[논문]국내 고정익 무인항공기 감항인증 기술기준분석

임준완; 노진철; 고준수

doi:10.9766/kimst.2016.19.5.654

국내 고정익 무인항공기 감항인증 기술기준분석
Airworthiness Standard Analysis about a Korea Fixed Wing Unmanned Aircraft 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.19 no.5, 2016년, pp.654 - 661

임준완 (한국항공우주산업) , 노진철 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) , 고준수 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

An unmanned aircraft refers to an aircraft which carries no human pilot and is operated under remote control or in autonomous operational mode. An unmanned aircraft system consist of a one system which include UAV(s), UAV control station and data link, etc. As the UAVs can perform the dull, dangerous and difficult missions, various kinds of UAVs with different sizes and weights have been developed and operated for both civil and military areas. It is important to develop the airworthiness certification criteria of the UAVs to minimize the risks of fatal impacts on human life and environment and to achieve the equivalent level of safety to the manned aircraft. Analysis of the KAS Part 23 and STANAG 4671 can provide guidelines for the generation of the airworthiness certification criteria for the UAVs in civil application.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

국내 민간의 경우 150 kg 이하의 경우 “초경량비행 장치의 비행안전을 확보하기 위한 기술상의 기준”이 있으나 150 kg 초과하는 무인항공기에 대한 감항인증 기술기준이 없어 현재 개발 및 운영되고 있는 무인항공기 및 무인항공기 시스템의 비행 안전성을 확보하기에는 어려움이 있으며, 세계 각국의 감항당국들은 무인항공기에 대한 감항인증 기술기준 제정을 위한 노력을 경주하고 있다. 따라서 본 논문에서는 무인항공기의 안전운항 및 비행 위험 최소화를 위해 민간 감항인증 기술기준을 연구하였다.
본 논문에서는 무인항공기를 중량별로 구분하여 성능과 수행 가능한 임무를 조사하여 무인항공기의 개발 동향을 파악하였다. 무인항공기에 유인항공기와 등가의 안전수준을 갖춘 감항인증 기술기준을 적용시키기 위해 NATO FINAS의 활동과 NATO STANAG 4671의 개발 및 제정과정을 조사하였다.
결과적으로 KUAS는 KAS Part 23에서 84개의 항목을 적용, 185개의 항목을 수정 후 적용하였고, STANAG 4671의 113개 항목을 추가하여 총 382개의 항목으로 구성되었으며, 무인항공기 시스템에서 비행체 관련 기준의 대부분은 KAS Part 23을 수용하고, 명령 및 통제, 데이터 링크 및 무인항공기 통제소는 STANAG 4671을 참고하여 민간 무인항공기 감항인증 기술기준(안)을 제시하였다. 본 논문은 환경, 기상연구, 탐사의 과학목적 이외의 농업, 어업, 산림 및 국토 관리 등 다양한 용도로 활용되는 무인항공기의 기술기준을 정립하는데 그 목적이 있다.
본 연구에서는 비분리 공역(Non-Segregated Airspace)에서 무인항공기가 유인항공기와 동시에 운영될 경우 발생할 수 있는 인적 물적 피해를 최소화 하여 무인항공기가 유인항공기와 동일하게 안전하게 비행할 수 있도록 무인항공기 감항인증 기술기준에 대해 고찰하였다. 이를 위해서는 무인항공기에 대한 감항인증 기술기준 제정이 필수적이다.

