ECU 응답특성 분석을 통한 T-50 계열 항공기 보조동력장치 자동 꺼짐 개선에 관한 연구 A study on the improvement of Auxiliary Power Unit auto-shutdown of T-50 series aircraft based on analysis of ECU response characteristics원문보기
T-50 계열 항공기는 비행 전 지상에서 비상동력계통 작동 점검을 위해 보조동력장치 GEN TEST를 수행하게 된다. 만일 GEN TEST 수행 중 비상동력계통에 전원이 정상적으로 공급되지 않을 경우 ECU의 응답 신호를 통해 보조동력장치가 자동으로 꺼지는 현상이 발생하게 되며, 지상에서 비상동력계통 작동 점검이 정상적으로 이루어지지 않을 경우 더 이상 비행을 할 수 없기 때문에 해당 결함은 항공기 가동률 저하에 큰 원인이 된다. ECU에서 식별된 결함코드는 인버터 결함으로 판별되었으나 인버터 교체 이후에도 동일한 결함이 지속적으로 반복되었다. 본 논문은 인버터가 특정 시간 안에 전압을 생성시키지 못 할 경우 ECU에서는 결함으로 식별되는 것이 확인되었으며, 보조/비상동력계통의, BSG, ESC, 및 ECU의 응답특성을 분석하여 개선된 방법을 제시한다. 또한, 개선된 방법에 대한 검증을 통해 비상동력계통 출력 요구시간 범위 안에 인버터 출력이 정상적으로 생성되는 것을 확인하였으며, 이를 통해 비행전 지상에서 GEN TEST 수행 시 보조동력장치 자동 꺼짐 현상을 효과적으로 예방 할 수 있음을 확인 하였다.
T-50 계열 항공기는 비행 전 지상에서 비상동력계통 작동 점검을 위해 보조동력장치 GEN TEST를 수행하게 된다. 만일 GEN TEST 수행 중 비상동력계통에 전원이 정상적으로 공급되지 않을 경우 ECU의 응답 신호를 통해 보조동력장치가 자동으로 꺼지는 현상이 발생하게 되며, 지상에서 비상동력계통 작동 점검이 정상적으로 이루어지지 않을 경우 더 이상 비행을 할 수 없기 때문에 해당 결함은 항공기 가동률 저하에 큰 원인이 된다. ECU에서 식별된 결함코드는 인버터 결함으로 판별되었으나 인버터 교체 이후에도 동일한 결함이 지속적으로 반복되었다. 본 논문은 인버터가 특정 시간 안에 전압을 생성시키지 못 할 경우 ECU에서는 결함으로 식별되는 것이 확인되었으며, 보조/비상동력계통의, BSG, ESC, 및 ECU의 응답특성을 분석하여 개선된 방법을 제시한다. 또한, 개선된 방법에 대한 검증을 통해 비상동력계통 출력 요구시간 범위 안에 인버터 출력이 정상적으로 생성되는 것을 확인하였으며, 이를 통해 비행전 지상에서 GEN TEST 수행 시 보조동력장치 자동 꺼짐 현상을 효과적으로 예방 할 수 있음을 확인 하였다.
A GEN TEST of the auxiliary power unit of a T-50 series aircraft is performed as part of the operational test of its emergency power system on the ground before flight. At this time, the auxiliary power unit should be automatically turned off via the response signal of the ECU when power is not norm...
A GEN TEST of the auxiliary power unit of a T-50 series aircraft is performed as part of the operational test of its emergency power system on the ground before flight. At this time, the auxiliary power unit should be automatically turned off via the response signal of the ECU when power is not normally supplied to the emergency power system. If the correct operation of the emergency power system cannot be confirmed on the ground, it is not possible to proceed with the flight. This kind of defect is a major factor causing the operation rate of the aircraft to be decreased. The defect code identified by the ECU was confirmed as a defect in the inverter. However, the same defect was found after replacing the inverter. This report presents an improved method of identifying the cause of the defect by analyzing the response characteristics of the ECU and emergency power system and allows the ECU to be recognized as the cause of the defect if the inverter does not generate a voltage within a certain time. Also, the application of the improved method confirmed that it can satisfy the output request time of the emergency power system and effectively prevent the auto-shutdown of the auxiliary power unit.
