알아야 실제로 비행기가 처한 상황을 정확히 파악할 수 있기 때문이다.

그러면 연료소모를 정확히 파악하고 비행기 구조물에 가해지는 부담 등을 피할 수 있게 된다.

 

극단적인 예로 비행기가 400km/h의 속도로 나아가려는데 맞바람이 400km/h로 불어오면

비행기는 제자리에 있는 결과가 된다.

그러면 실제로는 조금도 이동하지 못했는데 연료만 소모한 꼴이 된다.

 

거리에 따른 연료 계산에만 의지한다면 중대한 착오가 생기는 것이다.

조종사가 지상속도가 아닌 대기속도에 더 주의를 기울여야 하는 이유다.

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항공기의 스크린이나 AVOD 화면에서 보여주는 속도는 바로 이 지상속도이다.

미주권 갔다올 때 잘 보면 비행기 속도가 1100km/h 정도도 나올 수 있다. 

음속을 돌파한 것은 아니고 제트기류를 타고 날아가기 때문에 지상속도가 빠르게 나온 것이다.

목적지까지의 예상 도착시간 계산은 당연히 지상속도를 이용한다

 

대기속도(Air Speed)는 이와 반대로 상대적 차원에서 항공기가 실제로 느끼는 공기의 속도이다.

때문에 실제로 항공기가 날아가는데 있어서 가장 중요한 속도는 바로 이것.

그래서 실속속도(Vs/Vso)도 IAS로 나타내고,

이 IAS이상이면 오버스피드로 동체에 무리가 간다든지(Vne), 몇 노트의 IAS 이상에서

 랜딩 기어가 내려가 있으면 망가진다든지, 

플랩 각도는 몇 노트의 IAS에서 펼치라든지(Vfe) 모두 IAS를 기준으로 적어놓는다.

플랩 - 나무위키

출처 : 나무위키(항공기 속도표시)

위의 실제 항공기 계기판을 보면 일단 좌측에 나타내는 속도가 IAS이다.

중요한 기준들이 IAS로 되어 있기 때문. TAS와 GS는 오른쪽에 조그맣게 써있다