보배드림

http://bemil.chosun.com/nbrd/bbs/view.html?b_bbs_id=10040&pn=1&num=89056

http://bemil.chosun.com/nbrd/bbs/view.html?b_bbs_id=10040&pn=1&num=89063

세계적으로도 회전익 항공기의 개발이 고정익기에 비해 어렵고 기술적 한계가 많아 우리나라도 KT-1, T-50 의 고정익 개발에 성공한 이후 세계에서 손꼽히는 순위로 헬기 개발을 하게 되었습니다.

개발경험이 전무한 상태의 개발엔지니어나 시험비행 요원이었지만, 국가적인 사업의 일원으로 발자취를 남기고 있다는 생각에 밤낮없이  고장탐구를 하며 어려운 환경과 싸워왔습니다.  

현재 대한민국을 크게 강타한 감사원의 결과 발표와 이에 편승하는 여과없는 언론보도에 자존감과 자부심은 존재없이 사그라들고, 말로 표현못할 부끄러움만 커져가고 있네요.

지금 이 글을 쓰는 이유는 감성적인 호소보다는 헬기 개발에 대한 일반적 사실과, 현재 사회적 이슈가 되고 있는 수리온에 대한 기술적 견해를 말씀드리고자 함입니다. 항공기 개발사업의 전체 프레임에서 제가 알고 경험 했던 부분은 아주 일부분일 수 있지만, 지금 보기에 너무 많은 오해와 불신은 국가적으로 항공산업발전의 저해를 가져올 수 있고 앞으로도 수십년 간 수리온을 운용해야 하는 조종사, 정비사, 관계자들에게 쉽게 지우지 못할 주홍글씨가 될까 두려운 마음에 퇴근 시간에 남아 글을 남겨 봅니다.

◇ 수리온은 개발 중

  해외 항공 선진국에서 보듯이 항공기는 수년에서 수십년의 기간을 지나며 완성도를 높이고 기술을 축적하고 있습니다. 수리온은 공식적인 개발완료 시점 (2012년) 을 지나서도 영하 30도 이하의 알래스카 저온시험을 성공리에 마쳤고, 백두산 정상보다 높은 콜로라도에서 고고도 시험을 수행했으며, 미국 미시건 주에서 2차 결빙시험을 준비하고 있습니다.

대부분의 미국산 항공기는 개발 및 시험평가 이후 본격적인 양산에 앞서 LRIP (Low Rate Initial Production : 소규모초도양산) 단계를 두고 훨씬 강도높은 운용으로 초기단계의 결함을 발견해서 본격적인 양산에 반영합니다.

미국산 헬기의 경우 2-3개 대대 규모에 약 2년 정도 기간으로 추가적인 시험기간을 갖고 초기 결함율을 줄이고 있으나, 우리나라에서는 규모나 비용면에서 따라 할 수 없는 넘사벽 제도입니다.

짧은 개발/평가 기간, 기술적 경험이 부족한 상태에서 개발을 하고, 어렵게 '적합' 판정을 받았지만 실제의 야전 운용환경에 노출 된 이후 수많은 결함과 문제점이 떠오르는 주된 이유입니다.

공군의 F-15 항공기는 국내 수입 된 이후 2년여간 우리 군에서 운용하면서 약 1200건의 결함이 보고되었습니다. (인터넷 기사 참조)

잘 알고 있는 T-50은 최초 2년간 운용하면서 2400여건의 결함이 있었지만 (정비백서 참조) 이후 대부분의 문제를 해소하고 지금은 세계로 수출하는 명품이 되었으며, 오히려 미국 공군 훈련기의 후보자리를 노리는 국가적인 자랑이 되었습니다.

기사화 된 문제점 이외에도 수많은 결함과 애로사항이 더 있습니다. 하지만 수리온도 이를 극복하고 해 낼 수 있다고 자신합니다.  

◇ 프로펠러와 동체 충돌 가능성에 대하여..

  극한 환경에서 조종간을 최대 변위로 위치시켰을 때 로터와 동체의 간섭이 있을 수 있다는 감사원 발표 내용 중 하나입니다.

실제로 우리 육군에서 조종사 지상활주 훈련도중 최전방 위치에서 발생했습니다. 말도 안되는 상황으로 묘사되고 있지만 너무 한쪽 측면에 치우진 발표라고 생각합니다. 헬리콥터 지상 활주 중 과도한 조종간 움직임에 의해 동체와 간섭이 생기는 일이 정말 말도 안되는 일일까요..

