터보팬엔진(TURBOFAN ENGINE)의 추력은 어떻게 얻어질까?

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(TURBOFAN ENGINE)



  오늘날 우리가 이용하는 민항기에는 주로 터보팬엔진이 사용됩니다. 전투기에 사용되는 제트엔진보다 연료소모율이 적고 배기소음도 획기적으로 줄일 수 있기 때문입니다.



(터보팬엔진의 구조)



  엔진 앞부분에 위치한 펜이 돌아가며 공기를 흡입하고 그 다음 압축기(Compressor)에서 공기를 압축합니다. 이 때 공기가 압축되면서 온도는 매우 높아지게 되는데 이 압축공기는 엔진의 연소 뿐만아니라 여러 용도로 쓰입니다. 그 대표적인 것이 기내여압입니다. 엔진에서 압축된 고온의 공기를 식혀 객실로 보내서 어느 고도에서건 항공기 내부를 일정하게 7000피트의 대기압을 유지하게 해줍니다.



  이렇게 압축된 고온의 공기의 양에 비례하여 연료조절기에서 연료를 분사하고 점화하여 '흡입-압축-폭발-배기'가 이루어집니다. 따라서 대부분의 터보팬엔진의 추력이 내연기관에 의해 발생한다고 잘못 알고 있는 경우가 많습니다.



 



  그러나 사실상 대부분의 추력은 위 사진과 같이 'By-Pass Fan Air'에서 생기게 됩니다. 비율로 따지자면 'By-Pass Fan Air'에 의한 추력이 75%, 'Exhaust Jet'에 의한 추력이 25%를 차지하게 됩니다.




  그러므로 터보팬엔진의 추력에 있어 엔진으로 흡입되는 공기의 양은 매우 중요합니다. 기온이 낮을수록 공기의 밀도가 높기 때문에 터보팬엔진의 추력에 도움이 됩니다. 공기의 온도가 높아지다가 30도 부근에서 부터 급격하게 추력이 떨어지게 되는데 이는 항공기 이륙성능에 큰 영향을 미칩니다.



  터보팬엔진의 팬(FAN)과 내연기관은 한 축으로 연결되어 있습니다. 내연기관은 팬을 돌리는 중요한 역할을 하게 됩니다. 이런 이유로 항공기가 지상에서 터보팬엔진을 시동하기 위해서는 펜을 돌리는 동력이 필요하게 됩니다. 따라서 지상조업사에서 GPU를 통해 시동을 거는 방법이 있고 또 한가지 방법은 항공기 꼬리 부분에 설치된 엔진인 APU를 작동시키고 이 힘으로 엔진스타트를 하게 됩니다.



(B737의 APU)








(포스팅 내용 중에 틀린 부분이 있다면 지적해 주시기 바랍니다.)

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후류요란(Wake Tubulence)

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  후류요란(Wake Tubulence)이란?


  항공기가 기동하면서 항공기의 날개 끝에서 발생하는 공기의 소용돌이를 말합니다. 후류요란은 후면과 아래쪽의 항공기에 영향을 미칩니다. 후류요란이 생기는 원인을 쉽게 말하자면 거대한 항공기가 빠른 속도로 지나가면 항공기가 방금 있던 위치는 진공상태가 됩니다. 이런 진공상태로 공기가 채워지게 되면서 후류요란이 발생하게 됩니다. 후류요란을 시각적으로 보여주는 동영상입니다.





  위와 같은 모양으로 공기의 흐름이 생기게 됩니다. 가령 대형항공기가 지나간 뒤에 작은 항공기가 후류를 만나면 실속을 일으킬 수 있는 위험한 상황에 놓이게 됩니다. 그래서 항공기 간의 분리가 더욱 중요합니다. 따라서 후류요란 영향의 크기를 등급으로 표시하여 통신에 사용하는데 기준은 다음과 같습니다.


