풍동시험은 항공기를 개발하는 과정에서 개발 항공기의 공력 특성을 연구하기 위해 수행되고 있다. 100년이 넘는 항공기 개발의 역사와 함께 풍동시험 또한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 이 글에서는 국내의 풍동 설비 현황을 살펴보고 항공기 개발과정에서의 풍동시험 종류와 기법을 소개하고자 한다.
세계적으로 항공기 사고의 통계적 분석에 의하면 항공기 운용자의 인적과실(Human error)로 인한 항공기 사고가 약 70% 이상으로 보고되고 있다. 항공기 운용자의 인적과실에 기인한 요인들 중에서 운용자의 작업량, 작업공간, 작업환경, 인체크기, 인체 생리, 인간 심리 및 습관 등을 항공기 설계단계에서 고려하지 못한 요인이 대부분이다. 일반적으로 항공기 비행품질(Flying qualities)의 영향을 주는 설계분야는 크게 세가지로 항공기 형상(Configuration), 조종체계(Control system)및 조종실 배치(Cockpit layout)로 분류된다. 이들 세가지 설계분야 중에서 조종실의 운용자 인간공학적인 요구 사항을 고려하지 않으면 항공기 운용성 품질중에서 삼분의 일이 감소될 수 있다. 그리고 항공기 개발시에 전담하는 항공기 설계 분야별로 구분하고 그 전담설계 부서들과 인간공학적 조종실 설계 전담 부서가 항공기 비행 품질 및 운용자 인적과실(Human error)에 미치는 영향을 분석하고 인간공학의 중요성을 강조한다. 항공기를 개발할때에 개발자는 그 항공기를 운용하는 운용자의 인체, 생리, 심리, 습관 등을 고려 하여 항공기 조종실의 인간공학적 최적화 설계 및 배치 (Design and layout)를 개발초기단계부터 항공기를 설계할때에, 그 항공기의 조종실 품질은 조종사가 항공기 비행 임무를 수행할때에 항공기 비행을 위한 용이한 정보 인식(Sencing), 용이한 정보 결심(Deciding) 및 용이한 조종(Manipulating)의 특성을 조종사에게 제공할 때 항공기 비행 품질이 좋아질 것이다.
이 글은 미국인간공학학회 제26차 연례학술대회(1982)에서 소개된 내용으로, 본 논문의 저자들은 F/A-18 항공기 개발사업에 참여한 Lioyrd Hicthcock 박사(미연방 항공국), Stephen C. Merriman(미해군 항공기 개발센타), Julian P. Moore(MDC : 맥도널 더글라스 항공사), Peter Field 미해병대 중령(시험비행조종사)이며, 이들이 미해군 항공기 조종사와 정비사들의 인간공학적 요구사항을 초기설계 개발단계에서부터 시험비행 완료단계까지 약 10년간의 F/A-18 항공기 개발기간 동안에 F/A-18 항공기에 적용한 인간공학계획을 회고하는 내용이다. 세계 초일류 항공기 개발 항공사인 맥도널 더글라스 항공사가 F/A-18 항공기를 개발하며서 어떠한 기술이 부족하여 미해군/해병대의 조종사/정비사들을 각각 수십명씩 핵심 개발팀에 합류시켜 공동 개발하였는가?를 자세히 소개하고 있다.
우리는 항공기의 연구개발에 필요한 모든 단계를 한 순기 돌아보았다. 이후 항공기를 독자 개발한 경험과 KNOW-HOW가 계속 계승 발전되어 첨단 항공기를 자체 개발할 수 있기를 바란다. 그러나 현실적으로는 항공기관련 연구개발 사업의 연속적인 활성화가 될 수 있을 것인지는 예측하기 어려운 상황이다. 그러므로 국내의 꾸준한 수요 창출과 해외를 겨냥한 수출 가능한 항공기 개발이 추진되어야 할 것으로 본다. 세계적인 항공회사와 경쟁하기 위해서는 해외시장에 대한 계속적인 분석과 세계적인 항공기 개발 기술을 확보하는 것이 하나의 과제이기도 하다.
항공기 비행품질에 영향을 주는 설계분야는 크게 3가지로 항공기 형상, 조종체계 및 조종실 배치로 분류됩니다. 이들 3가지 설계분야 중에서 조정실의 운용자 인간공학적인 요구 사항을 고려하지 않으면 항공기 운용성 품질중에 3분의 1이 감소될수 있습니다 항공기를 개발할때에 개발자는 그 항공기를 운용하는 운용자의 인체, 생리, 심리, 습관 등을 고려해, 항공기 조종실의 인간공학적 최적화 설계 및 배치를 개발초기단계부터 적용해야 합니다. 항공기의 조종실의 인간공학적 최적화 설계 및 배치를 개발초기단계부터 적용해야 합니다. 항공기의 조종실 품질은 조종사가 항공기 비행 임무를 수행할 때에 항공기 비행을 위한 용이한 정보 인식, 용이한 정보 결심 및 용이한 조종의 특성을 조종사에게 제공할 때 항공기 비행 품질이 좋아질 것입니다
충남 연기군에 위치한 썬에어로시and#49852;(주)는 최근 중소기업창에서 1만번째로 벤처기업 확인을 받은 국내 유일의 군용 시뮬레이터 설계, 제작업체이다. 이 업체는 항공기 Full Scale Mock-Up과 군용 항공기 풍동모델은 물론, 군용 항공기 및 자주포, 미사일 시뮬레이터, 항공기 시험장비, 복합재료에 이르기까지 항공기 분야에 대해 연구 개발하는 항공기 시뮬레이터 전문 개발업체이다.
