활주로 설계기준

왜 배우는가: 활주로는 항공기가 이륙과 착륙을 수행하는 공항의 핵심 시설이며, 설계기준을 잘못 적용하면 항공기 운항 안전과 공항 용량에 직접 영향을 준다. 기술사 시험에서는 항공기 성능과 공항 시설을 연결해 설계 기준을 설명하는 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제131회 3교시 5번, 제102회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

활주로 설계기준은 설계기준 항공기의 성능과 운항 조건에 맞추어 활주로의 길이, 폭, 강도, 구역, 표면 기준을 정하는 기준 체계이다.

• 활주로 설계기준
• 설계기준 항공기
• 기준 활주로 길이
• 활주로 폭
• 활주로 안전구역
• RDC(Runway Design Code)
• ADG(Airplane Design Group)
• AAC(Aircraft Approach Category)

2. 개념 풀이

활주로 설계기준은 "어떤 항공기가 어떤 조건에서 안전하게 이륙하고 착륙할 수 있도록 활주로를 만들 것인가"를 정한 규칙이다. 항공기가 쓰는 활주로는 크기와 무게, 접근 속도, 날개 폭이 다르므로 설계기준도 이 값에 따라 나뉜다.

설계기준 항공기(design aircraft)는 활주로를 쓰는 항공기 중 설계에 기준이 되는 기종이다. 설계기준 항공기의 날개폭과 최대 이륙 중량, 접근 범주가 활주로 폭, 안전구역, 유도로 간격 같은 값을 결정한다.

FAA 기준에서는 활주로 설계기준 코드(RDC)를 쓴다. RDC는 접근 범주(AAC), 항공기 설계 그룹(ADG), 접근 시정 최소치(VIS)의 세 요소를 조합한 값이다. 접근 범주는 착륙 기준 속도(threshold speed)에 따라 A부터 E까지 나뉜다. 항공기 설계 그룹은 날개폭과 주 착륙장치 바퀴 간격에 따라 I부터 VI까지 나뉜다. 시정 최소치는 계기 접근 시 요구되는 활주로 가시거리(RVR) 조건을 뜻한다.

착륙 기준 속도는 착륙 형상에서 최대 인증 착륙 중량일 때 실속속도 Vs0의 1.3배 또는 Vs1g의 1.23배로 계산한다.

$V_{th} = 1.3\,V_{s0}\ \text{또는}\ 1.23\,V_{s1g}$

V_{th}는 착륙 기준 속도(threshold speed, 단위 km/h 또는 kt), V_{s0}는 착륙 형상의 실속속도(단위 kt), V_{s1g}는 1g 비행 조건의 실속속도(단위 kt)이다. 접근 범주는 운항 중에 바뀌지 않으며, 인증 착륙 중량이 바뀔 때만 변한다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 공항은 소형 항공기 중심이었으나 제트 여객기와 대형 화물기가 도입되면서 활주로 길이, 강도, 구역의 요구가 크게 늘었다. 기종마다 설계 값이 달라 공통 기준이 필요해졌다.

설계기준이 없으면 같은 활주로를 쓰는 항공기들이 서로 다른 안전 여유를 갖게 된다. 착륙 속도가 높은 항공기는 안전구역과 정지로가 더 길어야 하고, 날개폭이 큰 항공기는 유도로와 활주로 사이 간격이 더 넓어야 한다. 기준은 이 차이를 체계적으로 정리한다.

국제적으로는 ICAO 부속서 14(Annex 14)와 FAA 자문 회보 AC 150/5300-13 계열이 대표적인 기준이다. 국내에서는 공항시설법과 공항시설 설치기준이 그 역할을 한다. 설계기준은 공항 용량 증대, 저시정 운항, 대형 기종 도입 같은 운영 변화에 맞춰 개정된다.

4. 구성요소·원리·절차

활주로 설계는 설계 항공기 한 대의 제원에서 출발하지 않는다. 활주로를 쓰는 기종 전체를 세 가지 분류 값으로 묶는다. 이 세 값의 조합을 RDC(Runway Design Code, 활주로 설계코드) 라 한다. RDC는 활주로 폭, 길이, 안전구역의 크기를 정하는 기준이 된다.

