[Weight & Balance] Center of Gravity

Weight & Balance, CG

가. 정의 및 중요성

- 항공기의 운용 및 구조적 한계 내에서 안전하게 비행할 수 있도록 비행 전 반드시 점검

- 탑재할 화물, 승객, 연료 등의 무게를 계산하여 중량한계 초과여부 및 무게중심 위치 파악

- 효과적인 탑재 관리는 경제적인 운항에도 이바지 할 수 있음

 

나. 관련 용어

- Center of Gravity (CG) : 항공기 무게가 균형을 이루는 지점으로 Reference Datum으로부터 거리(inch)로 표시하거나 평균 시위선(MAC)의 %로 표시 (* CG 위치 = Total Moment / Total Weight)

- Mean Aerodynamic Chord (MAC) : 날개의 공기역학적 특성을 대표하는 Chord Lind. 비행 가능한 범위 내에서 실제 날개의 Chord와 같은 Pitching Moment를 갖는 가상의 직사각형 날개의 Chord. 항공기 설계 시 CG점을 MAC의 20 ~ 25% 지점에 위치시킴

- CG Limit : 무게중심의 한계를 나타내는 것으로, 무게중심의 위치는 항공기의 고유 허용범위 이내에 있어야 함

- Reference Datum : 무게중심의 위치나 Arm의 위치를 측정하는 가상의 기준선

- Arm : 기준선으로부터 화물의 위치까지의 수평거리

- Moment : Arm x Weight

- Stability : 외란에 의해 항공기 평형이 깨져 CG Moment가 '0'에서 벗어났을 때 항공기 스스로 평형이 되는 방향으로 운동이 일어나는 경향성

- Controllability : 조종성, 평형상태를 변화시키거나 원하는 평형상태를 맞출 수 있는 능력

- Maneuverability : 기동성, 일상 비행 또는 비상 시 조치를 취할 때 항공기가 조종사에게 순응하는 정도. 항공기 무게, 조종면의 위치와 면적, 항공기의 구조적 강도, 엔진 출력에 의해 결정

다. 항공기 중량 및 CG 위치에 따른 비행성능 변화

Overload	Take-off - 더 높은 이륙속도 - 더 긴 이륙거리 - 가속시간 증가 - Ground Effect 구간 밖으로 상승 어려움 Climb - 상승구간 길이 증가 - 상승시간 증가 - 상승에 필요한 연료 소모량 증가 Cruise - Weight ↑ → Lift 증가 필요 → AOA ↑ → Induced Drag ↑ → PWR ↑ → 연료소모 증가 → 순항거리/속도감소 Landing - 더 높은 착륙속도 - 더 긴 착륙거리 etc : Stall speed 증가로 이/착륙 및 상승과 같은 저속에서 Stall speed에 근접
Forward CG	전반적인 항공기의 Longitudinal Stability 증가 Take-off - Nose heavy로 인해 이륙 시 이륙속도 및 이륙거리 증가 Climb - 상승성능(Angle/Rate of Climb) 감소, 최대 상승고도 감소 Cruise - 순항속도 감소, 연료소모율 증가 Landing - Elevator 효과 감소, Nose부터 접지 할 위험이 있음
Aft CG	전반적인 항공기의 Longitudinal Stability 감소 Take-off - 이륙속도 및 이륙거리는 감소하나, 조기 부양 및 급격한 Rotate에 따른 Stall 위험 Cruise - 조종이 어렵고 Elevator Trim의 효과가 거의 없음. 순항속도 증가, 연료소모율 감소 Landing - 저속에서 부주의한 조작으로 Stall 및 Spin 위험. Floating 또는 Ballooning 위험