[Takeoff and landing performance] Windshear

"A windshear is defined as a change in wind direction and/ or wind speed in space. This includes updrafts and downdrafts."

말 그대로 바람 방향과 속도의 변화가 변칙적인 것이다.

 

보통 light windshear 의 경우 비행중 항상 발생할 수 있으나

moderate windshear 의 경우 pilot 을 통한 recovery action 이 필요하며

severe windshear 의 경우 recovery 가 불가능 한 경우까지 발생할 수 있다.

 

보통 이런 windshear 의 경우 좁은 거리에서 발생할 경우 더 강하고 변화도 더 많다. 

 

Updrafts 와 downdrafts 의 경우 보통은 Thunderstorm과 함께 발생하는 경우가 많다.

 

위험한 Windshear 의 경우 landing, takeoff 의 경우가 그렇다. Low-level windshear 인데, final approach path prior to landing, along the runway and along the takeoff/ initial climb-out flight path 에서 발생하는 경우 위험하다. 이는 보통 ground 로부터 3,000 feet 아래에서 발생하는 경우로 위험하다.

 

Windshear 가 오래 지속되지는 않는다. 

 

Windshear 가 위험한 이유는 갑작스런 풍향과 풍속의 변화때문인데 이는 비행기의 performance에 영향을 주게 된다. 비행기가 날 때inertia 가 있다. 이 inertia 는 변화에 대한 저항을 나타낸다. 만약 비행기가 airspeed 80 knots 로 날고있고, headwind 30knots 를 맞으며 비행중일 때, inertial speed of airplane over the ground 는 50 knots 이다. 이 상태에서 갑작스레 calm wind 로 들어가 head wind 5 knots 를 맞게 된다고 해도 비행기의 the inertial speed 는 50 knots 이다. 그러나 이 5 knots 의 headwind 는 airspeed 를 갑작스레 떨어뜨려 비행기의 속도를 55knots 로 만들어 버린다. 이 경우 할 수 있는 것은 power 를 더하거나 pitch attitude 를 낮춰 속도를 얻는 것이며, 추가로 undershooting 을 비해야 한다. 이처럼, windshear가 강할 수록 비행기의 power, attitude 는 크게 변해야한다. 

 

 안전을 위해서 turbulence 가 landing 중에 있을 경우는, approach 속도보다 살짝 높게 비행하여 갑작스런 변화에 대응해야 한다. 

 

Overshoot and Undershoot effect

Overshoot effect

보통 갑작스레 Headwind가 강해지거나, tailwind가 작아졌을 경우, 그리고 tailwind 에서 headwind 로 변했을 때, 그리고 updraft를 맞았을 때 생기며 이런 경우 pitch attitude가 커지는 경향이 있다.

 

Undershoot effect 

위와 반대이다

 

Windshear Reversal Effect

landing 을 하기 위해 final 에 있다고 가정했을 때

tail wind를 맞다가 갑작스레 headwind를 맞게 되면 (풍향의 변화로) 비행기의 pitch attitude는 뜨게 되며 overshooting 의 경향이 생긴다. 반대일 경우는 반대이다. 그렇기 때문에 windshear 가 생겼을 경우 pilot 의 잦은 action 이 요구된다. 

Crosswind

어쩌면 가장 위험할 수 있다. 왜냐하면 비행기의 direction 은 rudder와 nose wheel 로 조향하게 되는데 rudder에 작용하는 aerodynamic force 가 약하기 때문에 (landing, takeoff) crosswind를 이겨낼 수 없게 되는 경우가 생길 수 있다. 그러한 이유로 runway 와 align이 안 되는 경우가 생긴다

 

The Causes of Windshear

obstructions and terrain features

localized vertical air movements associated with thunderstorms, cumulonimbus and large cumulus clouds; low-level temperature inversions; and sea breezes.

 

Reference

Aviation Supplies & Acedemics, Inc.. (2020). The pilot's manual volume 2: Ground school