7. 항공기 연료 및 중량 종류

재량연료와 보정연료 차이

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보정연료는 예상치 못한 요인(Unforeseen Factor)을 보정하는 연료이고 재량연료는 예상가능한 요인(Unforseeable Factor)을 보정하는 연료입니다. 즉, 해당 연료가 보정하는 요인이 예상 가능한지 그렇지 않은지를 기준으로 구분되며, 연료를 소모하는 순서로 보면 재량연료가 먼저 소모되고 이후에 보정연료가 소모됩니다.

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재량연료(Discretionary Fuel)란 예측가능하고 기장의 재량 하에 추가로 탑재되는 연료입니다. 예를 들어, 최신의 이용가능한 정보에 의해 지상활주연료가 예상되는 지상활주상의 지연이나 다른 요소들을 보상할 정도로 충분하지 않다고 판단된다면(운항상의 경험을 통해), 그것이 연료 소모량을 증가시킬 수 있어 추가로 탑재하는 연료가 재량연료에 해당합니다.

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보정연료(Contingency Fuel)는 만약 지상활주 및 재량연료가 소모되고 다른 운항상 그리고 안전상 요구조건을 충족시킨다는 가정 하에, 예상치 못한 경우와 지상에서의 제한된 사용에 대해 보상하기 위한 예비연료입니다. 즉, 예상된 범위 내에서는 재량연료를 소모하지만, 만약 예상된 범위를 뛰어넘거나 예상치 못한 지연이 발생할 경우에 소모되는 것이 보정연료입니다.

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* 출처 : ICAO Annex (7번 게시물(ICAO Annex)에도 수록)

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ICAO Doc 9976. Fuel Planning and Fuel Management

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허용최대이륙중량(AGTOW)

항공기별로 최대이륙중량(MTOW)이 정해져있지만, 실직적으로 이륙이 허용되는 항공기의 무게는 출발/목적공항의 최대이/착륙중량, 목적지 및 항로에 따른 연료탑재량, 활주로 조건 및 상태, 운항시의 기상 등에 의해 추가적으로 제한됩니다. 다음의 4가지 무게 중에서 가장 작은 값이 곧 항공기의 허용최대이륙중량(AGTOW)에 해당합니다.

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1) MTOW(Maximum Take Off Weight)​

최대이륙중량(MTOW)이란 항공기 제작사에서 정한 이륙시의 최대중량입니다. 보통 MTOW를 언급할 때 항공기가 이륙시 구조적인 측면으로 이해할 수도 있지만, 항공기의 성능 측면에서 중요성이 더 큽니다.

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ICAO Annex 8(Airworthiness)에 따르면 MTOM(Maximum Take Off Mass)으로 해당 개념을 설명하고 있고, 다음과 같은 2가지 최소성능을 달성해야 합니다.

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■ 임계엔진이 부작동하는 상황을 가정했을 때, 나머지 엔진으로 이륙추력한계 내에서 이륙이 가능해야 합니다.

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■ 이륙 동력이 사용된 후에(동일하게 임계엔진 부작동 상황 가정) 남은 엔진으로 최대지속추력한계 내에서 상승을 계속하고, 공항의 Circuit(해당 공항의 Traffic Pattern을 의미)을 실행하고 유지할 수 있는 높이에 도달할 수 있어야 합니다.

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2) MLDW(Maximum Landing Weight) + Trip Fuel

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최대착륙중량(MLDW)이란 항공기가 착륙시 허용되는 최대중량이며, 마찬가지로 ICAO에서는 MLDM(Maximum Landing Mass)로 설명하고 다음과 같은 2가지 최소성능을 달성해야 합니다.

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■ approach configuration(Flap ↓, Ladning Gear ↑)에서 임계엔진이 부작동하고, 항공기가 실패접근(missed approach)을 실시하는 경우 새로운 접근의 시작점까지 계속해서 운항할 수 있어야 합니다.