1. Heavy(H) - 중량이 136,000kg 이상

2. Medium(M) - 중량이 7,000 - 136,000kg 미만

3. Light(L) - 중량이 7,000kg 미만


  관제교신을 들어보면 콜사인 뒤에 Heavy를 붙이는 경우가 있습니다. (ex. ASIANA 838 Heavy ....) 최근에는 더 큰 항공기가 운영되면서 A380 같은 경우에는 Heavy 대신에 'Super' 라는 용어를 사용합니다. (ex. KOREAN AIR SUPER 454) 이와같은 용어를 붙여줌으로써 주변을 비행하며 통신을 청취중인 다른 항공기들에게 정보를 제공해 줍니다.

  항공기에 의해 인위적으로 생기는 터뷸런스에 대해 알아봤습니다. 흔히 터뷸런스라 함은 자연적 터뷸런스인 '난기류'를 칭합니다. 후자에 대해서는 다른 포스팅을 통해 알아보겠습니다.




- 후류요란은 왜 소용돌이 칠까?



  비행기의 앞바퀴가 지면에서 떨어지는 순간부터 후류요란이 발생하게 됩니다. 위 사진의 날개 끝에 생기는 와류의 형태를 보시면 후류요란이 왜 저런모습으로 나타나는지 이해하실 수 있습니다.


  항공기의 양력이 발생함은 공기를 아래로 밀어내리고 항공기가 올라간다는 것인데(이는 고도를 내릴 때도 마찬가지) 빠른 속도로 진행하는 항공기의 날개 끝의 와류가 연속적으로 이어지면 위의 동영상과 같은 후류요란의 모습이 되는 것입니다.

 

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진입각지시등 Precision Approach Path Indicator(PAPI)의 간략한 설명

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PAPI는 진입각지시등으로써 착륙하고 있는 항공기에게 진입각(고도)의 양부(良否)를 시각적으로 알려주는 등광으로 활주로시단부근에 설치되어 주야간에 관계없이 조종사에게 정밀계기접근이 가능하게 해준다.

PAPI 외에도 진입각지시등의 종류에는 VASI, T-VASIS, AT-VASIS, Tri-Color VASI, Pulsating VASI, Alignment of Element System, APAPI 등이 있다.

PAPI는 주간에 약 5마일(7.4Km), 야간에 20마일의 시각범위를 가져야 한다.

PAPI는 백색과 적색의 2가지 색상으로 나타내는 4개의 등기로 구성되며 특별한 경우를 제외하고는 활주로 왼쪽에 설치한다.

APAPI(Abbreviated PAPI)는 2개의 등기로 구성되며 기본적인 특성은 PAPI와 동일하다.

 



<PAPI 관측 색상이 나타내는 의미>

○(White), ●(Red)로 한다.

착륙 시 적절한 진입각은 3도이며 *Glide Path란 ILS에서 종축방향 즉 진입각을 지시한다.

 

1. ○○○○ : High ( More than 3.5 Degrees )

 

2. ○○○● : Slightly High ( 3.2 Degrees )

 

3. ○○●● : On *Glide Path ( 3 Degrees )

 

4. ○●●● : Slightly Low ( 2.8 Degrees )

 

5. ●●●● : Low ( Less Than 2.5 Degrees )

 

 

 

<APAPI 관측 색상이 나타내는 의미>

○(White), ●(Red)로 한다.

 

1. ○○ : High

 

2. ○● : On *Glide Path

 

3. ●● : Low


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국제민간항공조약 부속서(ANNEX)의 간략한 설명과 원문(첨부)

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국제민간항공조약 부속서는 1에서 18로 구성되어 있으며 부속서는 조약에 기초를 두고 주로 기술적 사항에 관한 통일을 용이하게 하기 위해서 채택된 것이므로, 조약규정 자체에 대하여 우월적 지위에 있는 것은 아니다. 부속서는 조약규정을 구체적으로 실시할 경우의 세부적인 사항을 규정하는 것으로 해석된다.

