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.

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.

임베디드 시스템 기반 오버헤드 빈 내부 상황 실시간 식별 시스템 개발

김재은,임혜정,조성욱 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회지 Vol.17 No.2

본 논문에서 제안하는 스토리지 박스의 내부 상황에 대한 실시간 식별 시스템은 오버헤드 빈의 내부 보관 상태, 무게 정보 및 무게 중심 계산 값을 시각화하는 시스템이다. 제안된 시스템은 로드 셀과 스위치 어레이를 사용하여 각 측정값을 동기화하고 시각적 센서를 통해 의미 있고 필요한 정보를 제공한다. 이 시스템은 C 언어 기반 임베디드 시스템으로 구축되며 1) 내부 가용공간 파악, 2) 무게중심 계산, 3) 실시간 시각 정보 제공이 주요 기능이다. 이러한 기능을 통해 스마트 오버헤드 빈을 개발하고, 향후 화물 적재 자동화 시스템 개발에 기여할 수 있는 실시간 화물 적재 모니터링 기술을 개발하였다.

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.

정지궤도위성의 완전 전기추진시스템 적용방안 연구

최재동,박봉규 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.5

정지궤도위성의 추진시스템은 전이궤도에서 궤도상승, 정상 운영모드에서 남/북방향, 동/서방향 궤도위치유지 및 모멘텀 덤핑을 위해 일반적으로 사용된다. 최근 정지궤도위성에 완전 전기추진시스템을 적용할 경우 화학추진시스템 보다 탑재체의 탑재용량이 약 40% 증가 할 수 있어 정지궤도 위성에 전기추진시스템의 활용이 점차 증가 되고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 전기추진시스템의 사용이 모든 정지궤도위성에 적용하기에는 여러 제약 조건이 있어 위성 임무에 따라 이에 적합한 추진시스템을 적용하여 왔다. 본 연구에서는 완전 전기추진시스템 적용한 국내 정지궤도위성 개발 시 고려되어야 할 정지궤도위성의 운영제약조건 분석, 전기추력기에 의한 오염영향, 방사선 노출에 따른 부품배치 고려 및 제어메카니즘 설계, 전기추력기용 고전압 제어유닛의 부동접지 설계방안들이 분석되었다.

항공 시스템용 전자 하드웨어 개발을 위한 미국 및 유럽의 가이드라인 : RTCA DO-254와 ECSS-Q-ST-60-02C의 비교 분석 연구

김성훈,김현우,채희문,김기두 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.4

항공 시스템은 소프트웨어·하드웨어 복합 형태로 개발되므로, 관련 가이드라인의 적용 필요성이 증가하고 있다. 그러나 현재 국내의 항공 시스템에 전자 하드웨어와 관련한 국제 개발 가이드라인을 체계적으로 적용한 경우는 흔치 않다. 따라서, 본 연구에서는 초정밀 GPS 보정시스템(SBAS; Satellite Based Augmentation System) 개발·구축의 KASS(Korea Augmentation Satellite System) 성능적합증명 수행을 사례로 항공(우주)용 전자 하드웨어 개발 가이드라인인 DO-254와 ECSS-Q-ST-60-02C의 비교 분석 연구를 목적으로 한다.

경남 항공국가산업단지 육성방안

옥주선(Juseon Ok),정원재(Wonjae Jung),추재명(Jaemyeong Choo) 항공우주시스템공학회 2018 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2018 No.4

경상남도는 미래 항공산업의 국가 주요 전략 거점지역으로 부상하여 항공산업 강국 실현이라는 비전 아래 사천, 진주시를 중심으로 항공국가산업단지, 항공산업 특화단지 조성, 항공정비사업(MRO) 등 경남 항공산업 중장기 육성계획을 수립하여 추진하고 있다. 경남의 항공 국가산업단지 지정은 창원국가산업단지 이후 43년만의 일이며, 항공국가산업단지의 기능과 역할, 기업에 필요한 제반 · 기반시설과 여건 등을 사전 검토할 필요가 있다. 본 논문에서는 항공산업과 항공국가산업단지 현황을 분석하고, 항공국가산업단지 육성방안을 고찰하였다.

항공보안 등급별 금속탐지장비 기준 개선 방안 연구

류한슬,박한준,김요식,최용훈 항공우주시스템공학회 2021 항공우주시스템공학회지 Vol.15 No.1

The detection sensitivity of a Walk Through Metal Detector (WTMD) currently being developed and operated in Korea differs from one manufacturer to another, making it difficult for them to be used based on Aviation Security level. In addition, the FAA 3-GUN Test approved by the domestic aviation authority for aviation security supervision is a single test object. There is no Operational Test Piece (OTP) consisting of multiple test objects for the operation of aviation security for a WTMD. This paper, the detection sensitivity of a WTMD applied by a commercial OTP was measured and detection sensitivity standards for a WTMD were developed based on results of measurement. Furthermore, institutional plans to maintain the same detection sensitivity for domestic aviation security were made through suggestions for Korean standards OTP development methods, taking characteristics of the aviation field into consideration. 현재 국내에서 구축・운영 중인 문형금속탐지장비는 제조사마다 탐지감도가 다소 상이하여 항공보안 등급에 따른 단계별 적용이 어려운 실정이다. 또한 국내 항공보안 감독기관이 승인한 점검용 시험물품(FAA 3-GUN Test)은 단일 시험물품으로 문형금속탐지장비의 항공보안 등급별 운영을 위한 복수 시편으로 구성된 시험물품이 부재한 상황이다. 본 논문에서는 국내 구축 및 운영 중인 문형금속탐지장비에 대해 상용 시험물품을 적용한 탐지감도 측정시험을 실시하였으며, 이를 바탕으로 문형금속탐지장비 탐지감도 기준을 마련하였다. 또한 항공분야 특성을 고려한 한국형 표준 시험물품(OTP) 개발 방안 제시를 통해, 국내 항공보안등급별 동일 감도를 유지 할 수 있는 제도적 방안을 제시하였다.