A GEN TEST of the auxiliary power unit of a T-50 series aircraft is performed as part of the operational test of its emergency power system on the ground before flight. At this time, the auxiliary power unit should be automatically turned off via the response signal of the ECU when power is not normally supplied to the emergency power system. If the correct operation of the emergency power system cannot be confirmed on the ground, it is not possible to proceed with the flight. This kind of defect is a major factor causing the operation rate of the aircraft to be decreased. The defect code identified by the ECU was confirmed as a defect in the inverter. However, the same defect was found after replacing the inverter. This report presents an improved method of identifying the cause of the defect by analyzing the response characteristics of the ECU and emergency power system and allows the ECU to be recognized as the cause of the defect if the inverter does not generate a voltage within a certain time. Also, the application of the improved method confirmed that it can satisfy the output request time of the emergency power system and effectively prevent the auto-shutdown of the auxiliary power unit.
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문제 정의
[1-3] 보조동력장치는 지상에서 주 엔진 시동 전 작동하며, 비행 중 비상상황 발생 시 전원공급이 원활하게 공급될 수 있는지 확인하기 위해 지상에서 Gen-Test를 수행하게 된다. Gen-Test의 주 목적은 항공기 비상 유압 생성을 위한 전기모터펌프 작동 여부 확인과, 인버터 출력 전원이 정상적으로 공급 되는지 확인하기 위해 수행된다.[4] 그러나 지상에서 Gen-Test가 비정상적으로 수행 될 경우 시험 도중 보조동력장치가 자동으로 꺼지는 현상이 발생하게 되며, 더 이상 전원 공급을 할 수 없는 상태가 된다.
본 논문에서는 보조동력장치 자동 꺼짐 현상을 개선하기 위해 비상동력계통 ECU의 응답특성을 분석하여 개선안을 제시하였다. ECU의 결함코드는 인버터 결함으로 식별되었으나 실제 인버터 단위품목에는 특별한 이상이 없었다.
본 논문은 항공기 보조동력장치 자동 꺼짐 현상에 대한 문제점을 해결하기 위해 보조/비상 동력계통의 전자 제어장치인 ECU(Electronic Control Unit, 이하 ECU)의 응답특성을 분석하여, 보조동력장치 자동 꺼짐 현상에 대한 원인분석과 이에 대한 개선사항을 제시하였으며, 검증을 통해 개선 사항을 확인하였다.
제안 방법
그러나 동일한 결함 현상이 지속적으로 발생되었으며, 결함코드 시현 시 적용된 인버터에 대해 Bench Test를 수행한 결과 인버터에서는 결함 현상이 발생되지 않았다. (Bench Test 결과는 2.3.1 항목 참조) 이에 따라 항공기 보조동력장치 자동 꺼짐 현상에 대해 인버터 이외에 다른 요소들이 존재할 것으로 추정되었으며, 원인분석을 위한 고장탐구 방법을 수립하고, 이를 통해 획득한 데이터를 분석하였다.
보조동력계통은 엔진 시동과 모터링 기능을 수행하며 엔진 시동 후에는 환경제어계통 작동에 필요한 압축공기를 제공한다. 또한, 항공기 지상정비 수행이 가능하도록 자체 동력으로 전기, 유압 및 환경제어계통을 구동한다. 비상동력계통은 발전기, 유압 계통의 주 펌프가 고장 나거나 엔진 동력 손실이 발생했을 경우 항공기 비상제어 유지를 위한 전기, 공압, 유압동력을 동시에 공급하여 항공기가 최소한의 비행 상태를 유지할 수 있도록 하는 자체 내장형 에너지 계통이다.
