[논문]항공기 무장/장착물의 안전 분리 및 성능 검증을 위한 점검 시스템 설계 및 구현

김효중; 김양원; 권병기

doi:10.12673/jant.2022.26.2.47

항공기 무장/장착물의 안전 분리 및 성능 검증을 위한 점검 시스템 설계 및 구현
Design and Implementation of test system for safety separation and performance verification of aircraft weapons/equipment 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.26 no.2, 2022년, pp.47 - 53

김효중 (LIG넥스원 연구개발본부) , 김양원 (LIG넥스원 연구개발본부) , 권병기 (LIG넥스원 연구개발본부)

초록
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최근 국방 기술이 발달함에 따라 다양한 항공기 무장/장착물이 국내에서 개발되고 있다. 그 중에서 항공기 발사용 순항 유도무기(유도탄)는 다양한 시험을 통해서 신뢰성 및 안전성을 확보한 후 항공기에 장착할 수 있다. 항공기로부터 분리된 유도탄은 항공기와 충돌을 회피하기 위해서 지정된 시간에 날개의 구속을 해제하고, 지정된 방향으로 날개를 제어해야한다. 이를 확인하기 위해서 안전 분리 절차에 따라 MIL-STD-1760 신호를 제어하고, 구속해제 성능을 검증할 수 있는 점검 시스템이 필요하다. 특히, 점검 시스템은 구속해제를 위한 파이로 회로를 점검하는 기능과 MIL-STD-1760 신호를 제어해서 구동 성능을 점검하는 기능이 필요하다. 또한, 항공기로부터 분리된 환경을 유도탄에 모의할 수 있어야한다. 본 논문은 지상에서 유도탄에 장착된 파이로 회로 및 구동 성능을 안전 분리 절차에 따라 검증할 수 있는 점검 시스템을 제시하였고, 비행시험을 통해서 항공기로부터 정상적으로 분리되는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

With the recent development of defense technology, various aircraft armaments/equipments are being developed. Among them, cruise guided weapons(missile) for launching aircraft can be installed on aircraft aftersecuring reliability and safety through varioustests. In order to avoid collision with aircraft, missile separated from aircraft must release restraint of wing at the specified time, control wing in the specified direction. In order to confirm this, a test system that can control MIL-STD-1760 according to safety separation procedure and verify release performance is required. test system needs a function to check circuit for release of restraints and a function to check driving performance by controlling MIL-STD-1760. In addition, test system should be simulate environment separated from aircraft. This paper presented a testsystemthat can verify circuit and driving performance mounted on missile according to the safety separation procedure, and it was confirmed that it was normally separated from aircraft through flight tests.

주제어

표/그림 (15)

표 표 1. 주 신호 세트 인터페이스 목록 Table 1. Primary signal set interface list
그림 그림 1. 주 신호 세트 Fig. 1. Primary signal set
그림 그림 2. 1553B 메시지 구조 Fig. 2. 1553B message format
그림 그림 3. 파이로 내부 구조 Fig. 3. Pyro internal structure
표 표 2. 표준 메시지 목록 Table 2. Standard message list
그림 그림 4. 기존 파이로 회로 점검 방식 Fig. 4. Conventional pyro circuit measurement method
그림 그림 5. 파이로 측정상자의 파이로 점검 보드 Fig. 5. Pyro test board of Pyro measuring device
그림 그림 6. 홀센서 응답특성 비교 Fig. 6. Hall sensor response characteristics comparison
표 표 3. 점검 시스템 주요 기능 Table 3. Main functions of test system
그림 그림 7. 파이로 회로 및 미익 성능 검증을 위한 시스템 구성도 Fig. 7. System configuration diagram for verifying pyro circuit and tail-wing performance
그림 그림 8. 파이로 측정을 위한 SW 흐름도 Fig. 8. Pyro measurement for SW flow chart
표 표 4. 측정 전류 비교표 Table 4. Measurement current comparison table
그림 그림 9. 안전 분리 절차 검증을 위한 시스템 구성도 Fig. 9. System configuration diagram for safety separation procedure verification
그림 그림 10. 무장 분리 절차 Fig. 10. Weapon separation procedure
그림 그림 11. 안전 분리 절차 검증을 위한 SW 흐름도 Fig. 11. SW flow chart for safety separation procedure verification

