비행시험

Flight test
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엠브레이어 프라이터의 비행시험 차량

비행시험은 항공기의 비행 중 데이터를 개발·수집하는 항공공학 분야로, 또는 발사체 및 재사용 우주선의 대기시험에 의해 데이터를 분석하여 안전 측면을 포함한 설계의 유효성을 검증하기 위해 차량의 무결성 및 공기역학적 비행 특성을 평가한다.

비행시험 단계는 1) 설계 문제 발견 및 해결, 2) 정부 인증 또는 고객 수용을 위한 차량 기능 확인 및 문서화라는 두 가지 주요 과제를 수행한다.비행시험 단계는 기존 차량에 대한 단일 새로운 시스템 시험에서부터 새로운 항공기, 발사체 또는 재사용 가능한 우주선의 완전한 개발과 인증까지 다양할 수 있다.따라서 특정 비행시험 프로그램의 기간은 몇 주부터 여러 해까지 다양할 수 있다.

항공기 비행시험

민항기

비행시험 프로그램에는 통상 상업과 군사 등 두 가지 범주가 있다.상업적 비행 시험은 항공기가 정부 인증기관의 모든 해당 안전 및 성능 요건을 충족함을 인증하기 위해 실시된다.미국에서는 연방항공청(FAA), 캐나다에서는 교통 캐나다(TC), 영국에서는 민간항공청, 유럽연합에서는 유럽항공안전청(EASA)이다.상용 항공기 개발은 통상 항공기 제조사 및/또는 개인 투자자가 자금을 조달하므로 인증 기관은 항공기의 상업적 성공에 대한 지분을 보유하지 않는다.이들 민간기관은 항공기의 안전성과 조종사의 비행 매뉴얼이 항공기의 성능을 정확하게 보고하는 것에 대해 우려하고 있다.항공기가 운용사에 적합한지 여부는 시장에 의해 결정된다.통상 민간 인증기관은 제조사가 개발 문제를 발견하여 수정하고 인증을 받을 준비가 될 때까지 비행시험에 관여하지 않는다.

군용기

군사 프로그램은 정부가 항공기 제조사와 계약을 맺고 특정 임무 능력을 충족시키기 위해 항공기를 설계하고 건설한다는 점에서 상업과 다르다.이러한 성능 요건은 항공기 규격에 제조자에게 문서화되며 비행 시험 프로그램의 세부사항(다른 많은 프로그램 요건 중)은 작업 명세서에 기술되어 있다.이 경우 정부는 고객이며 항공기의 임무 수행 능력에 직접적인 이해관계가 있다.정부가 이 프로그램에 자금을 대고 있기 때문에, 그것은 일찍부터 항공기 설계와 시험에 더 많이 관여한다.종종 군사 시험 파일럿과 엔지니어들은 제조자의 비행 시험 팀의 일원으로서 심지어 첫 비행 전에 통합된다.군용기 비행시험의 최종 단계는 작전시험(Operational Test, OT)이다.OT는 항공기가 의도된 임무를 수행하는 데 적합하고 효과적이라는 것을 인증하기 위해 지시와 함께 정부 전용 시험 팀에 의해 수행된다.[citation needed]

군용기의 비행시험은 군용 비행시험시설에서 실시하는 경우가 많다.미 해군은 네이비 에어 스테이션 패턱센트 강에서, 미 공군은 에드워즈 공군 기지에서 항공기를 시험한다.미 공군시험 파일럿 스쿨과 미 해군시험 파일럿 스쿨은 군 시험 인원을 가르치기 위해 고안된 프로그램이다.영국에서 대부분의 군사 비행 시험은 RAF, BAE 시스템즈, 치네티큐 등 3개 기관이 수행한다.경미한 업그레이드의 경우 이들 3개 조직 중 1개 기관이 단독으로 시험을 실시할 수 있지만, 주요 프로그램은 일반적으로 공동 시험팀(JTT)에 의해 수행되며, 3개 조직 모두가 통합 프로젝트 팀(IPT) 영공 아래 협력한다.[citation needed]

발사체 및 재사용 가능한 우주선의 대기권 비행시험

2014년 9월 21일 Falcon 9 13편에서 단계 분리 이후 팰컨 9의 제어-욕조 비행 시험 열 영상.2단계 플룸에서 1단계 기동 중, 약 140km(87mi)의 피크 고도에 가까운 타력, 하향 변환을 제한하기 위한 부스트백 화상, 재진입 화상 준비, 약 70km(43mi) ~ 40km(25mi) 고도에서 재진입 화상 등을 포함한다.구름이 낮은 고도에서 적외선 영상을 가리기 때문에 바다 표면 근처의 착륙 화상은 포함하지 않는다.

