[논문]무인항공기 운용 환경조건 시험절차 수립

윤상욱

doi:10.20910/jase.2019.13.3.87

무인항공기 운용 환경조건 시험절차 수립
A Study on the Establishment of Environmental Test Procedures for the UAV 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.13 no.3, 2019년, pp.87 - 94

윤상욱 (국방과학연구소 제7기술연구본부)

초록
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본 논문에서는 무인항공기가 수명주기 동안 노출될 수 있는 운용 환경조건 입증을 위한 시험절차를 제안한다. 시험절차는 국방과학연구소 초대형 기후환경 챔버에서 시스템 요구조건을 입증할 수 있도록 수립되었다. 다양한 환경조건 중 비행체 단위에서 요구받는 강우, 습도 및 온도(저온 저장, 저온 운용, 고온 운용 및 일광(고온 저장)) 환경조건에 대하여 MIL-STD-810G w/Change 1을 기반으로 수립된 시험단계와 상세 프로파일에 대해 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we test procedures to demonstrate operating environmental conditions that can be exposed to UAV during its life-cycle are proposed. They are set up to be used in a large-sized climate chamber, one of the facilities of the Agency for Defense Development corresponding with the system requirements. The test steps and profile details were more specifically suggested for rainfall, humidity, and temperature (low-temperature storage and operation, high-temperature operation and solar radiation), and MIL-STD-810G w/Change-1-based.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1 Environmental Test Capabilities
그림 Fig. 1 Rain Test Profile
그림 Fig. 2 Humidity Test Profile
그림 Fig. 3 Low Temperature Storage Test Profile
그림 Fig. 4 Low Temperature Operation Test Profile
그림 Fig. 5 High Temperature Operation Test Profile
그림 Fig. 6 Solar Radiation Test Profile

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 개발단계의 무인항공기가 주요 시험 평가에 앞서 입증을 요구받는 운용 환경조건 별 시험 절차를 제안하였다. 환경시험과 관련하여 기존에 많은 연구가 있었으나 공개된 자료는 MIL-STD-810 환경 기준의 해당 장절만을 제시하는 수준이며, 실제 환경 시험을 수행하기 위한 참고문헌으로 활용하기에는 부족함이 있었다.
본 논문에서는 무인항공기 개발단계에서 혹한기/혹서기 등의 주요 시험평가에 앞서 국방과학연구소 초대형 기후환경 챔버에서 입증할 수 있는 비행체 단위의 운용 환경조건 시험절차를 제안한다. 본 논문에서 제안하는 시험절차는 MIL-STD-810G w/Change 1을 기반으로 수립되었으며, 비행체 단위의 개발품을 시험으로 입증할 수 있는 각 환경조건(강우, 습도, 온도(저온 저장, 저온 운용, 고온 운용 및 일광(고온 저장))별 시험단계 및 상세 프로파일을 제시하고자 한다.
환경시험과 관련하여 기존에 많은 연구가 있었으나 공개된 자료는 MIL-STD-810 환경 기준의 해당 장절만을 제시하는 수준이며, 실제 환경 시험을 수행하기 위한 참고문헌으로 활용하기에는 부족함이 있었다. 이에, 본 논문에서는 MIL-STD-810의 다양한 시험절차 중 무인항공기 운용 환경시험에 적합한 장절을 선정 후 국방과학연구소 초대형 기후환경 챔버에서 실제 시험을 수행할 수 있도록 환경기준의 개략적인 시험 프로파일 및 절차를 보완하여 상세 시험 프로파일과 세부시험절차를 제안하였다.

