2001.07.26 23:49

상승풍

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제 5 장 상승풍(上昇風)

1,000 m 상공에서 비행할때는 세상이 어떻게 보일까요 ? 여러사람들이 각자의 경험을 재미있게 표현하기도 하지만, 저자는 물이 끓는 어항과 같다고 느꼈습니다. 왜냐하면 속도가 비슷한 항공기들이 옹기종기 모여 같은 방향으로 비행하고 있을때는 상대속도때문에 움직임이 매우 느려보이며, 열기류는 냄비속에서 끓어 오르는 물방울과 같기 때문입니다. 게다가 좁은 상승지역에서 여러대의 글라이더가 북적대다 보면 충돌의 위험마저 있기 때문에 두 눈을 크게 뜨고 주위를 살피지 않으면 않됩니다. 모든 비행자들이 두 눈을 크게 부릅뜨고 상승하려, 이리저리 배회하는 모습이 마치 끓는 어항속의 금붕어들과 같아 보였습니다. 여러분들은 이제 끓는 어항속의 금붕어가 되기에 충분한 자격을 갖추게 되었습니다.
상승풍의 종류는 크게 사면상승풍과 열기류 상승풍으로 나뉘기도 하지만 열기류 상승풍은 상승풍이라기 보다도 오히려 대류작용에 의한 기류(氣流)로 분류되어야 마땅할 것입니다. 따라서 이 장에서는 사면 상승풍을 포함한, 기타의 ꡔ바람ꡕ에 의한 상승풍을 다룰 것이고 열기류에 대하여서는 다음장에서 이야기할 것입니다.

사면 상승풍(斜面 上昇風)
지구상의 모든 무동력 항공기는 지구중심을 향하는 중력이 전진속도로 전환되어짐으로써 비행속도를 얻습니다. 이러한 전진속도는 당연히 지면을 향하게 되며 항공기의 활공경로를 결정짓습니다. 그림 47 의 화살표로 그려진 비행경로는 수평성분과 수직성분이 합성된 성분입니다. 전진속도의 수평성분과 수직성분의 비(比)는 활공비(滑空比) 또는 L/D비(上昇力 對 抗力比:lift/drag ratio)라고도 합니다. 모든 무동력 항공기들은 일반적으로 설계형태와 비행속도에 따라 고유한 활공비를 갖습니다. 전진속도의 수평성분은 글라이더가 지면에 평형한 방향으로 운동하는 속도를 말하며 수직성분은 지면에 대해 수직방향으로의 운동을 말합니다. 어떤 특별한 항공기라 할지라도 수평성분에 비해 수직성분의 값이 최소가 되는 비율을 갖는 상태가 있는데 이러한 비율을 ꡔ최소 침하율(最小 浸下率:minimum sink rate)ꡕ이라 합니다. 그러므로 글라이더를 상승하게 하거나 고도를 유지하려면 대기의 상승속도가 글라이더의 최소 침하율보다 크거나 최소한 같은 상태를 유지해야 합니다. 낮은 최소 침하율을 갖는 고급 기종들은 당연히 미풍에서도 상승되지만, 침하율만이 설계의 기준이 되는것은 아닙니다. 예를들어, 전진력과 빠른 선회 특성은 상승지역을 찾고 그곳을 효과적으로 이용하는데 필수적인 성능입니다. 이제까지 이야기 한 내용은 무동력 항공기가 상승풍을 받아 고도를 높이는데 필요한 최소한의 상승력에 관한 이론이었습니다. 행글라이더나 패러글라이더, 또는 견인 글라이더라 할지라도 상승을 하기위해서는 최소한 최소 침하율보다 상승력이 같거나 큰 상승풍을 만나야 상승을 할 수 있을 것입니다. 이렇게 무동력 항공기를 상공으로 올려줄 수 있는 대기의 상승운동은 자연계에서 사면 상승풍, 전선면상승풍(前線面 上昇風), 수렴 상승풍(收斂 上昇風)등의 다양한 형태로 나타납니다. 그 밖에 파동 상승풍(波動 上昇風)이 있으나 발생하는 곳이 매우 한정되어 있으므로 여기서는 다루지 않겠습니다.

컨 56
그림 47

사면 상승풍은 바람이 불어가는 경로상에 있는 산이나 언덕등의 사면에 의해서 대기가 상승되어 발생되는 상승풍으로서, 사면의 길이가 길수록 이용하기 쉽습니다. 그림 48 은 길이가 다른 언덕에 부딪혀 일어나는 2 가지 형태의 상승풍을 나타내고 있습니다. 폭이 작은 사면은 대기가 위로 상승되기 보다는 그 주위를 돌아나가기 쉬우므로 상승풍이 형성되기 어려울 것입니다.