모든 발사 차량은 몇 개의 재사용 가능한 우주선뿐만 아니라 반드시 대기권을 이동하는 동안 공기역학적 비행 부하를 다루도록 설계되어야 한다.

많은 발사차량이 비행시험을 받고 있으며, 비교적 광범위한 데이터 수집과 특정 발사차 설계의 초기 궤도 발사에 대한 분석이 이루어진다.재사용 가능한 우주선 또는 재사용 가능한 부스터 시험 프로그램은 훨씬 더 많이 관여하며 일반적으로 전통적인 항공기 시험의 전체 외피 확장 패러다임을 따른다.이전과 현재의 시험 프로그램으로는 우주왕복선, X-24B, SpaceShipTwo, Dream Chaser,[1] Falcon 9 프로토타입,[2][3] OK-GLI, SpaceX Starship 프로토타입의 조기 낙하 시험이 있다.

비행시험과정

비록 스페이스X가 수익 발사 시 귀환 부스터 비행의 비행 후 단계에 대해 광범위한 비행 시험을 실시했지만, 일반적으로 비수익 비행의 한 종류로서 비행 시험은 후자의 통계적으로 입증된 사고 또는 심각한 사고의 위험성이 더 높을 수 있다.이것은 주로 새로운 항공기 또는 발사 차량의 핸들링 특성과 작동 절차의 결핍이라는 미지의 대상에 제공하고, 비행 승무원의 시험 비행 조종사 훈련이나 경험은 이런 이유로 lacking[4]더욱 악화될 수 있는 때문이다, 비행 시험이 신중한 3단계:준비, 실행, 그리고 분석과 주목할 계획되어 있다.실내 변기핥기

준비

수호이 슈퍼제트 100 시제품 코에 정적 압력 프로브
Boeing 747-8I 프로토타입의 비행시험 압력 프로브 및 물탱크
보잉 747-8I 프로토타입에 탑재된 정적 압력 프로브 장치. 배럴 안에 롤업된 긴 튜브는 항공기 꼬리 뒤쪽으로 멀리 전개될 수 있는 프로브에 연결된다.

상용 및 군용 항공기는 물론 발사 차량 모두에 대해 시험 차량이 비행 준비를 마치기 훨씬 전에 비행 시험 준비가 시작된다.처음에 시험해야 할 것은 정의되어야 하며, 여기서부터 비행시험 엔지니어는 비행해야 할 기동(또는 연습해야 할 시스템)인 시험 계획을 준비해야 한다.각 단일 테스트는 테스트 포인트로 알려져 있다.새 항공기에 대한 완전한 인증/인증 비행 시험 프로그램은 많은 항공기 시스템과 비행 중인 시스템에 대한 시험을 요구할 것이다. 각 시험은 일반적으로 별도의 시험 계획에 문서화된다.인증 비행 시험 프로그램은 모두 약 10,000개의 시험 포인트로 구성될 것이다.[citation needed]

항공기의 단일 시험 비행을 준비하는 데 사용되는 문서를 시험 카드라고 한다.이것은 비행할 시험 지점에 대한 설명으로 구성된다.비행 시험 엔지니어는 가능한 경우 동일한 비행에 대해 모든 시험 계획에서 유사한 시험 지점을 비행하도록 시도할 것이다.이를 통해 필요한 데이터를 최소 비행 시간 내에 획득할 수 있다.비행시험 과정을 제어하는 데 사용되는 소프트웨어는 비행시험관리 소프트웨어로 알려져 있으며, 비행시험 엔지니어가 필요한 문서를 생성할 뿐만 아니라 비행할 시험 지점을 계획할 때 지원한다.[citation needed]

비행시험 데이터 요건이 확립되면, 항공기나 발사체에는 데이터 획득 시스템(DAS) 또는 데이터 획득 유닛(DAU)과 센서를 계측하여 분석을 위한 데이터를 기록한다.대형 항공기의 비행 시험 중 기록된 대표적인 계측 매개변수는 다음과 같다.

