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페이스북 바로가기차세대 항공 핵심기술로 미래 항공 산업 주도
항공
항공 산업 발전을 위한 첨단 항공기 개발
항공 산업은 기술 집약형 산업으로, 컴퓨터, 정밀 기계, 통신전자 및 신소재 등 첨단기술이 응용되고 타 산업으로의 파급 효과가 큰 기술 선도형 산업이다. 한국항공우주연구원은 고부가가치 창출이 가능한 항공 산업 발전을 이끌어내기 위해 기술 수준 향상과 독자 기술개발 기반 구축에 주력하고 있다. 한국항공우주연구원은 국내 기술로 4인승 소형항공기 ‘반디호’, 헬기 기술 자립화를 위해 한국형헬기개발사업(KHP)에 적용할 민군 겸용 핵심 구성품 18종을 성공적으로 개발했다. 이로써 우리나라는 세계 11번째 헬기 개발 국가가 되었으며, 관련 기술은 군용·민수용 헬기 개발에 파생되었다. 한국항공우주연구원은 항공 기술의 해외 진출을 위해 미국과 항공안전협정(BASA, Bilateral Aviation Safety Agreement)을 체결했으며, 국제적 항공안전인증규정에 따른 소형항공기(KC-100) 인증기도 개발했다.친환경·고효율 항공 기술과 교통 혁신 가져올 개인항공기 개발
최근에는 항공기의 경제성과 안전성, 효율성을 강화하기 위한 친환경·고효율 항공 기술과 무인기 개발 경쟁이 뜨겁다. 무인기는 군사적 용도로 개발이 시작되었지만, 최근에는 과학기술, 교통, 통신, 물류, 구조, 항공촬영, 농업 등 다양한 민간 분야로 확대되고 있으며, 미래 항공산업과 시장의 성장을 주도할 것으로 예상된다. 항공 및 방위산업 전문 컨설팅업체(Teal Group)에 따르면 무인항공기 시장 규모는 2023년 125억 달러로 증가하고, 이 중 민수 분야 시장 규모는 8억 8,000만 달러로 연평균 35%의 높은 성장세를 보일 것으로 전망된다. 무인기는 항공 기술과 IT 기술의 융합 시스템이라는 점에서 우리나라의 유망 분야로 우리나라는 현재 세계 7위권의 무인기 기술 경쟁력을 가진 것으로 평가되고 있다. 우리나라는 2023년까지 세계 5위, 2027년 세계 3위권 무인기 산업국 진입을 목표로 한다. 한국항공우주연구원은 세계 무인기 산업의 틈새를 공략할 수 있는 첨단 무인기 와 항공기술과 정보통신(IT) 기술의 융합으로 미래 교통 혁신을 가져올 개인용항공기(PAV) 개발을 추진하고 있다. 한국항공우주연구원은 소형 장기체공형 무인기 ‘두루미’를 시작으로 장기체공이 가능한 LTA(Lighter Than Air) 항공기 시스템, 중형 에어로스탯 시스템을 개발했다. 그리고 수직이착륙과 고속비행이 모두 가능한 틸트로터‘스마트 무인기’를 세계 두 번째로 개발했다. 이후 스마트무인기 관련 기술을 산업체에 이전하였고 함상 자동이착륙 기술, 틸트덕트 무인기, 쿼드틸트프롭 무인기 등 다양한 파생 기술을 개발해 틸트로터 무인기의 상용화와 미래형 항공기 및 차세대 비행체에 활용할 예정이다. 한국항공우주연구원은 성층권에서 장기 체공할 수 있는 성층권 태양광 무인기 (EAV, Electrical Aerial Vehicle)와 국민 안전을 지키고 재난·재해에 대응할 수 있는 다양한 형태의 재난치안용 무인기와 운용 시스템도 개발했다. 현재 한국항공우주연구원은 무인기를 비롯해 자율주행차, 자율운항선박 등 혁신적인 무인이동체를 발굴과 원천기술 개발을 위해 무인이동체 미래선도핵심기술개발을 추진하고 있다. 또한 새로운 항공 교통 혁신을 가져올 미래형 유무인 겸용 개인항공기(OPPAV, Optionally Piloted Personal Air Vehicle) 핵심 기술 개발, 무인기의 안전하고 효율적인 비행을 위한 저고도 무인비행장치 교통관리시스템(UTM, Unmanned Aerial System Traffic Management)과 민간 무인기 영역에서 무인기의 무인기 활용을 넓히기 위한 소형무인비행기 인증기술을 개발하고 있으며, 스스로 공중 충돌 위험성을 판단, 회피할 수 있는 무인기 충돌회피 시스템을 연구개발하고 있다.회전익기
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한국항공우주연구원은 헬리콥터에 적용될 수 있는 반 토크 시스템, 차세대 로터 시스템, 무베어링 로터 허브 개발 등 국산 헬리콥터 개발을 위한 핵심 기술의 국산화를 추진해 왔다.
