회전익 항공기 감항인증을 위한 category A 적합성 입증용 M&S에 대한 연구 A study on modeling and simulation as a means of compliance for category A rotorcraft type certification원문보기
본 연구에서는 수송급 회전익 항공기의 감항인증 카테고리 A 적합성 입증과 관련된 연구를 수행하고자 한다. 카테고리 A의 적합성 입증을 위한 기준으로는 미국 FAA의 감항인증 요구조건인 파트29[19]가 존재한다. 국내의 경우도 이와 유사한 기준을 제시하고 있다. 카테고리 A 적합성 입증을 위해서는 실제 비행시험을 통해서 주요 요구성능을 충족시킬 것을 요구하고 있다. 그러나 Advisory Circular[18]등 인증기준에서 요구하는 다양한 조건에 대한 적합성을 비행시험만으로 보여주는 것은 인증 프로그램의 시간 및 비용의 증가로 이어질 수 있다. 하지만 파트29에서는 내삽 및 ...
본 연구에서는 수송급 회전익 항공기의 감항인증 카테고리 A 적합성 입증과 관련된 연구를 수행하고자 한다. 카테고리 A의 적합성 입증을 위한 기준으로는 미국 FAA의 감항인증 요구조건인 파트29[19]가 존재한다. 국내의 경우도 이와 유사한 기준을 제시하고 있다. 카테고리 A 적합성 입증을 위해서는 실제 비행시험을 통해서 주요 요구성능을 충족시킬 것을 요구하고 있다. 그러나 Advisory Circular[18]등 인증기준에서 요구하는 다양한 조건에 대한 적합성을 비행시험만으로 보여주는 것은 인증 프로그램의 시간 및 비용의 증가로 이어질 수 있다. 하지만 파트29에서는 내삽 및 외삽, 그리고 시뮬레이션 기법등을 통해서 비행시험의 일부를 대체할 수 있다고 명시하고 있다. 단, 이 경우에는 감항당국 등의 승인을 받은 방법을 사용해야 하는데, 구체적인 승인의 기준을 확인할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 기존에 국방용 분야에서 널리 적용중이던 M&S(Modeling & Simulation)의 VV&A(Verification, Validation, and Accreditation)를 물리법칙 기반의 카테고리 A 적합성 입증용 M&S에 적용하여 감항당국이 M&S를 실무적인 차원에서 적용하기 위한 방법을 제시하였다. 이를 위해서 본 연구에서는 실제 카테고리 A 적합성 입증을 위한 비행동역학 해석용 M&S를 개발하는 과정을 수행하고, 수행하는 과정동안 기존에 항공우주시스템 개발용 M&S VV&A 패러다임[7]을 적용하여 물리법칙 기반 M&S의 VV&A를 수행하였다. VV&A를 수행하며 필요한 내용은 방위사업청의 M&S 적용 매뉴얼[4]을 참고하여 식별하였다. 그리고 식별된 내용을 작성하기 위하여 Osman Balci의 사용의도 및 적용사례 문서 템플릿[73]을 적용하여 M&S의 요구 스팩을 설정하였다. 식별된 스팩을 바탕으로 본 연구에서는 카테고리 A 성능해석을 위해서 Padfield[39]의 구분법에 따른 레벨1에서 레벨2 수준의 비행동역학 모델이 필요함을 식별하고, Chen[33]에 의해 제안된 비행동역학 모델에 BO-105항공기의 데이터를 적용하여 구현하였다. 또한, 카테고리 A 이착륙 형태를 고려하여 비선형최적제어 기법이 해석에 필요함을 확인하고, 이를 위해서 Pseudo-Spectral기법과 Robust SQP[8]을 결합하여 구현하였다. 이와 같이 구현된 M&S에 대한 V&V 방법으로는 비행동역학 모델은 BO-105의 트림해석 결과와 고충실도 비행동역학 모델인 HETLAS[12]을 이용한 트림해석 및 시뮬레이션 결과를 교차 비교하는 방식으로 확인하였고, 비선형 최적제어 기법은 개별 기법을 예제문제의 이론해와 비교하는 방법을 활용하였다. 최종적인 M&S는 비행시험 데이터를 구할수 없는 한계를 고려하여 비행교범에 제시된 비행절차 및 파트29의 요구조건을 만족하는지 여부를 통해서 정성적인 분석으로 간략히 수행하였다. 본 연구를 통해서 카테고리 A 적합성 입증을 해석적인 방법으로 수행할 수 있음을 확인하였고, 감항당국이 M&S를 통한 공학적 해석이 필요한 상황에서 M&S를 승인하기 위한 방법을 제시하였다. 이를 통해서 향후 카테고리 A 적합성 입증에 M&S를 보조적인 수단으로 적용할 수 있을 것으로 판단되며, 감항당국 및 개발자가 M&S의 적합성 인정 범위를 판단하는 기준을 수립하는데 도움이 될 것으로 판단하였다.
