다분야 통합 최적화 설계 환경을 제공하는 소프트웨어 체계인 MDO 프레임워크 개발을 위해서는 다양한 운영체계와 언어에서 개발된 해석코드들의 통합, CAD 및 데이터베이스 시스템과의 통합, 복잡한 GUI 환경의 구현 등이 필수적으로 요구되고 해석코드의 추가, 새로운 MDO 기법의 도입에 따른 수정 및 확장에 대한 고려가 충분히 이루어져야 한다. 본 논문에서는 MDO 프레임워크의 설계단계부터 고려되어야 할 사항들과 각 구성요소들의 시스템 통합 방법을 연구, 적용 방안을 제시하며 이를 바탕으로 비행체 통합 최적설계 시스템 환경을 구현하였다. MDF 및 CO 기법 등 대표적인 MDO 기법을 적용할 수 있는 데이터베이스 설계과정을 정립하고, 구현된 통합 최적설계 시스템을 이용하여 전투기 날개 형상 최적 설계를 수행하여 개발된 MDO 프레임워크의 효율성 및 유용성을 검증하였다. 구배 기반 최적화 기법을 이용하여 삼십번의 설계 반복으로 최적 날개 형상을 도출하였다.
항공기의 개발 및 인증 과정에서 중요성이 강조되고 있는 시스템 안전성 평가는 고장 또는 결함으로 인해 발생할 수 있는 위험을 사전에 식별하고, 이에 대한 영향성을 판단하여 요구되는 수준의 안전성을 확보하기 위해 적용하는 시스템 엔지니어링 기법이다. 항공기 시스템이 복잡해지고, 통합적인 기능 및 성능이 요구되면서 항공기 개발 초기부터 적절한 안전성 목표를 수립하고, 체계적인 평가를 통해 이에 대한 검증 및 후속 조치를 이행하여야 한다. 본 논문에서는 고장 데이터의 확률 분석을 수행하는 방안을 제시하여 항공기의 전체 수명주기에 걸쳐 리스크를 진단하고 효율적인 안전성 평가를 수행하기 위한 방법론을 제시하였고, 항공기 인증 및 안전성 확보를 위해 고려해야 할 사항을 제시하였다.
항공기반시설(공항, 기상 서비스, 항로 항행시설)에 대한 보안사고 대응을 위한 보안체계는 수립단계에서부터 착수하여 분석이 진행됨에 따라 세부적인 평가가 수행되어야하며, 시설변경이 발생하는 경우 변경된 시설에 대하여 재평가를 하여야 한다. 또한 항공기 운용과정에서 발생 가능한 각종 사고에 대한 사전 예방 및 정비를 위해서도 체계적인 보안성 평가가 필수적이다. 보안성 평가에는 계획(Plan), 활동(Do), 그리고 평가(Check), 조치(Action)업무가 네트워크 구조로 통합되어 적용되며, 과거의 사용 또는 경험에 따라 세분화된 보안성 평가 요구조건을 구분하여 적용한다. 특히 항공기반시설에 대한 보안성 입증과 안전한 운항을 보장하기 위하여 실시간 지원체계와 국가 차원에서 이를 관리하여야 한다. 이는 공공의 안전을 확보하기 위한 것으로서, 민간항공업체는 해당 법규, 표준서 및 지침 등에 따라 최소한의 보안성을 입증하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 항공기반시설에 대한 보안사고 대응을 위한 보안체계를 위해 설정된 보안의 목표를 충족하고 있는지를 확인 평가하고, 분석 등을 고려하여 종합적인 보안성 평가기법을 적용할 수 있도록 하는 보안체계 네트워크 모델에 대해 제시하고자 한다.
본 연구에서는 UTM(UAS Traffic Management) 체계 구축 시, 무인항공기 간의 비행 간격을 분리하기 위해 회랑(Corridor)을 설정하여야 하며, 통합시스템오차(TSE; Total System Error)를 고려하여 회랑 크기를 산출하였다. 복합형 수직이착륙 무인항공기를 이용하여 직선 구간과 선회 구간의 비행 데이터를 수집하였다. 비행 데이터는 SQSM(Scalar Quantity Summation Method) 방법을 통해 TSE를 도출하였으며, 항법시스템오차 (NSE; Navigation System Error) 와 비행기술오차 (FTE; Flight Technical Error)를 세부적으로 산출하여 직선 및 선회 구간에 대한 영향성을 분석하였다. 회랑 크기는 TSE 분석 결과와 PBN(Performance-based Navigation) manual을 참고하여 산출하였다.
효과적인 유망기술 발굴을 위해 미래 사회 변화를 전망하고, 미래기술 도출 방법론 및 프로세스 개선 연구가 필요하며, 연구소·기업에서 기술기획에 활용할 기초자료의 필요성이 꾸준히 대두되고 있다. 따라서 본 연구는 국내 무인항공기산업과 같은 신성장동력산업의 국제적 기술 경쟁력 확보와 시장성 확보 및 산업성장이 가능한 미래유망 기술을 도출하는 방법론을 제시하는 것이다. 이에 본 연구는 KrKwic, Excel, NetMiner등의 분석툴을 활용하여 무인항공기산업 분야의 특허데이터를 대상으로 동시출현 단어를 활용한 소셜네트워크분석과 하위그룹분석, 인지지도분석 방법을 제시하였다. 이를 통해, 무인항공기산업 분야의 기술진화를 탐색하고 유망기술을 예측하는 방법을 제시하였다. 그 결과, '체계연동/통합 기술', '시험평가/감항인증 기술', '항공전자 기술', '비행제어 기술', '피아식별 기술', '비행통제 시스템 기술', '지원장비 기술' 등은 향후 유망한 기술로 선정하여 집중 투자할 필요성이 큰 기술이라 볼 수 있었다.