1990년대부터 한국항공우주연구원은 다목적 회전익기 핵심기술 연구에 착수해 국내외 헬리콥터 관련 연구 동향 및 각종 현황 분석과 더불어 다목적 회전익기의 개념·기본설계, 축소 헬리콥터 로터 시험장치(General Small scaled Rotor Test System, GSRTS)의 개발·구축 등을 추진했다. 이를 위해 회전익기 개발에 필요한 핵심기술들을 연구했으며, 해당 연구 결과들은 후속으로 추진한 로터 관련 연구 개발에 광범위하게 활용되고 있다.
다목적 회전익기 핵심 기술 연구 과제의 주요 내용으로는 국내외 헬리콥터 관련 연구동향 분석 및 설계·제작기술 현황 분석, 다목적 회전익기 설계 요구조건 분석 및 개념·기본설계, 회전익기 기술 분류와 시험 항목 및 시설 조사, 감항성 기준 분석, 개념 설계된 헬리콥터 모델 제작 및 풍동 시험과 복합재료 로터 블레이드 설계·해석·제작 및 시험기술 연구, 축소 헬리콥터 로터 시험장치 확보 등이 있다.
한국항공우주연구원은 한국형헬기개발사업(KHP, Korean Helicopter Program)에 참여해 민군겸용 핵심 구성품을 개발하는 주관기관으로 국내외 협력업체 및 대학들과 로터, 엔진, 보조동력장치, 연료계통 구성품, 축압기, 유압펌프, 착륙장치, 에어데이터시스템 등 18종의 핵심 구성품 국산화 개발을 주관해 수리온 헬기의 군(軍) 전력화에 기여했다.
또한 로터 성능, 동특성, 내구성 시험 등을 위해 고흥 항공센터에 구축된 훨타워 시험설비는 개발뿐만 아니라 양산에 활용되고 있어 국내 헬기산업 성장에 기여하고 있다. 더불어 회전익기 풍동시험에 적합한 개방형 풍동시험부를 확충하는 등 회전익기 개발 시험장비 및 설비를 구축해 독자 헬기 개발 인프라를 구축했다.
한국형헬기개발사업의 목표는 단순한 기동형 헬기의 생산이 아니다. 정부는 기동형 헬기뿐 아니라 모의비행 훈련장비(simulator)와 정비훈련 장비를 포함한 훈련체계, 그리고 각종 시험장비 및 전자식 교범류를 망라한 종합군수지원체계를 갖추고자 했다. 이를 위해 국책사업의 형태로 총 1조 2,960억 원을 투입하되, 구성품별 참여 업체도 개발비의 일정 부분을 분담시켜 업체의 개발 성공 노력을 극대화시켜 나갔다.
체계설계 및 종합을 담당하는 한국항공우주산업, 임무탑재장비 개발을 담당하는 국방과학연구소(ADD), 그리고 민군겸용 구성품 개발을 담당하는 한국항공우주연구원으로 구성된 3개 기관은 각각 다수의 국내·외 협력업체와 함께 고유 임무를 부여받았다. 2009년 7월 시제 1호기를 출고했으며 2010년 3월 첫 비행에 성공해 각종 비행시험평가를 실시했다. 이후 초도운용 시험평가를 통해 개발에 성공하면서 2013년 5월 실전 배치를 시작했으며, 2022년까지 200여 대가 배치될 예정이다.
현재 수리온 개발 사업을 통해 확보한 기술력과 인프라를 활용해 소형민수헬기(LCH, Light Civil Helicopter)의 핵심기술인 주로터블레이드(MRB, Main Rotor Blade), 자동비행조종장치(AFCS, Automatic Flight Control System), 능동진동제어시스템(AVCS, Active Vibration Control System)을 개발하고 있다.