본 연구에서는 수송급 회전익 항공기의 감항인증 카테고리 A 적합성 입증과 관련된 연구를 수행하고자 한다. 카테고리 A의 적합성 입증을 위한 기준으로는 미국 FAA의 감항인증 요구조건인 파트29[19]가 존재한다. 국내의 경우도 이와 유사한 기준을 제시하고 있다. 카테고리 A 적합성 입증을 위해서는 실제 비행시험을 통해서 주요 요구성능을 충족시킬 것을 요구하고 있다. 그러나 Advisory Circular[18]등 인증기준에서 요구하는 다양한 조건에 대한 적합성을 비행시험만으로 보여주는 것은 인증 프로그램의 시간 및 비용의 증가로 이어질 수 있다. 하지만 파트29에서는 내삽 및 외삽, 그리고 시뮬레이션 기법등을 통해서 비행시험의 일부를 대체할 수 있다고 명시하고 있다. 단, 이 경우에는 감항당국 등의 승인을 받은 방법을 사용해야 하는데, 구체적인 승인의 기준을 확인할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 기존에 국방용 분야에서 널리 적용중이던 M&S(Modeling & Simulation)의 VV&A(Verification, Validation, and Accreditation)를 물리법칙 기반의 카테고리 A 적합성 입증용 M&S에 적용하여 감항당국이 M&S를 실무적인 차원에서 적용하기 위한 방법을 제시하였다. 이를 위해서 본 연구에서는 실제 카테고리 A 적합성 입증을 위한 비행동역학 해석용 M&S를 개발하는 과정을 수행하고, 수행하는 과정동안 기존에 항공우주시스템 개발용 M&S VV&A 패러다임[7]을 적용하여 물리법칙 기반 M&S의 VV&A를 수행하였다. VV&A를 수행하며 필요한 내용은 방위사업청의 M&S 적용 매뉴얼[4]을 참고하여 식별하였다. 그리고 식별된 내용을 작성하기 위하여 Osman Balci의 사용의도 및 적용사례 문서 템플릿[73]을 적용하여 M&S의 요구 스팩을 설정하였다. 식별된 스팩을 바탕으로 본 연구에서는 카테고리 A 성능해석을 위해서 Padfield[39]의 구분법에 따른 레벨1에서 레벨2 수준의 비행동역학 모델이 필요함을 식별하고, Chen[33]에 의해 제안된 비행동역학 모델에 BO-105항공기의 데이터를 적용하여 구현하였다. 또한, 카테고리 A 이착륙 형태를 고려하여 비선형최적제어 기법이 해석에 필요함을 확인하고, 이를 위해서 Pseudo-Spectral기법과 Robust SQP[8]을 결합하여 구현하였다. 이와 같이 구현된 M&S에 대한 V&V 방법으로는 비행동역학 모델은 BO-105의 트림해석 결과와 고충실도 비행동역학 모델인 HETLAS[12]을 이용한 트림해석 및 시뮬레이션 결과를 교차 비교하는 방식으로 확인하였고, 비선형 최적제어 기법은 개별 기법을 예제문제의 이론해와 비교하는 방법을 활용하였다. 최종적인 M&S는 비행시험 데이터를 구할수 없는 한계를 고려하여 비행교범에 제시된 비행절차 및 파트29의 요구조건을 만족하는지 여부를 통해서 정성적인 분석으로 간략히 수행하였다. 본 연구를 통해서 카테고리 A 적합성 입증을 해석적인 방법으로 수행할 수 있음을 확인하였고, 감항당국이 M&S를 통한 공학적 해석이 필요한 상황에서 M&S를 승인하기 위한 방법을 제시하였다. 이를 통해서 향후 카테고리 A 적합성 입증에 M&S를 보조적인 수단으로 적용할 수 있을 것으로 판단되며, 감항당국 및 개발자가 M&S의 적합성 인정 범위를 판단하는 기준을 수립하는데 도움이 될 것으로 판단하였다.
