[국내논문]회전익항공기 상태감시시스템 임계값 최적화를 통한 비행안전성 확보기술 Flight Safety Assurance Technology for Rotary Aircraft through Optimization of HUMS Vibration Thresholds원문보기
항공기는 비행이라는 특수성에 의해 안전성이 매우 중요하게 고려되어야 하며, 생산단계 뿐 아니라 운용 유지단계에서도 적절한 검사와 정비를 통해 비행안전성을 유지해야 한다. 최근에는 구성품의 건전성 확인과 정비 필요성 판단을 인적요소에 의존하지 않고 공학적 접근법에 의한 최신 기술이 사용되고 있으며, 국내에서 생산하는 회전익기에도 주요 구성품의 진동측정/감시 시스템인 health & usage monitoring system이 적용되어 운용 중에 있다. 그러나 진동 임계값이 부적절하여 생산 및 운용 간 지속적인 임계값 초과현상이 발생하였으며, 이는 실제 정비가 필요한 경우가 아닌 오경보로 판명되었다. 본 논문에서는 HUMS의 운용개념을 기술하고, 특히 제한된 여건에서 효율적으로 정비 필요성을 판단하기 위한 HUMS 임계값 최적화와 재설정된 임계값의 초과현상 발생시 조치해야하는 검사 및 정비행위를 정립하여 운용유지의 효율성과 궁극적으로 항공기 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 연구를 수행하였다.
항공기는 비행이라는 특수성에 의해 안전성이 매우 중요하게 고려되어야 하며, 생산단계 뿐 아니라 운용 유지단계에서도 적절한 검사와 정비를 통해 비행안전성을 유지해야 한다. 최근에는 구성품의 건전성 확인과 정비 필요성 판단을 인적요소에 의존하지 않고 공학적 접근법에 의한 최신 기술이 사용되고 있으며, 국내에서 생산하는 회전익기에도 주요 구성품의 진동측정/감시 시스템인 health & usage monitoring system이 적용되어 운용 중에 있다. 그러나 진동 임계값이 부적절하여 생산 및 운용 간 지속적인 임계값 초과현상이 발생하였으며, 이는 실제 정비가 필요한 경우가 아닌 오경보로 판명되었다. 본 논문에서는 HUMS의 운용개념을 기술하고, 특히 제한된 여건에서 효율적으로 정비 필요성을 판단하기 위한 HUMS 임계값 최적화와 재설정된 임계값의 초과현상 발생시 조치해야하는 검사 및 정비행위를 정립하여 운용유지의 효율성과 궁극적으로 항공기 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 연구를 수행하였다.
The aircraft has to be considered for safety very importantly because of peculiarity of flight in the air, so it should be retained through proper inspection and maintenance not only in production phase but also in operating phase. Recently, it is using the latest technology as engineering approach ...
The aircraft has to be considered for safety very importantly because of peculiarity of flight in the air, so it should be retained through proper inspection and maintenance not only in production phase but also in operating phase. Recently, it is using the latest technology as engineering approach not depending on human factor to determine on maintenance needs, and domestic production rotary aircraft also has the health & usage monitoring system to measure and to monitor major components. However, continued vibration exceedance phenomenon occurred in production and operation phase because of inappropriate thresholds, and it confirmed as false alarm which is not necessary to repair. In this paper, it is described that operational concept of HUMS, and especially it contains a study result for efficiency of aircraft operation and ultimately the improvement of flight safety by optimizing HUMS thresholds to determine efficiently necessity of maintenance under limited conditions and by establishing inspection/maintenance procedures when the re-designated thresholds exceedance occurred.
The aircraft has to be considered for safety very importantly because of peculiarity of flight in the air, so it should be retained through proper inspection and maintenance not only in production phase but also in operating phase. Recently, it is using the latest technology as engineering approach not depending on human factor to determine on maintenance needs, and domestic production rotary aircraft also has the health & usage monitoring system to measure and to monitor major components. However, continued vibration exceedance phenomenon occurred in production and operation phase because of inappropriate thresholds, and it confirmed as false alarm which is not necessary to repair. In this paper, it is described that operational concept of HUMS, and especially it contains a study result for efficiency of aircraft operation and ultimately the improvement of flight safety by optimizing HUMS thresholds to determine efficiently necessity of maintenance under limited conditions and by establishing inspection/maintenance procedures when the re-designated thresholds exceedance occurred.