제안 방법

NATO FINAS Group은 2005년 무인항공기 감항인증 기술기준 개발에 착수, 18개월에 걸쳐 수많은 토의와 시행착오를 거쳐 STANAG 4671 초안을 2007년 완성하였으나, 각 항목별 기준 분석에 대한 명확한 근거 및 참고 자료를 획득하기 어려워 본 논문에서는 KASPart 23에 Part 25를 추가 분석하여 기술기준을 분석하였다.
30으로 무인항공기의 제한운동하중계수가 유인항공기보다 작게 적용되었음을 알 수 있다. 또한 KUAS의 최대이륙중량인 45,000 lbs(20,000 kg)에는 2.30의 제한운동하중계수가 적용되어 이를 수정하였다.
8 kg(4 lb)의 조류와 충돌할 경우 바람막이 창 및 관련 구조물이 관통되지 않고 이중 구조 및 보호되는 위치, 에너지 흡수 재질 등에 대한 사항이 정의되어 있다^[19]. 무인항공기는 바람막이 창 및 관련구조물 즉 투명체가 적용되지 않으므로 관통에 해당되지 않으며, 무인항공기의 비행경로에 대해 상대적인 방향으로 무게 0.9 kg(2 lb)의 조류와 충돌로 인해 조종 불가한 또는 추락의 결과를 초래하지 않도록 KAS Part 23의 기술기준을 추가 하였다.
본 논문에서는 무인항공기를 중량별로 구분하여 성능과 수행 가능한 임무를 조사하여 무인항공기의 개발 동향을 파악하였다. 무인항공기에 유인항공기와 등가의 안전수준을 갖춘 감항인증 기술기준을 적용시키기 위해 NATO FINAS의 활동과 NATO STANAG 4671의 개발 및 제정과정을 조사하였다. 최대이륙중량이 5,670kg 이하인 민간 고정익 유인항공기의 기술기준인 KAS Part 23과 150 kg ~ 20,000 kg의 군 고정익 무인항공기기술기준인 STANAG 4671의 비교 및 분석을 수행하여 민간 무인항공기에 대한 감항인증 기술기준(안) KUAS를 제시하였다.
이를 위해서는 무인항공기에 대한 감항인증 기술기준 제정이 필수적이다. 민간 무인항공기 감항인증 기술기준(KUAS : Korean Unmanned aircraft Airworthiness Standard)의 제정을 위해서 NATO에서 사용되고 있는 무인항공기 감항인증 기술기준 STANAG 4671과 국토교통부의 KAS(Korean Airworthiness Standards) Part 23의 비교 및 분석을 수행하였다.
민간 무인항공기에 적용될 수 있는 감항인증 기술기준의 정립을 위해 최대 이륙중량이 5,670 kg인 유인항공기에 적용되고 있는 국토교통부 KAS Part23에 대한 기술기준을 비교 분석하였다^[18].
분석 방법으로는 KAS Part 23에서 민간 무인항공기에 적용될 수 있는 기준을 정립하고, 미적용 되어야 하는 항목은 이에 대한 사유를 분석하고, 수정 후 적용으로 분류된 항목은 STANAG 4671의 기준을 참고하여 무인항공기에 적용될 수 있도록 수정하였다.
이륙중량이 150 ~ 20,000 kg인 NATO의 고정익 무인항공기 기술 기준인 STANAG 4671을 검토하여 민간 무인항공기에 대한 감항인증 기술기준(안) KUAS를 제시하였다.
무인항공기에 유인항공기와 등가의 안전수준을 갖춘 감항인증 기술기준을 적용시키기 위해 NATO FINAS의 활동과 NATO STANAG 4671의 개발 및 제정과정을 조사하였다. 최대이륙중량이 5,670kg 이하인 민간 고정익 유인항공기의 기술기준인 KAS Part 23과 150 kg ~ 20,000 kg의 군 고정익 무인항공기기술기준인 STANAG 4671의 비교 및 분석을 수행하여 민간 무인항공기에 대한 감항인증 기술기준(안) KUAS를 제시하였다. 결과적으로 KUAS는 KAS Part 23에서 84개의 항목을 적용, 185개의 항목을 수정 후 적용하였고, STANAG 4671의 113개 항목을 추가하여 총 382개의 항목으로 구성되었으며, 무인항공기 시스템에서 비행체 관련 기준의 대부분은 KAS Part 23을 수용하고, 명령 및 통제, 데이터 링크 및 무인항공기 통제소는 STANAG 4671을 참고하여 민간 무인항공기 감항인증 기술기준(안)을 제시하였다.

이론/모형

무인항공기 비행교범에는 통제소, 명령 및 조종 데이터 링크, 통신 시스템 및 발진 및 착륙 장치와 같이 비행을 가능하게 하는데 필요한 정보가 무인항공기 시스템의 배치 및 운영 제한사항과 함께 비행교범 특정 세부 절에 수록되어야 한다. 무인항공기 통제소가 두 개 이상의 무인항공기를 운영할 경우 해당 무인항공기 통제소에 의해 안전하게 조종될 수 있는 무인항공기 최대 수량과 무인항공기 이양에 대한 절차가 포함되어야 하며 STANAG-4671기술기준을 적용토록 하였다.
KUAS 무인항공기 통제소는 무인항공기를 원격으로 조종하는 시설 또는 장비로 정의하며, 통제소 환경 전반에 걸친 운영 시험에 의해 설계되어야 하고, 저장, 수송 등의 운영 및 비 운영 환경의 전체 범위를 고려하여 분석되어야 한다. 본 무인항공기 기술기준안은 KAS Part 23에 추가하여 STANAG-4671의 기술기준을 적용토록 하였다. 무인항공기 운용요원 업무 공간에는 자신의 업무를 수행할 수 있어야 하며, 안전한 비행을 방해하는 온도, 습도, 진동, 소음, 열방사 등이 없어야 한다.