컨 57
그림 48 사면의 길이와 상승풍의 형성

그림 49 는 사면 상승풍의 횡단면을 표현한 그림입니다. 풍속의 크기와 방향은 화살표로 표시되었으며 이 화살표는 다시 수직과 수평성분으로 분리할 수 있을 것입니다. 그림으로부터도 알 수 있듯이, 수직성분은 사면경사도, 사면상의 위치등에 따라 다양하게 변화됩니다. 평균풍속이 일정하다고 가정한다면, 그림 49(a)와 같이 경사가 급한곳은 (b)의 낮은 곳보다 더 큰 상승력을 갖습니다.

컨 58
그림 49 다양한 사면의 모양과 상승풍

상승하는데 요구되는 이론상의 최소한의 사면경사는 글라이더의 최대 활공비(最大 滑空比:Best Glide Ratio)와 같아야 하는데, 왜냐하면 풍속의 수직상승성분이 글라이더의 침하(하강) 성분보다 크거나 같을때에만 글라이더는 상승될 수 있기 때문입니다. 사면의 경사도가 글라이더의 최대 활공비보다 작다면, 풍속의 수평성분이 글라이더의 수평성분보다 클 경우에만 상승될 수 있으나 실제로는 글라이더가 상승되는 대신에 서서히 뒤로 밀려나게 될 것입니다. 마찬가지로, 글라이더가 일정한 풍속에 대하여 얻을 수 있는 고도의 한계는 상승풍의 수직성분이 글라이더의 최소 침하율과 같은 값을 갖게 되는 고도입니다. 이러한 점은 최대 상승 지역을 점선으로 나타낸 그림 50 에 잘 나타나 있습니다.
상승력이 가장 강한 지역은 선분 A - B 와 같이 어떤 고도에 대하여서도 바람의 경사가 가장 가파른 지역입니다. 이러한 지역을 ꡔ가용 상승구역(可用 上昇區域)ꡕ 또는 ꡔ리프트 밴드(lift band)ꡕ라고 하며 대개 사면의 전방 상공이 됩니다. 그림 50 은 대부분의 사면에서 발생되는 전형적인 리프트 밴드의 예를 나타낸것 입니다. 바람의 수평, 수직속도가 글라이더의 수평, 수직비율과 같다면 글라이더는 공중의 한 지점에 머물러 있게 될 것입니다.
컨 59
그림 50 사면 상승 지역

그러나 글라이더의 수평속도가 바람의 그것보다 클경우에는 리프트 밴드의 앞으로 빠져 나가지 않도록 사면을 따라 ꡔ크래빙(斜角飛行:crabing)ꡕ 하는것이 좋습니다. 사각비행은 그림 51 과 같이 풍향에 일정한 각도를 유지하고 옆쪽으로 미끄러지듯이 비행하는 기술을 말합니다. 사각(斜角)은 풍속을 고려하여 글라이더의 비행속도에 따라 결정합니다. 사면에서의 선회는 사면의 바깥쪽으로 하는것이 현명할 것입니다.

컨 60 참고 그릴것.
그림 51 사각비행(斜角飛行)

사면 상승비행을 배울때 흔히 범하는 실수는 사면에서 멀리 떨어져 사각비행의 효과를 잃어버리는 것입니다. 또 한가지는 너무 잦은 선회를 하여 고도를 잃게되는 경우입니다. 잃은 고도를 다시 얻는것은 상승풍속이 글라이더의 침하율보다 충분히 클 경우에는 별문제가 되지않습니다. 그러나, 다른 모든 요인들이 일정하다고 한다면, 짧은 사면에서는 잦은 선회를 해야 하므로 낮은 풍속에서 마저도 긴 사면이 유리할 것입니다.
사면상승에 기여하는 중요한 요인은 풍향입니다. 최적의 상승풍은 정풍이 불어올 때이며 측풍이 될수록 상승력은 감소됩니다. 그림 52 는 사면 각도 α 에 대한 정풍의 수직성분을 그래프로 그린 것입니다. 그래프의 수직축은 상승풍의 수직속도를 m/sec 와 feet/sec 단위로 표기했으며, 수직축은 사면의 경사도입니다. 이 그래프는 바람이 사면에 가까이 올수록 마찰력으로 인한 손실이 없으며 사면이 충분히 길다고 가정했을 경우입니다. 낮은 절벽은 사면에 비해 많은 상승풍을 발생시키지는 못합니다. 이 그래프는 비행을 지속시켜줄 수 있는 최소한의 지형 조건을 판단내리는데 유용한 자료가 됩니다. 예를들자면, 어떤 글라이더가 초당 2,0 m/sec 의 침하율을 가졌다면, 수직축의 2,0 눈금에서 수평으로 곡선과 만나는 교차점의 눈금을 찾아 읽습니다. 표에서 24 km/h 의 풍속에서 상승 가능한 최소의 경사도는 18˚임을 알 수 있습니다. 이때 풍속이 32km/h 였다면 사면 경사도는 약 10˚가 됩니다.

