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  1. 2012.01.19 미리보는 미래무기 - ‘고장예지 기술’
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
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