본 논문에서는 적기에 수행하는 정비유지를 통해 비행안전성을 확보하기 위한 시스템인 HUMS의 운용개념을 기술하고, 특히 제한된 여건에서 효율적으로 정비 필요성을 판단하기 위한 HUMS 임계값 최적화와 재설정된 임계값의 초과현상 발생 시 조치해야하는 검사 및 정비행위를 정립하여 운용유지의 효율성과 궁극적으로 항공기 신뢰성을 향상시키기 위한 연구결과를 기술하였다.
가설 설정
특히 HUMS가 수집한 데이터 중 일시적으로 임계값을 초과하는 데이터를 제거하기 위해서는 수많은 데이터의 축적을 통해 획득해야 하는 통계적 기법이 핵심 노하우이며, 이는 모든기술 집단에서 기본적으로 비공개를 원칙으로 한다. 따라서 본 연구에서는 HUMS 임계값 최적화를 위해 사용할 데이터와 일시적으로 초과하는 비정상 진동 측정값으로서 제외할 데이터의 판별을 위해 해외 선진사의 기술지원으로 확보한 그림 1의 ‘이상점 필터 (outlier filter)’가 적절하다는 것을 전제하며, 이에 대한 타당성 분석은 제외한다. 다만, 임계값의 오경보를 줄이기 위한 기술과 연구는 항공기 기종별 특성에 맞도록 수행해야 하며, 따라서 본 연구에서는 이 부분에 집중하여 보다 효과적인 임계값 설정을위한 방법을 실제 사례 기반으로 기술한다.
제안 방법
본 논문에서는 현재 운용중인 한국형 HUMS의 제한사항을 고찰하고, 해외사례의 조사결과와 2년 6개월간의 데이터 획득 및 분석을 통해 HUMS를 이용한 정비판단 필수요소인 임계값의 최적화를 통해 474개의 임계값 중 207개의 재설정을 수행하였다. 또한 특정 유형의 진동값 초과현상이 측정되었을 때 수행해야 하는 검사, 조치행위를 수립하여 운용자 기술교범에 반영함으로써 보다 효율적인 정비를 가능케 하고 궁극적으로 적기 정비성을 향상시켜 비행안전성을 확보하는 한국형 HUMS 운용개념과 절차를 정립하였다.
대상 데이터
표 4는 ‘13년 5월부터 ‘15년 11월까지 약 2년 6개월간 총 35대의 항공기에 대해 13,371 비행시간 동안의 진동데이터를 추가로 확보하여 HUMS가 감시하는 항공기 구성품에 따라 설정되어 있는 CI 임계값을 최적화한 최종 결과이다. 기존 임계값에서 새로 설정이 필요한 임계값의 비중이 약 44%로 도출되었으며, 이는 임계값 개수 측면뿐 아니라 각각 임계값의 부적절성이 내포한 구성품 정비 비효율성과 비행안전 영향성을 고려할 때 항공기 신뢰성 향상으로까지 파급효과가 미친다고 판단할 수 있다.
성능/효과
표 4는 ‘13년 5월부터 ‘15년 11월까지 약 2년 6개월간 총 35대의 항공기에 대해 13,371 비행시간 동안의 진동데이터를 추가로 확보하여 HUMS가 감시하는 항공기 구성품에 따라 설정되어 있는 CI 임계값을 최적화한 최종 결과이다. 기존 임계값에서 새로 설정이 필요한 임계값의 비중이 약 44%로 도출되었으며, 이는 임계값 개수 측면뿐 아니라 각각 임계값의 부적절성이 내포한 구성품 정비 비효율성과 비행안전 영향성을 고려할 때 항공기 신뢰성 향상으로까지 파급효과가 미친다고 판단할 수 있다. 특히 많은 유성기어로 구성된 주기어박스(MGB; main gear box)의 경우 실제 오경보가 자주 발생한 품목으로 임계값 최적화가 더욱 의미를 갖는다.