먼저 보조동력장치에 영향을 줄 수 있는 요소로 인버터, ECU, ESC(Electronic Start Controller, 이하 ESC) BSG(Brushless Starter/Generator, 이하 BSG), 배선상태(Wire Statements)로 크게 5가지로 분류하였다. 위와 같이 분류된 요소는 각각 결함 발생 시 보조동력장치 자동 꺼짐 현상을 야기 시킬 수 있는 요소로 추정되었다.
보조동력장치 자동 꺼짐 현상 발생 시 인버터 결함코드 시현이 식별되었기 때문에 먼저 인버터에 대해 분석하였다. 인버터는 ESC에서 나온 직류 전원을 교류전원으로 바꾸어 비상계통에 전원을 공급 하는 장치로 점검 항목은 외관형상 19가지 항목과 기능점점 8가지 항목을 수행하였으며, 점검 결과 Table 1, 2와 같이 문제점이 없는 것을 확인 할 수 있다.
보조동록장치 자동 꺼짐 현상에 대한 개선사항을 ECU 응답시간조절을 통해 해결 하였다. ECU 응답시간 조절 시 요구 되는 사항은 다음과 같다.
원인 분석 결과 기존 ECU의 응답특성은 비상계통 작동한 후 인버터 출력이 약 2초 이내에 생성되지 않을 경우 ECU에 결함코드를 생성하여 보조동력장치가 자동으로 꺼지는 현상이 발생된 것을 확인하였다. 이를 해결하기 위해 ECU의 응답시간을 지연시켜 비상동력계통 시간 내에 인버터 출력이 정상적으로 생성될 경우 결함코드가 시현되지 않도록 제시하였다. 제안된 방식은 비상동력계통 작동 후 인버터 출력이 생성되기까지 약 2.
인버터 결함 코드 시현은 ECU를 통해 식별되며 코드 시현 시 보조동력장치에 신호를 전달하여 보조동력장치가 자동으로 꺼지도록 명령한다. 이에 따라 결함코드가 시현 될 경우와 결함 코드가 시현되지 않을 경우에 따른 ECU의 응답특성을 분석하였다. Fig.
인버터 입력 전압에 따른 보조동력장치 자동 꺼짐 현상에 대한 영향성을 확인하기 위해 BSG 출력 단자와 ESC 출력 단자에 계측 장비를 연결하여 BSG 출력과 ESC 출력에 따른 인버터 입력 전압과 출력 시간을 측정하였으며, 측정방법은 Fig 3과 같다. 측정 결과는 Fig.
해당 결함에 대한 근본적인 원인분석을 위해 보조동력장치 자동 꺼짐 현상에 영향을 줄 수 있는 요소들을 보조/비상동력계통 구성도(Fig. 1 참조)를 통해 분석하였다.
이론/모형
위와 같이 분류된 요소는 각각 결함 발생 시 보조동력장치 자동 꺼짐 현상을 야기 시킬 수 있는 요소로 추정되었다. 또한, 각 요소별로 구체적인 원인을 분리시키기 위해 Fault Tree Analysis [10]를 이용하였다. Fig.
성능/효과
먼저 ECU 응답시간 조절은 비상동력계통 출력 요구 시간을 만족시키는 범위 안에서 이루어져야 하며, 인버터 출력 미생성시 동일하게 결함코드를 시현하여 보조동력장치가 자동으로 꺼질 수 있도록 해야 한다. ECU 응답시간분석을 통해 인버터 출력이 약 2초 이내에 생성되지 않을 경우 결함코드를 시현 하는 것을 확인하였다. 따라서 비상동력계통 출력 요구시간을 만족하면서 인버터 작동시간 내에 결함코드를 시현하지 않도록 결함 탐지 시간을 아래와 같이 제시하였다.
8초가 소요되는 것을 실험을 통해 확인되었다. 그러나 ECU 응답특성을 분석한 결과 비상동력계통이 작동하고 인버터가 약 2초 이내에 출력을 생성하지 않을 경우 결함코드를 시현하여 보조동력장치를 자동으로 꺼지는 현상이 발생된 것으로 확인되었다.