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■ landing configuration(Flap ↓, Ladning Gear ↓)에서 모든 엔진이 정상작동하고, 복행(balked landing = go-around)을 실시하는 경우에 상승할 수 있어야 합니다.

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따라서, 2)번 항목은 MLDW를 초과하지 않기 위한 중량을 의미합니다.

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3) MZFW(Maximum Zero Fuel Weight) + T/O Fuel

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최대무연료중량(MZFW)이란 연료를 SOW에 승객과 화물, 그리고 연료까지 모두 탑재한 시점의 최대중량입니다. 항공기의 몸통 뿐만 아니라 날개에도 연료가 탑재되는데, 이로 인해 몸통과 날개가 이루는 각도가 변하게 됩니다. 이때, 무게중심에 영향을 미치는 날개의 bending moment도 변화하게 되는데, 이 bending moment로 인해 제한되는 중량이 MZFW입니다. 쉽게 말하면, 날개의 bending moment와 이것이 항공기에 미치는 영향을 고려해볼 때 무리없이 성능을 발휘할 수 있는 최대 중량이 바로 MZFW입니다.

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따라서, 3)번 항목은 MZFW을 초과하지 않기 위한 중량을 의미합니다.

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4) RTOW(Restricted Take Off Weight)

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앞서 언급한 MTOW, MLDW, MZFW은 기상조건(온도, 바람 등)과 활주로의 제한사항이 고려되지 않는 무게입니다. 제한이륙중량(RTOW)이란 이런 조건들을 고려해 보정된 무게입니다. RUNWAY LIMIT WEIGHT, CLIMB LIMIT WEIGHT, STRUCTURE LIMIT 중 가장 작은 값이 RTOW입니다. RUNWAY와 CLIMB LIMIT WEIGHT은 각 공항별로 정해진 활주로 Table(항공사마다 상이함)을 통해 계산해낼 수 있고 STRUCTURE LIMIT은 각 항공기 형식마다 정해져있습니다.

* 추가로 순항성능제한중량도 고려해야 합니다. 순항성능제한중량이란 임계점(Critical Point)에서 엔진고장 혹은 여압장치고장이 발생하는 상황을 가정합니다. 이 상황에서 해당 지점부터 장애물을 극복하고 계속해서 비행하기 위해 허용되는 최대중량을 의미합니다. 순항성능제한중량에 해당 지점까지의 연료소모량의 합이 이륙중량보다 커서는 안되며, 초과할 경우 탑재되는 중량을 제한시켜야 합니다.

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무게중심(Center of Gravity)

앞서 기본적인 항공기 무게의 종류와 탑재연료의 중량, 중량을 추가적으로 제한시키는 요소에 대해서 다루었고 여기서는 기본적인 무게중심의 개념, 그리고 MAC CG의 개념에 대해서만 언급하겠습니다.

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MAC(Mean Aerodynamic Chord)

날개의 공기역학적 특성을 대표하는 시위선(Chord)을 말하며 날개 앞전(Leading edge)과 뒷전(Trailing edge) 사이 길이의 평균지점을 이은 선을 말합니다. 무게중심과 양력 중심점 (Center of Lift)의 상대적 위치는 비행특성을 결정하는 중요한 요소이기 때문에 비교하기 쉽도록 대형 항공기의 경우 무게중심의 위치를 MAC의 %로 표시합니다. CG%MAC을 구하는 공식은 다음과 같습니다.

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CG(Center of Gravity)

항공기 무게가 균형을 이루는 지점으로 기준선으로 부터 inch로 표시되거나 평균 시위선(MAC) 내에서의 비율(%)로 표시됩니다.

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CG Limit

무게중심의 한계를 나타내는 것으로 무게중심의 위치와 범위는 허용범위(CG Limit) 이내에 있어야 합니다.

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Datum Line(reference datum)

무게중심의 위치나 Arm의 위치를 측정하는 가상의 기준선입니다. inch 단위로 표시할 때는 항공기의 맨 앞부분이 기준선이 되고, MAC을 기준으로 하면 LEMAC(Leading Edge MAC)이 기준선이 됩니다.

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