(6) Weight and Balance

Weight and Balance

 

weight and balance 개념은 single-engine airplane과 다르지 않다. 허나 새로운 하중 영역들(예를 들어 nose and aft baggage compartments, nacelle lockers, main fuel tanks, auxiliary fuel tanks, 그리고 nacelle fuel tanks)로 인해 좀 더 복잡하다. 조종사는 매 비행 전에 weight and balance를 해결해야 할 책임을 가지고 있다.

 

때때로 조종사는 제조업체의 weight and balance 서류에서 나타나는 용어들(empty weight, licensed empty weight, standard empty weight, basic empty weight)을 혼란스러워한다.

 

1975년에 GAMA(General Aviation Manufacturers Association)는 AFM/POH에 대한 표준화된 형식을 채택하였다. 이는 1976년부터 대부분의 제조업체에서 시행되었다. GAMA standards를 따르는 제조업체의 비행기들은 weight and balance에 대해 다음과 같은 용어들을 사용한다:

 

standard empty weight + optional equipment = basic empty weight

 

standard empty weight는 standard airplane, full hydraulic fluid, unusable fuel, full oil의 무게이다. optional equipment는 standard 이후에 설치된 모든 장비들의 무게이다. basic empty weight는 standard empty weight에서 optional equipment를 더한 것이다. basic empty weight는 usable fuel을 포함하지 않는다. 허나 full oil은 포함한다.

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※ 다음은 대한항공 WEIGHT AND BALANCE 교재를 발췌한 내용이다.

 

1. MANUFACTURE’S EMPTY WT (MEW)

 

이는 가장 기본적인 항공기 중량이다. 즉, 항공기 Structure, 엔진, 그리고 항공기가 운항하는 데 필수적인 각종 장비를 포함하는 1차 중량이다.

 

2. BASIC EMPTY WT (BEW)

 

1) Definition

 

Manufacture'S Empty Wt (Mew)에는 포함되지 않지만, 항공기를 직접 운용하는 회사에서 운항에 필요한 설비 및 장비를 추가 장착하거나 장탈한 장비를 조정한 중량이다. 이는 매 3년마다 정기적으로 측정(Weighing)한 중량이다.

 

2) Bew에 포함되는 Item
· Uncountable Fuel - 연료를 모두 사용하여 계기상에는 연료의 양이 Zero가 되더라도 실제 기체 내에 남아 있는 연료(Engine Oil, Constant Speed Drive System Oil)
· Toilet Fluid And Chemical Charge
· Life Raft, Life Vest 등 Emergency Equipment
· 객실 Service를 위한 Galley Structure 및 Bar Unit
· Fly Away Kit Bin
· 보안 도어

(Fly Away Kit Bin. 출처: vrr.aero)

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GAMA format 이전에 제작된 비행기들은 weight and balance를 위해 보통 다음 용어들을 사용하였다(단, 정확한 용어는 다소 다를 수 있음):

 

empty weight + unusable fuel = standard empty weight

 

standard empty weight + optional equipment = licensed empty weight

 

empty weight는 standard airplane, full hydraulic fluid, undrainable oil의 무게이다. unusable fuel은 엔진에 이용되지 않고 항공기에 남아있는 연료이다. standard empty weight는 empty weight에 unusable fuel을 더한 것이다. licensed empty weight는 standard empty weight에 optional equipment를 더한 것이다. 따라서 licensed empty weight는 standard airplane, optional equipment, full hydraulic fluid, unusable fuel, 그리고 undrainable oil을 포함한다.

 

basic empty weight는 full oil을 포함하지만 licensed empty weight는 그렇지 않다. 따라서 licensed empty weight를 활용하는 모든 weight and balance에는 항상 oil이 더해져야 한다.

 

항공기가 취항하면 정비사는 설치 장비의 변경 사항을 반영하기 위하여 amended weight and balance 서류를 작성한다. 오래된 weight and balance 서류들은 “superseded”라 표시되며 AFM/POH에 보관된다. 정비사가 GAMA terminology를 사용해야 할 의무가 있지는 않으므로 원본 이후의 weight and balance 서류에 다양한 용어가 사용될 수 있다. 조종사는 weight and balance 계산에 oil을 추가해야 하는지, 혹은 oil이 이미 포함되어 있는지를 결정하는데 있어 주의해야 한다.

 

multiengine airplane을 통해 대부분의 조종사들이 처음으로 “zero fuel weight”라는 단어를 접하게 된다. 모든 multiengine airplanes의 AFM/POH에 zero fuel weight limitation이 게재되는 것은 아니지만 대부분의 비행기가 그러하다. zero fuel weight이란 usable fuel이 탑재되어있지 않은 상태에서 허용하는 최대 airplane 및 payload 무게를 의미한다. zero fuel weight limitation이 게재된 경우 해당 수치를 초과하는 무게는 반드시 usable fuel로 구성되어야 한다. zero fuel weight은 fuselage loads가 wing spars에 가하는 하중을 제한하기 위해 설정된다.

