[Aerodynamics] Weight and Balance 기초 1장

Weight 란?

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[비행이론] 항공기 중량(Aircrft Weight) -종류(MEW, BEW, SOW, ZFW, TW, TOW, LDW) 2장

Weight and Balance 의 자세한 내용은 위의 내용을 확인하자.

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Balance 란?

항공기에 실리는 승객, 화물, 연료 등에 따른 무게와 위치에 따른 C.G 가 어디에 위치하는 것이다. C.G 란 항공기의 안전성에 관계가 있고 안전에 큰영향을 준다.

 

C.G 는 기본적으로 항공기 Longitudinal Axis를 기준으로 무게에 따라 위치하게 된다. 비행중에는 연료 소모에 따라서 가변적으로 변하게 된다. C.G는 안전한 범위가 정해져 있으며 Forward C.G 경우 와 After C.G가 존재하게 되는데 이에 따른 공기역학이 바뀌게 된다.

1. Datum Line

C.G를  계산하기 위한 기준이 되는 선이다. Moment를 계산할 때 Datum Line을 기준으로 무게가 작용하는 지점까지의 거리를 측정한다. 이때 계산 편의를 위해 항공기 최전방에 Datum line을 설정하여 Arm이 모두 양수가 나올 수 있도록 한다.

2. Moment

Moment = Arm * Weight

앞에서 이야기한 Datum line으로부터 무게가 작용하는 지점까지의 거리 Arm 과 해당 지점에 작용하는 무게를 곱한 값이다.

3. C.G(Center of Gravity)

우리가 흔히 알고 있는 "무게중심"이다. 이론상으로 항공기에 작용하는 하나의 지점을 의미하며, 일반적으로 MAC(Mean Aerodynamic Chord)를 기준으로 몇 퍼센트 % 단위로 나타낸다. 비행기에서의 C.G는 3차원 상에서 가로, 세로, 수직축 상에 한점에 위치한다.

C.G를 구하는 공식은 위와 같다.

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C.G를 구하는 예시를 한번 살펴보자.

왼쪽에서의 전체 Moment는 5,000in-Ib이다. 여기서 전체 무게인 150Ib로 나누면 그 값이 C.G가 된다.

4. MAC(Mean Aerodynamic Chord)

C.G를 나타낼 때에는 MAC의 백분율로 표시한다. 그렇지만 비행기의 날개는 기울어져있고 Wing tip으로 갈수록 Chord line의 길이가 점차 좁아지는 모양이기에 기준이 어렵다. 그래서 MAC이라는 개념을 적용하여 Wing root에서부터 Wing tip까지의 Chord 길이의 평균을 내어 마치 공기역학적으로 동일한 직사격형의 날개로 가정하여 날개 위에 C.G를 표기하는 기준이 된다.

5. Index Uint

Moment를 계산할 때 단위가 inch, lbs 이기 때문에 숫자가 매우 커진다. 이러한 불편함을 없애기 위해서 100, 1000, 10000단위로 나눠서 Moment 계산을 용이하게 할 수 있다.

6. C.G Range

항공기의 C.G가 Stability를 초과하지 않는 위치에 있기 위해 C.G Limits가 지정되고 이때 전방한계 Forward CG와 후방한계 After CG가 설정된다. 이 사이의 값을 CG Range라 한다. 매 비행마다 CG 의 위치를 구하여 항공기가 안전한 범위에 있는지 계산하여야 한다.

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