제안 방법

고온 다습 10주기 시험은 자연 기상 조건의 온도-습도 효과를 단시간에 확인하기 위한 가속시험이다. 5주기 및 10주기에 운용시험을 수행하여 형상 및 성능 상태를 확인한다. 10주기 시험 완료 후 상온으로 복귀하기 전 비행체에 대한 온도 및 습도 충격을 완화하기 위해 24시간 이내에서 +23±3 ℃, 50±5% RH 조건을 유지하는 Conditioning Cycle에 비행체를 노출시킨다.
7주기 시험이 완료되면 챔버 온도를 상온으로 하강시키며, 안정화 시간을 포함하여 총 4시간이 경과하면 Baseline Test(II)를 수행한다. Baseline Test(II)는 일광(고온 저장) 7주기 후 비행체의 작동여부를 확인하는 시험으로서, 시험 절차는 Baseline Test(I)과 같다.
Baseline Test(I) 조건은 온도 +25±10 ℃이며, 시험 전 비행체 외부상태, 연료 누유 및 엔진 오일/냉각수 누유에 대한 육안 점검을 수행한다.
Baseline Test(II)는 저온 운용시험 수행 후 비행체 각 구성품의 형상과 기능/성능 상태를 측정하기 위하여 수행된다. Baseline Test(I)과 Baseline Test(II)의 결과를 비교함으로써 비행체 저온 운용 온도에 대한 영향성(성능 저하 및 형상변화)을 확인한다.
Baseline Test(II)는 저온 저장점검 수행 후 비행체 각 구성품의 형상과 기능/성능 상태를 측정하기 위하여 수행된다. Baseline Test(I)과 Baseline Test(II)의 결과를 비교함으로써 비행체 저온 저장 온도에 대한 영향성(성능 저하 및 형상변화)을 확인한다.
Baseline Test(II)는 강우모사 완료 후 비행체 각 구성품의 형상과 기능/성능 상태를 측정하기 위하여 수행된다. Baseline Test(I)과 Baseline Test(II)의 결과를 비교함으로써 비행체에 대한 강우 영향성(성능 저하 및 형상변화)을 확인한다.
이후, Baseline Test(II)를 통해 각 구성품의 형상과 성능 상태를 확인한다. Baseline Test(I)과 Baseline Test(II)의 결과를 비교함으로써 비행체에 대한 고온 영향성(성능 저하 및 형상 변화)을 확인한다.
이후, Baseline Test(II)의 수행을 통해 각 구성품의 형상과 성능 상태를 확인한다. Baseline Test(I)과 Baseline Test(II)의 결과를 비교함으로써 비행체에 대한 온도습도 영향성(성능 저하 및 형상 변화)을 확인한다.
이후, Baseline Test(II)의 수행을 통해 각 구성품의 형상과 성능 상태를 확인한다. Baseline Test(I)과 Baseline Test(II)의 결과를 비교함으로써 비행체에 대한 일광/고온 저장 영향성(성능 저하 및 형상 변화)을 확인한다.
Baseline Test(I)의 조건은 온도 +25±10 ℃이며, 시험 전 비행체 외부상태, 연료 누유 및 엔진 오일/냉각수 누유에 대한 육안 점검을 수행한다.
Baseline Test(I)이 완료된 후 강우모사(I)을 수행하며, 비행체 전원인가 전 내부로의 수분침투 여부를 확인하기 위하여 강우량 13 mm/h 및 풍속 18 m/s로 강우를 비행체 전면에 30분간 분사한다. 강우모사(I)이 완료되면 비행체 점검창을 열고 내부 육안점검(I)을 수행한다.
고온 다습 환경시험은 1주기 24시간 총 10주기 시험으로 구성되어있으며, 매 5주기마다 운용시험을 수행하여 비행체 및 각 장착 구성품의 성능 및 형상의 정상여부를 확인한다. 5주기/10주기의 운용시험 절차는 Baseline Test(I)과 동일하다.