  UH-60 (블랙호크)의 예를 들면 지상 활주 착륙 중 과도한 조종간 (싸이클릭) 조작은 메인로터와 동체이 충돌 가능성이 있다고 주의를 요하고 있고, 구조물 간섭을 피하기 위해 최소화해서 운용하라고 규정하고 있습니다. 수리온도 마찬가지입니다.

"지상 활주 시, 하부스톱 충격을 방지하기 위하여 사이클릭의 움직임을 최소화해야 한다"

지상활주에 대한 다른 항공기들의 교범내용을 살펴 보면

- Couger : "싸이클릭 스틱의 움직임은 중립위치에서 전후방 2.5cm 로 제한한다"

- EC225 : "전방으로 2도 혹은 3도까지 제한한다.

- AW139 : 활주 시 많은양의 사이클릭 입력은 로터 허브 및 카울링의 손상을 초래할 수 있다.

- AH64D : 지상활주시 낮은 동력 조건에서 과도한 사이클릭입력 시 Droop Stop 충격 주의

- HH-65C 돌핀 : 전방 활주는 사이클릭 중립에서 전방으로 약간 이동하여 획득, 활주 속도는 콜렉티브의 양에 의해 조절

- 미국 FAA 조종사 핸드북 (FAA-8083) : 지상 활주 중 주로터 블레이드가 로터 마스터와 접촉을 야기시킬 수 있는 과도한 사이클릭 움직임 제한 

이렇듯 지상활주 시 과도한 움직임에 의한 동체 간섭은 수리온 만의 잘못된 설계 결함이 아니라는 점입니다. 수리온 사이클릭 중립의 위치는 약 40% 입니다. 수리온 교범에서 이야기 하는 하부스톱이라는 구조물의 충격은 사이클릭 75-80% 수준에서 일어나며 육군에서의 사고는 지상활주 중 전방 100% 위치에서 발생했습니다.

  헬기 조종사 분들에게 묻고 싶습니다. 혹시 지금까지 지상활주하며 사이클릭 100% 위치에서 운용해 본 경험이 있는 분이 있는지요..

활주 이륙 중 100% 위치에서 조작을 하거나 활주 착륙 도중 0% 후방 사이클릭 위치에서도 이 헬기 기종은 동체와의 충돌이 없다" 라고 자신있게 말씀하실 분이 있는지 저도 궁금합니다.  

  너무 많은 양의 글이 쓰여 지는것 같네요. 아무래도 분할 해서 올려야 겠습니다. 

「윈드쉴드 (전방 유리창) 파손』 에 대하여..

  지금까지 수리온은 양산기 3회, 시제기 2회 등 총 5회에 걸쳐 윈드쉴드에 크랙이 발생했습니다. 양산기 2대는 야지 (낙동강 둔치)에서 이륙 및 착륙 단계에서 발생했고, 나머지 한대는 비교적 고고도 (선회비행 중)에서 발생했습니다.  관련기관 조사결과 대부분 외부 이물질에 의한 충격으로 확인되었으며, 그중 선회비행 간 발생한 윈드쉴드 파손은 운용부대와 협의가 진행되지 않아 결국 국과수에 정밀감정을 의뢰했고 "외부 이물질에 의한 파손"으로 결론지어졌습니다.

감사원 결과대로 수리온만의 결함인가요..

승용차 유리에 크랙 발생하는 것과 비슷합니다. 강한 충격을 받으면 바로 크랙이 발생하고 미세하게 손상이 생기면 크랙이 성장을 하게 되고 이후 어느순간 파손에 이르게 됩니다. 수리온 개발 당시 많은 상황에서 UH-60 과 비교를 했었는데요, UH-60 또한 이물질 충격, 조류충돌, 열피로 등으로 인한 사유로 '96년부터 '06년 사이 총 23건의 윈드쉴드 크랙이 발생했습니다.

최초의 윈드쉴드 크랙은 2013년 시제기에서 발생했으며 알래스카 저온시험의 마지막 비행에서 이륙단계에 일어났고 외부 이물질 충격으로 결론이 났습니다. 최근의 사례 또한 시제기이며 작년 미국 미시간주에서 수행한 결빙시험 도중 3,800ft 상공에서 발생했습니다. 당시 미 육군 시험센터 (Redstone Test Center) 의 수석 시험비행조종사 Lynn Hanks 는 이렇게 이야기 하였습니다. "대부분의 결빙시험을 수행했던 헬기들은 시험도중 윈드쉴드가 자주 파손되었으며 그래서 예비 윈드쉴드를 가져온다" (당시 정부기관에서 동행했던 분들도 같이 들은 이야기 입니다)

개발자의 잘못이 없다는 이야기는 아닙니다. 파손시 너무 잘게 Break line 이 생겨 시야 확보가 안되고, 기존 헬기에 사용했던 제품이 아니라 철저한 사전점검이 없었습니다. 현재 윈드쉴드는 이러한 단점을 보완하기 위해 재질 변경을 추진하고 있습니다.