 

제1부속서 '항공 종사자의 면허 (Personnel Licensing)'

: 이 부속서는 조종자(Pilot)의 면허 및 등급, 조종자 이외의 항공기 승무원, 예를 들면 항공사, 항공 기관사 등의 면허, 항공기 승무원 이외의 종사자, 예를 들어 항공기 정비사, 항공 교통 관제사 등에 대한 면허 및 등급, 의학적 요건, 예를 들어 조종자의 신체 및 정신적 요건 등에 관해 규정하고 있다.

 

제2부속서 '항공규칙 (Rules of the Air)'

: 이 부속서는 항공규칙의 적용범위, 충돌의 회피, 비행정보 불법방해 등에 관한 일반규칙과 시계비행 규칙, 계기비행 규칙, 신호 및 항공기의 표시등화, 순항고도, 민간 항공기의 요격(Interception) 등에 관해 규정하고 있다.

 

제3부속서 '국제항공을 위한 기상업무 (Meteorological Service for International Air Navigation)'

: 이 부속서는 기상대, 기상관측, 기상보고, 공항 등의 항공기상 정보, 항공 기상도 및 통신에 관한 요건과 이용 등에 관해 규정하고 있다.

 

제4부속서 '항공지도 (Aeronautical Charts)'

: 이 부속서는 항공지도에 관한 일반세칙, 진입도, 착륙도 및 비행장도 등에 관해 규정하고 있다.

 

제5부속서 '공지통신에 사용되는 측정단위 (Units of Measurement to be Used in Air and Ground Operations)'

: 이 부속서는 측정단위의 국제화 촉진, 고도, 거리, 경도, 위도, 시계풍속, 기압, 속도, 조명도, 음량 등의 표준과 기호를 규정하고 있다.

 

제6부속서 '항공기의 운항 (Operation of Aircraft)'

: 이 부속서는 기장의 직무, 비행기 성능의 운항한계, 비행기의 계기 및 장비품과 비행기록, 비행기의 정비, 항공기 승무원, 운항 관리자, 운항 안내서와 기록류, 객실 승무원, 보안에 관해 규정하고 있다.

 

제7부속서 '항공기의 국적 및 등록기호 (Aircraft Nationality and Registration Marks)'

: 이 부속서는 항공기의 국적, 등록, 등록의 공동기호 기호의 명시장소 및 등록 증명서에 관해 규정하고 있다.

 

제8부속서 '항공기의 감항성 (Airworthiness of Aircraft)'

: 이 부속서는 항공기의 감항증명과 그 표준방식, 항공기 및 부품의 감항성 기준에 관해 규정하고 있다.

 

제9부속서 '출입국의 간이화 (Facilitation)'

: 이 부속서는 항공기, 여객, 승무원, 화물의 출입국 및 통과수속의 간이화에 관해 규정하고 있다.

 

제10부속서 '항공통신 (Aeronautical Telecommunications)'

: 이 부속서는 무선항법 원조시설, 통신장치 및 무선 주파수 등에 관해 규정하고 있다.

 

제11부속서 '항공교통 업무 (Air Traffic Services)'

: 이 부속서는 항공교통 관제업무, 비행정보 업무 및 구난의 경우 긴급업무에 관해 규정하고 있다.

 

제12부속서 '수색구난 (Search and Rescue)'

: 이 부속서는 항공기의 수색 및 구난에 관한 조직 및 수속 등에 관해 규정하고 있다.

 

제13부속서 '항공기 사고조사 (Aircraft Accident and Incident Investigation)'

: 이 부속서는 항공기 사고에 관하여 통보, 조사관할, 조사수속, 조사 보고서 등을 규정하고 있다.

 

제14부속서 '비행장 (Aerodromes)'

: 이 부속서는 표점, 표고 및 온도 등의 비행장 자료와 활주로-숄더 및 착륙대 등의 물리적 특성, 장해물의 제한과 제거, 시각원조 시설, 비행장 설비, 항공등화 등에 관해 규정하고 있다.

 

제15부속서 '항공정보 업무 (Aeronautical Information Services)'

: 이 부속서는 항공로를 기록한 책, 항행에 관한 시설, 상황, 서비스, 수속 및 장애 등의 정보(NOTAM)과 항공정보 통보(Circular), 전기통신 요건 등에 관해 규정하고 있다.