활주로 설계는 ADG·AAC·VIS 세 요소의 조합인 RDC로 결정된다.

ADG는 활주로 폭, 유도로 간격, 장애물과의 이격 같은 기하 치수를 정한다. 날개폭이 큰 기종일수록 그룹 번호가 커지고 요구 치수도 커진다. AAC는 접근속도가 빠를수록 범주가 올라간다. 접근속도는 활주로 길이와 안전구역 판단에 쓰인다. VIS는 최소 시정 조건에 따라 항행안전시설과 활주로 등화의 요구 수준을 정한다.

접근범주의 기준 속도는 착륙 형태의 실속속도로 정한다. 문턱속도는 최대 인정 착륙중량에서 실속속도 V_{s0}의 1.3배로 구한다.

$V_{th}=1.3\,V_{s0}$

V_{th}는 문턱속도(kt), V_{s0}는 착륙 형태 실속속도(kt)다. 접근범주는 운용 중에 바뀌지 않는다. 범주를 바꾸려면 다른 최대 착륙중량으로 항공기를 재인증해야 한다. 조종사는 인증받은 범주보다 낮은 범주를 쓸 수 없고, 더 높은 범주를 쓸 수는 있다.

활주로의 주요 구역은 다음과 같다. 시단은 착륙이 시작되는 지점이다. 이설시단은 활주로 끝이 아닌 다른 곳으로 옮긴 시단으로, 지상주행이나 이륙 활주에만 쓰고 착지점으로는 쓰지 않는다. 종단안전구역은 착륙 초과나 이탈 항공기의 손상을 줄이려고 활주로 중심선 연장선에 대칭으로 설정한다. 제트분사패드는 시단 앞에 최소 30m 이상 보강 포장한 구간이다.

활주로 가용거리는 세 가지로 나눈다. 이륙 가용거리(TORA)는 이륙에 쓸 수 있는 길이다. 이륙중단 가용거리(ASDA)는 TORA에 정지로를 더한 길이로, 이륙을 포기한 항공기가 정지할 수 있는 거리다. 착륙 가용거리(LDA)는 착륙 항공기가 지상활주에 쓸 수 있는 길이다.

설계 절차는 다음과 같다.

• 계획 기간의 설계 항공기와 기종 구성을 정한다.
• 각 기종의 ADG와 AAC를 구한다.
• 운용 기상 조건으로 VIS를 정한다.
• 세 값을 조합해 RDC를 정한다.
• RDC별 활주로 폭, 길이, 안전구역 기준을 찾아 적용한다.
• 장애물 제한표면과의 간섭을 검토해 치수를 조정한다.

5. 관련 법령·기준·표준

국내 비행장 설계는 「공항시설법」과 그 하위 고시의 설계기준을 따른다. 국제 기준은 ICAO Annex 14(Aerodromes)이다. RDC 체계는 미국 FAA 자문 회보 AC 150/5300-13 계열에서 정리됐다. 외국 기준은 개념 차이만 비교한다. ICAO와 FAA는 기종 분류 방식과 치수 값이 서로 다르다.

ICAO Annex 14는 정밀접근 활주로의 코드 4 기준 폭을 45m로 정한다. 종단안전구역과 활주로 등화는 접근 방식과 기상 조건에 따라 요구 수준이 달라진다. 미국 기준에서 접근등이 없는 CAT I ILS 접근의 최소 시정은 3/4마일, 즉 RVR 4000ft다. 접근등이 1,400ft 이상 있으면 최소 시정이 1/2마일(RVR 2400ft)까지 낮아질 수 있다.

종단안전구역은 깨끗하고 편평하게 포장하며, 항공기 주행을 방해하는 장애물을 두지 않는다. 활주로 치수는 RDC별 값을 그대로 옮기지 않고 기종 계획과 장애물 여건에 맞춰 검토한다.