 ◇ 「결빙 운용능력 부족」 에 대하여..

  공기중에 영하의 기온에서도 수적 상태로 존재하다 항공기가 지나가게 되면 표면에 결빙상태로 달라붙게 되는데 이는 항공기에 위험한 상황을 초래할 수 있기 때문에 많은 항공기들이 방빙, 제빙 장치를 갖추고 인증을 획득하고 있습니다. 반면에 결빙에 대한 인식부족이나 해석/시험의 복잡성, 비용 문제 때문에 많은 소형급 항공기들은 결빙장치를 갖추지 않고 단순히 결빙상황을 회피하라고 되어 있기도 합니다. 

수리온에 결빙능력을 갖추는 것은 최초부터 육군의 요구사항이었으나 사업 초기단계에 '결빙 해석/시험/입증' 에 대한 이해를 하고 수준을 가늠할 수 있었던 사람은 국내에 아무도 없었습니다. 다소 과한 표현일 수 있지만 부끄럽지 않은 당연한 사실입니다. 이후에 별도의 사업으로 진행이 되었으며 공식적으로는 불합격의 불명예를 안게 되었습니다.

묻고 싶습니다. 100년에 가까운 헬기 개발 역사를 가지고 있는 미국이나 유럽의 헬기들 중에도 결빙시험을 한 시즌에 마친 헬기가 있는지요..

우리가 잘 아는 UH-60은 개발 이후 5년간 결빙시험을 했고, 아파치 헬기는 4년, 유럽 아구스타의 AW-139는 5년, AW-189는 3년을 시험했습니다. 결빙에 대한 경험, 지식이 없는 상태에서 외국의 규격서를 베껴서 수리온의 요구도를 만들었고 엔지니어는 기술적 한계를 체험해야 했습니다. 시험비행-재설계-시험비행 을 반복하는 것이 당연한 개발과 입증의 프로세스인데 한국 수리온에게는 첫시즌에 합격/불합격을 가름하라는 너무나도 가혹한 요구였습니다.

수리온에 요구되는 Moderate Level 은 세계적으로도 가장 높은 수준의 요구도 입니다. 우리나라에서 운용중인 항공기 중에는 5 시즌 결빙시험을 수행한 UH-60 에만 갖추고 있는 능력이고 아파치, 씨누크는 그보다 낮은 Light Level이며 나머지 군에서 운용중인 BO-105, AH-1S, 500MD, UH-1H, Lynx 등의 헬기에는 결빙 운용 능력이 없습니다. 

자연결빙 시험은 전문 기상학자가 대략적인 결빙 장소/시기를 알려주고 이후 미 육군의 고정익 항공기가 Survey 를 해서 정확한 결빙 위치/수준을 알려주게 되며 이후 수리온이 현장에 도착해 시험을 하는 방식이었습니다. 약 140쏘티 180 시간을 결빙시험 (Flight Log 기준) 관련 비행만 수행했으며 개선 이전의 형상으로도 최저 영하 27도에서의 자연결빙 시험, 결빙 정도를 나타내는 구분에서 최고 수준인 Heavy Level 에서도 수십차례 결빙 시험을 실시 했습니다. (육군에서 파견된 인원이 매 비행 동승 실시)

시험 결과를 해석하고 종합하는 단계에서 일부 개선사항이 도출되었고 문제점이 발견되었습니다. 제대로 국가적 관심과 지원을 받고 다시 도전하는게 맞는건지, 더 이상 어찌 해볼 수 없는 방산비리의 역사적 교훈으로 퇴출되야 하는지요..

감항인증 기준 100여개 중에 29항목이 미달했다고 기사가 나옵니다. 조금만 더 들여다 보면 그중 14항목은 교범에 반영할 수 없어 생긴 내용이고 나머지 기술적 결함에 대한 항목에 대해 엔지니어들이 수개월째 밤낮을 잊고 노력하고 있습니다. 현재 형상으로도 아파치 수준의 결빙능력(Light Level) 은 보유하고 있습니다.  큰 결함이 있어 겨울철 운항하면 위험하다는 논리는 너무 비약적이라고 생각합니다.

