Takeoff Speed 설명

V1 (Takeoff Decision Speed)

FAR 1.2
V1 means the maximum speed in the takeoff at which the pilot must take the first action (e.g. apply brakes, reduce thrust, deploy speed brakes) to stop the airplane within the accelerate-stop distance.
V1 also means the minimum speed in the takeoff, following a failure of the critical engine at VEF, at which the pilot can continue the takeoff and achieve the required height above the takeoff surface within the takeoff distance.’

즉 이륙 결심 속도(Takeoff Decision Speed) (V1)는
 : Engine 혹은 다른 Failure시 이륙을 결정하거나 단념하는데 쓰이는 속도.

V1의 결정에는 두가지 중요한 제한이 있다.
– accelerate-stop distance 내에 멈추기 위한 최대 속도
– takeoff distance 내에서 필요한 고도를 확보하기 위한 최소 속도

(규정상 하나의 속도를 지정하게 되어있음)
(규정에는 VEF에서 RTO까지 인식하고 반응하는데 1초의 여유를 설정하고 있다)


VEF란?

‘FAR 25.107  VEF is the calibrated airspeed at which the critical engine is assumed to fail. VEF must be selected by the applicant, but may not be less than VMCG.’

V1 ≥ VEF ≥ VMCG

V1은 VMCG보다 같거나 커야 하기 때문에 최소 V1은 V1MCG 라고 한다

  VMCG ≤ V1 ≤ VR or VMBE

최대 V1은 VMBE와 같고 VR보다 클수 없다 .

VMBE(Maximum Brake Energy speed)란?
가장 큰 V1으로서 Brake가 에너지를 최대로 흡수해 항공기를 세울수 있는 속도

VR (Rotation speed)

VR is intended to be the speed at which the pilot initiates action to raise the nose gear off the ground, during the acceleration to V2.

즉 VR은 기수를 들어 이륙을 시작하는 속도.


Chosen such, that given a normal rotation rate of three degrees per second, the aircraft will achieve V2 at the screenheight at the end of the runway if an engine fails at VEF.

V2와 밀접한 관계가 있는데 VEF에서 Engine fail시 1초당 3도씩 들어 End of RWY에서 V2를 유지하게 하는 속도.


Results in a safe liftoff speed VLOF.

결과적으로 VLOF를 도달하게 한다

FAR 25.107  VLOF is the calibrated airspeed at which the airplane first becomes airborne.

VLOF는 항공기가 처음으로 Airborne이 되는 속도. (VR보다는 크다)
  VR ≥ 1.05 VMCA
  VLOF ≥ 1.1 VMU(N) or 1.05 VMU(N-1)
 

V2(Takeoff Safety speed)

FAR 1.1  takeoff safety speed means a referenced airspeed obtained after liftoff at which the required one engine-inoperative climb performance can be achieved.’

즉 Engine Out과 관계되어 있고 one engine inoperative 이륙 성능이 달성되었을때의 속도

Takeoff Safety speed (V2): The target speed to be reached at the screenheight, assuming an engine failure at or after V1.

V1이후 engine fail시 screenheight에서 도달해야 하는 목표속도


Selected by the certification applicant and is the speed at which the one engine inoperative second segment climb performance is demonstrated. 


Not necessarily the absolute minimum safety speed for one engine inoperative, since a higher speed may provide better climb performance and may also be scheduled to reduce the tail-strike risk on long-body aircraft.
  V2 ≥ 1.13 VS1G  and 1.1 VMCA’

각종 조건과 V1/VR/V2와의 관계

V1VRV2
WeightA higher weight requires more lift to be produced. For the continued takeoff this requires a higher V1, but this will be restricted by the ability to stop in the aborted takeoff case.

무게가 무거울수록 더 많은 양력이 필요하고 계속 이륙하기 위하선 V1은 커져야 하지만 멈추는것을 고려하면 한계가 있음
A higher weight requires more lift to be produced, therefore VR needs to be increased.

무게가 무거울수록 더 많은 양력이 필요하기에 VR은 커져야 한다.
A higher weight requires more lift to be produced, therefore V2 needs to be increased.

무게가 무거울수록 더 많은 양력이 필요하기에 V2는 커져야 한다.
Density
(OAT/PA)
A lower density (higher OAT or PA) results in less lift force which must be counteracted by a higher speed. For the continued takeoff this implies a higher V1, but this will be restricted by the ability to stop in the aborted takeoff case.

낮은 밀도(온도가 높거나 고고도)의 경우 양력이 적게 발생하기에 계속 이륙하기 위해선 더 많은 속도가 필요하지만 멈추는것을 고려하면 한계가 있음
A lower density (higher OAT or PA) results in less lift force which must be counteracted by a higher speed, therefore VR needs to be increased.

