[논문]모델기반 항공기 안전성평가에 관한 연구

김주영; 이동민; 이병길; 길기남; 김경남; 나종화

doi:10.20910/jase.2021.15.5.24

[국내논문] 모델기반 항공기 안전성평가에 관한 연구
A Study of Model-Based Aircraft Safety Assessment 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.15 no.5, 2021년, pp.24 - 32

김주영 (대한항공 항공기술연구원) , 이동민 (한국항공대학교) , 이병길 (현대자동차) , 길기남 (대한항공 항공기술연구원) , 김경남 (대한항공 항공기술연구원) , 나종화 (한국항공대학교)

초록
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도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)의 핵심 이동수단인 개인 항공기(PAV) 및 화물 운송용 무인항공기(Cargo UAS)는 항공기 시스템의 설계 적합성과 안전성을 동시에 확보해야 한다. 이를 입증하여 형식 증명(인증)을 받으려면 안전성 분석 및 평가를 항공기 개발과정 초기부터 전체 주기에 걸쳐서 체계적으로 수행해야한다. 그러나 안전 필수 항공시스템의 복잡도가 증가하고 최첨단 시스템이 적용됨에 따라 기존의 경험기반, 절차기반의 안전성평가만으로는 항공기 시스템의 안전성을 객관적으로 평하기 어려워졌다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국내외적으로 모델링 및 시뮬레이션 기술을 이용한 모델기반 안전성평가(Model-based Safety Assessment, MBSA)가 활발히 연구되고 있다. 본 논문에서는 비행 시뮬레이터와 타겟의 시뮬레이션 모델을 연동한 통합 비행 시뮬레이터를 활용한 모델기반 안전성평가 프레임워크를 제안하였다. 공중충돌방지시스템(Traffic Collision Avoidance System, TCAS) 과 휠 제동 시스템 (Wheel Brake System, WBS) 사례연구를 통해 제안된 프레임워크를 UAM 안전성평가에 적용 가능함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Personal Air Vehicle (PAV), Cargo UAS (Cargo UAS), and existing manned and unmanned aircraft are key vehicles for urban air mobility (UAM), and should demonstrate compatibility for the design of aircraft systems. The safety assessment required by for certification to ensure safety and reliability should be systematically performed throughout the entire cycle from the beginning of the aircraft development process. However, with the increasing complexity of safety critical aviation systems and the application of state-of-the-art systems, conventional experience-based and procedural-based safety evaluation methods make ir difficult to objectively assess safety requirements and system safety. Therefore, Model-Based Safety Assessment (MBSA) using modeling and simulation techniques is actively being studied at domestic and foreign countries to address these problems. In this paper, we propose a Model-Based Safety Evaluation framework utilizing modeling and simulation-based integrated flight simulators. Our case studies on the Traffic Collision Availability System (TCAS) and Wheel Brake System (WBS) confirmed that they are practical for future safety assessments.

주제어

표/그림 (24)

그림 Fig. 1 Interaction Between Safety and Development Processes using Model and Fault Injection [2]
그림 Fig. 2 Modified "V" Safety Assessment Process [7]
표 Table 1 Failure Condition of DAL level [13]
표 Table 2 Requirements Validation Methods and Data [11]
그림 Fig. 3 Example for Braking System Control Unit Model [7]
그림 Fig. 4 MBSA Framework
그림 Fig. 5 Integrated Flight Simulator
그림 Fig. 7 Single TCAS Model
그림 Fig. 8 Dual TCAS Model
그림 Fig. 6 (a) Range test at SL 5 (b) Altitude test at SL 5
그림 Fig. 9 WBS Architecture & Simulink Model
그림 Fig. 10 TCAS Fault Injection Model
그림 Fig. 11 Relationship of Fault, Error, Failure Latitude Simulink Fault Model
그림 Fig. 12 WBS Fault Injection Model
그림 Fig. 13 Passive Attitude Control Using Permanent Magnet Stabilization Probability Density Function of r_f
그림 Fig. 14 Collision Probability based Severity Rank
그림 Fig. 15 Landing distance chart according to gross weight/runway altitude
그림 Fig. 16 Braking Distance based Severity Rank
그림 Fig. 17 Aircraft Route
그림 Fig. 18 NMAC status Simulation
그림 Fig. 19 Result of Fault Injection Simulation
그림 Fig. 20 WBS Simulation
그림 Fig. 21 Braking distance according to Fault Mode
표 Table 3 Model Based Functional Hazard Analysis

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