컨 61 mph 단위 kph 로 고칠것.
그림 52 사면 경사의 변화에 따른 상승풍속의 변화

그림 53 과 54 는 사면에 측풍이 불어 올때를 설명해주고 있습니다. 그림 53 은 굴곡과 마찰이 없는 이상적인 사면을 가정한 것입니다. 사면 경사각을 α, 풍향(사면에서 정풍과 실제 풍향과의 사잇각)을 β, 풍속을 V 로 하고, 정풍의 수직성분을 Y 로 한다면, 일정한 각도를 가지고 사면에 부딪히는 바람(V)는 사면에서 동일한 방향(V1)으로 계속 나아가지 못하고 V2 의 방향으로 반사됩니다.(V1 과 V2의 사잇각은 풍속에 의해 결정됩니다) 그림에서 측풍 V 의 실제 수직성분은 h 입니다. 이 값은 매우 복잡한 과정을 거쳐 계산해 낼 수 있으나 그림 54 는 이러한 계산값을 미리 구하여 그래프로 작성한 것입니다. 그래프의 여러 곡선들은 측풍의 각도 변화폭이 15 - 90˚사이에 있을 경우에 대한 값을 나타낸 것입니다.
컨 62
그림 53 사면 경사도와 측풍과의 관계

수평축 β 는 측풍의 각도를 나타내며 수직축 h 는 풍속의 상승성분을 의미합니다. 바람이 사면에 평행한 방향(β = 90˚: 완전한 측풍)일때 상승풍은 발생하지 않을 것입니다. 사면경사 α 가 증가할수록 일정한 풍향변동에 대해 상승성분은 매우 빠른 감소현상을 보입니다. 90˚경사(절벽)에서 부는 바람이 정풍에서 측풍으로 30˚ 변화함에 따라 상승성분이 ½ 로 감소된 점에 주목하기 바랍니다. 반면에, 15˚경사에 부는 바람은 60˚의 풍향변동에 대해서도 상승성분이 ½로 감소되지는 않습니다. 그러나, 절벽 상공의 상승풍은 β = 30˚일때, 15˚경사면일 경우보다 강합니다. 그림 59 에 적용할때, 이 그래프는 어떤 특정한 사면위에서 상승가능성을 판단하는 근거가 될 수 있습니다. 여러분들은 이러한 모든 이론들이 마찰이 없는 이상적(理想的)인 사면을 전제하였던 바 임을 명심하기 바랍니다.

컨 63
그림 54 풍향 변화에 따른 상승력의 변화

사면과 절벽에서의 상승비행은 몇 가지 다른 점들이 있습니다. 절벽의 끝에서는 절벽면이 갑자기 수평면으로 변하므로 많은 와류가 형성될 것입니다. 더우기, 행글라이더나 패러글라이더로 상승성분이 강한 절벽 상승풍으로 이륙할 때에는 이륙 보조자가 필요합니다. 그러나, 비행을 시작하자마자 상승될 것이며, 상승지역 상공에서 나무를 피할 수 있는 약간의 기술만 필요할 뿐입니다. 왜냐하면, 그림 55 (a)와 같이 경사면 가까이에 형성된 지면 경도풍은 글라이더를 사면쪽으로 경사지거나 밀려들어 가게하는 경향이 있기 때문입니다. 그림 (b) 로부터도 알 수 있듯이, 사면이 나무나 그 밖의 여러가지 장애물들로 덮혀 있을경우, 사면에 가까운 고도에서는 풍속이 감소하고 난류가 형성됩니다. 이렇게 형성된 난류층은 경계층을 이루어 그 위의 수평류와 비교적 큰 폭의 풍속 경도현상을 나타냅니다. 많은 비행자들이 욕심을 내어 사면에 너무 가까이 비행을 하여 불시착하게 되는 경우를 여러분들은 흔히 보아왔을 것입니다. 사면에서 장시간 동안 비행할 경우, 경도풍으로 인해 글라이더가 사면에 너무 가까이 다가가거나 기울어지려는 것을 보정(補正)하려면 쉽게 지칠수도 있습니다. 그러나 절벽이나 사면의 높은 상공에서 경도풍의 영향은 무시할 만한 것입니다. (b)는 지면고도에서부터 풍속과 풍향의 분포를 에크만 나선에 의해 그려본 것입니다. 사면상공의 고도에서 풍향이 얼마나 변화되었는지에 주목하기 바랍니다.

