미래 무인 회전익 체계 국내외현황 및 발전 전략

2016. 8. 30

국방과학연구소제7기술연구본부 3항공체계개발실

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국방 여건 변화 및 대응

– 통일에 따른 주권 수호영역 확대

– 잠재적 위협 국가와의 분쟁 가능성 증대

– 테러, 국제범죄 등 비군사적 위협 영역 확대

⇒ 수직 이·착륙(육상/해상), 고속·장거리

비행 가능한 신개념 비행체(UCCR 등)를

통한 작전영역 확대 필요

⇒ BLOS를 고려한 유∙무인 협동체계를 통하

여 국부적 정밀감시 체계 및 효율적 작전운

용 능력 확보 필요

* BLOS : Beyond Line of Sight

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회전익기 특·장점

– 장점

제자리 비행 (Hovering)

측방·후진 비행 및 수직 이·착륙 가능

엔진 정지 시 자동회전 (Auto-rotation) 특성

넓은 공간을 차지하는 활주 공간 불필요

커다란 수목이나 건축물과 같은 장애물 지역에서도 운용 가능

– 용도

산불 진화, 인명 구조

제한된 장소에 병력/ 물자 운송, 근접항공 지원, 정찰 활동,

대 테러작전, 시가지 작전 등 특수작전에 적합

– 제한사항 : 최대속도 제한

고정익기의 제한사항 극복 가능한 매우 유용한 기체

회전익기의 비행속도 한계점 (Speed Limit)

– 로터를 통하여 양력과 추진력을 동시에 얻는 전통적 회전익기는 로터 블레이드의 충격파, 실속 등 물리적 한계에 따른 비행속도 제약으로 약300 kph 이상의 수평 비행속도 유지 곤란, 항속거리 제한

– 비행속도의 제약은 작전범위가 넓어질수록 큰 부담으로 작용하므로, 위험을 감수하고 작전지역에 가깝게 많은 지점에 전개 불가피

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※헬기 최고속도 : 216.45 kts,400.87 kph[Lynx 헬기, BERP 로터]

미국, 유럽 등 선진국은 한계속도 극복을 위한 신기술 개발 착수

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아프가니스탄의 의무후송헬기 배치 기준으로 본 속도의 효용성

UH-60 vs SB-1 Defiant (고속화를 통한 작전영역 증가)

6개 기지8개 기지13개 기지

SB-1 Defiant• 250 kts• Sikorsky-Boeing

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V/STOL 개발 역사 (1950~2015)

V-22

F-35

AV-8B

V/STOL 개발(65years)

V/STOL 개발 침체기(20years)

AW609

V/STOL 개발 번성기(30years)

2015

Tilt Rotor

V/STOL 개발 번성

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관련 요소/핵심 기술의 성숙으로 신개념 회전익기 개발이 가능해짐.

과 거 미 래

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DoD FVL/JMR-TD Program

– Future Vertical Lift

목표 : OH-58(Light), UH-60/AH-64(Medium), CH-47(Heavy)를대체하는 차세대 회전익기 플랫품 개발 : JMR-Light/Medium/Heavy/Ultra

개발기간 : 2010~2050

– Joint-Multi-Role-TD

목표 : 2대 기술시험기 개발(only Medium)

일정 : 2010~2020(TD) *EMD : ~2028

요구조건 : 순항속도 230 kts 이상,

작전반경 430km 이상(승무원 4/병력 12),

기동/공격형 공용성(Commonality) 고려

현황 : 2개 개발사업자 선정(14.10) 및 상세설계 진행 중

SB-1 Defiant (250kts)

(Sikorsky-Boeing)

V-280 (280kts)

(Bell-Lockheed Martin)

TR36D (360kts)

(Karem)

CCH (250kts)

(AVX)

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DARPA Program (계속)