항공기를 개발함에 있어 기체를 구성하는 계통의 성능이 항공기 요구도를 만족하는 수준으로 발휘되는지 확인하는 것이 중요하다. 특히, 엔진을 포함한 추진계통은 항공기를 구성하는 구성품 중 중요한 계통으로서, 추진계통과 기체와의 통합성을 검증하는 것이 항공기 개발에 있어 필수적 요소이다. T-50 고등훈련기 체계개발 시 추진계통 검증을 위해 엔진 공중재시동 시험 및 엔진 축마력 시험, backup throttle기능 시험 등의 다양한 비행시험을 수행하였으며, 이와 같은 항목의 비행시험을 통하여 T-50 고등 훈련기의 추진계통이 기체에 적합하게 설계/장착되었음을 확인하였다. 본 논문에서 추진계통 비행시험 항목에 대한 설명 및 시험 절차, 결과를 제시하였으며, 본 논문의 내용이 차후 타 항공기 개발 시 추진계통 관련 비행시험을 준비하는 과정에서 참고가 될 수 있을 것으로 기대한다.
기존의 국내 개발 회전익 항공기 시스템의 고장-안전 설계 요구사항 도출 방법은 최신 통합형 항공전자 시스템에 적용 시 단일 항목의 고장으로 인하여 치명적인 시스템 기능 고장을 발생시키는 요인을 누락할 수 있다. 그 원인은 고장-안전 설계 대상을 선정함에 있어 단일 품목의 체계 기능 고장 영향성을 그 기준으로 함에 있다. 본 연구에서는 이를 해결하기 위하여 민수 항공기 개발 국제 표준인 SAE ARP4754A의 기능적 위험요소 평가 및 개발보증수준 할당 절차를 활용하여, 시스템 구조의 고장-안전 설계 요구사항을 도출하기 위한 체계적인 분석 절차를 제시한다. 또한 본 연구에서 제시한 절차가 앞서 제시한 문제점을 해결할 수 있는지를 확인하기 위하여 치명적인 기능 고장을 발생시킬 수 있는 단일 요인을 내포한 시스템 구조를 가정하여 교차 검증을 수행하였다. 그 결과 기존 연구 방법으로는 누락되었던 치명적인 공통 요인을 식별할 수 있었고 이를 통제하기 위한 고장-안전 설계 요구사항이 도출됨을 확인하였다.
TA-50 항공기에 적용되는 투명체의 편각은 실제목표와 투명체를 통해 조종사가 인식하는 목표와 차이를 유발시켜, 부정확한 조준 및 이로 인한 무장계통의 정확도를 저하시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 TA-50 항공기에서는 원드실드 투명체의 편각을 실측하여 편각 계수 형태로 항공기의 통합임무시현컴퓨터에 입력, 각도 편차를 보정하여 전방상향 시현기에서 목표물에 정확히 조준되도록 한다. 이러한 작동원리를 실전에 적용하기 위해 본 연구에서는 편각 자동측정장비를 국내 최초 독자적으로 개발하였다. 또한 편각 유도공식 산출 등 개발개념 및 운영 체계와 장비의 신뢰성 검증을 위한 정확성 및 정밀성에 대한 내용을 다룬다. 본 연구를 통해 개발한 장비의 정확성은 최종 판정기준인 1% 미만으로 매우 적합하였으며, 정밀성 또한 최종 판정기준을 모두 만족하여 매우 적합하다는 결과를 얻었다. 본 연구를 통해 개발된 편각 자동측정장비는 우수한 품질로 입증되어 캐노피 투명체의 국방규격에 등재되어 사용되고 있다.
군용 항공기 개발 시 중요한 업무 중의 하나는 분야별 설계․해석․평가를 위한 다양한 기술자료와 정보의 통합된 환경 체계를 구축하여 활용하는 것이다. 특히, 안전성과 조종 편의성에 직결되는 조종실의 최적화 설계를 위해서는 조종실 공간 및 배열설계, 시계분석, 탈출계통 설계 등을 위한 방대하고, 다양한 자료가 요구된다. 또한, 조종사에 대한 고려요소로써 신체요소의 분류와 각 신체부위의 치수 자료를 바탕으로 인간공학적 설계개념의 적용이 요구된다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 그동안 항공기 조종실 개발 과정 중 수집 및 도출된 자료를 데이터베이스화 하여 인간공학적 조종실 설계 작업을 효율적으로 지원할 수 있는 도구를 개발하게 되었다.
본 연구는 국내 외 주요정세를 살펴볼 때 아직까지 무인항공기에 대한 실질적인 테러가 발생하지는 않았지만 앞으로 발생 될 수 있다는 점을 감안하여 이에 대한 한국 내 무인항공기를 이용한 자폭테러 발생 가능성에 대한 기초자료를 제공하기 위해 연구를 수행하였으며, 연구의 결과를 통한 대응책을 종합해 보면 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫 번째, 무인항공기에 의한 자폭테러에 대비하기 위한 기존 항공법안의 개선과 테러방지법의 제정이 필요하다. 두 번째, 한국 내 무인항공기를 이용한 테러에 대비한 적합한 유관기관과의 통합대응체계를 통한 사회안전망의 구축이 절실하다고 판단된다. 세 번째, 인터넷 등 매체를 통하여 무인항공기 폭탄제조 장비의 구입 및 정보수집이 가능하기 때문에 이를 전파하는 인터넷을 사전에 차단해야 한다. 넷째, 한국이 다문화사회로 전환되고 있는 시점에서 국내 외국인 체류자와 소수민족, 이민 2세 등에 대한 사회적 편견과 차별적인 인식의 개선과 인종차별법 등을 통한 보호가 절실히 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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