 

제16부속서 '항공기 소음 (Environmental Protection)'

: 이 부속서는 비행기의 소음제한, 그 기준이 되는 평가단위 소음 측정점 및 시험수속 등에 관해 규정하고 있다.



제17부속서 '보안 (Security - Safe guarding International Civil Aviation against Acts of Unlawful Interference)'

: 이 부속서는 공중납치 등 항공기에 대한 불법행위에 대처하기 위한 조직과 협력, 비행장 및 운항자에 관한 정보와 보고 등에 관해 규정하고 있다.

 

제18부속서 '위험물의 안전수송 (The Safe Transport of Dangerous Goods by Air)'

: 이 부속서는 위험물의 정의, 구분, 포장, 표시, 수송의 제한 등에 관해 규정하고 있다.


그리고 얼마전 항공안전에 대한 중요성이 커짐에 따라 부속서 19가 새로 생겼습니다.


제19부속서 '안전관리(Safety Management Manual)' 이하 SMS(Safety Management System)

:


첨부된 부속서는 제가 13년도에 쓰던 원문입니다. 19부속서는 포함되어 있지 않습니다.

ICAO ANNEX.pdf


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고도의 표현과 수정(Altimeter Setting)

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  일반적으로 전이고도(Transition Level) 이하에서는 고도(Altitude)로 표현하고 전이고도 이상에서는 비행고도(Flight Level)이라고 표현합니다. 여기서 전이고도는 각 국가마다 다르며 우리나라는 14,000피트 부터 FL140으로 표현합니다. 가령 산지가 많은 우리나라와 다르게 중동 국가들은 더 낮은 고도에서 전이고도를 정해 놓고 있습니다.


  고도계 수정치가 중요한 이유는 이 수정치를 어떻게 입력하느냐에 따라서 비행기 계기패널에 표현되는 고도가 다르게 나타나기 때문입니다. 따라서 일정한 규칙을 정해놓지 않는다면 각 비행기들이 정확한 고도로 비행할 수 없게 되며 안전운항에 영향을 미치겠지요?


  전이고도 미만에서 고도계 수정치는 항공기 관할 구역 내에서 관제기관에서 얻거나 공항차트를 통해 알 수 있습니다. 각 지역마다 전이고도 미만에서의 고도계 수정치가 다르기 때문에 익숙한 노선이라도 필히 확인해야 하는 사항이지요.


  전세계의 고고도 항공로를 통하여 비행하는 항공기들은 ALTIMETER 29.92(1013.25hpa) 표준대기압(QNE)의 값으로로 셋팅을 해야합니다. 이처럼 국제적인 통일이 있기에 수 많은 항공기들이 기압이 다른 지역에서도 충돌 없이 비행할 수 있습니다.


 

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길이에 따른 활주로, 착륙대의 구분

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  비행기가 직접적으로 뜨고 내리는 곳을 우리는 '활주로(Runway)'라고 부릅니다. 하지만 '착륙대(Landing Strip)'는 조금 다른 개념입니다. 이, 착륙 중에 기체가 활주로를 벗어나는 경우를 대비하여 항공기의 안전을 확보하기 위해 지정한 안전지대와 같은 개념이지요. 따라서 활주로를 중심으로 직사각형 표면을 말합니다. 위 사진에서 보이는 활주로 주변의 '초지'도 착륙대에 속하지요.


  그렇다면 활주로 또는 착륙대의 길이에 따른 등급기준을 알아볼까요?


 비행장의 종류

 착륙대의 등급 

활주로 또는 착륙대의 길이 

육상비행장 

 A

2,550 미터 이상 

 B

  2,150 미터 이상 2,500 미터 미만

 C

  1,800 미터 이상 2,150 미터 미만 

 D

 1,500 미터 이상 1,800 미터 미만

 E

 1,280 미터 이상 1,500 미터 미만

 F

 1,080 미터 이상 1,280 미터 미만

 G

 900 미터 이상 1,080 미터 미만

 H

 500 미터 이상 900 미터 미만

 J

 100 미터 이상 500 미터 미만

 수상비행장

  4 

 1,500 미터 이상

 3

 1,200 미터 이상 1,500 미터 미만

 2

 800 미터 이상 1,200 미터 미만

 1

 800 미터 미만



  추가적으로 활주로와 착륙대의 길이를 적용할 때 육상비행장의 경우는 활주로의 길이를, 수상비행장의 경우에는 착륙대의 길이를 기준으로 합니다.