낮은 밀도(온도가 높거나 고고도)일수록 양력이 적기 때문에 더 많은 양력을 얻기 위해 VR은 커져야 한다.
‘A lower density (higher OAT or PA) results in less thrust, hence less acceleration capability. To keep the TODR within the TODA, V2 must be lowered. In the combined effect in ISA (higher PA with lower OAT and vice versa), the influence of PA is much more significant than the influence of OAT.

낮은 밀도(온도가 높거나 고고도)에선 추력이 더 적게 발생하고 가속능력이 줄어든다. TODR을 TODA내로 두기 위해선 V2가 줄어야 한다. 고도의 영향이 온도의 영향보다 크다.
Flap SettingA higher flapsetting produces more lift which allows a lower V1.

플랩이 커질수록 양력이 증가하고 그에따라 V1은 낮아질수 있다.
‘A higher flapsetting produces more lift which allows a lower VR.

플랩이 커질수록 양력이 증가하고 그에따라 VR은 낮아질수 있다.
A higher flapsetting produces more lift which allows a lower V2.

플랩이 커질수록 양력이 증가하고 그에따라 V2은 낮아질수 있다.
Runway SlopeA downslope requires a lower V1 because it hurts the stopping capability in case of a rejected takeoff. Consequently an upslope allows a higher V1.

활주로가 내리막일수록 멈추는 능력이 줄어들기 때문에 V1은 줄어야 한다. 반대로 오르막이면 늘어야 함
해당없음해당없음
WindMore tailwind requires a lower V1 because it hurts the stopping capability in case of a rejected takeoff. Consequently more headwind allows a higher V1.

배풍이 많을수록 멈추는 능력이 줄어들기때문에 V1은 줄어야 한다. 반대로 정풍일 경우 V1은 늘어나게 된다.
해당없음해당없음

Vs, Vmu, Vmcg, Vmca 란?

항공기의 Certification과정에 있어 위해선 4개의 Speed를 demonstration 해야 한다.

  1. Vs(Stall speed)
  2. Vmu(Minimum unstick speed)
  3. Vmcg(Minimum control speed on the ground)
  4. Vmca(Minimum control speed in the air)

1.Vs (Stall Speed): 
The minimum steady flight speed at which the airplane is controllable.’ – 양력이 더이상 지속될수 없는 지점

VS1G: 1G Stall Speed -> Loadfactor가 여전히 1인 최대 양력계수에 따른 실속속도  
(즉 AOA를 더 증가시키면 바로 양력이 줄기 시작하는 지점.). 

항상 Vs1g 는 Vs 보다 크다 (Vs1g > Vs)


항공기 certification에 사용되는 Stall Speed를  reference stall speed(Vsr)이라 한다.

‘FAR 25.103:  The reference stall speed VSR  is a calibrated airspeed defined by the applicant. VSR may not be less than a 1-g stall speed.’

2. ‘Minimum Unstick speed – VMU’

  • Flight Test시 Demonstrate
  • 항공기가 지상에 있을때 물리적으로 달성가능한 최대 AOA
‘FAR 25.107 VMU  is the calibrated airspeed at and above which the airplane can safely lift off the ground, and continue the takeoff.’

3. Vmcg(Minimum control speed – Ground)
– 오직 aerodynamic controls만을 이용해(Nose wheel Steering 불가) 특별한 기술 없이도 엔진 Fail시 항공기의 측면 이동을 활주로 중심으로부터 30’이내로 제한 시킬 수 있는 최소속도

‘VMCG 의 결정을 위한 요구조건: 
– 정상적인 Engine은 최대 Takeoff Thrust이여야 한다 (bleeds off)
– 가장 불리한 최대 후방(farthest aft) CG
– 최대 이륙중량
– 이륙 Trimming 일것
(minimum control speeds 결정시 측풍은 고려되지 않는다)


FAR 25.149  VMCG, the minimum control speed on the ground, is the calibrated airspeed during the takeoff run at which, when the critical engine is suddenly made inoperative, it is possible to maintain control of the airplane using the rudder control alone.’

4. Vmca(Minimum control speed – Air)
 – Critical engine이 부작동시 나머지 하나의 Engine으로 Bank 5° 이내에서 Straight flight이 가능한 최저속도
 – Recovery 조작시(특별한 기술 없이도) Heading 20° 이내까지 허용됨

VMCA의 결정을 위한 요구조건: 
– 정상적인 Engine은 최대 Takeoff Thrust이여야 한다 (bleeds off)
– 가장 불리한 최대 후방(farthest aft) CG
– 최대 이륙중량
– 이륙 Trimming 일것
– 가장 critical configuration 이며 L/G는 Up
– groundeffect는 무시한다

  VMCA ≥ 1.2 VS