[항공기 무게중심] Center of Gravity

■ 항공기 무게

항공기 무게를 측정할 때 자중, 유효하중, 유상하중, Tare weight 등 측정하는 다양한 무게가 있다. 각 무게들을 측정해서 항공기가 정상적으로 운행을 하는지 또 운행을 할 수 있는지에 대한 판단이 가능하다.

자중(자기무게, empty weight)	- 항공기 내 고정위치에 실제로 장착되어 있는 모든 작동시설을 포함 - 기체, 동력장비, 필요장비, 선정 혹은 특수장비, Fixed Ballast, 유압, 유체, 잔여 연료/오일의 무게 포함 - 잔여 유체에 관한 자료는 Aircraft Specification에 표시
최대무게(MTOW)	- 항공기에 인가된 최대무게 - 정상영역과 유효영역에 따라 차이
유효하중(Useful load)	- 최대허용 총 무게에서 자기무게를 뺀 것(적재량)
유상하중(Payload)	- 비행 근본 목적이 되는 승객, 화물 등의 무게
자기무게 중심(EWCG)	- 자기무게 상태의 항공기 무게중심
자기무게 중심 영역	- C.G.의 한계범위 내에서 이동의 허용 변화 부분
영 연료무게(Zero Fuel Weight)	- 연료를 제외한 적재된 항공기의 최대 허용무게(승객, 승무원 무게 포함)​​ - 영 연료무게를 초과하는 모든 무게는 사용되는 연료의 무게
Tare Weight	- 항공기 중량 측정 시 기본품목 이외의 무게가 포함된 무게 - Chock, Sling, Jack 등의 무게
Ballast	- 항공기 무게중심이 중심 한계 내에 들어가도록 하기 위해 항공기 내부에 장착함으로써 평형을 유지하는 무게

 

항공기 무게를 측정하는 작업을 웨잉작업(Weighing)이라고 부른다.

■ 웨잉작업(Weighing)

웨잉작업(Weighing)	- 오버홀 or 대규모 기체 수리의 경우 - 무게 or CG(무게중심)에 오류가 의심되는 경우 - 웨잉작업 후 일정시간이 지난 경우
1. 무게측정 준비	- Hanger in(바람의 영향X -> door close) - defueling and sump drain - ENG·APU·CSD Oil, HYD fluid FULL 상태(no drain) - 음료·세척용수·세면실용탱크 배수상태 유지 - 각 종 조종면(spoiler, slat 등) 제작사 지시에 의거 정확한 위치에 위치 - 자기무게에 포함된 모든 항목(비상장비)들 정확한 위치에 있는지 확인 - 화물실 비어있는지 확인 - 모든 점검창 및 Cover cap, Cowling, Door 등은 재장착 또는 Close하고, Brake는 풀어두기 - 항공기 세척(동체 물기 없도록 할 것) - 항공기 Jacking 절차에 따라 Jacking 실시(Jacking시 안전사항 준수) - 정확하게 수평을 유지(특히 세로축에 대한 세심한 주의 필요)
2. 측정	- Aircraft Specification과 Type Certificate Data Sheet의 자료를 참고하여 기준면(Reference Datum) 확인 - 기준면에서 무게측정지점까지의 거리를 파악 - 각각의 지점에서 무게를 측정하고 기록 - 모멘트를 구한다(Moment = 무게 X 거리)

 

■ 무게중심(Center of Gravity, C,G)

-  물체가 기울어짐 없이 어느 한 곳에서 균형을 이루는 점(모멘트 합이 "0"인 점)

- C.G는 %MAC 또는 STA로 표현(비행안정성을 얻기 위해 MAC 상 풍압중심의 전방 위치)

- C.G(%MAC) = (ARM-LEMAC) / (MAC의 거리) X 100

- 표시방식 : STA(Datum에서 어느 정도 떨어진 곳에 있다), %MAC(무게중심이 MAC의 몇%에 위치하는지 표시)

■ Datum Line(기준선)

- 제작사에서 규정한 ARM(수평거리)의 기준이 되는 가상의 수직면(선)

- 항공기에서 위치 측정의 기준이 되는 가상의 선

- Datum Line이 앞에 있으면 양수(+), 뒤에 있으면 음수(-)로 계산

■ BALANCE ARM(BA) / BODY STATION(BS)

- 모든 항공기의 종축 위치를 BA로 CG를 표시함

■ ARM (MOMENT ARM, STATION ARM)(거리)

- Datum Line으로부터 장비까지의 수평거리(inch) (STATION/STA)

■ MOMENT(힘)

- 어떤 물체의 중량에 이의 ARM(길이)을 곱하여 산출한 값(Pound-Inch)

■ 허용한계 또는 C.G의 한계

- 비행 중 C.G가 위치해야 하는 허용범위의 전방과 후방의 특정한 점

■ 비행 시 무게중심 범위

- 하중을 가진 항공기의 C.G 위치는 항상 이 한계점 내에 있어야함

- 전방 C.G와 후방 C.G 한계로 안정성과 조종성에 영향

- MAC의 백분율이나 항공기의 기준면에서의 거리로 나타냄

- 전방 무게중심 한계 : 조종 가능한 안정성에 의해 결정, 초과 시 Nose Down 현상이 발생하며, 조종력 감소

- 후방 무게중심 한계 : 조종 가능한 조종성에 의해 결정, 초과 시 Nose Up 현상이 발생하며, 안정성 감소

■ MAC(평균공력시위)

- Main Wing의 L/E와 T/E사이의 평균거리(폭)

- 날개에 위치한 가상선의 평균값

- MAC은 항공기 설계 상 Airfoil의 Chord를 나타내는 기술 용어

- % MAC : 무게중심이 MAC의 몇 %에 위치하는가를 표시

■ C.G% OF MAC

- 항공기 C.G는 비행안정성(세로안정성)을 얻기 위해 MAC의 일정한 범위 내에 위치해야 하며 그 허용 범위는 항공기 제작사에서 MAC 상 백분율로 제공

■ 무게중심 위치 수정

- 화물적재 작업 or 탑승 인원에 대해 항공기 C.G 위치가 전방 or 후방한계를 벗어난 경우 화물의 재배치 또는 Fixed ballast를 장착하여 C.G 위치를 수정한다.

 

e.g. 무게중심 문제

 

e.g. 무게중심 위치 수정 문제

- C.G 위치가 전방한계 87''를 벗어나 85''에 위치하여 원래 위치 92''로 수정하기 위해 120'' 위치에 Ballast 설치 시 무게는?

■ Weight Point

- 항공기 무게를 측정함에 있어서 무게가 집중되어 있는 척도상의 점 ex. Jack Point, L/G 등

■ Weight & Balance(무게중심) 목적

- 근본적인 목적은 안전, 이차적인 목적은 가장 효과적인 비행(연료절감)

- 부당한 하중은 상승한계, 가동성, 상승률, 속도, 연료소비율 면에서 항공기 효율 저하