AI 본문요약
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문제 정의

MIL-STD-1760는 항공기와 장착물간 전기적 상호 연동 체계(AEIS; aircraft/store electrical interconnection)를 주 신호 세트(primary signal set)와 보조 신호 세트(auxiliary signal set)로 정의하고 있다. 본 논문에서는 일반적으로 많이 사용하는 주 신호 세트에 대해서 기술한다. 주 신호 세트에서 제공하는 인터페이스는 항공기와 무장/장착물간 전기적 상호 연동 체계를 위해 표 1과 같이 전기적, 물리적, 논리적 인터페이스로 구분된다.
본 논문에서는 항공기 무장/장착물의 안전 분리 및 동작 성능을 검증하기 위해서 실시간 운영체제와 MIL-STD-1760 연동 표준을 적용한 점검 시스템 설계 및 개발하였다. 실제 항공기로부터 유도탄을 분리하기 전에 지상에서 유도탄의 파이로 도화 회로 및 미익구동 성능을 반복적으로 점검해서 각 장비의 신뢰성을 확보할 수 있도록 점검 시스템은 기능 및 성능을 제공하였다.
본 논문은 안전 분리 절차에 따라 유도탄의 파이로 도화 회로를 검증하고, MIL-STD-1760에 따라서 유도탄의 구동 성능을 종합적으로 검증할 수 있는 점검 시스템을 제시한다.
본 절에서는 항공기 무장/장착물의 안전 분리 및 동작 성능 검증을 위한 시스템 구성에 대해서 기술한다. 그림 7은 점검시스템과 파이로 측정상자를 통해서 파이로 회로 및 구동 성능을 개별적으로 검증하기 위한 구성도이다.

제안 방법

MIL-STD-1760 연동 표준이 제정되기 전에는 항공기와의 연동 인터페이스에 대한 기준이 없었기 때문에 각 제조사들마다 독자적인 연동 인터페이스를 개발해서 항공기 무장/장착물에 적용하였다. 그 결과, 항공기와 연동하는 과정에서 수정 및 개선사항이 많이 발생하게 되었고, 시간과 비용이 증가하는 문제점이 발생하였다.
기존의 파이로 회로 검증 방식은 오실로스코프의 제한된 채널과 계측 시간 때문에 유도탄에 있는 다수의 파이로 회로를 점검하기 위해서는 회로마다 모의저항을 연결하고, 명령을 인가해서 출력된 그래프를 분석하였다. 이와 같은 방식은 시간이 많이 소모되고, 신뢰성이 떨어지는 문제점을 발생시켰다.
그림 6을 보면 접촉식 홀센서의 응답특성이 비접촉식 홀센서의 응답특성보다 빠르고, 오실로스코프의 측정파형과 유사하다는 것을 확인할 수 있다. 따라서 파이로 점검 보드에는 접촉식 홀센서를 적용하였고, 옵셋(offset) 출력이 없는 홀센서를 사용해서 측정오차를 최소화함으로써 전류측정 정밀도를 향상 시켰다.
실제 항공기로부터 유도탄을 분리하기 전에 지상에서 유도탄의 파이로 도화 회로 및 미익구동 성능을 반복적으로 점검해서 각 장비의 신뢰성을 확보할 수 있도록 점검 시스템은 기능 및 성능을 제공하였다. 또한, 지상에서 유도탄이 항공기로부터 분리되는 절차를 종합적으로 점검할 수 있도록 환경을 구성한 후 안전 분리 절차에 따라 유도탄을 검증하는 기능도 점검 시스템은 제공하였다. 점검 시스템을 통해서 유도탄의 성능을 반복적으로 점검하고, 검증함으로써 지상에서 유도탄의 신뢰성을 확보할 수 있었고, 실제 항공기에 유도탄을 장착하고, 공중에서 분리하는 안전 분리 시험도 정상적으로 수행할 수 있었다.
본 논문에서는 항공기 무장/장착물의 안전 분리 및 동작 성능을 검증하기 위해서 실시간 운영체제와 MIL-STD-1760 연동 표준을 적용한 점검 시스템 설계 및 개발하였다. 실제 항공기로부터 유도탄을 분리하기 전에 지상에서 유도탄의 파이로 도화 회로 및 미익구동 성능을 반복적으로 점검해서 각 장비의 신뢰성을 확보할 수 있도록 점검 시스템은 기능 및 성능을 제공하였다. 또한, 지상에서 유도탄이 항공기로부터 분리되는 절차를 종합적으로 점검할 수 있도록 환경을 구성한 후 안전 분리 절차에 따라 유도탄을 검증하는 기능도 점검 시스템은 제공하였다.
전원 공급기를 통해서 파이로 측정상자의 점검보드에 1A 전류를 인가한 후 오실로스코프의 측정 프로브와 점검 시스템의 측정 소프트웨어를 통해서 주익과 미익 파이로 측정 회로에 흐르는 전류 값을 측정하였다. 표 4를 보면 오실로스코프의 측정 프로브와 점검 시스템의 측정 소프트웨어를 통해서 측정한 전류 값을 비교한 결과 평균 0.
점검 시스템은 MIL-STD-1760 연동 표준에서 정의하고 있는 전기적, 물리적, 논리적 인터페이스를 규격대로 구현하고, 유도탄을 점검해서 유도탄의 신뢰성 및 안정성을 확보해야 한다. MIL-DTL-38999 표준 커넥터를 적용한 배꼽 케이블을 통해서 유도탄의 데이터 통신, 이산 신호 및 아날로그 신호를 제어하고, MIL-STD-1553B 에서 요구하는 디지털 통신 방식에 따라 메시지를 유도탄과 송수신할 수 있어야한다.
배꼽 케이블을 통해서 점검 시스템과 유도탄을 물리적으로 연결한 후 논리적 인터페이스 조건을 만족하는 1553B 제어 명령을 유도탄에 인가한다. 제어 명령과 유도탄에서 출력되는 구동 데이터 간 오차를 측정해서 구동 성능을 확인하였다. 마찬가지로 파이로 회로를 검증하기 위해 그림 8과 같은 구조의 소프트웨어를 통해서 유도탄에 도화 명령을 인가하고.
항공기 무장/장착물의 안전 분리 및 동작 성능검증을 종합적으로 수행하기 위해 그림 9처럼 점검 시스템, 분리장치, 분리장치 제어기로 시스템을 구성하였다. 점검 시스템은 그림 10과 같은 무장분리 절차에 따라 실시간으로 제어명령을 유도탄에 인가하면서 응답 데이터를 분석함으로써 안전 분리 절차 시작시점을 감지한다.