– UCAR(Unmanned Combat Armed Rotorcrat) Program

목표 : AH-64대비 40%수준 이하 운용유지비의 무인/무장 회전익기 개발

요구조건 : 160 kts/2,000 km/10 hrs이상, 탑재하중 ~450 kg, 자율운용/협업

일정 : 2002~2004(*당초 4단계 ~2009, 예산부족으로 사업 중단)

– Disk-Rotor Compound Helicopter Program

목표 : 신개념 형상(Disk-Rotor)설계, 핵심기술 식별

일정/업체 : 2008~2011 / Boeing사

요구조건 : 350~450 kts / 750 km

임무 : 탐색/구조, 공중강습, 무장호위

Lockheed Martin사 Northrop Grumman사 Sikorsky사 [탈락] Boeing사 [탈락]

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DARPA Program (계속)

– ARES Program

목표 : 다목적 모듈 방식의 수직이착륙기 개발

일정 : 2010년 착수

2016년 비행시험 예정

ARES : Aerial Reconfigurable Embedded System

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요구도 항목 VTOL X-Plane UH-60M RADIER V-22

순항속도 300~400 kts 155 238(max) 275(max)

제자리비행 효율 (FM) 75% 이상 62% 72% 67%

양항비 (L/D) 10 이상 3.5~4.6 3.5~5.5 7.6

중량 10,000 ~ 12,000 lbs 22,000 11,400 60,500

유용 하중비 40% 이상 37% 31% 31%

DARPA Program (계속)

– VTOL X-Plane Program

목표 : 기존 회전익기 성능(순항속도, Hover 시간, 항속거리, 유용하중) 향상

일정 : 2014~2018, 3단계 : Phase1A(6M)/B(16M), 2(18M), 3(12M)

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AHS Student Design Competition(2014)

– DARPA VTOL X-Plane 요구도와 동일

Emperor UAV(Rensselaer) XV-58(Georgia Tech.)

NIBBIO(POLITECNICO DI MILANO)Raven(Georgia Tech.)HammerHead(Georgia Tech.)

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NASA Program

– GL-10 Greased Lightning

목표 : 장기체공 및 수직이착륙

틸트 윙(주날개, 꼬리날개)

전기추진 방식 – 10개의 모터로 각 프로펠러 구동

미국 업체

Elytron AircraftJoby Aviation

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유럽

– Project Zero(Augusta Westland)

틸트 덕티드 팬

전기추진 방식

– X3(Airbus)

로터 + 프로펠러

– Clean Sky 2 프로그램

Airbus HelicopterAugusta Westland

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이스라엘

– Airmule(Tactical robotics LTD)

동체 덕티드 팬(양력) + 후방 덕티드 팬(추력)

자세 제어 : 덕트 입출구 베인

일본(JAXA)

– Quad Tilt Wing

고속 장거리 수직 이착륙기

– Future type rotary-airfoil airplane

재해/산악 구조, 섬지역 긴급 수송용

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스마트 무인기(KARI) 덕트-틸트 비행로봇(KARI)

덕티드팬(생기연) 틸트윙(충남대)덕티드팬(충남대) 쿼드 틸드 프롭(부산대)

복합비행체(ADD)

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필요성

– 유인기의 제한적인 운용영역으로부터 상황인식 개선

– 적 위협으로 자유로워 작전영역 증대

– 고품질 데이터 및 영상 제공

현황

– 미국 MUM-T : 1998년 부터 14개 프로그램 진행

유인체계 능력 향상

MUM-T :Manned Unmanned Teaming

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상호 운용성 단계(LOI) : 유무인기 협업 수준에 따라 5단계로 정의

– LOI 1 : 무인기의 영상 신호와 정보를 간접 수신

– LOI 2 : 무인기의 영상 신호와 정보를 직접 송,수신

– LOI 3 : 무인기의 영상 신호와 정보를 직접 송/수신하고, 무인기의 영상센서

를 직접 통제

– LOI 4 : 무인기의 이착륙을 제외한 무인기 영상센서 및 비행을 직접 통제

– LOI 5 : 무인기의 이착륙을 포함한 모든 통제

LOI : Level of Interoperability

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MUSIC(Manned Unmanned System Integration Capability)