◇ 「수리온 진동」에 대하여..

  헬기의 태생적 한계입니다. 그리고 그 중에도 수리온 진동수준은 좋지 않습니다. 수리온의 개발은 어찌보면 진동과의 싸움이었고 개발 초기부터 치명적인 위협을 줄 수 있는 이상진동, 구성품의 수명을 줄이는 진동 그리고 마지막 운용자 편의 수준의 진동까지 다양하게 나타났으나 다행히 많은 부분에서 개선이 있었습니다. 그 중에서 이상진동 (주기어박스 발산 진동)은 확실하게 제거 되었고 주요 구성품의 수명도 최초 목표대로 보장받을 수 있는 수준이 되었습니다. 다만 마지막 항목인 운용자 편의 수준의 진동은 개선의 여지가 남아 있다고 생각합니다.  

윈드쉴드 크랙은 진동때문이다 ..... 그렇지 않습니다. 우리가 조그마한 힘으로도 그네에 타고 있는 사람을 쉽게 공중으로 밀어 올릴 수 있습니다. 그네는 줄의 길이와 타고 있는 사람의 무게로 고유한 주파수를 갖게 되고 밀어주는 사람은 정확하게 그 주파수에 맞추어 뒤에서 밀어주면 (가진) 됩니다. 그런데 만약 타이밍을 잘 못맞추고 다소 엇박자로 그네를 밀면 어떻게 될까요.. 그네는 멈출것이고 아주 미미한 동작만 하게 될 것입니다. 이렇게 모든 물체에는 고유한 주파수를 갖게 되는데 그 주파수에 맞추어서 가진을 하게 되면 엄청난 물리적 에너지를 갖게 됩니다. 수리온 동체에 뿌려지는 가장 주요한 진동은 18hz 대역입니다. 블레이드가 4개이고 1분에 272회를 회전하기 때문에 생기는 주파수 대역이고 나머지도 주로 낮은 주파수 대역의 에너지가 내려오게 됩니다. 윈드쉴드는 50hz 이상의 주파수를 띄고 있습니다. 이정도로 주파수 대역이 차이가 나게되면 진동때문에 윈드쉴드 크랙이 발생한다는 논리는 다소 억측입니다.

엔진과 미션의 부조화로 진동이 발생한다..... 이정도면 다소 생소한 고유주파수 이야기 할것 없이 너무 어이 없는 수준입니다. 엔진을 납품하는 미국 GE 사, 미션을 납품하는 Airbus Helicopter사 (유로콥터) 모두 세계적인 기업들입니다. 장착 상태에서 진동수준이 자기들의 기준을 넘었다면 수리온은 초도비행도 못했을 것입니다.

기체에 크랙 발생.... 하중의 분포나 피로의 수준을 잘 못 판단한 설계 결함입니다. 주요 기체 부위에 크랙이 발생하였고 육군에서 중앙합동기술위원회를 수행하여 제작사에서 제출한 자료에 대해 적정한 원인분석으로 판단하였으며 이후 개선작업이 시작되었습니다. 다만 이 또한 수리온만의 독특한 결함이 아닌 타 항공기 사례에서도 어렵지 않게 찾아 볼 수 있는 사항입니다. 일일이 예를 들지는 않겠습니다. 같이 못났다는 이야기를 하려는 것이 아니라 헬기 개발이후 운용에서 설계의 결함을 찾아내고 운용자와 개발자가 같이 개선해 나가는 노력을 하는것이 바람직한 모습이라는 점을 말씀드리고 싶습니다.

전체적인 흐름이 '수리온만 나쁜게 아니다' 라고 오해 할 수도 있겠네요. 헬기 개발에 있어서 어쩔수 없이 겪어야 하는 과정이라 생각하며 세계적인 항공 선진국들의 사례와 비교해도 결코 뒤쳐지지 않는 수준이라 생각합니다.  많은 결함들에 대해 비난이 아닌 개선과 도약을 위한 건전한 비판이길 희망하며,  오늘도 해소되지 않는 많은 결함 때문에 고생하는 수리온 조종사, 정비사, 관계자 분들께 개발자의 일원으로서 죄송스럽고 미력하나마 빠른 시일내에 개선이 되도록 제 자리에서 노력하겠습니다.

너무 늦어 나머지 항목은 내일로 넘기도록 하겠습니다.