성능/효과

KAS Part 23은 총 378개의 항목으로 민간 무인항공기 감항인증 기술기준에 적용되어야 할 기술기준은 84개 항목, 미적용 되어야 할 기술기준은 109개 항목, 수정 후 적용되어야 할 기술기준은 185개 항목으로 분석되었으며, STANAG 4671은 총 399개의 항목으로 민간 무인항공기 감항인증 기술기준에 추가되어야 할 기술 기준은 113개 항목으로 분석되었으며, Fig. 5 및 6과 같이 나타낼 수 있다.
NATO FINAS는 영국, 미국, 독일, 프랑스, 이탈리아 등 11개의 회원국으로 구성되어 있으며, 고정익, 회전익, 중대형, 소형 무인항공기를 포함하는 무인항공기 시스템 전체를 망라하여 이를 수용할 수 있는 무인항공기 기술기준인 STANAG 4671 제정에 돌입하였다. STANAG 4671의 감항인증 기술기준 및 관련된 요구도들을 충족하도록 개발된 무인항공기는 해당 국가 감항당국에 의한 확장된 승인과정 없이 STANAG 4671을 비준하는 모든 NATO 연합국에서 비행이 가능함을 상호 인정하며, 비준 국가들은 자국의 국가 규정 범위 내에서 STANAG 4671을 적용할 것에 동의하였다. 또한 무인항공기의 상호 운영을 증가시키고, 비분리 공역에서의 무인항공기 운영을 촉진시켰으며 산업체의 군요구도 수용을 위한 무인항공기 시스템설계와 군의 비행 승인을 신속하게 받을 수 있는 계기가 되었다.
최대이륙중량이 5,670kg 이하인 민간 고정익 유인항공기의 기술기준인 KAS Part 23과 150 kg ~ 20,000 kg의 군 고정익 무인항공기기술기준인 STANAG 4671의 비교 및 분석을 수행하여 민간 무인항공기에 대한 감항인증 기술기준(안) KUAS를 제시하였다. 결과적으로 KUAS는 KAS Part 23에서 84개의 항목을 적용, 185개의 항목을 수정 후 적용하였고, STANAG 4671의 113개 항목을 추가하여 총 382개의 항목으로 구성되었으며, 무인항공기 시스템에서 비행체 관련 기준의 대부분은 KAS Part 23을 수용하고, 명령 및 통제, 데이터 링크 및 무인항공기 통제소는 STANAG 4671을 참고하여 민간 무인항공기 감항인증 기술기준(안)을 제시하였다. 본 논문은 환경, 기상연구, 탐사의 과학목적 이외의 농업, 어업, 산림 및 국토 관리 등 다양한 용도로 활용되는 무인항공기의 기술기준을 정립하는데 그 목적이 있다.
동일한 제한운동하중계수 3.8을 대입하였을 때 4,118lbs(1,868 kg)의 유인항공기보다 가벼운 무인항공기에 사용된다고 할 수 있으며, 동일한 무게 12,500 lbs(5,670 kg)을 대입한 결과 각각 2.84, 3.30으로 무인항공기의 제한운동하중계수가 유인항공기보다 작게 적용되었음을 알 수 있다. 또한 KUAS의 최대이륙중량인 45,000 lbs(20,000 kg)에는 2.
무인항공기의 상승에서 전 엔진이 작동상태일 때 정상상승구배를 고정 착륙장치를 가진 경우 최소 6.7 %에서 5 %로, 인입식 착륙장치를 가진 경우 최소 4 %에서 2.5 %로 유인항공기 기술기준보다 완화되었으며, 한 엔진이 작동하지 않을 때 정상상승구배는 이륙지면 122 m(400 ft) 고도 이상에서 무인항공기는 2 %로 유인항공기 기준인 압력고도 1,500 m(5,000 ft) 이상의 고도에서 1.5 %보다 강화되어 STANAG-4671기준을 준수하여 설정하였다. 무인항공기의 착륙거리는 착륙면 위로 15 m(50 ft) 고도에서부터 무인항공기기가 착륙 후 완전히 정지하는데 까지 필요한 수평거리로 신청자가 선택한 표준강하 각으로 되어야 한다.