2006 ~ 2011년: 유무인 통합, 상호운용 기술혁신

대상 항공기 유인헬기 : AH-64D Apache Block II

OH-58D Kiowa Warrior 무인기 : MG-1C Gray Eagle

RQ-7B ShadowMQ-5B HunterRQ-11B RavenPuma

무인기 상호 운용 능력 확인

다양한 통제소간의 무인기 상호 운용성 확인

유/무인기 협업

무인기 영상 정보의 직접 수신 :LOI 2

무인기 영상센서 및 비행경로 통제 :LOI 3 & 4

TCDL: Tactical Common Data Link

DDL: Digital Data Link

VUIT-2: Visual User Interface Tool-2

OSRVT: One System Remote Video Terminal

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MUSIC 시험 운용 유인기

– AH-64D Apache

Block II는 VUIT-2를 사용 OSRVT 및 무인기와 영상 정보/관련 Data를 전송

VUIT-2는 무인기 영상 정보 및 Apache 영상정보를 OSRVT에 전송하여 목표정보 제공. 결정에 따라 Apache는 교전

LOI-2 수준

– OH-58D Kiowa Warrior

TCDL을 이용하여 Hunter의 영상 정보를 수신하여 부 조종석 MFD에 시현하고, 25km 거리(Ku)의 OSRVT에 재전송

자체 획득 영상 및 메타정보를 OSRVT에 전송

LOI-2 수준

무게 18 Kg (아파치 75 Kg)

※ 유인헬기는 모두 TCDL를 적용하여 무인기와 지상통제 시스템과 연동

TCDL: Tactical Common Data Link

VUIT-2: Visual User Interface Tool-2

OSRVT: One System Remote Video Terminal

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미육군의 아파치와 무인기 협업 개발 방향

– AH-64D (Block Ⅱ): LOI 2

MUMT-2 개발완료

15 Km 통달거리(C, L, Ku 대역)

75 Kg 무게

Type 1, Type 2 AES 암호체계 적용

– AH-64E: LOI 4

UAV간 50 Km 통달거리(지상 100 Km)

Ku 대역 UTA 장착: TCDL

최초로 무인기(Gray Eagle)의 무장제어

45 Mbit/s로 정보전송

– AH-64E Ver. 4 (‘16 ~‘18)

Link-16

Air to Air to Ground video relay (AAG)

MUMT-2: Manned Unmanned Teaming-2

UTA: UAS Tactical Common Datalinks Assembly

AES: Advanced Encryption System

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미육군의 UH-60과 무인기 협업 개발– 조종사와 Main Cabin에 무인기의 FMV 및 관련 Data 제공으로 향상된 상황인지

– Moving Map에 헬기 상대위치, 센서의 Field of View, 센서의 지향 각도를 포함한Remote Sensor에 의해 수집된 데이터 시현 필요

– 타 유인기의 ISR 정보로 부터 FMV와 데이터도 연동 가능

– Ku-, C-, L-, S-Bands를 포함한 미 육군 기존 Waveform외 최신 TCDL과도 연동 기능

– STANAG 4586의 LOI-3/4 요구됨

– UH-60의 유무인 협업을 위한 MUM-TK 개발

※ 무인기/통제시스템 상호운용 및 유무인 협업은 STANAG 4586의 연동표준 적용

FMV: Full-Motion Video

MUM-TK: Manned/Unmanned Teaming KIT

ISR: Intelligence, Surveillance and Reconnaissance

MUM-TK

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표준화(STANAG 4586) ?

국내 고유 형상(E/L, 특허)

주파수

단계별 균형 있는 기술 획득

모험적인 도전 정신

산학연 연계

어느 한 기관이나 업체만으로는 불가능

감사합니다.