  • 대기(정적) 압력 및 온도
  • 동체 주위의 다양한 위치에서 측정되는 동적("전체") 압력 및 온도
  • 진동 수준을 포함한 날개 및 동체의 구조적 하중
  • 항공기 자세, 공격 각도 및 사이드 슬립 각도
  • 항공기 내 서로 다른 위치에서 가속도계로 측정한 자유도 6도 모두에서 가속도
  • 소음 수준(내부 및 외부)
  • 내부 온도(실내 및 화물칸 내)
  • 항공기 제어 장치 편향(스티커/요크, 방향 페달 및 스로틀 위치)
  • 엔진 성능 파라미터(다양한 단계의 압력 및 온도, 추력, 연료 연소율)

이전 시험에서 동작이 결정된 특정 교정 기구를 기내에 들여와 항공기의 내장형 탐침을 보완할 수 있다.

비행 중 이 매개변수는 비행 속도, 고도, 중량 및 무게 중심 위치와 같은 관련 항공기 성능 매개변수를 계산하는 데 사용된다.

특히 새로운 항공기의 초기 개발 동안에 선택된 비행 시험 단계 동안에 많은 매개변수가 비행 중에 지상으로 전송되고 비행 시험 및 시험 지원 엔지니어가 모니터링하거나 후속 데이터 분석을 위해 저장한다.이것은 안전 모니터링을 제공하고 획득되는 데이터의 실시간 및 전체 시뮬레이션 분석을 모두 허용한다.

실행

항공기나 발사체가 완전히 조립되고 계측되면 여러 시간의 지상 시험이 실시된다.이를 통해 기본 항공기 차량 운용, 비행 제어, 엔진 성능, 동적 시스템 안정성 평가 등 다양한 측면을 탐색할 수 있으며, 구조 하중을 먼저 살펴볼 수 있다.그런 다음 차량은 처녀비행을 진행할 수 있으며, 이는 모든 항공기의 주요 이정표 또는 차량 개발 프로그램을 발사할 수 있다.

비행시험 프로그램에는 다음과 같은 몇 가지 측면이 있다.

  • 비행 범위 전체에 걸친 조종사 입력에 대한 항공기의 제어 가능성과 반응을 평가하는 취급 품질
  • 성능 시험은 속도, 범위, 전력 사용 가능, 드래그, 공기 흐름 특성 등과 같은 예상 능력과 관련하여 항공기를 평가한다.
  • 에어로탄성/플랫터 안정성, 공기역학(공기 유발) 부하에 대한 항공기 제어 및 구조물의 동적 응답을 평가한다.
  • 항전/시스템 테스트는 모든 전자 시스템(내비게이션, 통신, 레이더, 센서 등)이 설계된 대로 작동하는지 검증한다.
  • 구조 하중은 모든 비행 체계의 구조적 무결성을 확인하기 위해 기체, 동적 구성요소 및 제어장치에 가해지는 응력을 측정한다.

군용 항공기에 특정한 시험은 다음을 포함한다.

  • 조종사가 온보드 시스템을 사용하여 목표물을 획득하고 목표물에 대한 명령을 정확하게 전달하는 능력을 살펴보는 무기 전달
  • 안전상의 문제가 없는지 확인하기 위해 항공기를 떠날 때의 서류의 분리에 대한 평가
  • 공중 급유,
  • 레이더/적외선 시그니처 측정;
  • 항공모함 작전.

비상 상황은 모든 비행 시험 프로그램의 정상적인 부분으로 평가된다.예: 비행의 다양한 단계(이륙, 순항, 착륙), 시스템 고장 및 제어 기능 저하.전체 운용 범위(허용 가능한 총 중량, 중력 중심, 고도, 최대/최소 공기 속도, 기동 등)는 비행 시험 중에 설정되고 검증된다.항공기는 항상 비행 매뉴얼의 정상 운항에 허용된 한계를 초과하여 안전함을 입증한다.

