항공기용 가스터빈엔진에 사용되고 있는 전자식 엔진제어장치는 연료 절약 및 성능 향상을 목적으로 개발되어, 최근에는 엔진의 신뢰성 향상을 위한 고장진단 기능을 갖춘 전자동디지털식 엔진제어장치로 발전하였다. 이와 같은 기술의 발전으로 과거와는 다른 새로운 개념의 엔진제어장치에 대한 인증기술 개발의 필요성이 증대되고 있다. 전자식 엔진제어장치에 대한 설계 및 인증에서 고려되어야 하는 사항으로 전원 공급, 입력 데이터, 고장 모드, 소프트웨어 확인 및 검증, 그리고 낙뢰의 영향 등을 들 수 있다. 본 연구에서는 전자식 엔진제어장치에 대한 설계 고려사항과 인증 기법을 분석하였고, 이를 바탕으로 국내 감항기술기준의 관련 요구조건을 정립할 수 있도록 하였다.
항공기용 가스터빈엔진에 사용되고 있는 전자식 엔진제어장치는 연료 절약 및 성능 향상을 목적으로 개발되어, 최근에는 엔진의 신뢰성 향상을 위한 고장진단 기능을 갖춘 전자동디지털식 엔진제어장치로 발전하였다. 이와 같은 기술의 발전으로 과거와는 다른 새로운 개념의 엔진제어장치에 대한 인증기술 개발의 필요성이 증대되고 있다. 전자식 엔진제어장치에 대한 설계 및 인증에서 고려되어야 하는 사항으로 전원 공급, 입력 데이터, 고장 모드, 소프트웨어 확인 및 검증, 그리고 낙뢰의 영향 등을 들 수 있다. 본 연구에서는 전자식 엔진제어장치에 대한 설계 고려사항과 인증 기법을 분석하였고, 이를 바탕으로 국내 감항기술기준의 관련 요구조건을 정립할 수 있도록 하였다.
The aircraft gas turbine engines with the Electronic Engine Controls(EEC) had been developed to save fuel and enhance their performance in the early days, and had employed the health monitoring function in the Full Authority Digital Engine Controls(FADEC) to improve their reliability. This has led t...
The aircraft gas turbine engines with the Electronic Engine Controls(EEC) had been developed to save fuel and enhance their performance in the early days, and had employed the health monitoring function in the Full Authority Digital Engine Controls(FADEC) to improve their reliability. This has led to an increasing demand for the certification technology of these controls. The design and certification issues of power supply, aircraft supplied data, failure modes, software verification/validation, and lightning requirements need to be addressed. This paper presents the design considerations and the certification techniques applied to the electronic engine controls. And it is believed that this paper will be basis to establish a requirement in Korean Airworthiness Standard.
The aircraft gas turbine engines with the Electronic Engine Controls(EEC) had been developed to save fuel and enhance their performance in the early days, and had employed the health monitoring function in the Full Authority Digital Engine Controls(FADEC) to improve their reliability. This has led to an increasing demand for the certification technology of these controls. The design and certification issues of power supply, aircraft supplied data, failure modes, software verification/validation, and lightning requirements need to be addressed. This paper presents the design considerations and the certification techniques applied to the electronic engine controls. And it is believed that this paper will be basis to establish a requirement in Korean Airworthiness Standard.
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문제 정의
따라서, 제어시스템의 주전원으로 항공기 전원을 사용하는 경우에는 전자식 엔진제어장치의 부하 요구조건이 항공기 버스 설계에 반영되도록 하는 것이 필요하다. 또한, 항공기 버스로부터 공급되는 전원의 품질과 항공기의 필수 버스 전원을 사용함에 따른 고장 대책을 명확하게 정의하도록 한다.
본 논문에서는 이와 같은 전자식 엔진 제어장치의 설계 및 인증에 대한 세부적인 기법을 분석하여 국내의 감항기술기준을 정립하는데 필요한 기술적 배경을 마련하였다.
본 논문에서는 항공기용 가스터빈엔진에 사용되는 전자식 엔진제어장치의 설계 적합성 입증에필요한 기법을 분석하였고 이를 바탕으로 기술적요구조건을 도출하였다.
이와 같은 관점에서 전자식 엔진제어장치에대한 인증은 고장의 원인과 전파, 그리고 고장의영향을 분석하여 이를 대체하거나 차단, 또는 정지시킬 수 있는 방법을 설계에 반영하고, 시험및 해석을 통하여 이를 입증함으로써 엔진과 항공기의 안전성을 확보하는데 목적이 있다.
