PPL을 취득한 초보자이든, 수천 시간의 비행 시간을 가진 숙련된 조종사이든, 열성적인 팬이든 관계없이 여러분은 아마도 항공기 무게와 균형의 기본 사항에 익숙할 것입니다. 틀림없이 그것은 비행의 가장 중요하고 기본적인 개념 중 하나입니다. 중량이 초과된 항공기는 비행할 수 없으며, 기수나 꼬리에 모든 무게가 실린 항공기도 비행할 수 없습니다. 좋아요, 그 정도는 상식입니다. 하지만 좀 더 구체적으로 말씀드리겠습니다. 정확히 이것이 왜 그렇게 중요한가요? MTOW 및 무게 중심과 같은 규칙을 정확하게 계산해야 하는 이유는 무엇입니까?
짧은 대답은 제조업체가 공장에서 특정 항공기에 허용되는 것과 허용되지 않는 것을 결정하고 이러한 매개변수를 참조점으로 나열한다는 것입니다. 이 중 어느 하나라도 준수되지 않으면 비행을 지속할 수 없으며, 실제로 이륙할 수 있더라도 마찬가지입니다. 그 이유는 중량이 초과된 항공기는 모든 중량을 지면으로 미는 힘을 극복할 만큼 충분한 양력을 생성할 수 없고, 균형이 맞지 않은 항공기는 제어할 수 없는 지점까지 기수를 올리거나 내리기를 원하기 때문입니다.
무료 파일럿 교육 YouTube 채널의 강의와 같이 이 현상을 자세히 설명하는 전체 강의가 온라인에서 무료로 제공됩니다. 해당 주제에 대한 공식 FAA 핸드북을 정독할 수도 있습니다. 하지만 시작하기 위한 보다 일반적인 개요와 기본 지침은 어떻습니까? 이것이 바로 이 기사에서 다룰 내용입니다. 이러한 개념 뒤에 숨어 있는 물리학을 살펴보고 설명해 보겠습니다.
항공기 중량이 중요한 이유
상용 고객이라면 의심할 여지 없이 많은 국제선 및 저예산 항공편에 수하물 무게 제한(일반적으로 약 30~40파운드)이 있다는 사실을 알고 계실 것입니다. 이 제한이 왜 그렇게 중요한지는 항공기의 전체 중량 및 해당 중량이 배치되는 위치와 관련이 있습니다. 두 번째 요점은 나중에 자세히 설명하겠습니다.
첫째, 체중이란 정확히 무엇입니까? 항공학에서 무게는 항공기를 지구로 끌어당기는 중력에 의해 생성되는 힘으로 정의됩니다. 항공기의 모든 구성 요소는 특정 중량을 지닙니다. 이는 모두 뉴턴식 W=mg 또는 중량 = 질량에 중력을 곱하여 계산됩니다. 질량은 부품의 재료 구성에 따라 결정됩니다. 물체의 질량은 총 밀도에 부피를 곱한 값입니다. 따라서 같은 공간에서 밀도가 높은 부품은 밀도가 낮은 재료로 만든 동일한 부품보다 무겁습니다.
이러한 모든 요소는 항공기가 안전하게 이륙할 수 있는 절대 중량 제한인 항공기의 구조적 최대 이륙 중량(MTOW)에 적용됩니다. 이는 고도 및 기압과 같은 외부 요인에 따라 변경되지 않는 엄격한 제한입니다. 방정식은 중력과 밀도만을 설명합니다. 따라서 보잉 737은 덴버에 있든 암스테르담에 있든 상관없이 동일한 중량 제한을 갖고 있지만 실제 안전 이륙 중량은 덴버의 허공에서 더 낮을 것입니다.
제조업체는 더 많은 연료, 승객, 화물 및 온보드 시스템을 운반할 수 있도록 구조적 강성을 손상시키지 않으면서 최대한 많은 무게를 줄이기를 원합니다. 또한 더 많은 전력, 더 내구성 있는 구조 부재 또는 JATO(제트 보조 이륙)로 알려진 추가 속도를 제공하는 소형 로켓 엔진을 추가하여 이륙 중에 항공기가 운반할 수 있는 무게를 늘릴 수도 있습니다.
체중 배치가 중요한 이유
무게가 항공기를 아래로 미는 총 힘이라면 무게 중심은 무게가 고르게 분산되는 지점입니다. 즉, 당신이 시소 위에 있고 다른 무게가 당신 반대편에 있다면, 그 시소가 완벽하게 균형을 이루기 위해서는 당신(또는 무게)이 그 위치에 있어야 합니다.
예를 들어 기본적인 전면 엔진 비행기를 생각해보십시오. 앞쪽에는 커다란 엔진 덩어리가 있고 뒤쪽에는 아무것도 없습니다. 상식적으로 보면 항공기의 기수는 무겁습니다. 균형을 맞추기 위해 항공기의 꼬리가 있는데, 이는 무게 차이로 인해 가해지는 힘에 대응하기 위해 일정량의 하향 힘을 제공합니다. 그런 다음 이를 모든 항공기에도 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 일반적인 여객기는 탑승한 모든 승객, 화물, 연료의 무게를 담당하므로 일부 항공편에는 무게 제한이 있습니다.
이제 균형을 찾는 방법을 알았습니다. 다음은 COL(센터 오브 리프트)입니다. COL이 무게 중심(CG)보다 약간 뒤에 있어야 하므로 항공기가 자연스럽게 기수 아래로 내려가는 경향이 있습니다. 이러한 경향에는 날개의 시위선(전면에서 후미까지의 가상 선)이 바람과 교차하는 각도로 정의되는 받음각(AOA)이라는 용어가 있습니다. AOA가 높을수록 항공기의 피치가 높아진다는 의미입니다. AOA가 너무 많으면 항공기가 정지합니다. 너무 적고 급락합니다. COL이 자연스럽게 항공기를 이상적인 AOA로 유지하여 제어 표면에 스트레스를 주지 않고 비행할 수 있도록 항공기의 균형을 맞추고 싶습니다. 어색한 CG로 인해 보잉 727과 같은 일부 후방 엔진 항공기가 특히 비행하기 까다로운 것으로 판명되었습니다.
