F-35전투기 개발시 적용 정비단계 획기적 감소


구조 건전성 예지시스템을 적용시킨 F-35전투기.



1994년 10월 21일은 한강의 11번째 다리로 79년 10월 준공 이후 불과 15년 만에 성수대교가 붕괴된 날이다.

현재는 새로운 다리가 세워져 옛 상흔은 지워졌지만 피해 가족들의 눈가에는 여전히 눈물이 고여 있다. 사고의 원인은 ‘교량 상판을 떠받치는 철제 구조물의 연결 이음새 용접, 용접 두께 및 강제 볼트연결 핀’ 등이 부실했다고 한다. 이런 부실을 사전에 알게 하는 고장예지(PHM:Prognostics and Health Management) 기술이 우리에게 있었다면 어떠했을까?

 고장예지 기술은 80년대 영국 민간 항공국에서 헬기 사고율이 항공기보다 30배 이상 높아 이를 줄이기 위해 연구가 시작된 것으로 알려져 있다. 90년대 들어 헬기의 건전성 상태를 관찰하는 HUMS(Health & Usage Monitoring System)를 개발해 실제 헬기에 장착 및 운용함으로써 사고율을 절반 이하로 줄였다. 2000년대에는 미국 국방고등연구국(DARPA)이 구조 건전성 예지시스템과 조건부 정비 프로그램을 차세대 통합전투기 사업인 F-35 개발 시 적용해 정비단계를 획기적으로 감소시켰다.

 높은 신뢰성과 안전성을 요구하는 전투기와 같은 항공기의 경우 대부분 신뢰성 기반 설계를 하고, 정기적 유지보수, 즉 예방정비(PM:Time-based Preventive Maintenance)를 한다. 하지만 예방정비는 대부분을 사람에게 의존하고 있어 아무리 숙련된 정비사라도 결함을 놓치는 경우가 있을 수 있고, 실제 결함의 유무와 상관없이 정해진 정비주기가 되면 무조건 정비를 실시하므로 잦은 가동중단(DT:Down Time)과 부품교체 등으로 막대한 경제적 손실이 생긴다. 또 기존 복잡한 장비 배선을 제거한 뒤 다시 조립하는 과정 중 작업실수로 인해 오히려 큰 사고의 원인이 되기도 한다.

 이 기술은 운용 중인 시스템이나 장비의 결함이나 성능 저하를 관찰하고, 이상 징후를 진단해 고장수준 또는 사용 불능에 도달할지 미리 예측한다. 고장예지는 기존 운용 데이터를 기반으로 하는 방법과 물리적 모델을 기반으로 하는 두 가지 방법이 있다.

 첫째는 결함·성능 저하 진전에 관한 물리적 특성을 고려하지 않고 측정되는 데이터를 활용한다. 항공기 운용 중 엔진 이상현상 발생 시 실시간으로 대처 하거나, 근접거동예측을 통한 실시간 대처가 필요한 경우에 활용된다.

두 번째 방법은 시스템에 대한 물리적 손상모델이 있는 경우인데, 손상모델이 없거나 시스템이 복잡할 경우에는 현실적으로 활용이 어려운 단점이 있다. 향후에는 더 정확한 예측을 위해 운용 데이터 기반과 물리적 모델을 복합적으로 활용하는 연구가 더 필요하다.

 선진국에서는 항공기 및 첨단 유도무기에 대한 정비성 및 운용성을 향상하기 위해 고장예지 기술의 적용을 확대하고 있는 추세다. 우리도 고장 없이 얼마나 운용 가능한지 예측하는 기술을 활용함으로써 노후화된 첨단무기의 운용 유지비용 절감과 장비 안전성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다.

<최재원 국방기술품질원 선임연구원>



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Posted by 마니아군

외국 구매… 핵심기술 이전받도록 추진 김관진 국방부장관 주재 방추위서 의결



 김관진 국방부장관 주재로 20일 열린 51회 방위사업추진위원회는 차기전투기(F-X)와 대형공격헬기를 외국에서 구매하기로 하고, 내년 말까지 대상 기종을 최종 결정하기로 했다.

 이날 방사청은 방추위가 이 같은 사업추진기본전략을 의결한 후 가진 기자 브리핑을 통해 “차기전투기 대상 기종은 록히드마틴의 F-35, 보잉의 F-15 사일런트 이글, 유럽항공방위우주산업(EADS)의 유로파이터, 러시아의 PAK-FA 등 4종”이라며 “대상 기종을 확대하기 위해 차기전투기의 작전 운용 성능을 완화했다”고 밝혔다.

 방사청은 이어 사업 규모와 일정에 대해 “총 사업 규모가 8조2900여억 원이고 내년 1월 사업에 착수해 제안서를 평가한 후 내년 말 기종을 결정할 것”이라고 설명했다. 방사청 관계관들은 도입 대수와 구체적인 성능, 전력화 시기에 대해서는 말을 아끼면서 “핵심기술 이전과 대응 판매가 가능토록 전략을 수립할 것”이라며 “경쟁을 촉진해 국익에 유리하게 사업을 추진할 예정”이라고 강조했다.

 차기전투기 사업은 북한의 비대칭 전력에 대비하고 전쟁 주도권을 조기 장악하기 위해 고성능 전투기를 확보하는 사업으로 그동안 추진 시기와 방법을 놓고 큰 관심을 모아왔다. 무엇보다 차기전투기는 북한 비대칭 전력에 대한 적극적 억제와 공중 기습 공격을 차단할 수 있는 전력으로 우리 군의 전쟁 억제력을 높일 수 있을 것으로 기대를 받고 있다.

 대형공격헬기(AH-X) 사업 일정에 대해 방사청은 “차기전투기와 유사하게 내년 1월 사업에 착수해 내년 10월쯤 기종이 결정될 수 있을 것”이라며 “국내 항공기 연구개발을 위해 필요한 핵심 기술과 국내 제작 물량 확보가 가능토록 전략을 수립해 국익에 유리하게 사업을 추진할 예정”이라고 설명했다.

 미국의 아파치와 슈퍼코브라, 유로콥터 사의 EC665 타이거, 터키의 T129 등이 후보 기종으로 거론되고 있는 대형공격헬기 사업은 북한의 기갑 전력과 국지 도발에 대비하기 위해 대형공격헬기를 확보하는 사업이다. 전력화되면 북한이 국지도발을 일으켰을 때나 수도권을 위협하는 북한 기갑전력에 대한 효과적인 대응이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.

 한편 방사청은 “이날 열린 방추위는 현재 해군에서 운용 중인 P-3C 해상초계기의 임무 장비인 레이더, 적외선 열상장비 등 10종의 장비를 기술협력 생산 방식으로 성능개량하기로 했다”며 “성능 개량이 끝나면 북한 잠수함 전력에 대한 효과적인 탐지 능력과 조기경보체계가 획기적으로 증강될 것”이라고 밝혔다.


국방일보 김병륜 기자
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