(8) Center of Gravity(CG) and Mean Aerodynamic Chord(MAC)

Center of Gravity(CG) and Mean Aerodynamic Chord(MAC)

 

Center of Gravity(CG)

 

무게의 양 뿐만 아니라 무게의 분배도 고려 사항이다. 항공기 장비를 변경할 경우 장비를 변경한 사람은 equipment list에 다음 사항들을 항공기 정비 기록에 기재해야 한다: 추가∙제거∙재배치 된 항목, 변경 날짜, 그리고 본인의 이름 및 자격증 번호.

 

비행기의 CG는 nose-heavy(-) moment와 tail-heavy(+) moment 크기가 정확히 같은 가상의 지점이다. CG 지점에 항공기가 매달릴 경우 nose up, 혹은 nose down 하려는 경향이 없다. 적재된 항공기의 CG는 특정 한계 이내에서 앞뒤로 배치될 수 있다. 이러한 한계는 형식 증명을 위한 시험 비행 도중 결정된다. 이는 FAA에서 요구하는 성능 및 비행 특성을 충족하는 최전방 및 최후방 CG 위치이다.

 

특정 항공기의 한계를 벗어나는 CG는 항공기를 제어하는 조종사 능력을 크게 손상시킨다. 예를 들어 nose-heavy aircraft에서는 이륙과 고도 상승이 더 어렵다. 그리고 조종사가 throttle을 줄였을 때 기수가 떨어지려는 경향이 있다. 또한 안전하게 착륙하기 위해선 더 높은 속도가 필요하다. tail-heavy aircraft는 저속에서 실속에 빠지기 쉽다. 이는 착륙 접근 도중 우려되는 사항이다.

 

small airplanes의 경우 CG 위치는 datum으로부터의 인치 값으로 식별된다. CG range도 같은 방법으로 식별된다. large airplanes의 경우(private business jets에서 large jumbo jets까지) CG와 CG range는 일반적으로 날개폭과 관련하여 식별된다.

 

Mean Aerodynamic Chord(MAC)

 

비행기에서 날개의 폭(혹은 앞전과 뒷전 사이의 직선거리)을 시위선이라 부른다. 날개의 앞전과 뒷전이 평행할 경우 시위선은 전체 날개 길이를 따라 모든 지점에서 동일하다. tapered wing 시위선의 평균 길이(혹은 MAC)는 정의하기 더 복잡하다. MAC은 실제 에어포일과 동일한 공기역학적 특성을 갖는 가상의 에어포일 시위선이다. [그림 3-16] 이는 날개 평면의 지리적 중심에서 그려진 시위선이라 생각될 수도 있다.

 

weight and balance 계산을 위해 MAC이 필요한 경우 이는 항공기의 TCDS에 나열된다. MAC은 제조업체에 의해 설정되며 LEMAC(leading edge MAC)와 TEMAC(trailing edge MAC)를 datum으로부터의 거리(인치 단위)로 규정한다. [그림 3-16] CG 위치, 그리고 다양한 한계들이 시위선의 백분율, 혹은 % MAC으로 표시된다. % MAC을 datum과 연관시키기 위해 모든 weight and balance 정보는 두 가지 항목을 포함한다: MAC 길이(인치 단위), 그리고 LEMAC의 위치(datum으로부터의 인치 거리). 대부분의 light aircraft 제조업체들은 CG range를 datum으로부터의 거리(인치 단위)로 표현한다. transport-category aircraft의 경우 CG는 % MAC으로 표현된다.

 

CG의 상대적 위치, 그리고 날개의 공기역학적 양력 중심은 비행 특성에 중요한 영향을 미친다. 따라서 CG 위치를 날개 시위선과 연관시키는 것은 설계 및 운영 관점에서 편리하다. 일반적으로 CG가 평균 시위선의 25% 근처에 위치한다면 항공기는 만족스러운 비행 특성을 가진다. 이는 CG가 LEMAC과 TEMAC 거리의 1/4 지점에 위치함을 의미한다. 이러한 위치는 대부분의 에어포일에 대해 CG를 공기역학적 중심 앞에 배치한다.

 

MAC은 station 144로부터 206까지이고 CG는 station 161에 위치한다. [그림 3-17]

 

MAC = TEMAC – LEMAC

MAC = 206＂ - 144＂

MAC = 62

 

% MAC을 찾기 위해 먼저 LEMAC으로부터의 CG 거리를 결정한다.

 

CG – LEMAC = Distance from LEMAC

161＂ - 144＂ = 17＂

 

% MAC으로 표현된 CG 위치는 그림 3-18의 공식을 통해 결정된다. 비행기의 CG는 27.4% MAC에 위치한다. 때로는 % MAC으로 표현된 CG 위치를 알고 있을 때 datum으로부터의 CG 거리(인치 단위)를 결정해야할 수 있다.

 

비행기의 CG가 27.4% MAC에 위치한다.

 

MAC = 206 – 144 = 62

LEMAC = station 144

 

그림 3-19의 공식을 통해 datum으로부터의 CG 위치(인치 단위)를 결정한다. 이 비행기의 CG는 datum으로부터 160.9 인치 후방에 놓인 station에 위치한다. 세로 안정성을 위해 CG가 날개 양력 중심의 앞에 위치하는 것이 중요하다. 양력 중심이 % MAC으로 표현되므로 CG 위치 또한 % MAC으로 표현된다.