‘인버터 작동 실패’ 결함 발생 시 고장탐구 절차에 따라 인버터를 교체하게 되어 있으며, 절차에 따라 단순하게 인버터를 교체 하였다. 그러나 동일한 결함 현상이 지속적으로 발생되었으며, 결함코드 시현 시 적용된 인버터에 대해 Bench Test를 수행한 결과 인버터에서는 결함 현상이 발생되지 않았다. (Bench Test 결과는 2.
5초 이내에 출력을 생성한다. 따라서 인버터는 ESC를 통해 다소 높은 전압이 입력 될 경우 시스템 보호를 위해 잠시 작동을 멈추고 있다가, EHP에 부하가 걸리기 시작하여 입력전압이 낮아지면 출력을 생성하는 특성을 가지고 있으며, 비상동력계통이 작동하여 EHP에 부하가 걸리고 인버터가 출력을 생성하기까지는 최대 2.8초가 소요되는 것을 실험을 통해 확인되었다. 그러나 ECU 응답특성을 분석한 결과 비상동력계통이 작동하고 인버터가 약 2초 이내에 출력을 생성하지 않을 경우 결함코드를 시현하여 보조동력장치를 자동으로 꺼지는 현상이 발생된 것으로 확인되었다.
따라서 ECU 응답시간을 1초 지연시켜 비상동력계통 출력 요구시간을 충족시키는 동시에 ECU 결함코드 시현으로 인한 보조동력장치 자동 꺼짐 현상을 개선할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, ESC 출력과 BSG(APU GEN Signal) 출력은 약 2초 이후 안정화가 되기 때문에 ESC나 BSG와 같은 다른 시스템에도 영향이 없는 것을 확인할 수 있으며,이를 통해 실제 결함이 발생하지 않음에도 결함코드 시현으로 비행이 중단되는 것을 예방할 수 있어 기존의 방법보다 효율적인 방식이다.
또한, 결함코드 시현 구간을 살펴보면 인버터 출력 시간이 약 1.6초가 지나는 구간에서 결함코드가 시현된 것을 확일 할 수 있었으며, ESC를 통해 나온 출력 전압 값이 높을 경우 인버터 출력 시간이 점차적으로 지연되는 것을 그래프를 통해 확인되었다.(Fig.
8초 이후에 발생한 것을 확인 할 수 있다. 또한, 비상동력계통 작동 후 인버터 출력이 2초 이내에 작동되지 않을 경우 ECU에서 결함코드를 시현 시키는 것을 확인 할 수 있었다. 그러나 비상동력계통을 작동 한 후 EHP(Electronic Hydraulic Pump, 전기유압펌프) Controller가 작동을 시작하면 시스템 전압이 340VDC 이하로 강하되며 이 시점부터 인버터가 정상 작동을 시작하여 약 1.
본 결함은 지상에서 Gen-Test 수행 시 보조동력장치가 자동으로 꺼지는 현상으로, ECU를 통해 결함코드를 식별한 결과 인버터 작동 실패로 확인되었다. ‘인버터 작동 실패’ 결함 발생 시 고장탐구 절차에 따라 인버터를 교체하게 되어 있으며, 절차에 따라 단순하게 인버터를 교체 하였다.
ECU의 결함코드는 인버터 결함으로 식별되었으나 실제 인버터 단위품목에는 특별한 이상이 없었다. 원인 분석 결과 기존 ECU의 응답특성은 비상계통 작동한 후 인버터 출력이 약 2초 이내에 생성되지 않을 경우 ECU에 결함코드를 생성하여 보조동력장치가 자동으로 꺼지는 현상이 발생된 것을 확인하였다. 이를 해결하기 위해 ECU의 응답시간을 지연시켜 비상동력계통 시간 내에 인버터 출력이 정상적으로 생성될 경우 결함코드가 시현되지 않도록 제시하였다.