컨 64 (a) (b) 는 그릴것.(b)에는 에크만나선
그림 55 사면에서의 지면 경도풍의 영향

사면 상승 비행중에 만날 수 있는 흔한 지형 장애(障碍)는 협곡(峽谷) 입니다. 협곡은 길을 가다 만나는 도랑에 비유될 수 있습니다. 그림 56 은 전형적인 협곡 지형에 부는 바람의 형태를 나타내고 있습니다. 협곡이 작을 경우, 조종자는 별다른 영향을 받지 않지만, 풍속이 강하거나 협곡의 간격이 멀 경우는 특별한 비행요령이 필요합니다.
컨 65
그림 56 협곡

협곡 사이의 상승풍은 전체적으로보아 사면이 끊어졌을 경우, 전혀 없을수도 있지만 주된 문제는 글라이더가 협곡으로 진입하여 비교적 높은 풍속의 수평 류를 뚫고 나갈 수 없을 경우입니다. 그 결과 글라이더는 협곡으로 흘러드는 바람에 휩쓸려 매우 심한 와류와 함께 하수구 속으로 빠져드는 꼴이 되고 말것입니다. 이러한 결과를 피하려면, 사면에서의 풍속이 글라이더의 최고 속도의 약 ½ 보다 셀 경우, 협곡 횡단을 삼가해야 합니다. 특히 패러글라이더는 행글라이더보다 전진력이 약하기 때문에 이 비율은 약 ⅓ 가량으로 감소합니다. 안전하면서도 효과적인 방법은 그림 65 와 같이 비행속도를 증가시키고 정상 경로인 B 점을 향하는 대신에 A 지점을 향해 나아가는 것입니다. 이렇게 하면 풍속이 협곡안에서 증가되는 영향을 적게 받으면서 좀더 쉽게 상승풍이 감소되는 지역에서 신속히 벗어날 수 있을 것입니다. 경로 A 따른다고는 하지만, 실제로는 바람에 조금씩 밀려나서 협곡을 지난후에는 B 지점에 위치하게 될 것입니다.
사면 상승풍의 강도는 사면의 거칠기에 따라 영향을 크게 받습니다. 사면이 굴곡이 많고 나무가 무성하면 풀이나 바위만으로 구성된 사면보다 풍속이 상당히 감소할 것입니다. 사면 상승 비행에 도사리고 있는 위험들은 대개 높은 풍속으로 인해 발생된, 강하고 규모가 비교적 큰 와류들 입니다. 그림 57 은 약간 불규칙한 지형을 가진 사면에서 발생되는 와류를 나타낸 것입니다. 물론 사면의 정상에서는 유체가 어떤 장애물과 부딪혔을때 장애물의 표면을 따라 흐르다가 관성으로 인하여 더 이상 그 표면을 따르지 못하고 표면류와 분리되어 와류가 발생하기 시작하는 박리현상(薄利現象)이 형성되고 와류가 발생할 것입니다.

컨 66
그림 57 불균일한 사면에서의 와류

여러분들은 이제까지 이야기 된 내용에 비추어서 실제의 사면에서 상승풍이 어떻게 변화될 것인지 상상해 볼 수 있을 것입니다. 우리나라의 산들은 그림 58 과 같이 사면이 대개 평탄하지 않고 능선과 계곡이 잘 발달되어 있습니다. 그림의 사면에 바람이 정풍으로 불어간다면 처음 만나는 능선에서부터 좌우로 갈라지게 되고 양쪽 계곡에 대기가 집중되어 상승할 것입니다. 고도가 낮은 곳에서 계곡에 집중된 대기는 계곡의 사면을 따라 밀려 올라가면서 다시 능선위로 상승되어 사면 상승풍을 형성하게 됩니다. 글라이더로 산에서 비행을 할때 능선위에서는 약한 풍속에서라도 계곡보다 고도가 잘 떨어지지 않는 것은 이러한 이유때문입니다. 그림에서 B 의 능선은 측풍을 받아 약한 사면풍이 형성되었으나 이 바람은 능선의 뒤쪽에 난류를 형성할 것입니다. 좌측의 E 지역은 능선과 능선 사이에 발달된 깊고 넓은 게곡입니다. 같은 풍속이라 할지라도 이렇게 숲이 무성한 깊은 계곡에서는 풍속이 크게 감소되고 난류가 형성됩니다. 지면고도에서 뿐만아니라 산의 전(全) 고도층에서 바람이 수평하게 불어오지만 다른 지역보다 상승풍의 형성이 어려울 것이며 오히려 침하되기가 쉽습니다. 그러나 계곡의 정상부근인 C 지역에서는 풍압으로 인한 상승풍이 형성될 수 있을 것입니다. 태양의 각도가 오른쪽에 있다면 E 지역의 숲속에서는 다른 지역보다 지면 복사열을 늦게 흡수하고 늦게 재복사하므로, 저녁무렵의 안정된 다른 지역의 대기가 빨리 식어갈때 상승을 시작하여 위로 상승될 수 있습니다. 이러한 상황은 글라이더를 상승시킬 수 있을 정도는 아니지만 대부분의 계곡에서 형성되며 비행을 매우 부드럽게 해줄 것입니다.

