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문제 정의
- 본 논문에서는 한국형 기동헬기 OBIGGS에서 발생한 경고등 이상 점등현상과 관련하여 이상 점등현상 원인을 파악하여 개선방안을 수립하여 입증결과를 제시하였다.
- 본 연구에서는 한국형 기동헬기 OBIGGS 경고등 관련 결함원인 분석 및 개선방안을 도출하여 품질결함을 최소화 시켰다.
- 항공기 체계상 발생 가능한 위해요소를 구체적으로 식별하기 위하여 APU 및 엔진으로부터 발생된 Bleed Air가 OBIGGS까지 공급되는 경로에 장착된 부품 및 부자재를 검토하였다. 공급경로에는 알루미늄 튜브, 실리콘 커플링, 실런트, 록타이트 등이 이용되며, 장착 위치는 Fig.
제안 방법
- APU를 통한 수분 유입 가능성을 검토하기 위하여 Fig. 11과 같이 항공기 1.8 ㎜/min 강우조건에서 APU를 10분간 가동하여 실제로 Bleed Air Line을 통하여 수분이 유입되는지 시험을 진행하였다. 유입 수분량을 측정하기 위하여 OBIGGS Inlet End Fitting을 분리한 후 수분 수집기(Water Collector)를 장착하였다.
- OBIGGS 필터 내에서 수분을 배출하기 위하여 Bleed Air 방향을 Fig. 15와 같이 필터 바깥쪽에서 안쪽으로 들어가는 것으로 개념을 잡고 Bleed Air가 디플렉터 상부로 올라가면서 수분을 1차 배출하고 디플렉터 사선 홈을 통과하면서 회전을 유발시켜 2차 배출시키는 개선안을 도출하였으나, 필터 아래쪽의 장착면과 필터의 전면적인 설계변경이 필요한 사항으로 일정 및 비용문제로 향후 국산화 시 적용하기로 의사결정 되었다.
- OBIGGS 필터 내에서 수분을 배출하기 위한 다른 방안으로 Fig. 16과 같이 Drain Hole(∅0.2 mm → ∅1.0 mm)을 확장하고 Air Outlet Tube 길이(12.9mm → 55.9 mm)를 변경하고, PRSOV밸브 재질을 Steel에서 CRES로 변경하는 개선안을 수립하였다.
- 9 mm)를 변경하고, PRSOV밸브 재질을 Steel에서 CRES로 변경하는 개선안을 수립하였다. PRSOV 밸브 재질을 변경한 사유는 액체형태의 수분은 Drain Hole 및 Tube 길이 변경으로 제거가 가능하지만, 증기형태의 수분은 개선안으로 제거가 불가능하여 재질을 변경하였다.
- 2과 같이 화학적으로 산소 부화 공기(Oxygen Enriched Air, OEA)와 질소 부화 공기(Nitrogen Enriched Air, NEA)를 생성시키기 때문에 단시간에 비정상 작동을 할 가능성이 존재하지 않는다[5]. 산소농도 경고와 관련된 OBIGGS 부품을 점검하고 경고등 이상 점등현상의 고장탐구를 위하여 분해검사를 실시하기로 하였다.
- 산소센서 제조규격 검토결과 황화합물, Silicone 및 수분이 포함된 환경에서 사용할 경우 고장유발이 될 수 있다는 제조사 규격을 발견하고 관련 입증시험을 실시하였다.
- 위해물질이 포함된 물질을 찾기 위해 품목별 화학성분을 조사했지만, 제조상의 비밀로 공개하지 않아 위해요소 포함 예상물질에 대하여 모사시험을 실시하였다.
- 8 ㎜/min 강우조건에서 APU를 10분간 가동하여 실제로 Bleed Air Line을 통하여 수분이 유입되는지 시험을 진행하였다. 유입 수분량을 측정하기 위하여 OBIGGS Inlet End Fitting을 분리한 후 수분 수집기(Water Collector)를 장착하였다.
- 체계적인 측면에서 Bleed Air와 같이 공급되는 수분을 제거하기 위하여 Fig. 14와 같이 Bleed Air 라인 중간에 벌징 가공을 하여 Drain Hole을 뚫어 유입된 수분이 빠질 수 있는 방안을 수립하였다.
- 최초 수락감사 시에는 양호하였던 산소센서의 반응속도가 항공기 장착 후 왜 늦어지는지 고장탐구가 요구되었기에 항공기 체계 및 OBIGGS차원에서의 산소센서 고장원인을 검토하였다.
- OBIGGS 분해검사에서 발견된 수분은 APU 흡입구에서 유입되어 필터까지 Bleed Air와 함께 흘러들어갔으나 경고등 이상 점등과는 직접적인 관계는 없었다. 하지만 장기적인 측면에서의 고장유발 방지를 위하여 체계 Bleed Air Line을 개선하여 OBIGGS로 유입되는 수분이 최소가 되도록 설계 개선하였다.
성능/효과
- OBIGGS System 장착에 이용되는 부품 및 부자재중 금속을 제외하고는 화학 물질을 파악할 수 없었기 때문에 황 화합물 및 실리콘이 포함될 가능성이 있는 부품 및 부자재를 Table.5와 같이 식별하였으며, Bleed Air Tube 연결용 Coupling, VV-P-236, Braycote 804, 록타이트 등이 위해요소가 포함될 가능성이 존재할 것으로 추정되었다.
- OBIGGS 개발 시 장착위치가 카울링 내부에 있기 때문에 강우 관련 요구도가 없었으나 장착 위치 검토결과 후방 카울링 안쪽으로 비가 올 때 Fig. 8과 같이 카울링과 오일 쿨러 덕트의 틈(약 7 ㎜)으로 빗물이 유입되어 OBIGGS가 젖을 수 있는 것으로 확인되었다.
