본 연구는 3D 프린팅을 통해 제작된 항공부품 인증에 관한 제안을 하고자 한다. 현재 다양한 산업군에서 여러 방식의 3D 프린터가 활용되고 있다. 그 중 항공분야에서도 무인기나 항공부품 제작을 위하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 현재의 3D 프린터 기술 수준 및 이를 활용한 항공부품 적용 등에는 많은 문제점들 및 관련 감항 인증 기준이 미흡한 상태이다. 또한, 적합성과 합치성에 대한 명확한 인증 기준은 제시된 것이 드물다. 따라서, 항공부품으로 적용하기 위한 3D 프린팅 장비의 인증 관련 사항들을 제안하고자 한다. 앞으로 3D 프린팅 장비의 정밀도 향상 및 불량률 저하, 축 처짐 문제, 베드 레벨링 문제 등이 해결될 것으로 기대되고, 이에 대한 인증기준이 명확하게 정립되기를 바란다. 그리고, 3D 프린팅 기술을 적용한 항공부품의 신뢰성이 향상되기를 바라고, 관련 인증 기준들이 더욱 발전되기를 바란다.
항공기술의 발전 추세에 따라서 고성능 엔진을 개발하고자 하는 노력이 꾸준히 진행되고 있다. 항공기 엔진의 성능을 향상시키기 위하여 고효율 구성품, 고강도 재료, 정밀제어기술을 복합화하여 적용하는 경우, 개별 부품의 신뢰성과 엔진의 안전성이 저하되는 경향을 보이게 된다. 본 논문에서는 항공기 엔진의 안전성을 입증하는데 필요한 요구조건과 평가기법을 고찰하고, 고효율 순항비행을 위하여 대형 터보팬엔진에 사용되는 터빈케이스 냉각시스템에 대한 안전성 평가를 수행하였다.
국내 기술의 발달로 인하여 다양한 항공기 발사 무장이 개발되고 있으며, 항공기-무장통합 인증에 대한 중요성 역시 높아지고 있다. 항공기-무장 통합 인증은 표준감항인증기준 (Standard ACC; standard airworthiness certification criteria)에서 제시하는 무장/장착물 통합 기준에 대한 적합성을 검증하여 안전 비행에 문제가 없다는 것을 증명하는 것으로, 무장 개발 후 항공기 통합 과정에서 요구되는 다양한 기준을 만족시켜야 함을 의미한다. 따라서 항공기의 요구사항을 무장 개발 과정에서 반영하여야 적합성 검증 단계에서 설계 변경 소요를 줄일 수 있다. 본 논문에서는 표준감항인증기준과 항공기-무장적합성 기준문서인 MIL-HDBK-1763, 그리고 순항유도무기 개발 프로세스간의 상관성을 분석하였다. 분석 결과 설계 초기 단계부터 공력 및 구조설계 분야에서 항공기 요구사항을 반영하여 개발을 진행하는 경우 항공기-무장 통합 인증 단계에서의 설계 변경 발생을 줄일 수 있다고 판단하였다.
국내외 제조업체들은 미래 기술 수요에 발맞춰 여러 형상의 수직이착륙(VTOL) 무인항공기를 개발하고 있다. 그동안 무인항공기는 고정익/회전익으로 분류 가능한 형상으로 개발되고 그에 맞는 인증기준으로 검증이 이루어졌다. 하지만 현재 VTOL 무인항공기는 VTOL에 특화된 인증기준의 부재로 인해 감항성 검증이 제한적이다. 본 논문에서는 북대서양조약기구(NATO)의 고정익/회전익 무인항공기 인증기준 STANAG-4671 및 STANAG-4702와 유럽항공안전청(EASA)의 수직이착륙 특수기술기준(SC-VTOL)을 분석하여 VTOL 무인항공기에 적용 가능한 인증기준을 제시하였다. 이를 위해 기준 항목별로 일반/고정익/VTOL 특성 분류기준을 수립하여 분석에 활용하였다.
비행시험은 개발 항공기의 다양한 성능검증을 포함하여 감항기술기준에 대한 안전성을 입증하는 최종시험으로서 중요성이 크다. 특히, 민간 항공기의 비행시험은 개발업체의 경험 및 노하우에 의해 기술 보호성격이 강하며, 다양한 시험항목과 비행조건에 의해 비용이나 시간측면에서 효율적인 비행시험 수행 및 비행시험 기법의 확보는 필수적이다. 본 논문에서는 이륙 및 착륙성능 입증을 위한 이착륙 비행시험에 대해 지상관측법과 DGPS를 활용한 비행시험 기법을 제안하고 실제 비행시험을 수행하여 그 결과를 비교하였다.