그릴것
그림 58 실제 사면 상승풍의 형성

풍압이 높은 곳은 그림에서 A 지점으로, 지면 마찰층에 영향을 적게 받는 산 중턱에 정면으로 나있는, 면적이 비교적 큰 능선끝 상공에는 강력한 상승풍이 형성되었으며 이 능선을 중심으로 양쪽계곡으로 바람이 갈라져 들어가고 있습니다. 이 능선의 오른쪽 계곡으로 진입하게 된 바람은 계곡의 깊이가 얕고 나무도 크지 않으므로 효과적으로 상승하여 정상부근인 D 지점 상공에 가장 강력한 상승풍을 형성하고 있습니다. 사면의 정상에서는 바람이 평지를 지날때에 비하여 풍속이 강해집니다. 이것은 대기의 흐름이 일정하다고 가정할 경우,산이 위치한 곳의 전체 대류권의 높이가 산의 높이만큼 작아지기 때문입니다. 유체는 흐르는 지역의 표면적이 감소하면 그 흐름의 속도가 빨라지는 성질이 있습니다. 개울물의 폭이 좁아지면 물이 흐르는 속도가 증가하는 것과 마찬가지 효과입니다.
사면 G 에서 형성되는 상승풍은 H 에서 형성된 바람보다 비교적 상승력도 크고 난류의 형성작용도 작을 것입니다. 왜냐하면 태양광선이 G 사면을 가열하는 반면에, H 사면은 그림자로 인하여 상대적으로 지면의 온도가 낮기 때문입니다. 이러한 점은 G 사면이 태양광선을 받는 부분이 많을수록, 여름보다 겨울에 더 심할 것입니다.
그림과 같은 지형에서 비행자가 쉽게 이용할 수 있는 상승풍 지역은 A 와 C, D 지역을 연결하는 삼각형의 구도를 가지고 있음을 알 수 있습니다. 비행자는 우선 이륙한후에 상승력이 가장 강한 D 지역으로 선회하여 상승을 꾀하는 것이 좋을 것입니다. 그 후에 다시 C 지역으로 선회하여 왕복비행을 통하여 고도를 유지한후 정상보다 높이 상승되었을 때는 A 지역의 상승풍을 이용할 수 있을 것입니다. A 지역의 상승풍을 먼저 이용하지 않는 이유는 이륙장소나 최초에 상승할 수 있는 D 지역과의 거리가 C 지역보다 멀기 때문입니다. 글라이더는 원초적으로 고도를 소모하며 비행을 하게되므로 A 지역의 상승풍만을 염두에 두고 진입하게 되었을때, 풍속이 충분히 강하거나 사면의 길이가 길지않아 산의 정상보다 높이 상승을 할 수 없다면 다시 C 나 D 의 상승풍을 이용하기 어렵기 때문입니다.
사면의 정상에 착륙하려면 그림 59 와 같이 이륙 공간뒤에 와류를 피할수 있는 100 m 이상의 충분한 착륙 진입 공간이 필요합니다. 이러한 비행은 반드시 이상적인 기상조건에서 숙련된 조종자만이 시도해야 할 것입니다.

컨 67
그림 59 정상 착륙

사면에서 만나게 되는 또다른 경우는 완만하지만 움푹 들어간 골짜기와 사면의 지맥(枝脈)에 측풍이 불어올 경우입니다. 이러한 지형에서는 그림 60 과 같이 거대한 침하지역과 와류지역이 발생됩니다. 상승풍이 풍부할 경우, 비행자는 충분한 고도를 확보하거나 멀리 돌아 나감으로써 이러한 지역을 회피할 수 있지만 배풍이 불어오는 상황이라면 상승을 기대하기는 어렵습니다. 그러므로 안전하게 피해 가는것이 가장 권장할 만한 방법입니다.

