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.
현대의 고성능 전투기에 탑재되어 있는 전기식 비행제어계통(Digital Fly-By-Wire Flight Control System)은 항공기 조종면의 고장으로 인해 발생할 수 있는 항공기의 안정성을 보장하기 위해 조종면 형상 재구성 모드(Control Surface Reconfiguration Mode)가 설계되어 있다. T-50 제어법칙에는 단일 조종면이 고장 났을 경우, 정상작동중인 나머지 조종면을 이용하여 항공기를 원활히 조종할 수 있도록 형상 재구성 모드가 적용되어 있다. 본 논문에서는 항공기 운용 시 발생할 수 있는 조종면 결함으로 인해 형상 재구성 모드 제어법칙이 적용되었을 경우, 착륙외장형상에서 항공기 안정성을 해석하기 위하여 선형해석(Linear Analysis)을 수행하였다 그리고 착륙에 대한 비행성(Flying Quality) 저하여부를 판단하기 위해, HQS(Handling Quality Simulator)를 이용하여 조종사 시뮬레이션을 수행하였다. 해석결과, 조종면 고장으로 인해 제어법칙이 형상 재구성 모드로 전환될 경우, 항공기의 조종성 및 비행성의 저하가 다소 발생하였지만, HQS 조종사 시뮬레이션 결과 착륙과정에서는 비행성 요구도인 Level 1을 만족할 수 있었다.
현대의 고성능 전투기에 탑재되어 있는 전기식 비행제어계통(Digital Fly-By-Wire Flight Control System)은 통합 다기능 감지기(IMFP : Integrated Multi-Function Probe)에 의해 항공기의 고도/속도/받음각 정보를 얻는다. T-50에 적용되어 있는 3개의 IMFP는 3중 결함 및 분리되지 않는 2중 결함에 대해서 비행 안정성(Flight Stability)을 확보하기 위해 형상 재구성 모드(Air Data Reconfiguration Mode)를 제어법칙에 적용했다. 본 논문에서는 항공기 운용 시 발생할 수 있는 IMFP 결함으로 인한 형상 재구성 모드 제어법칙에 대해, 비행 안정성을 해석하기 위하여 선형해석(Linear Analysis) 및 HQS( Handling Quality Simulator) 조종사 시뮬레이션을 수행하였고, T-50 비행시험 시, 발생했던 IMFP 결함으로 인해 제어법칙이 형상 재구성 모드로 적용되었던 사례를 제시했다. 그 결과, T-50 훈련기의 제어법칙이 형상 재구성 모드로 전환될 경우, 항공기 안정성에는 영향이 없다는 것을 알았다.
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.
The requirements of internal balance were studied that should be considered on performing force & moment transonic wind tunnel testing to develop combat aircraft. In many insecure factors of test condition, uncertainty analysis was conducted to verify one drag count measurements. The analysis result was applied to T-50 aircraft model and compared for data verifaction. In conclusion, the aerodynamicist should estimate the validation and accuracy of test data by having an overall grasp of system components including internal balance. It will help him get high productivity of testing and effective validated data at tunnel.
군용항공기는 고받음각에서 적절한 조종성 및 항공기 이탈에 대한 안정성을 확보하고 있어야 한다. 고받음각에서 항공기가 이탈에 진입할 수 있는 한계값은 항공기 형상설계에 직결되는 문제이다. 하지만 현대의 고성능 전투기는 전기식 비행제어계통을 사용하여 고받음각 제어법칙을 설계함으로써 한계 값 내에서 항공기의 안정성을 보장하고 있으며 항공기가 이탈 시, 안전하게 회복할 수 있도록 고받음각 제어법칙을 설계한다. 현재 T-50에 적용되어 있는 고받음각 제어법칙은, 세로축 방향으로는 받음각 제한기 및 MPO(Manual Pitch Override) 모드, 가로-방향축으로는 고받음각 이탈제한기, 가로축 명령제한기, 방향축 조종사 명령제한기 및 스핀방지기가 설계되어 있다. 본 논문에서는 T-50 에 적용되어 있는 고받음각 제어법칙을 소개하며, 고받음각 비행시험을 통하여 항공기 안정성에 관한 연구를 수행하였다.
항공기에 있어서 통신장비는 조종사간 내부통신과 타항공기 및 지상관제탑과의 외부통신을 가능케하는 장비로서 임무 수행 및 안전에 있어서 매우 중요하다. 따라서 송수신 기능의 구현만으로는 요구되는 성능요구조건을 만족했다고 할 수 없고, 잡음이 없는 맑고 깨끗한 통신품질을 제공해야 한다. 본 논문에서는 T-50 항공기(고등훈련기) 운용 중에 발생된 내부통신 잡음 현상에 대한 원인을 분석하고, 이 현상에 대한 개선을 위해 Single Point Ground 설계 개념을 적용한 결과를 정리하였다. 또한 설계 개선사항에 대한 검증을 위한 비행시험 결과를 함께 기술하였다.
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.
현대의 고성능 전투기는 공력성능 및 조종성능의 향상을 위하여 대부분 세로축 방향으로 항공기를 불안정하게 설계하는 정안정성 완화 개념을 채택하고 있다. 비행제어법칙의 설계 작업은 불안정하게 설계된 항공기에 안정성을 부여하고, 주어진 비행임무에 대하여 만족스런 조종성능을 발휘할 수 있도록 비행성능을 조작하는 일련의 과정이다. 세로축 무게중심은 무장형상, 연료상태 및 착륙장치의 위치에 영향을 받으며 항공기 안정성에 많은 영향을 미친다. 따라서 무게중심의 이동은 세로축 안정도 여유에 영향을 미친다. 본 논문에서는 운용 시에 발생 가능한 최대 후방 무게중심에 대해 항공기 안정성을 해석하였고, 비행시험을 통해 최종적으로 검증하였다. 선형해석 항목은 세로축 단주기 모드 특성 및 안정도 여유에 관하여 행하였으며, 비선형 해석 항목은 단주기 모드를 해석하기 위해 세로축 가진 입력에 대한 항공기 응답특성을 분석하였다. 또한, 최대 후방 무게중심에서 수행된 고받음각 비행시험 자료를 제시함으로써 T-50 고등훈련기의 비행 안정성을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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