국내개발 헬기인 수리온의 악기상 시 운용능력을 입증하고 결빙하 운용 제한 사항을 해제하기 위하여 결빙 감항인증이 요구되고 있다. 군용헬기인 수리온의 결빙 감항인증 절차는 유사 무기체계인 UH-60과 AH-64의 사례와 S/W 기술의 성숙도를 보았을 때, 전산해석${\rightarrow}$모의결빙형상 비행시험${\rightarrow}$인공 결빙 비행시험${\rightarrow}$자연 결빙 비행시험의 4가지 방법에 의한 단계화된 추진이 고려되고 있다. 수리온의 최적 비행시험 소티와 비행시간은 인공 결빙 비행시험 20~30소티 및 20~23시간과 자연 결빙 비행시험 20~30소티 및 20~22시간이 요구되며, 효율적인 결빙 감항인증 비행시험을 위해서는 LWC $0.5{\sim}1.0g/m^3$범위의 대기온도 조건은 인공 결빙 비행시험을 추진하고, LWC $0.5g/m^3$이하의 대기온도 조건에서는 자연 결빙 비행시험이 필요하다.
국내개발 헬기인 수리온의 악기상 시 운용능력을 입증하고 결빙하 운용 제한 사항을 해제하기 위하여 결빙 감항인증이 요구되고 있다. 군용헬기인 수리온의 결빙 감항인증 절차는 유사 무기체계인 UH-60과 AH-64의 사례와 S/W 기술의 성숙도를 보았을 때, 전산해석${\rightarrow}$모의결빙형상 비행시험${\rightarrow}$인공 결빙 비행시험${\rightarrow}$자연 결빙 비행시험의 4가지 방법에 의한 단계화된 추진이 고려되고 있다. 수리온의 최적 비행시험 소티와 비행시간은 인공 결빙 비행시험 20~30소티 및 20~23시간과 자연 결빙 비행시험 20~30소티 및 20~22시간이 요구되며, 효율적인 결빙 감항인증 비행시험을 위해서는 LWC $0.5{\sim}1.0g/m^3$범위의 대기온도 조건은 인공 결빙 비행시험을 추진하고, LWC $0.5g/m^3$이하의 대기온도 조건에서는 자연 결빙 비행시험이 필요하다.
In order to relieve limitation of flight operation under icing condition and verify its operation in adverse weather condition for Surion, military helicopter developed in Korea, airworthiness certification in icing condition is required. The process of Surion icing certification should be considere...
In order to relieve limitation of flight operation under icing condition and verify its operation in adverse weather condition for Surion, military helicopter developed in Korea, airworthiness certification in icing condition is required. The process of Surion icing certification should be considered by implementation of four methods by step such as CFD analysis, simulated flight tests, artificial icing flight tests, and natural icing flight tests. For Surion icing flight tests, these are required 20~30 sorties and 20~23 hours in artificial icing condition; 20~30 sorties and 20~22 hours in natural icing condition. In addition, to proceed with efficient flight tests, it is necessary to implement artificial icing flight tests in LWC $0.5{\sim}1.0g/m^3;$ natural icing flight tests in less than LWC $0.5g/m^3$.
In order to relieve limitation of flight operation under icing condition and verify its operation in adverse weather condition for Surion, military helicopter developed in Korea, airworthiness certification in icing condition is required. The process of Surion icing certification should be considered by implementation of four methods by step such as CFD analysis, simulated flight tests, artificial icing flight tests, and natural icing flight tests. For Surion icing flight tests, these are required 20~30 sorties and 20~23 hours in artificial icing condition; 20~30 sorties and 20~22 hours in natural icing condition. In addition, to proceed with efficient flight tests, it is necessary to implement artificial icing flight tests in LWC $0.5{\sim}1.0g/m^3;$ natural icing flight tests in less than LWC $0.5g/m^3$.
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문제 정의
3시간)을 수행하였으며, 1980. 2~3월 시험간 발생한 드룹 스톱(droop stop)의 위치 복귀불능 등 결함사항의 개선을 확인하기 위해 수행하였다.
또한, 한국에서는 현재까지 군용 항공기가 결빙 감항인증을 받은 실적이 없기 때문에 군에서 이에 대한 기준 및 절차가 정립되어 있지 않은 것으로 파악된다. 따라서 타 군용 헬기의 결빙 감항인증 사례를 분석하는 것은 의미가 있으며, 여기서는 미 육군 헬기(UH-60, AH-64)의 사례를 분석하고자 한다.
본 논문에서는 헬기 결빙에 대한 감항인증 방법과 유사 무기체계를 검토하여 수리온의 결빙 감항인증 비행시험을 위한 주요 파라미터들을 제시하였다. 군용헬기인 수리온의 결빙 감항인증 절차는 UH-60과 AH-64의 유사 무기체계 사례와 S/W 기술의 성숙도를 고려하였을 때, 전산해석 → 모의결빙형상 비행시험 → 인공 결빙 비행시험 → 자연 결빙 비행시험의 4가지 방법에 의한 단계화된 추진이 고려될 수 있다.