데이터처리

마찬가지로 파이로 회로를 검증하기 위해 그림 8과 같은 구조의 소프트웨어를 통해서 유도탄에 도화 명령을 인가하고. 홀센서를 통해서 계측된 아날로그 데이터를 정해진 횟수만큼 수집 및 분석해서 파이로 회로의 신뢰성을 검증하였다.

이론/모형

기존에는 유도탄에 장착된 파이로 회로의 성능을 검증하기 위해 그림 4와 같이 파이로 회로에 모의저항을 연결하고, 제어 명령을 인가해서 회로에 흐르는 전류를 오실로스코프(oscilloscope)의 측정 프로브(probe)를 통해서 계측하였다.

성능/효과

MIL-STD-1760 연동 표준이 제정되기 전에는 항공기와의 연동 인터페이스에 대한 기준이 없었기 때문에 각 제조사들마다 독자적인 연동 인터페이스를 개발해서 항공기 무장/장착물에 적용하였다. 그 결과, 항공기와 연동하는 과정에서 수정 및 개선사항이 많이 발생하게 되었고, 시간과 비용이 증가하는 문제점이 발생하였다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 제정된 연동 표준이 MIL-STD-1760이다.
016 A인 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 설계한 파이로 측정상자와 점검 시스템이 오실로스코프 측정 성능과 거의 유사하다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 지상에서 유도탄이 항공기로부터 분리되는 절차를 종합적으로 점검할 수 있도록 환경을 구성한 후 안전 분리 절차에 따라 유도탄을 검증하는 기능도 점검 시스템은 제공하였다. 점검 시스템을 통해서 유도탄의 성능을 반복적으로 점검하고, 검증함으로써 지상에서 유도탄의 신뢰성을 확보할 수 있었고, 실제 항공기에 유도탄을 장착하고, 공중에서 분리하는 안전 분리 시험도 정상적으로 수행할 수 있었다. 추후에는 위성 신호 모의, 고도 모의 등 다양한 환경을 유도탄에 모의해주고, 정밀하게 검증할 수 있는 점검 시스템을 설계 및 개발할 예정이다.
안전 분리 절차가 시작되는 시점에 점검 시스템은 그림 11과 같은 구조의 소프트웨어를 통해서 유도탄에게 분리 절차 명령인가, 이산 신호 모의, 아날로그 신호모의를 해준다. 즉, 유도탄에게 항공기로부터 분리된 환경을 모의해줌으로써 종합적인 안전 분리 절차 성능을 검증할 수 있었다.
전원 공급기를 통해서 파이로 측정상자의 점검보드에 1A 전류를 인가한 후 오실로스코프의 측정 프로브와 점검 시스템의 측정 소프트웨어를 통해서 주익과 미익 파이로 측정 회로에 흐르는 전류 값을 측정하였다. 표 4를 보면 오실로스코프의 측정 프로브와 점검 시스템의 측정 소프트웨어를 통해서 측정한 전류 값을 비교한 결과 평균 0.009 A와 0.016 A인 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 설계한 파이로 측정상자와 점검 시스템이 오실로스코프 측정 성능과 거의 유사하다는 것을 확인할 수 있다.

후속연구

점검 시스템을 통해서 유도탄의 성능을 반복적으로 점검하고, 검증함으로써 지상에서 유도탄의 신뢰성을 확보할 수 있었고, 실제 항공기에 유도탄을 장착하고, 공중에서 분리하는 안전 분리 시험도 정상적으로 수행할 수 있었다. 추후에는 위성 신호 모의, 고도 모의 등 다양한 환경을 유도탄에 모의해주고, 정밀하게 검증할 수 있는 점검 시스템을 설계 및 개발할 예정이다.

참고문헌 (10)

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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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