안녕하세요. :)
오늘은 항공사에서 굉장히 중요하게 여기는 개념인 항공기의 Range Performance에 대하여 알아보겠습니다.
왜 항공사에서 Range Performance에 대해 중요하게 생각할까요?
바로 경제성과 직결된 개념이기 때문입니다. 회사의 입장에서는 최소한의 비용으로 최적의 서비스를 제공하며 높은 수익성을 추구하는 것이 목적이기 때문이죠. 항공기 운항에 있어서도 경제성이 굉장히 중요하리라 생각합니다.
항공사 운영측면에서 유류비는 33%로 높은 비중을 차지하는 비용중 하나입니다.
자동차 역시도 어떻게 운전하는지에 따라 같은 차종임에도 불구하고 연비차이가 많이 생기듯, 항공기에서도 마찬가지로 "연비"차이가 발생하게 됩니다.
자동차는 가속페달을 얼마나 밟고, 급가속을 하고, 급정거를 하는지에 따라 연비가 달라지는데,
항공기는 이보다는 좀 더 복잡한 요소들의 영향을 받습니다. 지금부터 한번 자세히 들여다 보도록 하겠습니다.
Range Performance
The ability of an aircraft to convert fuel energy into flying distance is one of the most important items of aircraft performance. In flying operations, the problem of efficient range operation of an aircraft appears in two general forms:
1. To extract the maximum flying distance from a given fuel load
2. To fly a specified distance with a minimum expenditure of fuel
FAA : Pilot's handbook of aeronautical knowledge
Range Performance에 대한 개념을 연료 에너지를 날아간 거리로 전환하는 능력이라 합니다.
이걸 두 가지로 표시하는데
1. 연료당 최대 얼마나 날아가냐 > 자동차 연비로 생각하면 km/l 정도로 이해하면 되겠습니다. 리터당 얼마 가냐
2. 일정한 거리를 갈때 최소로 드는 연료가 얼마인지 > L/km 단위로 (유럽차들에 보면 이렇게 셋팅된 단위들이 있습니다.) 단위거리를 가는데 얼마의 연료가 소모 되느냐.
결국 어떤 것을 고정된 값으로 두느냐의 단위 차이 정도로 보시면 됩니다.
중요한 것은 Range와 Endurance의 개념을 구분해야 합니다.
- Range : 연료로 갈 수 있는 "Flying Distance" - 거리의 개념이고
- Endurance : 연료로 갈 수 있는 "Flying Time" - 시간의 개념입니다.
식으로 나타내면 이렇게 됩니다. 약간의 수식이 들어가는데요.
Range는 연료당 가는 거리인 공식에서 각 분모, 분자를 시간으로 나누면 위와 같은 공식이 나오게 됩니다.
Endurance도 마찬가지로 분모, 분자를 시간으로 나누면 Fuel flow에 반비례하는 공식이 나오게 됩니다.
자, 지금까지 이해한 것을 바탕으로 약간의 수학적 지식(?)을 동원해서 그래프를 이해해봅시다.
항공기의 Range Performance를 알기 위해서는 Max Endurance와 Max Range를 알아야겠죠?
우선 Max Endurance가 되는 지점을 찾으려면 Fuel flow가 최소가 되는 지점을 찾아야 겠죠? 그 지점이 "B" 위치입니다.
이때의 속도를 유지하면 항공기의 동일한 상태(무게,고도,Configuration)에서 Max Endurance Performance가 나오게 됩니다.
여기까지는 쉽게 이해되었죠?
이제 Max Range를 보면 위의 식에서 knots/Fuel flow가 되는 공식을 구했을 겁니다.
Endurance 공식(1/fuel flow)에 Knots(속도)를 곱한 공식으로 볼 수 있습니다.
위의 그래프에서 보면 x축이 속도로 되어있는 것을 보실수 있는데, 수학시간에 y=n에서 y=x 그래프로 변하는 것을 떠올리시면(?) 왜 접선이 Max range인 지점이 되는지 이해가 되리라 믿습니다.
Max Range가 되는 지점의 속도는 L/Dmax(최대 양항비)일때의 속도이고 이 속도로 비행하는 것을 MRC(Max Range Cruise)라고 합니다.
하지만, 실질적으로 MRC로 비행을 하면 연료는 가장 아낄 수 있지만, 이보다 약간 더 빠른 속도로 가면 1%의 연료 효율을 양보하고 3~5% 빠른 속도로 타협하여 비행할 수 있는 속도가 있는데 이를 LRC(Long Range Cruise)라고 합니다.
Most long-range cruise operations are conducted at the flight condition that provides 99 percent of the absolute maximum specific range. The advantage of such operation is that one percent of range is traded for three to five percent higher cruise speed. Since the higher cruise speed has a great number of advantages, the small sacrifice of range is a fair bargain.
FAA : Pilot's handbook of aeronautical knowledge
이 외에도 항공사 입장에는 고려해야할 요소들이 많이 있습니다.
연료를 아끼기 위해 너무 느린 속도로 비행을 하면 항공기의 순환율이 떨어질 수 있고 오히려 기타 다른 비용으로 손해가 발생할 수 있습니다.
유류비 외로 Crew Salary, Landing fee, 정비비 등 다양하게 고려해야할 요소들이 많습니다.
유류비 또한 변동폭이 생기고 지역마다 다른 경우가 있기 때문에 노선별로 최적의 비용이 나갈수 있는 방법을 고안하게 됩니다.
이를 Cost Index라는 개념이라고 하는데요. 개념자체는 간단합니다.
매 비행마다 항공사에서 정한 Cost Index를 FMS(MCDU)에 입력하여 그날의 항공기 속도를 정하는 기준으로 사용하게됩니다.
Cost Index에 대해 쉽게 잘 설명해놓은 유튜브 채널을 소개합니다.(Shout to Captain Joe!)
https://www.youtube.com/watch?v=6GBf1keuwhY
이렇게 항공사 운항정책에 따라 설정된 Cost Index 를 바탕으로 "시간"과 "연료소모량"을 모두 고려한 Min' Cost 속도가 ECON speed이다.
쉽게 이해하자면,
시간 + 연료 모두고려 > ECON
연료만 최대한 아껴! > MRC
연료 아끼긴 하는데 약간 더쓰고 빨리가자 > LRC
이렇게 이해하면 쉬울것 같습니다.
참고자료 Reference
- FAA : Pilot's handbook of aeronautical knowledge
- Youtube "Captain Joe"