고온조건 운용시험은 1주기 24시간의 3주기 시험으로 구성되어있다. 매 주기마다 챔버 온도가 최대 운용온도(+43 ℃)에 도달하면 2시간 경과 후 비행체 점검장비를 사용한 운용시험을 수행하여 비행체 및 장착 구성품의 성능 및 형상의 정상여부를 확인하며, 시험절차는 Baseline Test(I)과 동일하다. 운용시험 중 비행체 운영 및 임무에 큰 영향을 주는 구성품의 결함이 발생하면 시험을 중단하고 고장탐구를 수행한다.
본 논문에서는 무인항공기 개발단계에서 혹한기/혹서기 등의 주요 시험평가에 앞서 국방과학연구소 초대형 기후환경 챔버에서 입증할 수 있는 비행체 단위의 운용 환경조건 시험절차를 제안한다. 본 논문에서 제안하는 시험절차는 MIL-STD-810G w/Change 1을 기반으로 수립되었으며, 비행체 단위의 개발품을 시험으로 입증할 수 있는 각 환경조건(강우, 습도, 온도(저온 저장, 저온 운용, 고온 운용 및 일광(고온 저장))별 시험단계 및 상세 프로파일을 제시하고자 한다.
시동이 불가능 할 시 엔진 시동 후 Warm-up을 수행한 다음 엔진 출력을 Idle 상태로 유지하고 환경시험장 챔버 온도를 비행체 저온(비행) 운용온도까지 하강시킨다. 비행체 저온(비행) 운용온도에 도달하면, 5분간의 Idle 상태를 유지한 후 저온 운용시험(II)를 수행한다. 저온 운용시험(II)는 저온(지상) 운용조건에서 작동 개시한 비행체가 저온(비행) 운용조건까지 외기온도가 하강하였을 때 비행체의 작동 여부를 확인하는 시험으로서, 비행체 점검장비에 의한 탑재장비 통신/기능점검 중 일부와 엔진 작동 시험 중 일부로 구성한다.
Baseline Test(I)은 7주기 시험 전 비행체의 정상 작동 여부 및 상태를 확인하는 시험으로서, 비행체 점검장비에 의한 탑재장비 통신, 기능 확인시험 및 엔진 작동 점검으로 구성된다. 시험 전 비행체 외부상태 및 누유에 대한 육안 점검을 수행한다.
Baseline Test(I)은 강우모사 전 비행체의 정상 작동 여부 및 상태를 확인하는 시험으로서, 비행체 점검장비에 의한 통신, 기능 확인 시험 및 엔진 작동 점검으로 구성된다. Baseline Test(I) 조건은 온도 +25±10 ℃이며, 시험 전 비행체 외부상태, 연료 누유 및 엔진 오일/냉각수 누유에 대한 육안 점검을 수행한다.
Baseline Test(I)은 강우모사 전 비행체의 정상 작동 여부 및 상태를 확인하는 시험으로서, 비행체 점검장비에 의한 통신, 기능 확인 시험 및 엔진 작동 점검으로 구성된다. Baseline Test(I) 조건은 온도 +25±10 ℃이며, 시험 전 비행체 외부상태, 연료 누유 및 엔진 오일/냉각수 누유에 대한 육안 점검을 수행한다.
일광시험에서는 방사되는 일광의 세기를 측정하기 위해 비행체 중앙부에 일사계를 설치한다. 엔진 작동 점검이 시험 항목에 있을 시, 엔진 작동으로 발생하는 배기가스를 챔버 외부로 배출할 수 있는 방안(배기덕트 장착 및 팬을 이용한 배출 등)을 마련 후 설치한다.
매 주기마다 챔버 온도가 최대 운용온도(+43 ℃)에 도달하면 2시간 경과 후 비행체 점검장비를 사용한 운용시험을 수행하여 비행체 및 장착 구성품의 성능 및 형상의 정상여부를 확인하며, 시험절차는 Baseline Test(I)과 동일하다. 운용시험 중 비행체 운영 및 임무에 큰 영향을 주는 구성품의 결함이 발생하면 시험을 중단하고 고장탐구를 수행한다. 그 외의 경우는 결함을 기록하고 시험을 재개한다.
총 3주기를 적용하고 매 주기(24시간)마다 운용시험을 수행하여 형상 및 성능 상태를 확인한다. 이후, Baseline Test(II)를 통해 각 구성품의 형상과 성능 상태를 확인한다. Baseline Test(I)과 Baseline Test(II)의 결과를 비교함으로써 비행체에 대한 고온 영향성(성능 저하 및 형상 변화)을 확인한다.