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증가하는 항공교통량에 대안 (2) - '항로 복선화'

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  위의 사진을 보면 우리나라의 항로를 알 수 있습니다. 안양 부근(송탄VOR)에서 시작하여 제주도까지 연결된 선이 보이시나요? 이것이 '항로 복선화'가 시행된 B576 항로입니다. 


  'B576' 항로는 서울-제주 뿐만 아니라 남중국, 동남아로 향하는 트레픽도 이용하는 항로입니다. 하루 평균 1400대 이상의 트레픽으로 분비는 곳이죠. 이처럼 많은 교통량을 수용하기 위해 '항로 복선화'가 이루어 졌습니다.





  위의 그림처럼 출, 도착 항로를 구분하여 이용하여 교통량을 분산하는 개념입니다. 출발용 항로는 'Y71', 도착용 항로는 'Y72'로 정하여 운영하게 되었습니다. 따라서 시간당 수용률이 56대에서 83대로 증가하여 연료비 절감과 이산화탄소 배출 감축 효과도 기대할 수 있게 되었습니다.


  Y71, Y72 항로가 신설되면서 기존의 B576 항로는 위성을 이용한 '성능기반항행(PBN)*RNAV'을 운영할 수 없는 항공기가 이용하게 됩니다. 결과적으로 '항로 복선화'가 12년 6월 27일 부로 시행되면서 트레픽 지연의 감소와 운항편수의 증가가 이루어졌습니다. 이는 운항편수의 증가에 따른 수용률 증가와 더불어 연료비절감 및 환경문제에도 이바지하게 되었습니다. 이를 시작으로 교통량이 혼잡한 항공로에 대하여 추가적인 복선화 작업이 이루어지게 될 것입니다.

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증가하는 항공교통량에 대안 (1) - '축소수직분리최저치(RVSM)' 운용

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  위 그림은 알래스카 부근의 항로를 나타낸 지도입니다. 지상에는 자동차가 다니는 '도로'가 있듯이 하늘에는 비행기가 다니는 하늘길인 '항로(Airway)'가 존재합니다. 다른 포스팅에서 항로에 대하여 살펴보도록 하고, 간단히 말하자면 하늘에 정해 놓은 가상의 공간입니다. 항로는 '통로(Corridor)'의 개념으로 생각하시면 됩니다. 이 항로는 수평적인 개념이 아닙니다. 하나의 항로에 이용 가능한 '고도(Altitude)'는 여러개가 운영됩니다.


  우리나라는 비행기 간에 종적 분리를 반드시 2000피트(600m)를 운영하여야 했습니다. 하지만 항공교통량은 매년 5% 이상 증가하고 있습니다. 현재 우리나라의 일 평균 항공교통량은 1600대에 육박(국제선, 국내선 포함)합니다. 이렇게 많은 항공교통량을 수용해야 하는데, 비행기는 많고 길이 적으니 정체가 될 수밖에 없지요.








  그리하여 적용된 방법이 '수직분리최저치(VSM)'를 1000피트로 축소하여 운영하는 것입니다. 이것이 바로 '축소수직분리최저치(RVSM : Reduced Vertical Seperation Minima)'입니다. 






  위의 그림을 보면 쉽게 이해가 됩니다. 2000피트 분리에서 1000피트 분리로 변경하니, 이전 보다 2배 더 많은 교통량을 수용할 수 있게 되었습니다. 현재 축소수직분리최저치를 적용한 순항비행 고도를 살펴보면 진행방향 000도 ~ 179도 까지는 FL290, FL310, FL330 식으로, 180도 ~ 359도 까지는 FL300, FL320, FL340 식으로 고도를 적용하게 됩니다. 쉽게 생각하면 어느 고도나 사용할 수 있는 것이 아니라, 운항노선이 왼쪽이냐 오른쪽이냐에 따라서 이용 가능한 고도가 다른 것이죠.


