KR102366602B1

KR102366602B1 - 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법

Info

Publication number: KR102366602B1
Application number: KR1020200025856A
Authority: KR
Inventors: 민병훈; 김연희; 최희욱
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2022-02-23
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: KR20210110955A

Abstract

본 발명은 저층 윈드시어 경보시스템으로 저고도 항공경로에 발생하는 윈드시어를 관측하지 못하는 한계를 극복할 수 있고, 특히 고해상도 수치모델의 예측자료에서 공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 예측 바람자료를 추출하고 이러한 예측 바람자료를 사용해서 윈드시어를 계산하여 신속하게 경보를 내릴 수 있도록 함으로써 2000ft 이하 낮은 고도에서 이·착륙하는 항공기(100)가 속도가 낮아 강한 윈드시어를 만날 경우 양력을 잃고 추락하는 현상을 철저하게 줄일 수 있도록 한 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법에 관한 발명이다.

Description

제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법{PREDICTING METHOD OF LOW-LEVEL WIND SHEAR USING INSTRUMENT LANDING SYSTEM AT AIRPORT}

본 발명은 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고해상도 수치모델의 예측자료에서 공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 예측 바람자료를 추출하고 이러한 예측 바람자료를 사용해서 윈드시어를 계산하여 신속하게 경보를 내릴 수 있도록 함으로써 2000ft 이하 낮은 고도에서 이·착륙하는 항공기가 속도가 낮아 강한 윈드시어를 만날 경우 양력을 잃고 추락하는 현상을 철저하게 줄일 수 있는 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법에 관한 것이다.

일반적으로 윈드시어(Wind Shear)는 갑작스럽게 바람의 방향 또는 세기가 바뀌는 현상을 말하며, 2000ft 이하 고도에서 발생하는 윈드시어를 저층 윈드시어라 부른다.

그리고, 2000ft 이하 낮은 고도에서 이ㅇ착륙하는 항공기는 속도가 낮아 강한 윈드시어를 만나면 양력을 잃고 추락할 가능성이 높다.

이에 따라, 활주로 또는 항공경로 상에서 윈드시어가 예측 또는 관측될 경우 공항에 윈드시어 경보가 내려질 수 있도록 하고 있다.

예를 들어, 제주 국제공항은 저층 윈드시어를 탐지하기 위해 저층 윈드시어 경보시스템(Low Level Wind Shear Alert System; LLWAS)이 설치되어 있고, 10초마다 윈드시어 정보가 생산되고 있다.

하지만, LLWAS는 활주로 상에서 수평 윈드시어를 관측하고 공항에 윈드시어 경보를 내리는 시스템으로 이루어져 저고도 항공경로에 발생하는 윈드시어는 관측하지 못하는 한계를 안고 있고, 이에 따라 저고도 항공경로에서 윈드시어를 예측할 수 있는 시스템 개발이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제1823992호 - 항공 안전 지원 방법 및 서버

본 발명의 목적은 저층 윈드시어 경보시스템으로 저고도 항공경로에 발생하는 윈드시어를 관측하지 못하는 한계를 극복할 수 있는 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 고해상도 수치모델의 예측자료에서 공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 예측 바람자료를 추출하고 이러한 예측 바람자료를 사용해서 윈드시어를 계산하여 신속하게 경보를 내릴 수 있도록 함으로써 2000ft 이하 낮은 고도에서 이·착륙하는 항공기가 속도가 낮아 강한 윈드시어를 만날 경우 양력을 잃고 추락하는 현상을 철저하게 줄일 수 있도록 한 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은

고해상도 수치모델의 예측자료에서 공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 예측 바람자료를 추출하는 단계(S10)와, 상기 예측 바람자료를 사용해서 윈드시어를 계산하는 단계(S20)를 포함하는 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법에 있어서,

상기 S10 단계의 고해상도 수치모델에서 착륙경로를 따라 예측 바람자료를 추출하는 것은, 고해상도 수치모델에서 활주로말단과 근접한 격자점을 찾는 단계와, 활주로말단과 근접한 격자점을 기준으로 활주로 방위각을 따라 예측 바람자료를 추출하는 단계와, 추출된 예측 바람자료를 활공각을 따라 내삽해서 착륙경로의 바람을 추출하는 단계를 포함하는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다.

본 발명은 저층 윈드시어 경보시스템으로 저고도 항공경로에 발생하는 윈드시어를 관측하지 못하는 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 고해상도 수치모델의 예측자료에서 공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 예측 바람자료를 추출하고 이러한 예측 바람자료를 사용해서 윈드시어를 계산하여 신속하게 경보를 내릴 수 있도록 함으로써 2000ft 이하 낮은 고도에서 이ㅇ착륙하는 항공기가 속도가 낮아 강한 윈드시어를 만날 경우 양력을 잃고 추락하는 현상을 철저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법을 설명하기 위한 저층 윈드시어 예측 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법을 설명하기 위한 제주 국제공항 활주로 및 활공각 정보를 나타내는 표.
도 3은 본 발명에 따른 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법을 설명하기 위한 저층 윈드시어 예측과 관측자료 비교(07A 활주로 방향)를 나타내는 그래프.