컨 68
그림 60 사면의 지형 지물로 인한 와류의 발생

전진력이 없고 비교적 상승력이 강한 글라이더는 높은 풍속에서 사면 정상위로 상승하며 뒷쪽으로 밀려날 가능성이 있습니다. 특히 패러글라이더 비행자는 강한 풍속에서 행글라이더가 상승비행을 하는 날이라고 자신도 그렇게 할 수 있으리란 생각을 버려야 합니다. 패러글라이더의 성능이 놀라울정도로 향상되긴 했지만 홑겹 행글라이더와 고급자용 패러글라이더는 어느 정도의 풍속수준에서는 거의 비슷한 전진성능을 나타내지만 풍속이 강해질수록 이러한 전진력의 차이는 극적으로 증가하게 됩니다. 비행자는 그러한 문제를 인식하고 강한 바람으로부터 벗어날수 있도록 고도를 낮추어야 하며 심각하게 이 문제를 받아 들여야 합니다. 그러나 이와 정반대로 어떤 부드러운 바람에서는 패러글라이더가 상승을 할 수 있지만 행글라이더로는 할 수 없을 경우가 있습니다. 산 정상으로 상승하는 패러글라이더를 보면서 급히 이륙한 행글라이더 비행자는 자신의 고도가 점차 낮아지는 것도 모르고 상승하려는 욕망만으로 계속해서 선회를 하는 바람에 사면에 추락하는 경우는 비일비재한 예 입니다.
측풍을 받고 사면비행을 할 경우, 비행자는 한쪽으로는 쉽고 빠르게 비행할 수 있지만 정풍을 받고 다시 돌아오려 할때에는 그렇지 못하므로, 착륙지역이 정풍을 향해야 하는 방향일 때에는 위기에 닥칠수도 있습니다. 착륙장에 닿기 위해서는 특별한 기상조건이 요구될 만큼 착륙지역이 멀리 떨어져 있는곳도 있습니다. 예를들면, 부드러운 상승풍 안에서 쉽게 착륙지에 닿을수 있는 높은 고도를 얻은 어떤 사면에서 높은 풍속이나 바람이 약한 조건에서는 그렇게 하지 못할 경우도 있습니다. 풍향과 풍속을 주의깊게 관찰함으로써 이러한 문제들을 예방할 수 있을 것입니다.
비행자의 기량과 마찬가지로 글라이더의 성능은 상승비행을 결정하는 가장 커다란 요인입니다. 낮은 침하율이 상승비행에 주효하지 않는 경우는 드뭅니다. 전진력과 활공비는 매우 중요합니다. 글라이더의 설계특성과 함께 기상조건과 각종 비행계기(飛行計器)들은 심적(心的)으로 이러한 모든것을 결정하는 중요한 요소입니다. 고급 기종들은 조종자가 최고의 상승비행을 하는데 비교적 풍속이 낮은 바람에서도 가능하므로 감각적으로는 유리한 경향이 있습니다. 즉, 와류로 인하여 조종성이 상실될 가능성이 보다 적다는 뜻입니다.
비행자는 가능한, 사면에서 상승풍을 감지하는 능력을 다양화하는 것이 좋습니다. 사면 상승풍 비행은 어느 정도는 최소한의 경험이 필요하지만, 몇 몇 지점을 잘 연구하면 비행기량이 크게 신장될 것입니다. 사면에서의 이륙은 받음각이 들리지 않도록 주의하고 이륙장에서 글라이더가 뒤집어 지거나, 패러글라이더의 경우는 방심하고 있다가 산뒷쪽으로 질질 끌려가는 경우가 발생하지 않도록 주의해야 합니다. 많은 비행자들이 거대한 상승풍이 이륙장에서 멀리 떨어져 있다고 생각하여 그들의 이륙에 주의를 기울이지 않는 경향이 있습니다.
이륙이 성공적이면 상승풍안에서 계속 비행할 수 있도록 좌측이나 우측으로 선회를 해야합니다. 정풍이 불지않을 경우에는 측풍이 불어오는 방향으로 선회를 시작합니다. 많은 초보자들이 선회를 시작하기전에 이미 상승지역을 벗어나는 경우가 빈번합니다. 충분히 상승된 후에, 상승지역을 벗어나는 방향은 전진력에 문제가 생기지 않을 방향으로 결정합니다. 글라이더의 전진력이 상대풍속을 이기지 못하여 뒤로 밀리거나 계속 상승하게 될 경우는 대개 측풍이나 배풍쪽으로 벗어날 수 있습니다. 배풍으로 벗어날때에는 산 정상으로부터 고도가 최소한 50 m 이상일때 산뒷쪽의 와류 영향을 받지 않습니다. 배면와류(背面渦流)는 산 높이의 10 배가 되는 거리까지 영향을 미치므로 착륙할 때에는 충분한 거리를 비행하고 난후, 또는 산 뒤쪽으로 선회한후 다시 측풍으로 선회하여 착륙하는 방법도 있습니다. 비행속도는 풍속과 나무와 풀잎이 지나치는 속도를 느낌으로서 조종할 수 있습니다. 내륙의 사면 상승 비행은 대개 해안가와는 달리 부드럽지 못하므로 조종성을 유지하는데 많은 주의를 기울여야 합니다. 이러한 몇 가지 기술로 비행자는 독수리의 자유를 만끽할 수 있을 것입니다.