 

multiengine airplane이 다음의 무게와 허용치를 가진다고 가정하자:

 

Basic empty weight 3,200 lbs

Zero fuel weight 4,400 lbs

Maximum takeoff weight 5,200 lbs

Maximum usable fuel 180 gal

 

1. useful load 계산:

 

Maximum takeoff weight 5,200 lbs

Basic empty weight -3,200 lbs

Useful load 2,000 lbs

 

useful load는 항공기가 운송할 수 있는 usable fuel, 승객, 수하물, 그리고 화물의 최대 조합이다.

 

2. payload 계산:

 

Zero fuel weight 4,400 lbs

Basic empty weight –3,200 lbs

payload 1,200 lbs

 

payload는 항공기가 운송할 수 있는 승객, 수하물, 그리고 화물의 최대 조합이다. 만약 zero fuel weight가 게재되어 있다면 이는 무게 제한 사항이 된다.

 

3. 최대 payload(1200lb) 시 연료 적재량 계산:

 

Maximum takeoff weight 5,200 lbs

Zero fuel weight –4,400 lbs

Fuel allowed 800 lbs

 

최대 payload라 가정할 때 Zero fuel weight를 초과하는 무게는 반드시 usable fuel로 구성되어야 한다. 이 경우 133.3갤런이다.

 

4. 최대 연료 적재(180gal) 시 payload 계산:

 

Basic empty weight 3,200 lbs

Maximum usable fuel +1,080 lbs

Weight with max. fuel 4,280 lbs

Maximum takeoff weight 5,200 lbs

Weight with max. fuel -4,280 lbs

Payload allowed 920 lbs

 

최대 연료라 가정할 경우 payload는 weight with max. fuel과 maximum takeoff weight의 차이이다.

 

일부 multiengine airplanes는 maximum takeoff weight를 초과하는 ramp weight를 가진다. ramp weight이란 taxi 및 run-up 도중 소모될 연료에 대한 허용량이다. 이륙 활주 시작 시 항공기의 무게가 maximum takeoff weight보다 높아서는 안 된다.

 

maximum landing weight는 특정 값을 초과하는 무게로 착륙하는 것을 제한한다. 때문에 비행기가 목적지에 도달하였을 때의 무게가 maximum landing weight 이하가 되도록 비행 전에 연료 소모를 계획해야 한다. 즉각적인 착륙을 필요로 하는 비상 상황일 때 landing weight가 초과되는 경우 조종사는 비행기에 설계된 구조적 여유를 이용할 수 없음을 인지해야 한다. overweight landing inspection이 필요할 수 있으므로 매뉴얼을 참조하거나 제조업체에 문의한다.

 

weight and balance의 balance 또한 중요하다. envelope 내에서의 CG 이동에 따라 multiengine airplane의 비행 특성이 상당히 변화한다.

 

forward CG에서 비행기는 더 안정적이다(약간의 높은 실속 속도, 약간의 낮은 순항 속도, 그리고 유리한 실속 특성). aft CG에서 비행기는 덜 안정적이다(약간의 낮은 실속 속도, 약간의 높은 순항 속도, 그리고 유리하지 못한 실속 특성). forward CG limits는 보통 landing round out에서의 elevator/stabilator authority를 통해 결정된다. aft CG limits는 허용 가능한 최소 세로 안정성에 의해 결정된다. weight and balance 수치를 초과하는 것은 항공기의 운용 한계(operating limitations)와 14 CFR에 반하는 것이다.

 

몇몇 multiengine airplanes의 경우 특정 적재 조건에서 CG limits 이내를 유지하기 위해 ballast를 필요로 할 수 있다. 일부 모델의 경우 오직 학생과 교관만 비행기에 탑승하였을 때 forward CG limit 초과를 피하고자 aft baggage compartment에 ballast를 배치할 수 있다. 일부 모델의 경우 승객들이 맨 뒷좌석에 앉았을 때 aft CG limit 초과를 피하고자 nose baggage compartment에 ballast나 수하물을 배치할 수 있다. 조종사는 envelope 내로 CG를 달성하기 위해 승객의 좌석과 수하물의 배치를 지시해야 한다. AFM/POH의 weight and balance section은 보통 적재 권장사항을 명시한다. ballast가 배치된 경우 이는 단단히 고정되어야 하며 그 무게가 maximum allowable floor loading을 초과해서는 안 된다.

 

몇몇 비행기들은 특별한 weight and balance plotter를 사용한다. 이는 CG envelope가 인쇄된 plotting board 위에서 조정될 수 있다. plotter의 뒷면은 보통 특정 항공기를 위한 적재 권장사항을 포함한다. plotting board의 작업 면에 인쇄된 CG envelope에 직접 연필 선을 표기할 수 있다. 이 연필 선은 쉽게 지워지므로 매 비행마다 계산을 다시 수행할 수 있다. 이러한 plotter는 해당 비행기 모델에서만 사용되어야 한다.