In this research, study about the identifying Category A of transport rotorcraft. Regulation about Category A can be found at FAA regulation Part 29[1]. In Korea, similar regulation exists which reguires actual flight test programs to proof Category A takeoff and landing performance. However, on...
In this research, study about the identifying Category A of transport rotorcraft. Regulation about Category A can be found at FAA regulation Part 29[1]. In Korea, similar regulation exists which reguires actual flight test programs to proof Category A takeoff and landing performance. However, only proof Category A performance with flight test accordance with Advisory Circular [2] lead to increase time and cost. Part 29 allow interpolation, extrapolation, and simulation methods to replace some of flight test. These methods require authorities from FAA/Authorithies, however, detail criteria for acceptance cannot be found at any materials. Therefore, in this research, VV&A (Verification, Validation, and Accreditaion) approach, broadly applied in defense M&S (Modeling and Simulation), is modified to computational physics/computational mechanic-based M&S and provide practical informations. To this purpose, M&S for identifying Category A means of compliance is developed with VV&A paradigm [3] which is specialized for developing aerospace system M&S. Required informations for VV&A are from DAPA’s M&S manual [4]. And to define required specifications of M&S, Osman Balci’s Intended Use and Use Cases templates [5] is used. With identified specifications, Level 1 or Level 2 model of flight dynamic model by classification method by Padfied [6] is determined and model suggested by Chen [7] is selected for research with data of Bo-105 rotorcraft. And, with consideration of Category A takeoff and landing procedures, Nonlinear Optimal Control Programming (NOCP) method is determined as simulation method. robust SQP(rSQP) method and Pseudo-Spectral method are selected as a numerical methods for simulation. V&V methods for M&S described above are presented as following: For flight dynamic model, trim analysis results are compared with Bo-105 trim analysis results and results from high fidelity model HETLAS [9]. For NOCP, each numerical method is proved with computed results and analytic solution of some example problems. M&S itself is simply validated with qualitative approach with procedures in rotorcraft flight manual and check requirements from part 29 due to possible flight test data is not available. From this research, Category A means of compliance can be identified with analytical method is shown and provide informations for accreditation to airworthiness authorities of M&S purposed to engineering problems. With this information, M&S could be used as subsidiary method to indentifing Category A means of compliance and could be helpful for airworthiness authorities and developer to establishing criteria for M&S VV&A.
In this research, study about the identifying Category A of transport rotorcraft. Regulation about Category A can be found at FAA regulation Part 29[1]. In Korea, similar regulation exists which reguires actual flight test programs to proof Category A takeoff and landing performance. However, only proof Category A performance with flight test accordance with Advisory Circular [2] lead to increase time and cost. Part 29 allow interpolation, extrapolation, and simulation methods to replace some of flight test. These methods require authorities from FAA/Authorithies, however, detail criteria for acceptance cannot be found at any materials. Therefore, in this research, VV&A (Verification, Validation, and Accreditaion) approach, broadly applied in defense M&S (Modeling and Simulation), is modified to computational physics/computational mechanic-based M&S and provide practical informations. To this purpose, M&S for identifying Category A means of compliance is developed with VV&A paradigm [3] which is specialized for developing aerospace system M&S. Required informations for VV&A are from DAPA’s M&S manual [4]. And to define required specifications of M&S, Osman Balci’s Intended Use and Use Cases templates [5] is used. With identified specifications, Level 1 or Level 2 model of flight dynamic model by classification method by Padfied [6] is determined and model suggested by Chen [7] is selected for research with data of Bo-105 rotorcraft. And, with consideration of Category A takeoff and landing procedures, Nonlinear Optimal Control Programming (NOCP) method is determined as simulation method. robust SQP(rSQP) method and Pseudo-Spectral method are selected as a numerical methods for simulation. V&V methods for M&S described above are presented as following: For flight dynamic model, trim analysis results are compared with Bo-105 trim analysis results and results from high fidelity model HETLAS [9]. For NOCP, each numerical method is proved with computed results and analytic solution of some example problems. M&S itself is simply validated with qualitative approach with procedures in rotorcraft flight manual and check requirements from part 29 due to possible flight test data is not available. From this research, Category A means of compliance can be identified with analytical method is shown and provide informations for accreditation to airworthiness authorities of M&S purposed to engineering problems. With this information, M&S could be used as subsidiary method to indentifing Category A means of compliance and could be helpful for airworthiness authorities and developer to establishing criteria for M&S VV&A.
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