수렴 상승풍(收斂 上昇風)
제 1 장에서 수렴작용은 대기의 압축운동이라 정의한 바 있습니다. 그런데 자연계에서 일어나는 대기압축 운동의 원인은 대개 2 개 이상의 서로 다른 기단이 함께 모임으로써 일어나게 됩니다. 수렴지역은 바로 이러한 작용이 발생되는 곳이며 이 절에서 여러분은 모든 수렴지역의 상공에 형성되는 상승기류를 공부하게 될 것입니다.
대기의 수렴원인은 이미 밝혔듯이 고기압으로부터 저기압으로 흐르는 대기의 압력차이 때문입니다. 수렴작용이 발생되는 가장 흔한 경우는 지면에 가깝게 저기압 세포가 자리잡을 때입니다. 이러한 저기압 주위에 있는 고기압으로부터 밀려들어 오는 대기는 저기압 중심에서 느린 상승기류를 형성합니다. 그러나 이러한 경우, 상승기류는 규모가 매우 크고 상승속도가 느리기 때문에 글라이더가 이용하기에는 적합하지 못합니다.
수렴작용이 발생하는 다른 예를 들어봅시다. 바람이 흘러가는 경로상에 독립된 하나의 언덕이나 산이 있다면 바람은 그것을 넘어가기 보다는 좌우로 돌아 나가려 합니다. 이러한 대기가 다시 산의 뒷쪽에서 만나게 되었을때, 충돌하여 솟구치게 됩니다. 이러한 형태의 수렴작용은 이따금씩 파동상승풍(波動 上昇風)을 발생시키곤 합니다. 수렴 상승풍의 성질이 이러하므로 조종자는 그것을 감지하기도 힘들뿐더러 산 뒷쪽에서는 와류도 심하기 때문에 이러한 상승풍을 이용하려면 고도의 기술을 필요로 합니다.
세번째 수렴작용의 형태는 넓은 계곡의 중앙에서 양쪽의 하강기류가 서로 맞부딪히는 경우입니다. 이와 비슷한 상황은 어떤 지역이 태양열에 의하여 주위의 다른곳 보다 더욱 강하게 데워지고 주위에 차가운 대기가 둘러싸고 있어, 양쪽에서 동시에 대기순환이 발생될 때 벌어집니다. 이러한 경우는 해륙풍을 설명할때 이미 밝힌 바 있습니다. 이러한 종류의 수렴지역에서 발생되는 상승풍은 그리 오래 지속되는 않으나 장시간 비행을 하기에 충분한 강도의 상승풍을 제공할 수 있습니다.
가장 바람직한 형태의 수렴 상승풍은 산이나 언덕을 중심으로 양쪽에서 동시에 상승풍이 형성되어 산의 정상에서 맞부딪힐 때입니다. 그림 61 에서 점선안의 지역은 강한 수직기류가 형성되어 있음을 볼 수 있습니다. 때때로 정풍만으로 이루어진 상승기류는 사면을 따라 오랜 비행을 유지시켜 주기에는 너무 약하지만 산위에서 두 기류가 만나서 생기는 수렴 상승풍은 충분히 강한 상승풍을 형성합니다.
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그림 61 수렴 상승풍

이렇게 강한 상승풍을 이용하기 위해서는 조종자가 반드시 정상보다 높은 고도로 상승되었을 때에만 가능할 것입니다. 약한 바람이 불 때에는 견인 글라이더, 엔진 글라이더 또는 열기류를 이용하거나 더욱 높은 산에서 이륙하여 수렴 작용이 일어나는 낮은 지역으로 진입하는 수밖에 없습니다. 물론, 아무리 약한 바람일지라도 수렴 상승풍의 기둥을 기울어지게 할 수 있을뿐만 아니라 한쪽 방향의 바람이 거세다면 수렴 상승풍은 약한 바람쪽의 사면에서 와류가 발생되는 사면 상승풍으로 점차 변화될 것입니다.