이러한 추세에 따라 2012년 6월 개발이 완료된 수리온의 경우에도 결빙조건에서 운용능력을 가지기 위해 결빙 감항인증을 확보할 필요가 있다. 이에 본 논문에서는 헬기 결빙에 대한 감항인증 방법과 유사 무기체계를 검토하여 수리온 군용헬기의 결빙 감항인증 비행시험을 위한 주요 파라미터들을 제시하고자 한다.
인공 결빙 비행시험은 헬기의 방빙 및 제빙장치의 적절성 및 성능을 확인하고, 자연 결빙 비행시험 전 결빙조건에서의 항공기 비행안전을 확인하기 위해 수행한다. 자연조건에서 비행시험을 통해 원하는 결빙조건을 조우하기란 확률적으로 매우 어려우며, 많은 시간과 일정이 소요되므로, 과거 결빙 감항인증을 받은 헬기 사례에서는 인공 결빙 비행시험을 자연 결빙 비행시험에서 수행하기 힘든 결빙 조건을 대체할 수 있는 입증 방법으로 활용된 것으로 확인된다.
제안 방법
그리고 최종적으로 1986. 11~12월에 자연 결빙 비행시험(8소티, 7.2시간)을 수행하여 결빙 감항인증을 획득하였다.
2시간), 1980. 2~3월 미네쏘타에서 인공 결빙 비행시험(4소티, 3.7시간)과 자연 결빙 비행시험(14소티, 20.5시간)을 실시하였다. 그리고 1980.
이어서 1985. 2~4월에 인공 결빙 비행시험(13소티, 8.3시간)과 자연 결빙 비행시험(6소티, 6.1시간)을 실시하였으며, 이중 헬파이어와 로켓을 장착한 형상과 헬파이어만을 장착한 형상으로 구분하여, 인공 결빙 비행시험(3소티, 2.6시간)과 자연 결빙 비행시험(6소티, 6.1시간)을 수행하였다.
결빙 감항인증 시험은 1979. 3~4월 미네쏘타에서 인공 결빙 비행시험을 수행하였으며(8소티, 6.2시간), 1980. 2~3월 미네쏘타에서 인공 결빙 비행시험(4소티, 3.
2~3 월 시험은 1979. 3~4월 시험에 적용하였던 메인로터와 테일로터에 대해 성능이 개선된 제빙장치를 적용하여 평가를 하였으며, 이중 인공 결빙 비행시험 4소티(3.8시간)와 자연 결빙 비행시험 3소티(3.1시간)는 적외선 유도미사일 방해장비(ALQ-144, M-130)를 위한 비행시험이었다. 마지막으로 1980.
결빙분사장치 크기, 전산해석의 신뢰성 등)으로 인해, 통상 결빙 감항인증을 위해서는 최소 20시간의 자연 결빙 비행시험이 요구된다[11]. 시험 시 항공기의 기본 비행특성 및 전산해석에 의해 시뮬레이션된 예측 결과를 기반으로 방빙 및 제빙장치의 성능, 방빙 및 제빙이 되지 않는 부위에 발생하는 결빙으로 인한 영향성, 비행특성 등을 종합 평가한다.
이론/모형
이 시험은 Fig. 3에 나타낸 바와 같이 CH-47D 헬기를 개조하여 어는 점 이하의 온도에서 인공적인 결빙구름을 생성해낼 수 있는 미 육군의 결빙분사장치(HISS, Helicopter Icing Spray System)를 활용한다. 결빙분사장치의 물리적 크기 제한으로 인해 시험대상 헬기의 국부 영역으로 결빙이 제한되므로 부위별 구분된 시험이 요구된다.
성능/효과
인공 결빙 비행시험은 헬기의 방빙 및 제빙장치의 적절성 및 성능을 확인하고, 자연 결빙 비행시험 전 결빙조건에서의 항공기 비행안전을 확인하기 위해 수행한다. 자연조건에서 비행시험을 통해 원하는 결빙조건을 조우하기란 확률적으로 매우 어려우며, 많은 시간과 일정이 소요되므로, 과거 결빙 감항인증을 받은 헬기 사례에서는 인공 결빙 비행시험을 자연 결빙 비행시험에서 수행하기 힘든 결빙 조건을 대체할 수 있는 입증 방법으로 활용된 것으로 확인된다. 따라서 전산 해석과 마찬가지로 이를 인증을 위한 입증자료로 활용하기 위해서 동일 결빙조건에 대한 자연 결빙 비행시험 결과와의 비교 및 검증이 요구된다.
후속연구
즉, 전산해석을 통해 액적 함유량, 입자 크기, 온도, 항공기 속도 및 자세 등의 조건을 임의로 제어할 수 있다. 그러나 전산해석 결과를 신뢰성 있는 입증자료로 사용하려면 동일 조건에 대한 실제 결빙 비행시험 결과와의 비교 및 검증이 필요하다. 대표적인 전산해석 S/W로는 NASA의 LEWICE, 시콜스키사의 GRP 및 보잉사의 B65 등이 있다[7].