그림 9은 한국형 HUMS 임계값 최적화 이후 초과사항 발생 시 조치방안으로서 재설정 임계값 기준으로 양산 항공기 초과사항 발생여부 등 분석결과와 실제 구성품 건전성 확인 결과를 기반으로 해외사례를 접목하여 정립한 사용자 기술교범이다. 정비 효율성의 극대화를 위해 임계값 초과 후 3개 데이터 이상을 확인하여 변화추세를 검토하고, 유형별 조치방안을 수립하였으며 운용자 기술교범에 반영하는 것으로 결정되었다.
후속연구
본 논문에서의 사례와 같이 타 계통 및 장비를 감시하며 건전성을 확인하고 통계적 임계값을 통해 정비 필요성을 판단하는 시스템의 최적화 연구는 현재 국내에서 생산중인 한국형기동헬기와 파생형헬기, 소형무장헬기 뿐 아니라 기계적 진동이 발생하는 여러 산업분야의 효율적인 운용유지 전략을 수립하는데 큰 도움이 될 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
항공기 비행안전을 확보하는 방법은 무엇인가?
이는 비단 민간분야 뿐 아니라 국방 무기체계에서도 동일하며, 전 세계적으로도 항공기의 비행안전성을 확보하기 위한 기술과 절차의 개발은 매우 중요한 사안이다. 일반적으로 항공기 비행안전을 확보하는 방법으로는 그림 1과 같이 『항공법』, 『군용항공기 비행안전성 인증에 관한 법률』 등 감항성(airworthiness)에 관한 법률에 따라 설계․제작되고 정해진 성능시험을 통과하는 1차적인 방법과 수리, 교체 등 정비유지 행위를 통해 확보되는 2차적 방법이 존재한다[1].
항공기의 안전이 강조되는 이유는 무엇인가?
항공기는 다른 탑승 장비와 다르게 공중을 비행한다는 특성으로 인하여 안전이 매우 강조된다. 이는 비단 민간분야 뿐 아니라 국방 무기체계에서도 동일하며, 전 세계적으로도 항공기의 비행안전성을 확보하기 위한 기술과 절차의 개발은 매우 중요한 사안이다.
HUMS의 운용목적은 무엇인가?
HUMS (health & usage monitoring system)는 그 명칭에서도 유추할 수 있듯이 항공기에 장착되는 각 센서 (가속도계, 회전속도계 등) 및 기타 체계장비로부터 운용 데이터를 획득하여 항공기 운용상태 및 엔진, 트랜스미션, 로터 등 주요 구성품의 작동상태를 감시 및 기록하는 시스템이다. 개략적인 장착 목적은 그림 2와 같으며, 궁극적으로 항공기 건전성 및 신뢰성 증가를 위해 로터, 엔진 및 동력전달계통 등 주요 구성품의 상태진단 및 고장예측, 그리고 예측자료의 활용을 통한 항공기 가동률 향상 및 운용유지비 절감과 비행안전성 확보에 중점을 두고 있다.
참고문헌 (7)
I. Y. Jung, "An analysis of safety management in aircraft maintenance and its improvement," Degree of Master dissertation, Korea National University of Transportation, Chungju, Korea, 2015.
S. H. Park, "A study on speeder design based on planetary gear train," Degree of Master dissertation, Sejong University, Seoul, Korea, 2013.
P. Ky, Annual Safety Review, European Aviation Safety Agency, 2016
Aviation Information Portal System. Yearly status of air accidents [Internet]. Available : http://www.airportal.go.kr/life/accident/stat/status.jsp
Gh. Buzdugan, E. Mihailescu and M. Rades, Vibration measurement, 2010 ed. Netherlands, Springer, 2010
AMCOM, ADS-79-HDBK rev. D, Aeronautical design standard : handbook for condition based maintenance systems for US army aircraft systems, US Army Aviation and Missile Research, Development and Engineering Center, 2013
Korean Helicopter Program Group, Quality Assurance Requirement of HGS, QARA81537302, DAPA, 2013.
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