전선면 상승풍(前線面 上昇風)
이미 알고 있듯이, 한랭기단과 온난기단이 만나서 형성되는 전선면은 상승풍을 발생시킵니다. 한랭기단이 불안정한 온난기단을 들어 올릴때 상승풍의 세력은 매우 강해지며 적운형의 구름이 발달됩니다. 이러한 구름들은 ꡔ라인 스퀄(line squall:주로 전선면의 앞쪽에 수 km에 걸쳐 형성되는 거대한 적운의 장벽)ꡕ을 형성합니다. 자연히, 상승풍은 전선면의 앞에서 형성될 것이며 많은 와류와 하강기류가 부분적으로 떠돌아 다닐 수 있으므로 상승지역에 닿기까지에는 많은 어려움들이 있습니다.
와류는 항상 적운과 관계있습니다. 왜냐하면, 불안정한 대기중에 두 겹 이상의 적운층이 존재할 수 있으며 상승하는 대기에서 발생되는 수증기의 잠열(응결열)이 강력한 상승력으로 전환될때 에너지가 방출됨으로써 구름의 가장자리가 주위 대기와 접촉하는 부분에서 소용돌이 운동이 시작되기 때문입니다. 뇌운의 접근을 자세히 관찰해 본 경험이 있는 독자라면 그러한 변화가 얼마나 난폭하며 강력하고 빠른지 알 수 있을 뿐만 아니라 그 규모에 대해 놀랄 것입니다. 이러한 난폭한 상승풍에 진입한 글라이더는 추풍낙엽과 같이 떠돌다가 기체에 이 상이 생길수도 있습니다.
위에서 설명한 것은 그림 62 에 잘 나타나 있습니다. 가장 이동이 빠른 한랭전선의 속도가 만약 48 km/h 를 초과하지 못하므로, 글라이더는 라인 스퀄의 앞에서 평행한 방향으로 마치 사면상승하듯이 머물수 있을 것이며 대륙 횡단 비행을 달성할 수 있을것입니다. 상공으로 다량의 수증기가 올려 졌을때 발생되는 위치 에너지는 그대로 보존되지만 이 위치 에너지는 수증기가 눈,비로 되어 내림으 로써 다시 에너지차가 없어집니다. 이동중인 한랭전선의 상공에서는 상승풍에 의해 수증기의 공급이 지속적으로 이행되어 강하고 잦은 소나기등이 나타나는 반면, 온난전선에서는 완만하면서도 지속적인 강우현상이 보입니다. 전선면 앞쪽의 상승지역에서는 대기저항으로 인해 빗방울이 떨어지는 속도가 느리지만 라인스퀄의 호우성 구름이나 뇌운이 위치한 지역에서는 매우 빠른 하강기류로 인 하여(약 670 m/min이상) 빗방울을 가속시킬 것입니다. 이러한 결과로 라인스퀄의 초기 호우현상은 매우 강하지만 빠르게 감소하는 특성을 지닙니다.

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그림 62 라인스퀄 전선 앞에서의 상승 비행

비행을 실제로 교란시키는 요인은 강한 숨(거스트)과 지면고도의 강한 바람으로인해 발생되는 와류입니다. 그림 63 은 이러한 와류의 전형적인 예를 보여 줍니다. 그림에서 우리는 구름 자체의 상승, 하강기류와 그 밑 부분에 강한 하강기류가 있음을 알 수 있습니다. 지면은 그러한 하강기류를 수평방향으로 변화시켜 사방으로 퍼져 나가게 합니다. 이러한 유형중에 가장 강한 거스트는 주된 풍향에 밀려 폭풍이 도착하기전에 먼저 시작됩니다. 라인스퀄이나 전선에 동반되지 않는 뇌운으로 인한 초기 거스트는 뇌운의 수 킬로미터 전방에서 발생되며 160km/h 의 속도로 이동하여 풍향을 180˚로 바꾸어 놓습니다. 이보다 흔한 경우로, 대부분의 거스트의 속도는 24km/h 로 40˚내외의 풍향변동이 발생 됩니다. 이 정도의 강도는 작은 항공기뿐만 아니라 항공 스포츠에 이용되는 항공체에 치명적인 위험을 가져다 줄 것입니다.
이러한 점에 부담을 갖지 않을 정도의 전선면 상승조건이 주어진다면, 효과적으로 상승지역에 닿을수 있는 방법만이 문제가 될것입니다. 결과적으로 조종자에게 요구되는 상승고도는 몇 백 미터 - 몇 천 미터 사이가 될 것입니다. 글라이더가 이런 정도의 고도에 다다를수 있는 단 한 가지 방법은 상승지역이 산을 통과해 지나갈때 이륙하는 길 뿐입니다. 그러나 이런 방법은 초기의 거스트를 피할 수 있는 확실한 묘안이 없습니다.
보다 부드러운 전선면 상승풍의 형태는 해풍순환에 일반적인 풍향이 일치되는 경우와 먼 바다의 한랭한 기단이 육지로 이동하여 따뜻한 기단과 접촉함으로써 안개전선등이 나타날때 입니다. 이와 같은 형태의 전선은 행글라이더와 견인 글라이더 조종자들이 완벽하게 이용할 수 있는 상승풍을 발생시킵니다.
전선면 상승풍의 이용은 어렵게 들릴지도 모르지만 생각보다 쉽습니다. 높은 익면하중과 전진력은 거스트의 영향을 감소시키며 위험한 상황으로부터 신속하게 빠져 나올수 있도록 도와줄 것입니다.

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그림 63 태풍의 하강기류



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