비행시험 프로그램의 1차 목표는 정확한 엔지니어링 데이터를 수집하는 것이기 때문에, 종종 완전히 입증되지 않은 설계에서 비행시험 항공기를 조종하는 것은 고도의 훈련과 기술을 필요로 한다.이와 같이, 그러한 프로그램은 일반적으로 특수 훈련을 받은 시험 파일럿에 의해 비행되고, 데이터는 비행 시험 엔지니어에 의해 수집되며, 종종 비행 시험 계측기를 사용하여 시험 파일럿 및/또는 비행 시험 엔지니어에게 시각적으로 표시된다.

분석 및 보고

그것은 인증을 위한 비행기의 분석을 포함한다.비행기의 모든 미세한 부분을 점검해 내측과 외측을 분석한다.보고에는 분석된 데이터 결과가 포함된다.

도입 항공기 성능은 이륙, 상승, 크루즈, 가속, 감속, 하강, 착륙 및 기타 기본 전투기 기동 등 다양한 임무를 수행한다.

비행시험이 끝나면 FAA의 FAR, EASA의 인증사양서(CS), 인도의 항공사원 준수 및 요건과 같은 규정에 따라 항공기를 인증해야 한다.

1. 비행 성능 평가 및 문서화

  • 비행 데이터 처리에는 비행 경로(트래젝토리)를 따라 필터링, 편향 보정 및 분해능이 포함된다.
  • 비행시험 데이터의 임무부문 분석.
  • PCD(Performance Cycle Deck)를 사용한 추력 추정.
  • IFTD(In-Flight Strush Deck)를 이용한 비행 중 추력 계산
  • 표준 절차에 따른 비행 성능 문서화.
  • 항공기 성능 모델의 검증 및 업데이트.

2. 비행성능을 표준조건으로 감소

  • 국제 표준 대기 조건(ISA)에 따른 항공기 성능 모델 추정
  • 비표준(테스트된) 조건은 표준 질량, 고도, 속도, 스로틀 설정을 개별적으로 통합하여 연구한다.
  • 개별 효과는 국제 표준 대기 조건 인증에서 성과를 얻기 위해 시험한 (비표준) 조건에 추가된다.
  • 이륙과 착륙의 경우 바람의 영향도 고려된다.

3. 운영 데이터 매뉴얼(ODM)을 위한 성능 차트 작성 및 검증

성능 차트를 통해 조종사는 항공기의 이륙, 상승, 순항 및 착륙 성능을 예측할 수 있다.제조업체가 제공하는 이 차트는 AFM/POH에 포함되어 있다.제조업체가 이러한 차트에서 제공하는 정보는 평균 조종 기술을 사용하는 동안 정상적인 운영 조건 하에서 새로운 항공기에서 수행된 시험 비행과 양호한 작동 순서로 항공기와 엔진에서 수집되었다.엔지니어들은 비행 데이터를 기록하고 시험 비행 중 항공기의 동작을 바탕으로 성능 차트를 만든다.조종사는 이러한 성능 차트를 이용하여 이륙과 착륙에 필요한 활주로 길이, 비행 중 사용할 연료량, 목적지 도착에 필요한 시간을 결정할 수 있다.항공기가 정상 작동 상태가 아니거나 불리한 조건에서 운항할 경우 차트의 데이터가 정확하지 않다는 점을 명심해야 한다.항공기의 작동 순서가 양호하지 않거나 조종 기술이 평균 미만인 경우 항상 성능 수치를 보상해야 할 필요성을 고려하십시오.각 항공기는 성능이 다르므로 성능 번호가 다르다.모든 비행이 다르기 때문에 모든 비행에 앞서 항공기의 성능을 계산한다.

모든 차트는 특정 조건에 기초하며 비행 조건에 대한 정보를 어떻게 적응시키는지에 대한 주석을 포함하고 있다.모든 차트를 읽고 어떻게 사용하는지 이해하는 것이 중요하다.제조업체에서 제공한 지침을 읽으십시오.차트 사용 방법에 대한 설명은 해당 특정 차트에 대해 제조업체가 제공한 예를 참조하십시오.

