고공을 운항하는 항공기는 대기중의 자연현상에 의해 낙뢰에 노출되게 된다. 낙뢰 피해는 개발초기에는 목재 항공기의 절연파괴에 의한 손상과 화재등이 있었으며 알루미늄의 보급으로 전금속체 항공기가 개발되었지만 연료탱크의 화재 문제라든지 낙뢰 사고는 계속 발생하였다. 이에 NACA에서는 1938년 문제를 제기하고, 인공 낙뢰에 대한 연구를 시작하였다. 이어 FAA에서는 낙뢰보호에 대한 인증을 위해 감항기준을 제정하고 SAE에 낙뢰에 대한 항공기의 보호를 위한 시험대책 연구를 의뢰하여 낙뢰를 모사한 시험 전류, 전약 파형을 제시하여 항공기의 낙뢰보호, 인증에 활용하고 있다. 이 글에서는 낙뢰의 메커니즘 분석을 통한 항공기에 대한 낙뢰의 영향을 제시하고 특히 항공기 안전사고의 중요한 요인으로 대두되고 있는 항공기에 대한 낙뢰의 직접영향에 대한 사례를 분석하고 인증기준과 시험 전류 및 전압파형, 낙뢰 피격부위를 열거하여 개발항공기 및 비행체에 대한 인증에 활용되도록 하였다.
고공을 운항하는 항공기는 대기중의 자연현상에 의해 낙뢰에 노출되게 된다. 낙뢰 피해는 개발초기에는 목재 항공기의 절연파괴에 의한 손상과 화재등이 있었으며 알루미늄의 보급으로 전금속체 항공기가 개발되었지만 연료탱크의 화재 문제라든지 낙뢰 사고는 계속 발생하였다. 이에 NACA에서는 1938년 문제를 제기하고, 인공 낙뢰에 대한 연구를 시작하였다. 이어 FAA에서는 낙뢰보호에 대한 인증을 위해 감항기준을 제정하고 SAE에 낙뢰에 대한 항공기의 보호를 위한 시험대책 연구를 의뢰하여 낙뢰를 모사한 시험 전류, 전약 파형을 제시하여 항공기의 낙뢰보호, 인증에 활용하고 있다. 이 글에서는 낙뢰의 메커니즘 분석을 통한 항공기에 대한 낙뢰의 영향을 제시하고 특히 항공기 안전사고의 중요한 요인으로 대두되고 있는 항공기에 대한 낙뢰의 직접영향에 대한 사례를 분석하고 인증기준과 시험 전류 및 전압파형, 낙뢰 피격부위를 열거하여 개발항공기 및 비행체에 대한 인증에 활용되도록 하였다.
As the wooden aircraft in the early times has no way to let lightning flow when lighting flash attaches during flight, the aircraft got damage, or caught fire. Though all metal airplane was developed with an advent of aluminum, a lightning accident still occurred including a fire of a fuel tanks. Ev...
As the wooden aircraft in the early times has no way to let lightning flow when lighting flash attaches during flight, the aircraft got damage, or caught fire. Though all metal airplane was developed with an advent of aluminum, a lightning accident still occurred including a fire of a fuel tanks. Eventually, NACA declared problems in 1938, and an artificial lightning test began. III succession, FAA established Airworthiness Requirements for certification. The FAA committed test measures study for the protection of an airplane from lightning to SAE. SAE presented the test current and voltage waveforms that simulating natural lightning, and it is utilized on lightning protection certification of an airplane by public. A lightning effects of an airplane through an analysis of lightning mechanism was made in this technical note. Especially, lightning direct effects on aircraft are analyzed and lightning strike zones are described.
