제트 전투기의 항공전자 시스템 아키텍처에 관한 연구

권병국,손일원 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.1

제트 전투기의 항공전자 시스템 아키텍처 개발 경향은 서브 시스템 구성요소 기능의 디지털화, RF 센서 공유의 증가, 광섬유 채널 네트워크, 그리고 모듈화된 통합 구조이다. 5세대 제트 전투기(F-22, F-35)의 항공전자 시스템 아키텍처는 컴퓨팅 기능 통합과 RF 통합 센서 시스템 기반인 통합 모듈형 항공전자 시스템으로 발전했다. 제트 전투기의 통합 항공전자 시스템은 전투기의 전투력 향상, 내결함성 및 제어 용이성을 제공해야한다. 이를 위해 본 논문에서는 5세대 제트 전투기의 항공전자 시스템 아키텍처 분석을 통해 차세대 제트 전투기의 항공전자 시스템 아키텍처의 방향과 요구사항을 제시한다. 차세대 통합 모듈화 항공전자 시스템 아키텍처 요구사항들의 핵심 과제는 주요 구성 장치와 센서들을 항공기에 통합하는 플랫폼을 구축하는 것이라 할 수 있다. 즉, 차세대 전투기의 아키텍처는 시스템의 표준화와 개방형 인터페이스를 통한 각 서브 시스템의 센서통합, 기능요소 통합, 네트워크 통합이며 조종사와 전투기의 일체화로 고자율적 대응 및 제어능력 향상에 있다.

항공기 및 부품 생산승인을 위한 품질시스템 평가기준 개선 연구

이강이(Kang-Yi Lee),한재훈(Jae-Hoon Han),이정삼(Jung-Sam Lee) 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회지 Vol.17 No.6

세계 각국의 항공우주산업체는 SAE AS9100 품질경영시스템을 구축하고, 제3자에 의한 인증을 획득하여 제품 생산에 적용하고 있다. 그렇지만, 항공기에 대한 제작증명, 부품등제작자증명, 기술표준품 형식승인을 받기 위해서는 AS9100과 유사한 감항당국의 품질시스템 평가기준에 따라 법적인 평가를 다시 받아야 한다. 이러한 일부의 중복성을 배제하고, 산업 발전과 환경 변화에 대응할 수 있도록 생산승인 품질시스템 평가기준을 마련할 필요가 있다. 본 연구에서는 국제항공우주품질그룹(IAQG)의 SAE AS9100 품질경영시스템, 미국 연방항공청(FAA)의 생산승인 품질시스템, 우리나라의 항공기 인증시스템 평가 프로그램(ACSEP) 요구조건을 비교 분석하고, 감항당국의 평가기준을 개선하는 방안을 제시하고자 한다. Most of the aerospace industries establish the SAE AS9100 Quality Management System, and acquire commercial certification by the 3rd party. Nevertheless, they repeatably have to cope with similar quality system evaluation by the airworthiness authority for the production certificate, parts manufacturer approval, and technical standard order authorization in accordance with the applicable regulations. The current quality system evaluation criteria of the airworthiness authority could be recommended for reforms in order to reduce duplication and correspond to the industrial development and environmental changes. In this paper, we propose measures to reform the authority’s evaluation criteria through comparative analysis among the IAQG SAE AS9100, the FAA quality system codes, and the MOLIT ACSEP requirements.