주로터 블레이드(MRB) 분야에서는 로터 블레이드 성능향상 및 소음저감을 위한 형상설계 기술 자체 확보, 최적화 설계 및 해석을 위한 프레임워크 구축, 국내 제작을 통한 지상시험평가 기술을 확보하여 국내 독자 기술능력을 보유하기 위한 연구가 진행되었으며, 최종 비행시험을 통해 검증할 계획이다. 이후 후속 성능개량 사업 등에 본 기술을 활용 예정이다.
자동비행조종장치(AFCS) S/W 분야에서는 제한된 권한의 자동비행 조종명령과 유인조종사의 조종명령이 조합되는 LCH 시스템의 비행제어법칙의 구조 및 기능 설계, DO-178C 개발 절차를 준용하는 모델기반설계 기반 V&V 프레임워크 구축 및 독립검토 수행, PILS/HILS의 지상시험평가를 통한 제어법칙 검증 등의 핵심기술에 대한 연구가 진행되었고, 최종 비행시험을 통해 개발된 비행제어법칙의 검증을 수행할 계획이다.
능동진동제어시스템(AVCS) 분야에서는, 미국 항전소프트웨어 감항규격인 DO-178C을 적용한 소프트웨어 개발 및 인증 기술과, 최고 성능 구현을 위한 알고리듬 기술, 지상시험 및 비행시험을 통해 구동장치/센서 형상을 최적화하는 최적화기술의 확보를 위한 연구가 진행되고 있다.
국내 감항당국을 통한 부가형식증명(STC, Supplementary Type Certification) 또한 진행 중이다. 이후 타 국내 개발 헬리콥터에도 본 기술을 활용할 예정이다.
무인헬기 분야에서는 다목적 활용 가능한 표준 플랫폼의 무인헬기 기술개발 과제에서 주로터 및 꼬리시스템 개발 및 시험평가, 비행동역학 모델, 전기체 성능·하중·구조해석 등 원천기술을 확보하고 있다. 본 기술개발을 통해 민군 수요 증대가 예상되는 감시정찰용, 통신중계기, 보급품 수송 등 무인헬기 분야에 적용 예정이다.
친환경, 도심항공모빌리티 물류배송을 위한 유상하중 20kg급 순수 전기동력 무인헬기를 개발중에 있으며, 기존 화석연료 대신 순수 배터리로 운행 가능한 시스템 체계종합 및 설계/해석, 전력관리시스템, 배터리관리시스템 등 원천기술을 개발하고 있다. 특히, 친환경 전기에너지원을 활용함으로서 도서간, 도시간 물품 배송용 드론 활용 서비스 시장에 필요한 원천기술을 확보할 뿐만 아니라 하이브리드 엔진 적용 연구 등을 통한 물류배송 능력을 확장하기 위한 연구도 진행 예정이다.
국방분야에서는 고속 비행이 가능한 복합형 회전익기의 핵심 구성품인 덕티드-팬 시스템에 대한 핵심기술을 확보 중에 있으며, 특히 방위사업청 선도형 핵심기술 과제인 “복합형 고추력 덕티드 팬 시스템 기술개발”을 통해 고속 비행이 가능한 미래 선도형 회전익기 분야의 핵심 구성품에 대한 기술을 개발하고 있다.
도심항공모빌리티(UAM, Urban Air Mobility)에 운용 가능한 PAV(Personal Aerial Vehicle)용 저소음 프롭로터 핵심 기술에 대한 연구도 진행중이다. 특히 64dBA급 저소음 프롭로터 기술 개발 과제를 통해 도심 운용에 필수적인 저소음 프롭 로터 형상기술 개발과 초경량 소재를 적용한 국내 부품 국산화를 위한 연구를 진행중이다. 4~5인승급 도심 모빌리티 비행체의 전기추진시스템에 적합한 저소음, 경량∙고효율 프롭로터(틸트 프롭 및 틸트장치, 리프트 프롭)를 항공기 인증 기술 기준 FAR PART 35에 준하는 프롭로터 개발을 목표로 연구를 수행하고 있다.
민군 겸용분야의 경우 수송용 멀티콥터(일명 수송 드론)에 적용이 가능한 프롭로터의 핵심 기술에 대한 연구가 진행 중이다. 장시간 비행을 위한 엔진과 베터리로 구성된 하이브리드 추진 시스템이 적용된 수송용 멀티콥터는 재난지역이나 차량 접근이 제한적인 격오지 또는 고립부대를 대상으로 비상물품을 보급할 수 있으며, 우수한 공기역학적인 성능과 구조 최적화를 통해 1시간 이상 장기체공 및 최대 40kg의 탑재중량 수송을 목표로 하고 있다.
