Determining Loaded Weight and CG
항공기에 적재된 무게와 CG를 결정하는 방법은 다양하다. 여기에는 computational method와 graph/table method가 있다.
Computational Method
다음은 기본적인 수학 함수를 적용하는 computational method의 예시이다.
1. 항공기, 탑승객, 연료, 그리고 수하물의 무게를 나열한다. AVGAS(aviation gas)는 갤런 당 6파운드임을 기억하라.
2. 나열된 각 항목의 moment를 입력한다. “weight x arm = moment”임을 기억하라.
3. 총 무게와 총 모멘트를 구한다.
4. CG를 결정하기 위해 총 모멘트를 총 무게로 나눈다.
NOTE: 특정 항공기의 weight and balance 문서는 empty weight, moment, 그리고 arm에 대한 정보를 제공한다. [그림 10-5]
총 무게는 3,320 파운드로 maximum gross weight(3,400파운드)를 초과하지 않는다. CG는 84.8로 CG limit(78 – 86) 이내에 있다. 따라서 항공기는 제한 사항들이 만족되도록 적재되어 있다.
Graph Method
적재된 무게와 CG를 결정하는 또 다른 방법은 제조업체의 그래프를 사용하는 것이다. 계산을 간단하게 만들기 위해 moment를 100, 1,000, 혹은 10,000으로 나누기도 한다. [그림 10-6, 7, 그리고 8]
computational method에서 사용한 것과 동일한 단계를 따른다(단, 그래프가 moment를 계산할 것이다. 또한 항공기가 CG limit 이내에 적재되었는지를 그래프로 결정할 수 있다). loading graph를 통해 moment를 결정하기 위해 먼저 무게를 찾은 다음 moment가 계산될 항목이 교차되기 전까지 가로로 직선을 그린다. 그런 다음 세로선을 그어 moment를 결정한다. (그림 10-7의 붉은 선은 pilot and front passenger를 위한 moment를 나타낸다. 이 외의 moment도 동일한 방법으로 결정된다.) 각 항목에 대해 이 작업을 수행한 후 무게와 모멘트를 더한다. 그리고 CG envelope에 무게와 모멘트에 대한 선을 그린다. 만약 이 선들이 envelope 내에서 교차한다면 항공기는 CG limits 이내로 적재된 것이다. 이 예시의 경우 항공기는 CG limits 이내로 적재된다.
Table Method
table method 또한 앞선 두 방법과 동일한 원리를 적용한다. 제조업체의 표에는 정보 및 제한 사항들이 포함된다. 그림 10-9는 표의 예시이며 weight and balance 계산은 이 표를 기반으로 한다. 이 문제에서 총 무게(2,799 파운드)와 모멘트(2,278/100)는 표의 한계 이내에 있다.
Computations With a Negative Arm
그림 10-10은 음(-)의 arm을 갖춘 항공기의 weight and balance를 나타낸다. 음수에 양수를 곱하면 음수임을, 그리고 음수는 총 moment에서 감해져야 한다는 것을 기억하라.
Computations With Zero Fuel Weight
그림 10-11은 zero fuel weight를 갖춘 항공기의 weight and balance를 나타낸다. 이 예시에서 연료를 뺀 항공기 총 무게는 4,240 파운드로 이는 zero fuel weight(4,400 파운드) 미만이다. 만약 연료를 뺀 항공기 총 무게가 4,400파운드를 초과한다면 승객이나 화물을 줄여서 무게를 max zero fuel weight 이하로 만들어야 한다.
Shifting, Adding, and Removing Weight
조종사는 무게의 이동, 추가, 혹은 제거와 관련된 모든 문제들을 정확하게 해결할 수 있어야 한다. 예를 들어 takeoff weight limit 이내로 항공기가 적재되었으나 CG limit이 초과되었다. 이 문제에 대한 가장 만족스러운 해결책은 수하물이나 승객을 옮기는 것이다. 조종사는 비행에 안전한 항공기를 만드는데 필요한 최소한의 무게 이동을 결정할 수 있어야 한다. 조종사는 새로운 위치로 적재물을 이동하는 것이 상황을 개선할 수 있는지를 판단할 수 있어야 한다. 이러한 결정에 도움이 될 수 있는 몇 가지 표준화된 계산법이 있다.
Weight Shifting
무게가 한 위치에서 다른 위치로 이동한다면 총 무게는 변화하지 않는다. 허나 총 moment는 무게가 이동하는 방향 및 거리에 비례해서 변화한다. 무게가 앞으로 이동하면 총 moment가 감소한다. 반면 무게가 뒤로 이동하면 총 moment가 증가한다. moment의 변화량은 무게가 이동한 양에 비례한다. 대부분의 항공기는 전방 수하물 칸과 후방 수하물 칸을 가지고 있으므로 CG를 변경하기 위해 무게를 한 쪽에서 다른 한 쪽으로 이동시킬 수 있다. 항공기 무게, CG, 그리고 총 moment를 알고 있었다면 무게를 이동시킨 후 새로운 총 moment를 항공기 무게로 나눠서 새로운 CG를 계산한다.
새로운 moment를 결정하기 위해 무게 변화에 따른 모멘트 증감을 확인한다. 100 파운드가 station 30에서 station 150으로 이동하였다 가정하자. 이러한 무게 이동은 항공기의 총 moment를 12,000 in-lb만큼 증가시킨다.
기존의 moment에 moment 변화량을 더하면(무게가 앞으로 이동한 경우엔 빼줌) 새로운 총 moment를 얻을 수 있다. 새로운 moment를 총 무게로 나눠서 새로운 CG를 결정한다:
이러한 무게 이동으로 인해 CG가 station 78.5로 이동하였다.
컴퓨터(혹은 계산기)와 비례 공식을 통해 더 간단한 해결책을 얻을 수 있다. 이는 무게가 이동하는 거리에 비례해서 CG가 변화하기 때문에 가능하다.
Weight addition or Removal
항공기의 weight and balance는 보통 무게의 추가/제거로 인해 변화한다. 이 경우 새로운 CG를 계산한 다음 그 위치가 적절한지를 확인해야 한다. 이러한 유형의 weight and balance 문제는 비행 도중 연료가 소모되서 fuel tank의 무게가 감소할 때 발생한다. 대부분의 소형 항공기는 fuel tank가 CG에 가깝도록 설계되므로 연료 소모가 CG에 큰 영향을 미치지 않는다.
화물의 추가/제거는 CG가 변화하는 문제를 야기하므로 이를 반드시 비행 전에 계산해야 한다. 이 문제는 항상 총 moments에 대한 계산을 통해 해결될 수 있다. 출항 직전에 추가 화물이나 승객을 받아서 새로운 CG를 계산하는 경우가 있다.
이 예시에서 △CG가 기존의 CG로부터 더해지거나 빼진다. 특정 무게 변화에 대해 CG가 어느 방향으로 이동할지를 생각해보면 △CG가 더해질지 빼질지를 결정하기 쉬워진다. 만약 CG가 뒤로 이동한다면 기존의 CG에 △CG를 더한다. 만약 CG가 앞으로 이동한다면 기존의 CG에 △CG를 뺀다.
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