LOAD FACTOR ( 하중계수 ) & Vg diagram & Va speed

LOAD FACTOR

 

LOAD FACTOR & V-G DIAGRAM

• 하중계수( LOAD FACTOR )란 잉여 가속도의 크기를 중력으로 표현한 것이다.( 1G 2G 3G 4G ). 
• 1G의 하중계수란 사람이 지면에 서 있을 때 받는 중력으로 부터 받는 하중을 나타낸다. 즉 2G란 1G에 비해 2배의 하중을 신체 및 물체가 받는다는 의미이다.

* 우리는 일생동안 1G의 환경에서 생활하기 때문에 신체기관이 어떠한 영향도 받지 않는다. 하지만 우주에서는 중력이 없기 때문에 신체는 다른 환경의 영향을 받아 여러가지 문제가 생긴다. 항공에서도 마찬가지로  예를 들어 전투기 기동 중에 평상시인 1G 환경이 아닌 높은 9G의 환경에 노출 되었을 때 또한 여러 문제가 생긴다.

 

 

 

항공에서의 하중계수는 다음과 같다.

n= load factor

1. 항공기가 직진 수평비행일 때는 무게와 양력이 같기 때문에 가속도가 없어 하중계수가 1G 이다.  

2. 항공기가 상승기동을 할때에는  항공기 무게를 제외한 잉여양력에 비례해서 가속도의 크기가 결정되어 진다. 즉 , 이 가속도의 크기가 관성력을 만들고 이 관성력과 1G 중력과의 비율로 나타내면 하중계수가 된다. 항공기 무게와 상관없이 이러한 관성력 때문에 신체와 항공기에 가해지는 하중은 ZERO 가 될수도 , 2배 가 될 수도 있다.

3. 이 하중계수가 크면 신체와 항공기가 받는 하중이 비례해서 커지고 , 하중계수가 작으면 신체와 항공기가 받는 하중이 비례하여 작아지게 된다.

 

• FAA CFR에서는 한계 하중계수의 1.5배를 항공기가 견딜 수 있게 요구한다. 이는 항공기가 한계 하중계수에 가깝게 비행시 갑작스러운 GUST나 TURBULENCE와 조우 했을 경우에도 안전성을 확보할 수 있도록 하기 위함이다.

 

• 항공기 종류는 견딜 수 있는 하중계수에 따라 다음과 같이 분류한다.

1. normal  ( - 1.52 G ~ +3.8 G )

2. utility ( - 1.76 G ~ +4.4 G )

3. acrobatic ( -3.0 G ~ +6.0 G )

 

 

 

선회비행시 하중계수

bank angle load factor 

• 항공기가 수평비행을 유지하면서 선회할 때 하중계수가 증가하게 된다 . 이러한 증가는 위 그림에서와 같이 원심력( centrifugal force ) 과 중력 ( gravity )의 힘의 벡터로 나타난다.
• 2G는 항공기 하중이 중력에 2배라는 표현.
• 대략적인 BANK에 따른 하중계수는 다음과 같다.

1. 45도 뱅크 1.5 G

2. 60도 뱅크 2G

3.  70도 뱅크 3G

• 위 표에 보면 60도 뱅크일때 수평비행을 위해 2G의 하중계수가 항공기에 적용되고 , 항공기는 BANK가 없을 때보다같은 수직양력을 발생시키기 위해 2배의 하중을 받아야 수평비행이 가능 한 것이다.

• 또한 LOAD FACTOR가 증가하면 INDUCED DRAG도 증가한다. LOAD FACTOR가 2배 증가하면 CL 도 2배 증가해야 하고 CL이 2배 증가하면 INDUCED DRAG는 4배 증가한다.
• LOAD FACTOR 가 커질수록 실속속도는 증가하게 된다 .

 

 

실속속도와 하중계수

속도와 LOAD FACTOR에 따른 항공기 운용범위 & airspeed indicator

• Vg diagram이란 항공기의 속도를 x축 , 하중계수를 y축으로 하여 항공기 운용범위를 나타내는 다이아그램이다.
• Vg diagram에 나온 운용범위를 기반으로 airspeed indicator의 속도 범위를 수립하였다. ( 위 표와 ASI는 서로 다름 )
• ASI 에 표시되는 속도 범위에 따른 Vg diagram 의 영역은 다음과 같다.

1. Vs0 - normal stall speed

2. Vno - Vg diagram의 green range 와 yellow range의 경계면 ( normal operating speed , maximum structural cruise speed )

3. Vne - Vg diagram의 yellow range 와 red range의 경계면

• 표 해석은 다음과 같다.  

1. BLUE RANGE - STALL

2. GREEN RANGE - NORMAL 

3. YELLOW RANGE- CAOUTION 

4. ORANGE RANGE - STRUCTURE DAMAGE

5. RED RANGE - STRUCTURE FAILURE 

 

*위 표의 붉은 실선은 accelerated stall 의 속도와 하중계수를 나타낸다.

* 붉은 실선 안에서 항공기 운용범위가 이루어지며 붉은 실선은 accelerated stall의 경계이다.

* maneuvering speed는  항공기가 구조적인 손상 없이 실속에 진입 할 수 있는 최대 속도이다 . Va속도 이하에서는 구조적 손상보다 stall이 먼저 발생한다. Va 속도 이상에서는 구조적 손상이 stall 보다 먼저 발생한다. 

* 즉 Va 속도 이하에서 기동을 해야 항공기의 구조적 손상 전에 stall이 발생하여 maneuvering speed라고 한다.