이를 해결하기 위해 ECU의 응답시간을 지연시켜 비상동력계통 시간 내에 인버터 출력이 정상적으로 생성될 경우 결함코드가 시현되지 않도록 제시하였다. 제안된 방식은 비상동력계통 작동 후 인버터 출력이 생성되기까지 약 2.8초 이내에 시스템이 정상적으로 작동 하는 것을 확인하였으며, 이를 통해 비상동력계통 출력 요구 시간을 만족하면서, 보조동력장치 자동 꺼짐 현상을 효과적으로 예방 할 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 도출된 결과는 향후 원제작사의 소프트웨어 개선 후 T-50 계열 항공기에 적용될 예정이다.
후속연구
그러나 ECU의 결함코드 응답시간은 약 2초부터 시현되어 3초 이내에 모든 시스템이 정상적으로 작동하였음에도 불구하고 결함코드를 시현하는 것을 확인 할 수 있다. 따라서 ECU 응답시간을 1초 지연시켜 비상동력계통 출력 요구시간을 충족시키는 동시에 ECU 결함코드 시현으로 인한 보조동력장치 자동 꺼짐 현상을 개선할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, ESC 출력과 BSG(APU GEN Signal) 출력은 약 2초 이후 안정화가 되기 때문에 ESC나 BSG와 같은 다른 시스템에도 영향이 없는 것을 확인할 수 있으며,이를 통해 실제 결함이 발생하지 않음에도 결함코드 시현으로 비행이 중단되는 것을 예방할 수 있어 기존의 방법보다 효율적인 방식이다.
8초 이내에 시스템이 정상적으로 작동 하는 것을 확인하였으며, 이를 통해 비상동력계통 출력 요구 시간을 만족하면서, 보조동력장치 자동 꺼짐 현상을 효과적으로 예방 할 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 도출된 결과는 향후 원제작사의 소프트웨어 개선 후 T-50 계열 항공기에 적용될 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
비상동력계통 ECU의 응답특성을 분석결과 문제되었던 것은?
ECU의 결함코드는 인버터 결함으로 식별되었으나 실제 인버터 단위품목에는 특별한 이상이 없었다. 원인 분석 결과 기존 ECU의 응답특성은 비상계통 작동한 후 인버터 출력이 약 2초 이내에 생성되지 않을 경우 ECU에 결함코드를 생성하여 보조동력장치가 자동으로 꺼지는 현상이 발생된 것을 확인하였다. 이를 해결하기 위해 ECU의 응답시간을 지연시켜 비상동력계통 시간 내에 인버터 출력이 정상적으로 생성될 경우 결함코드가 시현되지 않도록 제시하였다.
보조동력장치는 무엇인가
T-50 계열 항공기 보조동력장치는 주 엔진을 작동시키거나, 지상 대기시 전원이나 공압과 같은 에너지를 공급한다.[1-3] 보조동력장치는 지상에서 주 엔진 시동 전 작동하며, 비행 중 비상상황 발생 시 전원공급이 원활하게 공급될 수 있는지 확인하기 위해 지상에서 Gen-Test를 수행하게 된다. Gen-Test의 주 목적은 항공기 비상 유압 생성을 위한 전기모터펌프 작동 여부 확인과, 인버터 출력 전원이 정상적으로 공급 되는지 확인하기 위해 수행된다.
Gen-Test의 목적은?
[1-3] 보조동력장치는 지상에서 주 엔진 시동 전 작동하며, 비행 중 비상상황 발생 시 전원공급이 원활하게 공급될 수 있는지 확인하기 위해 지상에서 Gen-Test를 수행하게 된다. Gen-Test의 주 목적은 항공기 비상 유압 생성을 위한 전기모터펌프 작동 여부 확인과, 인버터 출력 전원이 정상적으로 공급 되는지 확인하기 위해 수행된다.[4] 그러나 지상에서 Gen-Test가 비정상적으로 수행 될 경우 시험 도중 보조동력장치가 자동으로 꺼지는 현상이 발생하게 되며, 더 이상 전원 공급을 할 수 없는 상태가 된다.
참고문헌 (10)
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