(4) Determining Loaded Weight and CG

Determining Loaded Weight and CG

 

항공기에 적재된 무게와 CG를 결정하는 다양한 방법이 있다. 여기에는 computational method, 그리고 항공기 제조업체가 제공하는 graph/table을 이용하는 방법이 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 결정하려면 총 모멘트를 총 중량으로 나눈다.

 

NOTE: 특정 항공기의 weight and balance 문서는 empty weight, moment, 그리고 arm에 대한 정보를 제공한다. [그림 10-5]

총 적재 무게는 3,320 파운드로 maximum gross weight(3,400파운드)를 초과하지 않는다. 그리고 CG는 84.8로 CG limit(78 – 86) 이내에 있다. 따라서 항공기는 제한 사항들을 만족하여 적재되어 있다.

 

Graph Method

 

적재된 무게와 CG를 결정하는 또 다른 방법은 제조업체의 그래프를 사용하는 것이다. 계산을 단순화하기 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 이내에서 적재되었는지를 그래프로 결정할 수 있다). loading graph를 사용하여 moment를 결정하기 위해선 먼저 무게를 찾는다. 그 다음 moment를 계산할 항목을 교차하기 전까지 직선을 그린다. 마지막으로 세로선을 그어 moment를 결정한다. (그림 10-7의 붉은 선은 pilot and front passenger를 위한 moment를 나타낸다. 이 외의 moment들도 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 적재된다. 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 이를 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 항공기를 사용한 weight and balance 계산 예시이다. 음수에 양수를 곱하면 음수임을, 그리고 음수는 총 moment에서 감해져야 한다는 것을 기억해야 한다.

Computations With Zero Fuel Weight

 

그림 10-11은 zero fuel weight를 가진 항공기의 weight and balance 계산 예시이다. 이 예시에서 연료를 뺀 항공기 총 무게는 4,240 파운드이다. 이는 zero fuel weight(4,400 파운드) 미만이다. 만약 연료를 뺀 항공기 총 무게가 4,400파운드를 초과한다면 승객, 혹은 화물을 줄임으로써 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 한계 이내로 항공기를 적재하였으나 CG limit이 초과하였음을 조종사가 확인하였다. 이 문제에 대한 가장 만족스러운 해결책은 수하물, 승객, 혹은 둘 다를 옮기는 것이다. 조종사는 비행에 안전한 항공기를 만드는데 필요한 최소한의 무게 이동을 결정할 수 있어야 한다. 조종사는 새로운 위치로 적재물을 이동하는 것이 상황을 개선할 수 있는지의 여부를 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. 그러나 총 moment는 무게가 이동하는 방향 및 거리에 비례하여 변화한다. 무게가 앞으로 이동하면 총 moment는 감소한다, 반면 무게가 뒤로 이동하면 총 moment가 증가한다. moment의 변화량은 무게가 이동한 양에 비례한다. 대부분의 항공기는 전방 및 후방 수하물 칸을 가지고 있으므로 CG를 변경하기 위해 무게를 한 쪽에서 다른 한 쪽으로 이동할 수 있다. 항공기 무게, CG, 그리고 총 moment를 알고 있었다면 무게를 이동시킨 후 새로운 총 moment를 항공기 무게로 나누어 새로운 CG를 계산한다.

 

새로운 moment를 결정하기 위해 무게 변화에 따른 모멘트 증감을 확인한다. 100 파운드가 station 30에서 station 150으로 이동하였다 가정하자. 이러한 이동은 항공기의 총 moment를 12,000 in-lb만큼 증가시킨다.

 

 

원래의 moment에 moment 변화량을 더하면(무게가 앞으로 이동한 경우엔 빼줌) 새로운 총 moment를 얻을 수 있다. 새로운 moment를 총 무게로 나누어 새로운 CG를 결정한다:

 

이러한 이동으로 인해 CG가 station 78.5로 이동하였다.

 

컴퓨터(혹은 계산기)와 비례 공식을 사용하여 더 간단한 해결책을 얻을 수 있다. CG는 무게가 이동하는 거리에 비례하여 움직이기 때문에 이를 수행할 수 있다.

 

Weight addition or Removal

 

항공기의 weight and balance는 대부분의 경우 무게의 추가/제거를 통해 변경된다. 이 경우 새로운 CG를 계산한 다음 그 위치가 적절한지를 확인해야 한다. 이러한 유형의 weight and balance 문제는 비행 도중 연료가 소모되어 fuel tank의 무게가 감소할 때 발생한다. 대부분의 소형 항공기는 fuel tank가 CG에 가깝게 위치하도록 설계된다. 따라서 연료 소모가 CG에 큰 영향을 미치지 않는다.

 

화물의 추가, 혹은 제거는 CG 변경 문제를 나타낸다. 이는 반드시 비행 전에 계산되어야 한다. 이 문제는 항상 총 moments에 대한 계산을 통해 해결될 수 있다. 출항 직전에 일부 추가 화물, 혹은 승객을 받을 경우 새로운 CG 계산에 대한 문제가 발생할 수 있다.

 

이 예시에서 △CG가 초기의 CG로부터 더해지거나 빼진다. 특정 무게 변화에 대해 CG가 어느 방향으로 이동할지를 생각해보면 △CG가 더해질지, 혹은 빼질지를 결정하기 쉬워진다. 만약 CG가 뒤로 이동한다면 초기의 CG에 △CG를 더한다. 만약 CG가 앞으로 이동한다면 초기의 CG에 △CG를 뺀다.