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
군용헬기인 수리온의 결빙감항 인증을 위한 최적 비행시험 소티와 비행시간은?
군용헬기인 수리온의 결빙 감항인증 절차는 유사 무기체계인 UH-60과 AH-64의 사례와 S/W 기술의 성숙도를 보았을 때, 전산해석${\rightarrow}$모의결빙형상 비행시험${\rightarrow}$인공 결빙 비행시험${\rightarrow}$자연 결빙 비행시험의 4가지 방법에 의한 단계화된 추진이 고려되고 있다. 수리온의 최적 비행시험 소티와 비행시간은 인공 결빙 비행시험 20~30소티 및 20~23시간과 자연 결빙 비행시험 20~30소티 및 20~22시간이 요구되며, 효율적인 결빙 감항인증 비행시험을 위해서는 LWC $0.5{\sim}1.
항공기의 결빙은 무엇인가?
특히, 우리나라는 3면이 바다로 둘러싸인 지리적 영향 으로 인해 이른 가을부터 늦은 봄까지 보통수준의 결빙조건(moderate icing condition, 중정도 결빙강도 조건)이 형성되는 것으로 확인된다[3]. 결빙은 항공기가 어는 점 부근 또는 그 이하의 온도조건의 대기에서 비행할 경우 날개 등 항공기 표면에 과냉각 수적 혹은 구름 입자가 충돌 하여 얼음 피막이 형성, 성장하는 현상으로써, 항공기 날개 주위의 균일한 공기 흐름이 흐트러 짐으로 인해 항력이 증가되고 양력은 감소된다 [4]. 헬기의 로터 블레이드에 발생된 결빙은 심한 진동을 발생시키고, 수평안정판 등 선단의 결빙은 항공기의 조종 안정성을 저하시킬 수 있다.
미국 FAA에서 민수용 헬기의 결빙 조건 비행 시 비행 안전을 확보하기 위해 어떤 것에 따라 안전한 비행이 가능한지 입증하도록 요구하는가?
따라서 미국 FAA에서는 민수용 헬기의 결빙 조건 비행시 비행안전을 확보하기 위해 14 CFR Part 29에 따라 동 규정 Appendix C의 결빙조건 에서 안전한 비행이 가능함을 입증하도록 요구하고 있으며, 상기 조건에 대한 결빙인증을 받은 대표적인 헬기는 시콜스키(Sikorsky)사의 S-92가있다[5-6]. 군 감항인증을 받는 군용 헬기의 경우 에도 결빙조건 비행 시 발생할 수 있는 임무 영향성을 극복하기 위한 결빙 비행시험이 1970년대 부터 미국 등 항공 선진국 위주로 꾸준히 수행되고 있으며, 결빙 감항인증을 받은 대표적인 군용 헬기로는 UH-60과 AH-64가 있다.
참고문헌 (13)
Hong D. K. and Yee K. J., "Comparison of Airworthiness Certification System between Korea and U.S.", Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 36, No. 3, 2008, pp. 298-305.
Kim Y. C., "A Verification of Threshold of the Aircraft Turbulence Index and Icing Index Using PIREPS and KWRF on Korean Peninsula", Journal of the Korean Meteorological Society, Vol. 19, No. 3, 2011, pp. 54-60.
Hur J. W. and Shin B. C., "A Study on the Korea Weather Environment for Icing Airworthiness of Military Helicopter", Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 17, No. 3, 2014, pp.304-310.
An Y. G. and Rho S. M., "Scaling Methods for Icing Wind Tunnel Test", Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 40, No. 2, 2012, pp. 146-156.
Ben C. B. and Robert J. F., "Certification of the Sikorsky S-92A Helicopter Ice Protection System : Meteorological Aspects of Tanker Tests and Natural Icing Flights", SAE International, 2007-01-3329, pp. 1-7.
Robert L., "Certification/Qualification of an Aircraft for Flight in Known Icing Conditions", SAE Aircraft & Engine Icing International Conference-Icing Certification Part III, 2007. pp. 1-30.
Robert J. F., Randall K. B. and Thomas H. B., "Role of Wind Tunnels and Computer codes in the certification and Qualification of Rotorcraft for Flight in Forecast Icing", NASA Technical Memorandum 106747, 1994, pp. 1-35
Aircraft Ice Protection-Appendix E, AC20-73A, Federal Aviation Administration, 2006, pp. 1-41.
KUH : Natural Icing Flight Test Support, NTI, 2011, pp. 9-10.
Hur J. W., "Mckinley Facility Visit Report", KAI, 2013. pp.1-7.
Aircraft Natural/Artificial Icing, TOP 7-3-537, US Army Aviation Technical Test Center, 2009, pp. 14-15.
Marvin L. H., "Artificial and Natural Icing tests of UH-60A Helicopter", US Army Research and Technology, 1980, pp. 1-14.
James M. A., "Artificial and Natural Icing Tests of AH-64(Phase II)", US Army Research & Technology, 1987, pp. 4-11.
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