- OBIGGS 경고등 이상 점등현상은 산소센서의 고장으로 발생한 현상이며, 산소센서의 성능저하는 Braycote 804 Gas에 노출되어 발생된 것으로 확인되었다. OBIGGS 필터내에서 발견된 수분은 방수시험, 우천비행 등에서 APU 흡입구로 유입된 수분이 배출되지 못한 것으로 산소센서의 고장과는 직접 연관이 없는 것으로 확인되었다.
- OBIGGS 분해검사에서 산소센서가 위치한 Control Box 내부에서 수분의 흔적을 발견하지 못하였고 강우조건 및 방수 시험 실시 후 OBIGGS 경고등 이상 점등 현상이 발생되지 않았으므로 수분은 경고등 점등 현상과 관련 없는 것으로 판단되었다. 하지만 수분이 배출되지 못하고 필터 내부에 장기간 고여 있을 경우에는 OBIGGS에 부식 등의 악영향을 끼치므로 개선이 요구되었다.
- OBIGGS 경고등 이상 점등현상은 산소센서의 고장으로 발생한 현상이며, 산소센서의 성능저하는 Braycote 804 Gas에 노출되어 발생된 것으로 확인되었다. OBIGGS 필터내에서 발견된 수분은 방수시험, 우천비행 등에서 APU 흡입구로 유입된 수분이 배출되지 못한 것으로 산소센서의 고장과는 직접 연관이 없는 것으로 확인되었다. 장기적인 측면에서는 산소센서에 악영향이 있을 수 있으므로 개선이 요구되었다.
- OBIGGS가 빗물에 젖더라도 산소센서가 위치한 Control Box는 오링으로 밀봉 처리되어 외부의 빗물이 유입될 수가 없는 구조이며, Fig. 9와 같은 방수시험을 통한 빗물 유입 모사 시험을 수행한 결과 Control Box 안으로 수분이 침투되지 않았으며 또한 작동시험 결과 OBIGGS 정상작동을 확인할 수 있었다.
- 개선 OBIGGS를 수리온 시제기 #3, #4호기에 장착하여 820시간 동안 운용한 결과 경고등 점등 현상이 없었으며, 분해검사 결과 부식이 발생되지 않았음을 확인하였다.
- 결함현상이 발생된 OBIGGS 분해검사 결과 Fig. 3과 같이 Filter 및 장착부에서 다량의 수분이 발견되었으며, 유동흐름을 제어하는 압력조절밸브(Pressure Regulator Shut Off Valve, PRSOV)에서 부식이 발견된 것을 확인할 수 있었다.
- 경고등이 이상 점등된 OBIGGS 분해검사 결과 필터에서 다량의 수분과 PRSOV 밸브에서 부식이 발견되었으며, 산소센서가 정상품보다 느린 반응속도를 보이는 것을 확인하였다.
- 산소센서 제조사(SST Sensing, 영국) Application Note에서 Table 4와 같이 연소성 Gas, 중금속 증기, 할로겐 및 황 화합물, 실리콘 증기 등이 노출된 환경에서 사용할 경우에는 고장유발이 될 수 있다는 경고 문구를 발견하고 OBIGGS 산소센서가 운용되는 환경에 대한 검토가 필요하다는 결론을 얻게 되었다.
- 수분을 제거하기 위한 가장 좋은 방법은 수분이 포함되지 않은 Bleed Air를 공급하는 것이나 보조동력장치의 개조가 필요하여 항공기 체계 또는 OBIGGS 자체 내에서 수분을 배출하는 방법으로 개선방안이 도출되었다.
- APU 흡입구를 통한 수분유입 시험장치를 이용하여 항공기 최대 강우조건하에서 OBIGGS Inlet 부위까지 유입되는 수분을 Table 7과 같이 측정하였다. 시험결과 수분 최대 0.7g이 유입되었으며, Bleed Air 라인을 통한 수분배출이 효과가 미미하다는 것을 확인하였다.
- 우천 비행을 실시할 경우 엔진 흡입구 및 APU 흡입구를 통하여 빗물이 유입되고 빗물이 걸러지지 못할 경우 Fig. 10과 같이 Bleed Air Line을 타고 흐를 수 있는 가능성을 확인하였다.
- 위해요소 포함 예상 물질 4 EA에 대한 산소센서 노출시험 결과 Coupling, VV-P-236, Loctite에 대해서는 산소센서 영향성이 없음을 확인하였으나, Braycote에 주입 시 약 100분에 산소센서가 작동되지 않는 것을 확인할 수 있었다.
- 위해요소 환경 모사시험 결과 Braycote 804 주입 시 100여분 만에 산소센서가 고장난 것을 확인할 수 있었으며, 수분 환경 모사시험 결과 APU 흡입구에서 유입된 수분이 OBIGGS 필터까지 유입된 것을 확인할 수 있었으나, 산소센서가 위치한 Control Box 내부까지는 도달하지 않는 것으로 확인되었다.
- 최대 강우조건에서 APU 작동시험 결과 Table 6과 같이 APU 흡입구를 통한 수분이 OBIGGS Inlet에서 검출되는 것이 확인되었다.
- 항공기에 장착된 OBIGGS에 대하여 최초 기능검사를 수행할 때는 이상이 없었지만, 비행시험 중에 경고등 이상 점등이 발생된 것으로 보아 Braycote에 노출된 산소센서가 점진적으로 기능을 상실한 것으로 추정되었다.
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