모델기반 항공기 안전성평가에 관한 연구

김주영,이동민,이병길,길기남,김경남,나종화 항공우주시스템공학회 2021 항공우주시스템공학회지 Vol.15 No.5

Personal Air Vehicle (PAV), Cargo UAS (Cargo UAS), and existing manned and unmanned aircraft are key vehicles for urban air mobility (UAM), and should demonstrate compatibility for the design of aircraft systems. The safety assessment required by for certification to ensure safety and reliability should be systematically performed throughout the entire cycle from the beginning of the aircraft development process. However, with the increasing complexity of safety critical aviation systems and the application of state-of-the-art systems, conventional experience-based and procedural-based safety evaluation methods make ir difficult to objectively assess safety requirements and system safety. Therefore, Model-Based Safety Assessment (MBSA) using modeling and simulation techniques is actively being studied at domestic and foreign countries to address these problems. In this paper, we propose a Model-Based Safety Evaluation framework utilizing modeling and simulation-based integrated flight simulators. Our case studies on the Traffic Collision Availability System (TCAS) and Wheel Brake System (WBS) confirmed that they are practical for future safety assessments. 도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)의 핵심 이동수단인 개인 항공기(PAV) 및 화물 운송용 무인항공기(Cargo UAS)는 항공기 시스템의 설계 적합성과 안전성을 동시에 확보해야 한다. 이를 입증하여 형식 증명(인증)을 받으려면 안전성 분석 및 평가를 항공기 개발과정 초기부터 전체 주기에 걸쳐서 체계적으로 수행해야한다. 그러나 안전 필수 항공시스템의 복잡도가 증가하고 최첨단 시스템이 적용됨에 따라 기존의 경험기반, 절차기반의 안전성평가만으로는 항공기 시스템의 안전성을 객관적으로 평하기 어려워졌다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국내외적으로 모델링 및 시뮬레이션 기술을 이용한 모델기반 안전성평가(Model-based Safety Assessment, MBSA)가 활발히 연구되고 있다. 본 논문에서는 비행 시뮬레이터와 타겟의 시뮬레이션 모델을 연동한 통합 비행 시뮬레이터를 활용한 모델기반 안전성평가 프레임워크를 제안하였다. 공중충돌방지시스템(Traffic Collision Avoidance System, TCAS) 과 휠 제동 시스템 (Wheel Brake System, WBS) 사례연구를 통해 제안된 프레임워크를 UAM 안전성평가에 적용 가능함을 확인하였다.

도심용 eVTOL 항공기 전기추진시스템 기준 분석 및 안전성 확보 방안에 관한 연구

김주영,유민영,권혁록,길기남,공병호,나종화,Kim, Juyoung,Yoo, Minyoung,Gwon, Hyukrok,Gil, Ginam,Gong, Byeongho,Na, Jongwhoa 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.3

도심환경에서 저공해/저소음으로 운항이 요구되는 eVTOL 항공기는 왕복행정엔진이나 터빈엔진과 같은 전통적인 추진시스템이 아닌 대부분 배터리를 이용한 전기추진시스템을 동력원으로 사용한다. 이에 따라 전기추진시스템에 대한 인증제도 마련 및 전기추진시스템의 안전성 확보방안이 중요한 이슈가 되고있다. 미국의 경우 전기추진시스템을 인증하기 위해 FAR Part 33에 준하는 특수기술기준을 발행하였고 유럽의 경우 전기추진시스템의 인증을 위해 다양한 특별조건을 제정하였다. 따라서 국내에도 미국, 유럽에 맞춰가며 eVTOL 항공기 전기추진시스템 기술기준에 대한 대비가 필요하다. 본 논문에서는 특별조건 중 전기/하이브리드 추진 시스템의 기술기준인 SC E-19를 분석하였고 기존 항공기 안전성 평가 절차인 ARP 4761에 항공기 수준에서 적용 되어야하는 SC E-19 기술기준을 적용시킴으로써 항공기에 장착하는 전기추진시스템의 안전성 확보 방안을 제안하였다. 마지막으로 Ehang 184 전기추진시스템의 사례연구를 통해 제안한 전기추진시스템의 안전성 확보 방안이 항공기 수준에서 적용 가능함을 확인하였다.

합성곱 신경망(CNN)을 활용한 항공 시스템의 이상 탐지 모델 연구

임현재,김태림,송종규,김범수 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회지 Vol.17 No.4

Recently, Urban Aircraft Mobility (UAM) has been attracting attention as a transportation system of the future, and small drones also play a role in various industries. The failure of various types of aviation systems can lead to crashes, which can result in significant property damage or loss of life. In the defense industry, where aviation systems are widely used, the failure of aviation systems can lead to mission failure. Therefore, this study proposes an anomaly detection model using deep learning technology to detect anomalies in aviation systems to improve the reliability of development and production, and prevent accidents during operation. As training and evaluating data sets, current data from aviation systems in an extremely low-temperature environment was utilized, and a deep learning network was implemented using the convolutional neural network, which is a deep learning technique that is commonly used for image recognition. In an extremely low-temperature environment, various types of failure occurred in the system’s internal sensors and components, and singular points in current data were observed. As a result of training and evaluating the model using current data in the case of system failure and normal, it was confirmed that the abnormality was detected with a recall of 98 % or more. 최근 미래의 운송시스템으로 도심교통항공(Urban Aircraft Mobility)이 주목받고 있으며 소형 드론도 다양한 산업에서 역할을 하고 있다. 다양한 종류의 항공 시스템 고장은 추락으로 막대한 재산 및 인명 피해로 이어질 수 있다. 항공 시스템이 많이 활용되는 무기체계에서도 고장은 임무 실패의 결과를 유발한다. 본 논문에서는 항공 시스템의 이상(Anomaly)을 탐지하여 개발 및 생산 간 시스템의 신뢰도를 높이고 운용 중 사고를 예방할 수 있도록 딥러닝 기술을 활용한 이상 탐지 모델을 연구했다. 모델 훈련 및 평가 데이터로 극저온 환경에서 시스템의 전류 데이터를 활용하였으며 이미지 인식에 많이 활용되는 딥러닝 기법 합성곱 신경망(CNN; Convolutional Neural Network)을 활용하여 딥러닝 네트워크를 구현했다. 시험 대상 시스템은 극저온 환경에서 다양한 형태의 고장이 유발되었고 전륫값의 특이점이 나타났다. 시스템 정상 및 고장 데이터를 활용하여 모델을 훈련 시키고 평가한 결과 98% 이상의 재현율(Recall)로 이상 탐지하는 것을 확인했다.