As the wooden aircraft in the early times has no way to let lightning flow when lighting flash attaches during flight, the aircraft got damage, or caught fire. Though all metal airplane was developed with an advent of aluminum, a lightning accident still occurred including a fire of a fuel tanks. Eventually, NACA declared problems in 1938, and an artificial lightning test began. III succession, FAA established Airworthiness Requirements for certification. The FAA committed test measures study for the protection of an airplane from lightning to SAE. SAE presented the test current and voltage waveforms that simulating natural lightning, and it is utilized on lightning protection certification of an airplane by public. A lightning effects of an airplane through an analysis of lightning mechanism was made in this technical note. Especially, lightning direct effects on aircraft are analyzed and lightning strike zones are described.
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문제 정의
이에 1938년 NACA에서 낙뢰에 대한 특별 소위원회(Sp SC, 1938~1945)를 구성하여 항공기에대 한 낙뢰 의 위험 (Lightning Hazards to Aircraft)에 대한 본격적인 연구가 이루어 졌다. 이 위원회에서는 낙뢰 방전에 대한 항공기의 위험을 개선하고, 낙뢰로 인한 항공기 승객의 위험을 경감하고 낙뢰 방전이 예상되는 조건을 회피하는 방안을 찾는 데 주력하였다. 연구 결과로서 1946년 5월 NACA TN No.
가설 설정
b) 전압 파형 B - 완전 한 파형 (Full Wave).
제안 방법
이 위원회에서는 낙뢰 방전에 대한 항공기의 위험을 개선하고, 낙뢰로 인한 항공기 승객의 위험을 경감하고 낙뢰 방전이 예상되는 조건을 회피하는 방안을 찾는 데 주력하였다. 연구 결과로서 1946년 5월 NACA TN No. 1001, Lightning Discharges to Aircraft and Associated Meteorological Conditions”을 내놓았다. 이후 감항당국에서는 낙뢰보호에 대한 인증을 위해 감항기준을 제정하였으며 FAA에서는 SAE에 항공기에 대한 낙뢰의 모사 시험을 위한 연구를 의뢰하였고 SAE(AE4L)의 연구결과는 FAA AC로 채택이 되어 활용되고 있다.
전압파형은 낙뢰의 전계성분을 나타내는 것으로서 레이돔의 유리섬유 강화 플라스틱 표면과 같은 고체 절연물질의 파괴 또는 공기를 관통하거나 절연물질의 표면을 가로지르는 낙뢰섬광에 의해 발생하는 절연 파괴가 발생할 때까지 증가하는 전계를 나타낸다. 자연 낙뢰가 생성하는 가능한 전계 파형이 광범위하므로 빠른 전계 상승률과 늦은 전계 상승률을 나타내는 두가지의 전압 파형을 설정하였다. 빠르게 상승하는 파형은 비교적 적은 수의 부착 점을 생성하고 항공 기체의 높은 전계 지역에 부착하며 절연 표면에 더 잘 펑크를 만들 수가 있다.
참고문헌 (9)
AC 20-53A, "Protection of Aircraft Fuel Systems Against Fuel Vapor Ignition Due to Lightning", FAA, 1985. 4. 12.
AC 20-136, "Protection of Aircraft Electrical/Electronic Systems against the Indirect Effects of Lightning", FAA, 1990. 3. 5.
Bruce C. Gabrielson, "An Introduction to the EMP and Lightning Threat", Presented at EMC EXPO87, San Diego, CA, 1987.
C. C. Goodle, "Lightning Protection Guidelines for Aerospace Vehicles", NASA/TM-1999-209734, NASA Marshall Space Flight Center, 1999. 5.
F. A. Fisher and J. A. Plumer, "Aircraft Lightning Protection Handbook", Lightning Technologies Incorporated, Pittsfield, MA, 1989. 9.
Martin A. Uman and E. Phlip Krider, "Natural and Artificially Initiated Lightning", Volume 246, pp. 457-464 SCIENCE, 1989. 10.
M. A. Uman and V.A. Rakov, "The interaction of lightning with airborne vehicles", Department of Electrical and Computer Engineering, University of Florida, Gainesville, FL 32611, USA, 2003.
SAE ARP5412, "Aircraft Lightning Environment and Related Test Waveforms", SAE, 1999. 11.
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