본 발명에 따른 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법을 설명하기 위한 저층 윈드시어 예측 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법을 설명하기 위한 제주 국제공항 활주로 및 활공각 정보를 나타내는 표이며, 도 3은 본 발명에 따른 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법을 설명하기 위한 저층 윈드시어 예측과 관측자료 비교(07A 활주로 방향)를 나타내는 그래프이다.

본 발명에 따른 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 예를 들어 제주 국제공항 착륙경로에 발생하는 윈드시어를 예측하기 위해 제주 국제공항에 설치된 계기착륙시설과 활주로 정보를 활용할 수 있으며, 적합한 윈드시어 발생 기준을 적용하기 위하여 Fifth Air Navigation Conference(Montreal, 1967)에서 제안한 고도 100ft 변화에 따른 바람의 변화를 사용할 수 있다(5kt/100ft).

구체적으로, 본 발명에 따른 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법은 도 1에 도시된 바와 같이 예를 들어 착륙경로를 적용하기 위해 제주 국제공항에 설치된 계기착륙시설과 활주로 정보를 사용할 수 있다.

제주 국제공항 착륙경로 윈드시어 예측은 크게 두 단계로 나누어져 있다.

첫 번째 단계(S10)는 고해상도 수치모델의 예측자료에서 제주 국제공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 예측 바람자료를 추출하는 것이다. 두 번째 단계(S20)는 추출된 예측 바람자료를 사용해서 윈드시어를 계산하는 것이다.

제주 국제공항에 착륙하는 항공기(100)의 이동 경로를 저층 윈드시어 예측에 적용하기 위하여 제주 국제공항에 설치된 계기착륙시설과 활주로 정보를 사용할 수 있다.

계기착륙시설은 항공기(100)의 안전한 착륙을 위해 설치되는 항행안전시설 중 하나로, 활주로(200)의 위치 및 중심선, 활공각 등의 정보를 제공해서 항공기(100)의 안전한 착륙을 유도한다.

계기착륙시설의 유도에 따라 착륙하는 항공기(100)는 일정한 경로에 맞추어 활주로(200)의 활주로말단으로 비스듬히 하강한다.

구체적으로, 제주 국제공항은 주 활주로(07/25)와 보조 활주로(13/31)와 같이 두 개의 활주로(200)가 있으며, 이ㅇ착륙하는 항공기(100)는 특별한 경우를 제외하면 주 활주로를 사용한다.

따라서, 저층 윈드시어 예측은 주 활주로 착륙경로에서 이루어지며, 착륙방향에 따라 07A와 25A로 나눠서 예측한다[여기서 A(Approaching)는 착륙을 의미]. 제주 국제공항 착륙경로 설정에 필요한 07/25 활주로 방위각, 활주로말단 위경도 및 고도, 활공각 정보는 도 2와 같다.

그리고, 상기 S10 단계의 고해상도 수치모델에서 착륙경로를 따라 예측 바람자료 추출은 다음 세 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 고해상도 수치모델에서 활주로말단과 근접한 격자점을 찾는 단계이다. 두 번째 단계는 활주로말단과 근접한 격자점을 기준으로 활주로 방위각을 따라 예측 바람자료를 추출하고, 세 번째 단계는 추출된 예측 바람자료를 활공각을 따라 내삽해서 착륙경로의 바람을 추출하는 것이다.

나아가, S20 단계에서 사용되는 윈드시어 계산은 "Manual on Low-Level Wind Shear(ICAO, 2005)"에서 명시한 고도 100ft 당 바람 크기 변화를 사용하며 아래 식 1을 따른다.

-------------------- [식 1]

여기서 ｕ와 ｖ는 각각 서풍과 남풍을 뜻하며 ｈ는 고도를 나타낸다. 아래첨자 Ａ와 Ｂ는 고도가 다른 두 지점을 뜻하고, 속도 성분의 단위는 knot를, 길이 성분의 단위는 feet를 사용한 것이다.

더 나아가, 상기 S20 단계에서 저층 윈드시어 계산은 제주 국제공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 내삽해서 추출된 예측 바람자료를 윈드시어 계산에 사용하기 때문에 식 1은 다음 식 2와 같이 간소화될 수 있다.

-------------------- [식 2]

더 나아가, S20 단계에서 계산된 저층 윈드시어는 Fifth Air Navigation Conference(Montreal, 1967)에서 제안한 아래의 윈드시어 등급표와 비교해서 윈드시어 경보 등급을 정한다. Fifth Air Navigation Conference(Montreal, 1967)에서 제안한 윈드시어 등급표는 아래의 표와 같다.

제주 국제공항 착륙경로에 중간세기(Moderate) 등급 이상의 윈드시어가 예측되면 윈드시어 경보가 발생한다. 경보에 포함 가능한 정보는 윈드시어 발생이 예측되는 착륙경로 방향, 발생고도, 윈드시어 등급 및 크기는 도 3과 같이 그래프화시킬 수 있다.