정보 제조업체가 제공하는 정보는 표준화되어 있지 않다.정보는 표 형식으로 포함할 수 있으며, 다른 정보는 그래프 형식으로 포함할 수 있다.때때로 결합된 그래프는 비행의 여러 조건을 보상하기 위해 두 개 이상의 그래프를 하나의 차트에 통합한다.결합된 그래프를 통해 조종사는 한 차트에서 밀도 고도, 중량 및 바람의 변화에 대한 항공기 성능을 예측할 수 있다.이러한 유형의 차트에서 추출할 수 있는 방대한 양의 정보 때문에 차트를 매우 정확하게 읽는 것이 중요하다.초반에 작은 오차가 나면 마지막에 큰 오차가 생길 수 있다.

이 섹션의 나머지 부분은 일반적으로 항공기에 대한 성능 정보를 다루며 차트에 포함된 정보가 무엇이며 차트에서 직접 판독 및 보간 방법을 통해 정보를 추출하는 방법에 대해 논의한다.모든 차트는 비행 계획을 세울 때 사용해야 하는 풍부한 정보를 포함하고 있다.비행의 모든 측면에 대한 표, 그래프 및 결합된 그래프 형식의 예제가 논의될 것이다.

보간: 차트의 모든 정보를 쉽게 추출할 수 있는 것은 아니다.일부 차트는 특정 비행 조건에 대한 정보를 찾기 위해 보간 작업을 요구한다.보간 정보는 알려진 정보를 취함으로써 조종사가 중간 정보를 계산할 수 있다는 것을 의미한다.그러나 조종사들은 때때로 차트에서 보다 보수적인 수치까지 값을 반올림한다.불리한 조건을 약간 더 반영하는 값을 사용하면 성능 정보의 합리적인 추정치를 얻을 수 있고 약간의 안전성을 확보할 수 있다.다음 그림은 이륙 거리 차트에서 정보를 보간하는 예다.

  • 광범위한 대기 조건, 비행 및 엔진 매개변수에 대한 모형 추정.
  • 항공기 성능 예측을 위한 모델 추정에서 차트와 표의 준비 및 검증.
  • 이것은 조종사가 효과적이고 안전하게 작동하고 성능 비교를 할 수 있게 할 것이다.

비행시험팀

Airbus A380 프로토타입에 탑재된 비행시험 엔지니어의 워크스테이션

비행시험팀의 구성은 비행시험 프로그램의 조직과 복잡성에 따라 달라지지만, 일반적으로 모든 비행시험 조직의 일부인 몇몇 핵심 선수들이 있다.비행시험팀의 리더는 보통 비행시험 엔지니어(FTE) 또는 실험시험 파일럿일 수 있다.다른 FTE나 조종사들도 참여할 수 있다.기타 팀원은 비행시험 계측 엔지니어, 계측시스템 기술자, 항공기 유지관리 부서(기전, 전기 기술자, 항전 기술자 등), 품질/제품 보증 검사원, 지상 컴퓨팅/데이터 센터 직원, 물류 및 관리 지원 등이다.다른 여러 분야의 엔지니어는 특정 시스템의 시험을 지원하고 전문 분야에 대해 취득한 데이터를 분석할 수 있다.

많은 항공기 개발 프로그램이 정부군에서 후원하기 때문에 군이나 관용직 민간 조종사와 기술자들이 비행시험팀에 통합되는 경우가 많다.정부 대표들은 프로그램 감독을 제공하고 자료를 검토하고 승인한다.정부 시험 조종사들도 실제 시험 비행에 참여할 수 있으며, 심지어 일등/하녀 비행에도 참가할 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ "Sierra Nevada's Dream Chaser spacecraft tested at Broomfield airport". dailycamera.com. 29 May 2012. Archived from the original on 31 May 2012. Retrieved 29 May 2012.
  2. ^ Lindsey, Clark (28 March 2013). "SpaceX moving quickly towards fly-back first stage". NewSpace Watch. Retrieved 29 March 2013.
  3. ^ "Reusable rocket prototype almost ready for first liftoff". Spaceflight Now. 9 July 2012. Retrieved 13 July 2012.
  4. ^ "Mitigating Risk for Non Standard Flights". Retrieved 31 January 2011.

추가 읽기

  • Stephen Corda: 비행시험 관점을 가진 항공우주 공학 소개.Wiley, 2017 ISBN 978-1-118-95336-5.

외부 링크