신규 블레이드 안테나 장착을 위한 노후 회전익 항공기 구조 해석 연구

유정오,김재용,최항석 항공우주시스템공학회 2021 항공우주시스템공학회지 Vol.15 No.5

In this study, we performed a design and structural analysis of a blade-shaped antenna installation on the rear fuselage of a rotary wing aircraft operated by the military. When the structure is damaged while the aircraft is in operation, it is separated from the aircraft main structure and may collide with the rotor or blades to cause the aircraft to crash. Therefore, structural safety for the modified structure must be secured. The design requirement for the newly installed modified part were established, and the load condition was constructed by applying the load that may occur in the aircraft after the modification. Structure safety for the modified structure was secured by performing structure analysis. To analysis stress and deformation of aircraft structure, we developed finite element model and verified it by using hand calculation method. We confirmed the safety of the modified structure through the final structural integrity analysis. 본 논문에서는 군에서 운용하고 있는 회전익 항공기의 후방 동체 상부에 블레이드 형상을 가진 안테나 장착 설계와 구조 건전성 해석을 수행하였다. 항공기 운항 중 안테나 또는 지지 구조물이 파손되면 기체에서 분리되어 로터 부위 및 블레이드와 충돌할 수 있다. 이 경우 항공기가 추락에 이를 수 있는 위험한 상황이 되기 때문에 반드시 개조 구조물들에 대한 구조 해석을 통해 구조적인 안전성을 확보해야 한다. 안테나 신규 장착 부위와 개조 부위에 대한 설계 요구 조건을 분석하고, 개조 전/후 항공기에 작용하는 하중을 적용하였다. 본 연구에서는 안테나 신규 장착 부위와 개조 부위에 대한 설계 요구 조건을 분석하고, 개조 전/후 항공기에 작용하는 하중을 적용하여 지지 구조물에 대한 구조해석을 수행하여 안전성을 확보하였다. 유한요소 모델을 구성하여 응력과 변형량을 확인하고 이론적인 분석 방법을 통해 유한요소 모델을 검증하였다. 이를 토대로 설계된 구조물의 구조 건전성을 확인하였다.

FOD 발생 예방을 위한 무선통신 기반 공구 관리 시스템 연구

박준이,김명준 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회지 Vol.17 No.2

항공업계의 외부 이물질(FOD)은 다양한 종류가 있으며 작업자가 분실한 공구는 항공기 제작, 운용, 정비 분야 전반에 걸쳐 위험 요소로 작용하고 있다. 작업자의 부주의에 의해 분실된 공구로 인한 사고는 항공산업 전반에 걸쳐 지속적으로 발생하고 있으며, FAA, EASA 등 항공 관련 기관에서는 FOD 발생 예방을 위해 공구 관리 규정을 제정하고 시스템을 구축하고 있다. 하지만, 국내의 경우 관련 규정 및 절차가 미흡한 수준이며, 항공기의 안정적인 제작 및 인증, 운용 및 정비를 위해서는 체계적이고 효과적인 공구 관리 시스템의 도입이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 국내외 감항당국 및 항공산업 관련 단체의 공구 관리 규정 및 절차를 분석하고, 미국 국립 표준 협회를 통해 인증된 NAS 412의 Tool Control 규정을 바탕으로 국내 항공산업계 도입이 필요한 무선통신 기술 기반의 공구 관리 시스템을 제안하였다.