제안 방법
특히, 고장이 발생하거나 제어모드가 전환되는 경우에 엔진 출력에 미치는 영향과 조종사의 조치사항에 대해서도 반드시 명시하여야 한다. 엔진제어 장치에 고장이 발생하면 대체(backup)채널을 사용하거나 다른 제어모드로 전환될 수 있도록 설계한다. 자기진단 기능이 있는 경우에는 제어채널이 정상적으로 회복된 것이 확인되면 자동적으로 주채널로복귀할 수 있도록 설계하고, 자기진단 기능이 없는 제어장치에서는 엔진이 정지된 후 재시동될때까지 불안전한 채널이 차단되도록 설계한다.
엔진제어장치의 내부 고장으로 인하여 엔진제어 능력을 상실하거나 기타의 불안전한 상태를 유발하지 않도록 설계한다. 즉, 엔진제어장치의전기전자요소에 대한 단일고장 또는 고장의 확률조합이 추력의 크기 및 방향을 제어하는데 심각한 영향을 미치지 않도록 설계한다.
여기서 말하는 한정된 방식에 대한 예시로는 엔진을 안전하게 정지시키는 방법을 들 수 있다. 전자식 엔진 제어장치에 연결된 각각의 배선을 개방 또는 단락시키는 고장시험을 통하여 엔진제어장치가 지정된 방법으로 반응하는지를 실증한다.
전자식 엔진제어장치는 복사전자파에 의해서 잠재적 공통모드고장(1개 이상의 엔진에 동시에 나타나는 치명적인 현상)이 발생할 수 있으므로복사전자파에 대한 민감성 시험을 통하여 검증할 수 있도록 한다.
전자식 엔진제어장치의 설계에 대한 적합성을입증하기 위하여 낙뢰, 복사전자파, 소프트웨어등으로 인한 공통모드고장에 대하여 해석, 시험, 운용경험데이터, 또는 상호 조합된 방법으로 실증하도록 한다.
제어장치의 내부로 오염된 유처〕, 부식성 유체, 유압유 등이 유입되면, 전기회로에 침투되어 기능장애를 유발할 수 있으므로 이와 같은 예상치못한 환경에도 견딜 수 있도록 설계한다.
않도록 설계한다. 즉, 엔진제어장치의전기전자요소에 대한 단일고장 또는 고장의 확률조합이 추력의 크기 및 방향을 제어하는데 심각한 영향을 미치지 않도록 설계한다. 엔진 출력의 저하는 장착 조건과 운용 조건에 따라서 변화될 수 있는데, 이에 대한 허용 수준은 개별적인 인증 기준에 따라서 결정할 수 있다.
대상 데이터
항공기 엔진에 사용되는 FADECe 엔진의 제어와 모니터링을 위하여 엔진 및 항공기로부터 각종 측정변수와 전원을 공급받는다. Fig.
이론/모형
과거의 유압기계식 제어장치에 대한 설계 및 인증에는 감항기술기준 §33.91, "구성품 시험''의해 당 요구조건을 적용하였다. 그러나, 전자식 엔진 제어장치의 경우에는 환경시험에 대한 중요성이 강조되고 있으므로 미국 항공무선기술위원회 (RTCA)의 DO-160 및 관련 규격에 의한 환경시험을 수행하도록 한다.
성능/효과
(3) 비행기의 시스템과 구성품은, 독립적으로 그리고 다른 시스템과 관련하여, 고장의 발생이 "극히 불가능(extremely improbable)” 또는 "불가능(improbable)" 해야 한다.
(2) 동력장치는 최소한 한가지 이상의 방법으로 서로 독립적으로 작동할 수 있도록 격리 및배치되어야 하고, 이로서 엔진에 영향을 줄 수있는 임의의 엔진 또는 시스템의 고장 및 기능장애를 유발하지 않아야 한다.
후속연구
본 연구의 결과는 항공기 엔진 및 제어시스템의 개발과 이에 대한 인증기준을 제정하는데 활용될 것으로 기대된다.
엔진제어장치에 대한 일반적인 안전성 분석은감항기술기준 §33.75의 요구조건에 의거하여 이루어지고 있었으나, 항공기로부터 공급되는 전원및 데이터를 사용하는 방식에 대해서는 이로 인하여 발생될 수 있는 추가적인 고장모드를 규명하기 위하여 보다 더 포괄적인 안전성 분석이 필요하게 된다.
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