산업의 고도화에 따라 시간을 절약하고 공간을 활용하기 위한 방법으로서, 보다 큰 항공기, 보다 빠른 항공기에 대한 요구가 꾸준히 제기된다. 최근 불거진 지구온난화에 대한 이슈는 모든 산업의 초점을 친환경으로 돌려고 있어서, 항공기산업의 경우에도 예외 없이 보다 친환경적이고, 연료 효율적인 항공기개발에 집중하고 있다. 또한, 과거에 비해 자유의지가 강조되는 현재에는 보다 이용이 간편한 개인용 항공기의 출현이 요구되고 있어 이 분야에 대한 연구도 활발히 진행 중이다. 이에 따라 많은 국가들이 각각의 요구에 따라 초대형여객기(VLCT), 차세대 초음속여객기(HSCT), 그린항공기, 개인 자가용 항공기(PAV) 등의 형태로 개발을 서두르고 있으며, 일부 분야는 이미 상용화를 눈앞에 두고 있다. 특히 PAV의 수요는 향후에 자동차 시장의 일부를 대체할 것으로 예상되는 만큼 선진국들은 수요자의 요구에 따라 발 빠르게 대응하여 PAV에 대한 투자를 아끼지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 미래형 항공교통수단의 개발전망과 동향을 분석함으로써 앞으로 우리나라 항공기산업의 발전방향에 대한 시사점을 도출하고자 하였다. 특히 틈새 시장으로서의 PAV 분야의 개발동향과 전망을 살펴봄으로써, 동 분야에 대한 연구개발과 투자를 통한 우리나라 항공기산업의 발전기회를 모색해 보고자 하였다.
필자가 참여했던 쌍발복합재사업, 쌍발복합재항공기사업, SB427 민수용헬기사업, T-50 초음속고등훈력기 사업을 통해 복합재료의 항공기 적용사례를 고찰하면서, 쌍발복합재항공기는 실험용항공기(Experimental Aircraft)이지만 국내 최초의 전복합재항공기(All-composites Aircraft)로서 항공기 구조물이 순전히 복합재료만을 이용하여 설계 및 제작이 가능하다는 것을 보여주었고, 복합재료를 적용 시 어떠한 이점이 있는지를 보여준 예가 되고 있다. SB427 민수용헬기사업은 헬리콥터에서 로터 블레이드와 동체 등 기체구조물 대분에 왜 복합재료를 사용해야 효과적인 지를 잘 보여주고 있다. SB427 개발 사업을 통해 얻을 수 있는 또 다른 점은 민수용 항공기의 경우 구축된 복합재료 인증체계에 따라 복합재구조물을 개발해야 되고 그래야만 마케팅에서 신뢰를 얻을 수 있다는 것이다. T-50 항공기는 국내에서 최초로 개발된 초음속기로 미익 부문에 복합재료가 응용되었다. 양산 항공기의 주구조물에 복합재료가 쓰인 예는 T-50이 첫 번째 인데 T-50에서 얻어진 복합재 적용기술은 앞으로 개발될 고급 군용기와 민수용기에 널리 활용될 것으로 기대된다. 본 논문에서는, 국내 개발 항공기에서의 복합재료 적용이라는 특정 주제를 중심으로 개발 이력과 기술적 조망을 통하여, 정부, 연구소, 업체 간의 유기적이고 체계적인 전략이 필요하다고 사료되며, 이러한 전략을 바탕으로 효율적인 항공 산업을 선점해야 할 것이다.
세계 항공기산업은 새로운 기술과 새로운 전략, 이른바 ‘차세대’라는 단어로 대변될 수 있는 다음세대를 위한 개발과 전략의 변화를 겪고 있다. 먼저 군용기의 경우 미국의 F-35가 첫 선을 보이면서 차세대 전투기의 새장을 열어가고 있으며 우리나라 역시 T-50/A-50, 한국형헬리콥터(KHP)개발, 조기경보기 도입 등 공군력 강화를 위한 준비들이 단계적으로 이루어지고 있어 그에 따른 산업발전이 기대되고 있다. 민간 항공기를 살펴보면 A-380과 같은 대형 항공기 개발 추세와 A320과 B737과 같은 Narrow-body 항공기 생산이 증가하는 양상을 보이고 있다. 또한 개인용 소형제트기(VLJ)와 같은 항공기들은 차세대 틈새시장(niche market)을 형성, 발전가능성을 열어가고 있다. 민간항공기의 향후 생산전망을 살펴보면, 대형여객기의 경우 2015년까지 총 7,900여대로 연평균 800여대의 생산이 이루질 전망이며 헬리콥터의 경우 연평균 1,870여대로 총 18,730여대의 헬리콥터가 생산될 전망으로 약 1,200억불의 시장을 형성할 것으로 전망되고 있다. 이렇듯 군용기 시장에서는 차세대의 첨단 항공기 개발과 양산이 가시화되고 있으며 민간항공기의 경우, 특정 세분시장(market segment)의 주도적 개발과 양산보다는 비즈니스 환경의 변화와 고객층의 다양화로 인해 각 시장의 고객 니즈(needs)에 부합되는 다양한 항공기 개발과 양산이 이루어질 것으로 보인다.
무인항공기는 일반 유인항공기와는 다르게 크기의 제한이 없다. 또한 작은 사이즈의 무인항공기는 적은 인원의 투입으로도 항공기 각 분야의 검증이 가능하므로 소형화된 무인기는 여러 회사 및 연구원 학교등에서 개발되고 있다. 항공기의 크기가 작아지게 되면 운영요원의 숫자 또한 작아지게 되고 이로 인하여 쉽게 이동이 가능하고 운영이 가능한 이동형 무인항공기 지상통제 시스템의 요구가 생기게 된다. 본 논문에서는 한국항공주우연구원의 소형 무인기를 운영하기 위해 개발한 이동형 무인항공기 지상관제 시스템에 관하여 기술 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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