후속연구

무인항공기 기술기준 분석 연구결과는 향후 국내 민간 무인항공기 설계, 제작 및 시험평가에 대한 요구도를 설정하고 유인항공기와의 동등한 비행안전성을 가질 수 있는 감항인증 기술기준 수립에 참조가 될 수 있으며, 에너지 충돌기법과 정량적인 안전성 평가기법은 본 기술기준(안)의 참고자료로 활용할 수 있다.
향후 무인항공기의 중량 및 성능에 따른 분류체계도를 완성하고, 이에 따른 기술기준을 세분화 하는 연구가 필요하며, 이는 무인항공기 시험 인증기를 통해 검증 및 확인할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라의 경우 민간에서는 무인항공기란 무엇인가?	우리나라의 경우 민간에서는 무인항공기를 항공법 제2조 3호에 의해 항공기에 사람이 탑승하지 아니하고 원격, 자동으로 비행할 수 있는 항공기로 정의하고 있으며, 항공법 시행규칙 제14조 6호의 초경량비행장치의 범위 등에 따라 연료의 중량을 제외한 공허 중량(EW : Empty Weight)이 150 kg 이하인 무인비행기 또는 무인회전익 비행 장치를 무인동력비행장치로 구분하고, 공허중량이 150 kg 이상인 무인항공기를 항공법시행규칙 제 3조 2호에 따라 항공기인 동력비행장치로 구분하고 있다[3].
	본 논문에서 무인항공기의 안전운항 및 비행 위험 최소화를 위한 민간 감항인증 기술기준을 연구하게 된 배경은 무엇인가?	국내 민간의 경우 150 kg 이하의 경우 “초경량비행 장치의 비행안전을 확보하기 위한 기술상의 기준”이 있으나 150 kg 초과하는 무인항공기에 대한 감항인증 기술기준이 없어 현재 개발 및 운영되고 있는 무인항공기 및 무인항공기 시스템의 비행 안전성을 확보하기에는 어려움이 있으며, 세계 각국의 감항당국들은 무인항공기에 대한 감항인증 기술기준 제정을 위한 노력을 경주하고 있다. 따라서 본 논문에서는 무인항공기의 안전운항 및 비행 위험 최소화를 위해 민간 감항인증 기술기준을 연구하였다.
	항공법 시행규칙 제14조 6호의 초경량비행장치의 범위 등에 따라 구분한 항공기의 종류에는 무엇이 있는가?	우리나라의 경우 민간에서는 무인항공기를 항공법 제2조 3호에 의해 항공기에 사람이 탑승하지 아니하고 원격, 자동으로 비행할 수 있는 항공기로 정의하고 있으며, 항공법 시행규칙 제14조 6호의 초경량비행장치의 범위 등에 따라 연료의 중량을 제외한 공허 중량(EW : Empty Weight)이 150 kg 이하인 무인비행기 또는 무인회전익 비행 장치를 무인동력비행장치로 구분하고, 공허중량이 150 kg 이상인 무인항공기를 항공법시행규칙 제 3조 2호에 따라 항공기인 동력비행장치로 구분하고 있다[3].

참고문헌 (19)

ICAO, Convention on International Civil Aviation Signed at Chicago, 1944
DoD, Unmanned Aircraft Systems Roadmap 2005-2030, 2005
Ministry of Transportation, Aviation Regulation, Chung Yeon, 2014.
DAPA, Military Aircraft Flight Safety Certification Regulation, DAPA Instruction Number 214, 2013.
Department of Defence, FY 2009-2034 Unmanned System Integrated Roadmap, 2009.
MOT, Unmanned Aircraft's(Drone) Activation Plan for 10 % World Industry Market on 2022, 2014.
Department of Defence, "Unmanned Aircraft Systems (UAS) Airspace Integration, 2014.
Jong-youn Won, UAV Ground Control Station GUI Guidelines : for the Designer, Developer and Operator's Needs, Proceedings of HCI, 2015.
Reg Austin, UNMANNED AIRCRAFT SYSTEMS, 2010.
IRS Global, 확대되는 무인항공기(드론) 기술/시장 전망과 최근 개발동향, 2014.
Hyojung Ahn, "A Study of Civil Unmanned Aerial System Category Classification," J. of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences 43(7), 657-667, 2015.

원문보기 상세보기
House of Commons Library, Overview of Military Drones used by the UK Armed Forces, 2015.
Strategic Concept of Employment for Unmanned Aircraft Systems in NATO, JAPCC, p. 6, 2016.
DAPA, Military Aircraft Standard Airworthiness Certification Criteria Notice 2011-1, 2011.11.
NSA, STANAG 4671 Edition 1: Unmanned Aerial Vehicles Airworthiness Requirements(USAR), 2009.
FAA, "8130.34C - Airworthiness Certification of Unmanned Aircraft Systems and Optionally Piloted Aircraft," 2013.
RTCA, RTCA DO-178C, "Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification," 2011.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, KAS Part 23, "Korean airworthiness Standards; Normal, Utility, Acrobatic, and Commuter Category Airplanes," 2013.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, KAS Part 25, "Korean airworthiness Standars; Transport Category Airplanes," 2013.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증