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.
항공기용 가스터빈엔진에 사용되고 있는 전자식 엔진제어장치는 연료 절약 및 성능 향상을 목적으로 개발되어, 최근에는 엔진의 신뢰성 향상을 위한 고장진단 기능을 갖춘 전자동디지털식 엔진제어장치로 발전하였다. 이와 같은 기술의 발전으로 과거와는 다른 새로운 개념의 엔진제어장치에 대한 인증기술 개발의 필요성이 증대되고 있다. 전자식 엔진제어장치에 대한 설계 및 인증에서 고려되어야 하는 사항으로 전원 공급, 입력 데이터, 고장 모드, 소프트웨어 확인 및 검증, 그리고 낙뢰의 영향 등을 들 수 있다. 본 연구에서는 전자식 엔진제어장치에 대한 설계 고려사항과 인증 기법을 분석하였고, 이를 바탕으로 국내 감항기술기준의 관련 요구조건을 정립할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 대도시 교통체증을 해결하기 위한 새로운 개념인 도심항공 모빌리티 (UAM; urban air mobility) 실현을 위해 필요한 요구도 분석을 수행하였다. 우선 UAM과 관련된 국내외 연구 개발 현황에 대해 살펴보았으며 상용화 준비 중인 다양한 형상의 비행체에 대해 장단점 및 임무 반경별 소요시간에대한 요구조건을 분석하였다. 또한, UAM의 시장 수용성을 분석하기 위해, 개인의 의식 및 신뢰성에 관한 요구조건을 파악하고, 항공기 유형별 사고율 데이터를 통해 안전성 요구 조건을 분석하였다. 인구가 밀집된 도심 지역에서 운용하기 때문에, 지역사회에 영향을 끼칠 수 있는 환경적 요인인 소음과 배기가스에 대해서요구조건 분석을 수행하였고, 항공기 성능과 관련된 요구조건과 인증 기준 및 FAA와 EASA의 감항기술기준에 대해서도 분석하였다.
현대 항공기에서 대부분의 기능은 소프트웨어에 의해 통제되고 있으므로 소프트웨어 오류는 항공기 안전과 직결된다. MIL-HDBK-516C 15장은 군용항공기 탑재 소프트웨어의 안전한 개발과 검증을 위해서 적용되는 기준이다. 미 공군은 이 기준이 반복적인 미충족을 경험함에 따라 기준 충족을 위한 지침으로 감항성 회람(AC-17-01)을 발간하였다. 본 논문에서는 MIL-HDBK-516C 15장, AC-17-01, 그리고 미 연방 항공청에서 적용하고 있는 SW 인증 지침(DO-178C)을 비교 분석하였다. 먼저 AC-17-01 단계와 각 단계에서 명시된 MIL-HDBK-516C 15장 기준 그리고 MIL-HDBK-516C 기준에서 DO-178C를 명시한 기준간 정합 비율 식을 정의하였다. 그리고 비율 분석을 통하여 AC-17-01과 DO-178C를 달성하는 경우 MIL-HDBK-516C 충족 가능한 기준을 도출하였다. 분석결과를 바탕으로 항공 소프트웨어 개발 프로세스를 수립하고 MIL-HDBK-516C 15장 적용 사례를 제시하였다.
항공기 추진시스템 전동화, 분산추진기술, 자율지능기술의 발달로 전기추진 수직이착륙 항공기(eVTOL: Electric Vertical Take-off and Landing)를 활용한 도심항공교통서비스 구현 가능성이 높아짐에 따라 미국, 유럽 등 항공선진국들에서 전기추진 수직이착륙 항공기에 대한 인증제도 연구가 활발히 진행되고 있다. 2019년 유럽항공안전청이 수직이착륙 항공기를 위한 새로운 기술기준 SC-VTOL을 고시하는 등 근시일 내 인증제도 마련이 예상되나 국내 인증제도는 eVTOL 항공기의 개발과 시장 운용에 대비가 미비하다. 본 연구에서는 해외 eVTOL 개발과 인증제도 마련 동향을 조사하고, 미국/유럽의 제도개선 방향을 분석하여 국내에 관련 인증제도 마련을 위한 고려사항을 분석하였다. 이 후 SC-VTOL과 현행 국내 항공기기술기준을 비교분석하고 국내 eVTOL 항공기 형식증명/형식증명승인을 위한 방안을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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