10주기 시험 완료 후 상온으로 복귀하기 전 비행체에 대한 온도 및 습도 충격을 완화하기 위해 24시간 이내에서 +23±3 ℃, 50±5% RH 조건을 유지하는 Conditioning Cycle에 비행체를 노출시킨다. 이후, Baseline Test(II)의 수행을 통해 각 구성품의 형상과 성능 상태를 확인한다. Baseline Test(I)과 Baseline Test(II)의 결과를 비교함으로써 비행체에 대한 온도습도 영향성(성능 저하 및 형상 변화)을 확인한다.
저온 운용 시험은 Baseline Test(I)과 저온 운용시험(I)(비행체 지상 저온 운용온도), 저온 운용시험(II)(비행체 비행 저온 운용온도), Baseline Test(II)로 구성한다. Baseline Test(I)은 저온 운용 시험을 수행하기 전 비행체에 대한 정상 상태 여부를 확인하고, 시험 전/후 비행체 각 구성품의 형상과 성능 변화를 확인하기 위한 기준을 수립하기 위하여 수행된다.
저온 저장 시험은 Baseline Test(I), 저장조건 시험 (온도조건 : 비행체 저온 저장온도), Baseline Test(II)로 구성한다. Baseline Test(I)은 저온 저장 시험을 수행하기 전 비행체에 대한 정상 상태여부를 확인하고, 시험 전/후 비행체 각 구성품의 형상과 성능 변화를 확인하기 위한 기준을 수립하기 위하여 수행된다.
저온 환경시험과 관련하여 MIL-STD-810G w/Change 1, Method 502.6 Low Temperature 항목이 있지만 이 절차는 저온 환경에 배치될 수 있는 부품단위의 평가에 적용하며, 무인기 시험평가에는 해당 무인기가 운용되는 지역의 지상 저온온도와 운용고도의 온도를 고려하여 평가한다. 저온 환경시험은 1주기의 저온 저장시험과 1주기의 저온 운용시험(지상과 비행고도)으로 구분된다.
고온조건 운용시험은 한반도 주변 기상 환경인 Basic Hot 조건을 기준으로 Hot Day 시의 1일 온도 주기를 적용하여 1일 중 고온 효과가 극심한 시간대의 영향성을 확인하기 위한 시험이다. 총 3주기를 적용하고 매 주기(24시간)마다 운용시험을 수행하여 형상 및 성능 상태를 확인한다. 이후, Baseline Test(II)를 통해 각 구성품의 형상과 성능 상태를 확인한다.
일광(고온 저장)시험은 한반도 주변 기상 환경인 Basic Hot 조건을 기준으로 Hot Day, No Cloud 조건의 1일 온도 및 일광 주기를 적용하여 일광/고온 조건에서의 운용 및 저장성을 확인하기 위한 시험이다. 총 7주기(1주기 : 24시간)를 적용하고 3주기 및 7주기에 도달하면 운용 시험을 수행하여 비행체 및 구성품의 성능 및 상태를 확인한다. 이후, Baseline Test(II)의 수행을 통해 각 구성품의 형상과 성능 상태를 확인한다.
Baseline Test(I)이 완료되면 환경시험장 챔버 온도를 비행체 저온(지상) 운용온도까지 하강시킨다. 환경 시험장 챔버 온도가 해당 온도에 도달하면, Fig. 4 저온 운용 시험 프로파일과 같이 2시간의 안정화 시간을 포함하여 총 4시간을 유지한 후, 저온 운용시험(I)을 수행한다. 저온 운용시험(I)은 저온(지상) 운용조건에서 비행체의 작동 여부를 확인하는 시험으로서, 시험절차는 Baseline Test(I)과 같다.
환경시험장 챔버의 온도가 상온에 도달하면 2시간의 안정화 시간을 포함하여 총 6시간을 유지한 후 Baseline Test(II)를 수행한다. Baseline Test(II)는 저온 운용조건부터의 온도상승 후 비행체의 작동 여부를 확인하는 시험으로서, 시험절차는 Baseline Test(I)과 같다.