회전익 항공기 충돌방지등의 이상점등에 대한 설계 개선

김영목,서영진,이윤우,이주형,최두현 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회지 Vol.13 No.5

An anti-collision light of a rotary-wing aircraft is used for the purpose of preventing collision during the operation of an aircraft and is a key component to ensure flight safety. The anti-collision lights of the Korean Utility Helicopter (KUH) consist of upper and lower lights, and the power supply of anti-collision lights mounted on the aircraft. The anti-collision light is designed as a dual structure capable of brightness control and selective lighting. During the operation after delivery of the aircraft, abnormal lighting of anti-collision light occurred. In this paper, a comprehensive review of the aircraft system and component level was conducted to solve these phenomena at first. Then, the causes of anti-collision light anomalies were analyzed and the design changes are presented. The validity of design changes has been verified through the component and aircraft system ground/flight test 회전익 항공기의 충돌방지등은 항공기 운용 중 충돌을 방지하기 위한 목적으로 사용되며, 비행 안전성을 확보하기 위한 핵심 구성품이다. 한국형 기동헬기(KUH)의 충돌방지등은 상부등과 하부등으로 구성되며, 충돌방지등 전원공급기와 항공기에 함께 장착되어 운용된다. 그리고 충돌방지등은 밝기 조절 및 선택적 점등이 가능한 이중 구조로 설계되었다. 항공기 납품 후 운용 과정에서 충돌방지등의 이상점등이 발생하였고, 이러한 현상을 해소하기 위하여 항공기 체계/구성품 단위의 종합 검토를 수행하였다. 본 논문에서는 충돌방지등의 이상점등이 발생한 원인을 분석하였고, 설계 개선방안을 제시하였다. 그리고 설계 개선방안에 대한 타당성을 구성품 및 항공기 체계 지상 및 비행시험으로 입증하였다.

비행제어시스템 안정성 여유 감항인증 기준 재정립 방안

김동환,김종섭,임상수,고기옥,김병수 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.1

실제와 모델간의 다양한 불확실성(uncertainties)에 대한 항공기의 강건성 확보를 위해 비행제어시스템은 일정 수준 이상의 안정성 여유(stability margin) 감항기준을 만족할 수 있도록 설계되어야 한다. 미 국방 규격인 MIL-F-9490D와 감항인증 규격인 MIL-HDBK-516B에는 비행제어시스템이 만족해야 하는 이득여유(gain margin)와 위상여유(phase margin) 기준을 제시하고 있다. 그러나 항공기의 개발 단계별 설계 성숙도를 고려하지 않고 전 개발단계에서 동일한 안정성 여유 기준이 적용되면서, 궁극적으로는 항공기 운용영역이 과도하게 제한되는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 조종성과 안정성 여유의 관계를 제시하고 개발 단계와 입증 방법에 따라 안정성 여유 기준을 재정립하는 방안을 제시한다. 연구의 결과는 현재 개발되고 있는 항공기뿐만 아니라 향후에 전개될 무인 비행체 개발 시에 적용하여 보다 유연하고 효과적인 방법으로 안정성 여유 기준을 입증하는데 기여하리라 판단한다.

수직이착륙 무인기 자동 도킹 이착륙 시스템 기술

이석태(Seoktae Lee),김태홍(Taehong Kim),정재헌(Jaeheon Jung),조덕용(Deokyong Cho),이창림(Changlim Rhee),조암(Am Cho),강영신,장성호(Sungho Chang),최성욱(Seongwook Choi) 항공우주시스템공학회 2018 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2018 No.4

무인기 자동이착륙 유도제어 시스템은 무인항공기 사고발생 비율을 줄일 수 있고, 외부 조종사 교육과 훈련비용 및 고가의 장비설치 비용을 절감할 수 있기 때문에 다양한 분야에서 무인항공기의 활용성을 높일 수 있다. GNSS 및 상대항법 기반의 무인기 자동착륙 기술은 비행체 위치/자세/속도/방향 감지용 항법장비와 수직이착륙 가능한 동력장치를 가지는 비행체시스템, 비행체에 대한 원격 무선통제 및 착륙유도 가능한(상대항법 기반의 위치정보를 제공하는) 지상통제시스템으로 구성되어 있다. 운용자가 지상통제장치에서 자동착륙 명령을 인가하면 무인기 비행제어 컴퓨터(FCC)는 항법장비와 상대항법 기반의 착륙유도 정보를 활용하여 비행체 동력장치들을 제어하면서 자동착륙을 수행한다. 본 연구에서는 틸트-덕트 비행체, 지상통제차량, 도킹스테이션으로 구성되는 수직이착륙 무인기 시스템의 상대항법 기반 자동 도킹 이착륙 시스템을 개발하였으며, 비행시험을 통해 CEP 0.1m의 자동착륙(도킹착륙) 정확도를 달성하였다.