  증가하는 항공교통량에 대안 첫번째로 '축소수직분리최저치(RVSM)'에 대해서 알아봤습니다. 두번째 포스팅으로는 항로 복선화에 대해서 알아보겠습니다.





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통신에 사용하는 포네틱(Phonetic)코드와 숫자 읽기

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LETTERS


Letter 

Word 

Pronunciation 

 A

Alpha 

AL FAH 

  B 

 Bravo

BRAH VOH 

 C

Charlie 

CHAR LEE or SHAR LEE 

 D

Delta 

 DELL TAH

 E

 Echo

ECK OH 

 F

Foxtrot 

FOKS TROT 

 G

Golf 

GOLF 

 H

Hotel 

HO TELL 

 I

India 

IN DEE AH 

 J

Juliett 

JEW LEE ETT 

 K

Kilo 

KEY LOH 

 L

Lima 

LEE MAH 

 M

Mike 

MIKE 

 N

November 

NO VEM BER 

 O

Oscar 

OSS CAH 

 P

Papa 

PAH PAH 

 Q

Quebec 

KEH BECK 

 R

Romeo 

ROW ME OH 

 S

Sierra 

SEE AIR RAH 

 T

Tango 

TANG GO 

 U

Uniform 

YOU NEE FORM or OO NEE FORM 

 V

Victor 

VIK TAH 

 W

Whiskey 

WISS KEY 

 X

X-ray 

ECKS RAY 

 Y

Yankee 

YANG KEY 

 Z

Zulu 

ZOO LOO 





NUMBERS


Number 

Pronunciation 

 ZE-RO

WUN 

TOO 

TREE 

FOW-er 

FIFE 

SIX 

SEV-en 

AIT 

NIN-er 

(Decimal)

DAY-SEE-MAL 

Hundred 

HUN-dred 

Thousand 

TOU-SAND 







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최소연료(Minimum Fuel) 상태란?

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  비행기가 운항함에 있어서 연료가 부족할 경우 승객과 비행기의 안전을 장담할 수 없습니다. 비행 중에 연료가 부족한 경우는 극히 드물지만, 고유가로 인해 항공사의 연료비 절감 목적으로(항공기 중량이 커질수록 연료소모율은 더 증가하지요) 최소한의 연료를 탑재하게 되어 '최소연료상태'가 선언되는 경우가 종종 있었습니다. 


  사실 연료가 바닥나더라도 바로 추락하거나 고도가 급격히 떨어지는 것이 아니라 꽤 먼 거리를 비행할 수 있습니다. 공중에서 통통 튀기듯 말이죠. 하지만 연료가 부족한 상황은 매우 위험한 상황으로 '최소연료상태'에 대한 정확한 이해가 필요합니다.


  최소연료(Minimum Fuel)상태란 조종사가 사용하는 용어로 목적지 까지 도착할 수 있는 연료량만을 보유하고 있으므로, 중간 지연이 발생하여서는 안된다는 의미입니다.



  조종사가 최소연료상태를 선언할 경우, 관제사는 인계 관제시설에 최소연료상태를 통보하고, 해당 항공기의 경로를 지연시킬 수 있는 모든 사항을 점검하고 주의해야 합니다. 하지만! 최소연료상태는 비상사태를 의미하진 않습니다. 그러므로 최소연료상태를 선언하여 우선권을 갖는 것은 아닙니다. 


  그렇지만 관제사는 최소연료상황에서 상식적으로 판단하여 최대한 협조하여야 합니다. 또한 조종사는 안전한 착륙을 위해 우선권이 필요하다고 판단하면 언제라도 비상사태(Emergency)를 선언하여야 하고 연료잔량을 분단위로 환산하여 보고하여야 합니다.




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