이론/모형

2 a. ProcedureI-Cycling Test 절차에 따라 수행한다.

후속연구

그 외의 경우는 결함을 기록하고 시험을 재개한다. 결함이 발생한 구성품은 추후 고장탐구 수행 후 추가 시험으로 정상여부를 확인한다.
본 논문에서 제안하는 운용 환경조건 별 시험절차는 향후 유사 무기체계 및 개발품의 입증에도 적용될 수 있을 것이라 판단한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국방과학연구소 초대형 기후환경 챔버는 무엇인가?	국방과학연구소 초대형 기후환경 챔버(32 m(W)×42 m(D)×15 m(H))[10]는 미 군사규격에 따라 온·습도, 강우, 강설, 태양열복사 시험 등 다양한 기후환경시험 수행이 가능하며, 주요 환경시험 능력은 Table 1과 같다.
	강우시험은 무엇으로 구성되는가?	강우시험은 Baseline Test(I), 강우모사(온도조건 : 상온(+15 ℃ ~ +35 ℃ 범위에서의 임의 온도), 강우량(13 mm/h), 풍속(18 m/s)), 육안점검, Baseline Test (II)로 구성한다. Baseline Test(I)은 강우모사를 수행하기 전 비행체에 대한 정상 상태 여부를 확인하고, 시험 전/후 비행체 각 구성품의 형상과 성능 변화를 확인하기 위한 기준을 수립하기 위하여 수행된다.
	상세 시험 프로파일과 세부시험절차를 제안한 이유는 무엇인가?	본 논문에서는 개발단계의 무인항공기가 주요 시험 평가에 앞서 입증을 요구받는 운용 환경조건 별 시험 절차를 제안하였다. 환경시험과 관련하여 기존에 많은 연구가 있었으나 공개된 자료는 MIL-STD-810 환경 기준의 해당 장절만을 제시하는 수준이며, 실제 환경 시험을 수행하기 위한 참고문헌으로 활용하기에는 부족함이 있었다. 이에, 본 논문에서는 MIL-STD-810의 다양한 시험절차 중 무인항공기 운용 환경시험에 적합한 장절을 선정 후 국방과학연구소 초대형 기후환경 챔버에서 실제 시험을 수행할 수 있도록 환경기준의 개략적인 시험 프로파일 및 절차를 보완하여 상세 시험 프로파일과 세부시험절차를 제안하였다.

참고문헌 (10)

Act on the Airworthiness Certification of Military Aircraft, Apr. 2019.
Regulation on the Airworthiness Certification of Military Aircraft, DAPA Decree no. 459, Nov. 2018.
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C. K. Yang, B. O. Choi, D. C. Baek, T. K. Park, T. J. Song and H. Y. Eom, "MIL-STD-810G w/Change 1 Pilot How Rainfall Verification Test Conditions", Proceedings of the KSME 2016 Annual Meeting, pp. 2209-2212, Dec. 2016.
T. J. Song, B. O. Choi, G. C. Lee, T. K. Park, C. K. Yang and H. Y. Eom, "Study on the humidity test method of MIL-STD-810G w/Change 1", Proceedings of the KSME 2016 Annual Meeting, pp. 2227-2231, Dec. 2016.
T. K. Park, B. O. Choi, B. S. Kang, G. C. Lee, C. K. Yang and T. J. Song, "Study on the high and low temperature test method of MIL-STD-810G w/Change 1", Proceedings of the KSME 2016 Annual Meeting, pp. 2222-2226, Dec. 2016.
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B. S. Kang, W. S. Jo, K. H. Moon and J. H. Cho, "A Study of Environmental Test Standards for Disaster and Public Safety Multicopter", SASE 2018 Spring Conference, pp. 301-302, Apr. 2018.
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Aerospace Systems T&E Center, "http://www.add.re.kr/move.do?usr_menu_cd0103060600"

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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].

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