(5) Moment and Moment Arm

Moment and Moment Arm

 

자유롭게 회전하는 물체는 항상 CG를 중심으로 회전한다. 항공기가 CG를 중심으로 회전하는 경향을 수학적으로 측정한 것을 “moment”라 부른다. 모멘트는 (적용된 힘 x 힘이 적용된 거리)로 계산된다. moment arm은 힘이 적용된 지점과 datum 사이의 거리를 의미한다. weight and balance 계산 시 모멘트는 inch-pounds 단위로 표시된다.

 

항공기 설계자는 항공기 CG의 전방 위치와 후방 위치를 최대한 20% MAC 지점에 가까이 배치한다. 추력 선(thrust line)이 CG를 수평으로 통과하도록 설계되면 출력 변화 시 항공기가 pitch를 하지 않으며 power-on/power-off 상태에서 추력으로 인해 모멘트가 차이가 발생하지 않는다. 설계자는 항력의 위치를 어느 정도 제어할 수 있긴 하지만 항상 항력이 CG를 통과하도록 만들 수는 없다. 허나 설계자들이 가장 쉽게 제어할 수 있는 한 가지가 있는데 바로 꼬리의 크기와 위치이다. 최대한 추력 · 항력 · 양력으로 인한 모멘트를 작게 만드는 것, 그리고 꼬리를 올바르게 위치시켜서 모든 비행 조건에 대해 항공기의 세로 균형이 유지되는 수단을 제공하는 것이 설계자들의 목표이다.

 

조종사는 항공기에 작용하는 힘의 위치를 직접 제어할 수 없다(단, 받음각을 변화하여 양력 중심을 제어하는 것 제외). 조종사가 힘들의 크기를 조절할 수 있긴 하지만 이러한 변화는 다른 힘들을 변화시킨다. 따라서 조종사는 다른 힘들의 영향을 변화시키지 않으면서 하나의 힘만을 변화시킬 수 없다. 예를 들어 대기속도가 바뀌면 양력, 항력, 그리고 꼬리의 up/down force가 변화한다.

 

일부 항공기의 경우 무게 변화에 의해 CG 위치가 바뀔 수 있다. 연료 소모에 의한, 그리고 승객이나 화물의 적재/하역에 의한 모멘트를 상쇄하기 위해 trimming devices(예를 들어 elevator trim tabs와 adjustable horizontal stabilizers)가 사용된다.