도 3의 그래프를 더욱 구체적으로 설명하면, x축은 윈드시어의 세기를, y축은 착륙경로의 고도를 나타낸다.

이때, 관측은 항공기 기상관측자료(Aircraft Meteorological Data Relay, AMDAR)에서 관측된 바람자료를 식 1에 대입해서 계산한 윈드시어이고, x표시는 항공기 HL7719가 2017년10월1일 0742~0745 UTC에 관측한 AMDAR자료를 사용했으며 고도 90~950ft 사이 고도에서 세기 6.27kt/100ft인 moderate 등급 윈드시어가 관측된 표시이고, +표시는 항공기 HL7716가 2017년10월1일 0827~0829 UTC에 관측한 AMDAR자료를 사용했으며 고도 50~830ft 사이 고도에서 세기 7.29kt/100ft인 moderate 등급 윈드시어가 관측된 표시이다.

그리고, 예측은 100m 해상도 수치모델인 고해상도 규모상세화 수치자료 산출체계(Korea Meteorological Administration Post Processing, KMAPP)의 예측자료에서 공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 예측 바람자료를 추출하고 이러한 예측 바람자료를 사용해서 계산한 윈드시어이고, 2017년9월30일 18UTC를 초기장으로 14시간 예측된 자료를 사용(KMAPP은 00, 16, 12, 18UTC를 초기장으로 일 4회 48시간 예측함, UTC: 세계표준시, 00UTC=오전9시)한 것이다.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 고도 565.6ft에서 5.14kt/100ft인 moderate 등급 윈드시어가 예측되며 1265.6ft 이상 고도에서 1kt/100ft 이하의 매우 낮은 윈드시어가 예측됨을 알 수 있고, 이러한 결과는 AMDAR 관측자료에서 관측된 바람자료로 계산한 윈드시어와 발생 고도 및 세기 등급이 유사하게 나타난다.

이와 같이, 본 발명에 따른 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법은 저층 윈드시어 경보시스템으로 저고도 항공경로에 발생하는 윈드시어를 관측하지 못하는 한계를 극복할 수 있고, 특히 고해상도 수치모델의 예측자료에서 공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 예측 바람자료를 추출하고 이러한 예측 바람자료를 사용해서 윈드시어를 계산하여 신속하게 경보를 내릴 수 있도록 함으로써 2000ft 이하 낮은 고도에서 이·착륙하는 항공기(100)가 속도가 낮아 강한 윈드시어를 만날 경우 양력을 잃고 추락하는 현상을 철저하게 줄일 수 있게 된다.

본 발명은 공항 착륙경로에서 윈드시어를 예측하여 항공기의 안전한 착륙을 유도하는 산업분야에 이용 가능하다.

100 : 항공기
200 : 활주로

Claims

삭제
고해상도 수치모델의 예측자료에서 공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 예측 바람자료를 추출하는 단계(S10)와, 상기 예측 바람자료를 사용해서 윈드시어를 계산하는 단계(S20)를 포함하는 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법에 있어서,
상기 S10 단계의 고해상도 수치모델에서 착륙경로를 따라 예측 바람자료를 추출하는 것은, 고해상도 수치모델에서 활주로말단과 근접한 격자점을 찾는 단계와, 활주로말단과 근접한 격자점을 기준으로 활주로 방위각을 따라 예측 바람자료를 추출하는 단계와, 추출된 예측 바람자료를 활공각을 따라 내삽해서 착륙경로의 바람을 추출하는 단계를 포함하고,
상기 S20 단계에서 윈드시어 계산은 "Manual on Low-Level Wind Shear(ICAO, 2005)"에서 명시한 고도 100ft 당 바람 크기 변화를 사용하며 아래 식 1을 따르는 것을 특징으로 하는 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법.

[식 1]
ｕ와 ｖ는 각각 서풍과 남풍을 뜻하며 ｈ는 고도를 나타낸다. 아래첨자 Ａ와 Ｂ는 고도가 다른 두 지점을 뜻하고, 속도 성분의 단위는 knot를, 길이 성분의 단위는 feet를 사용한 것이다.
제2항에 있어서,
상기 S20 단계에서 윈드시어 계산은 공항 착륙경로를 따라 고도 100ft 단위로 내삽해서 추출된 예측 바람자료를 윈드시어 계산에 사용하므로 상기 식 1은 아래 식 2와 같이 간소화되는 것을 특징으로 하는 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법.

[식 2]
제3항에 있어서,
상기 S20 단계에서 계산된 저층 윈드시어는 Fifth Air Navigation Conference(Montreal, 1967)에서 제안한 아래의 윈드시어 등급표와 비교해서 윈드시어 경보 등급을 정하는 것을 특징으로 하는 제주 국제공항 계기착륙시설을 활용한 윈드시어 예측방법.