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과제현황 목록

과제기본정보

미래형 자율비행 개인항공기 인증 및 안전운항기술 개발4년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 자율비행 개인항공기 인증 및 운용기술 개발 과제번호 22ACTO-B151661-04
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 항공교통기술 | 항공안전기술 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 기계 | 항공시스템 | 고정익 회전익 항공기 기체 실용화대상여부 비실용화
3순위 전기 전자 | 무기센서 및 제어 | 무인자동화 과제유형 응용
과제명 미래형 자율비행 개인항공기 인증 및 안전운항기술 개발
주관연구기관 (재)한국항공우주연구원
총괄연구 책임자 성명 황창전
소속 (재)한국항공우주연구원 직위 단장
전화번호 042-860-2351 FAX 042-860-2789
총 연구기간 2019-04-01 ~ 2023-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
4차년도 4,425,000,000 59,738,000 406,012,000 465,750,000 4,890,750,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 미래형 전기동력 수직이착륙 자율비행 개인항공기(OPPAV*)의 인증기술개발, 안전운항 자동비행제어시스템 개발 및 시험운용
* 미래형 자율비행 개인항공기(OPPAV, Optionally Piloted Personal Air Vehicle)는 산업부 협업과제(산업통상자원부 공고 제2019-78호)에서 분산전기추진 수직이착륙 기반 비행시제기(eVTOL, Electric Vertical TakeOff and Landing)로 개발
* 유상하중 100kg이상, 순항속도 200kph이상 전기동력 수직이착륙 항공기로 유무인겸용 조종방식 적용
최종목표 미래형 전기동력 수직이착륙 자율비행 개인항공기(OPPAV*)의 인증기술개발, 안전운항 자동비행제어시스템 개발 및 시험운용
* 미래형 자율비행 개인항공기(OPPAV, Optionally Piloted Personal Air Vehicle)는 산업부협업과제(산업통상자원부 공고 제2019-78호)에서 분산전기추진 수직이착륙 기반 비행시제기(eVTOL, Electric Vertical TakeOff and Landing)로 개발
* 유상하중 100kg이상, 순항속도 200kph이상 전기동력 수직이착륙 항공기로 유무인겸용 조종방식 적용
연구내용 및 범위 =1 세부과제=
○ 연구단 과제 총괄 및 산업부 협업과제 통합조정연계
○ OPPAV 비행체 및 핵심 신기술에 대한 인증기술기준(안) 개발
- 현행 동급 항공기 기술기준 분석 및 ICAO, FAA, EASA, JARUS, ASTM 등의 관련 연구동향을 검토하여, 비행체 및 신기술(수직이착륙시스템, 분산전기추진시스템,
자동비행제어시스템, FBW 시스템)의 안전성 확보를 위한 인증기술기준(안) 개발
- 시범인증 활용을 통한 인증기술기준(안)의 적절성 연구
- 국제협력 등을 통한 동급 비행체(PAV등)의 기술수준 및 안전성 인증수준 연구
○ OPPAV 시범인증을 통한 인증체계개발
- 개발 인증기술기준(안)에 대한 적합성입증방법(MOC: Means of Compliance)을 연구하고, 산업부 협업과제로 개발하는 OPPAV 비행시제기 개발에 적용
- 적합성입증방법(MOC)에 따른 해석, 주요 지상시험 및 비행시험에 적용하여, 비행시제기에 대한 안전성 확보 및 적합성 자체평가
- 시험평가 및 적합성 검증결과의 문서화와 산업부 협업과제 품질체계 적용을 통한 시범인증
- 산업부 협업과제로 개발하는 OPPAV 비행시제기의 특별감항증명 획득
○ 시험운용 필수 인프라 구축
- OPPAV 운용 소요인프라 조사연구
- 전용 시험운용 필수 인프라 구축(시험용 이착륙장 1개소, 충전시스템 2기) 및 산업부 협업과제 비행시험에 연계 활용
=2 세부과제=
○ 비행시제기(산업부 협업과제)와의 인터페이스 통제 연구
○ 난기류 및 외란 적응형 DEP 항공기 운동모델 및 비행제어 (FBW) 핵심기술개발
- 분산추진 항공기 동역학 운동모델 개발 및 비행제어 알고리즘 개발 연구
- 자동이착륙 및 순항 비행을 위한 천이 제어 기술 및 검증 연구
- 돌풍, 이착륙시 난기류 등의 조건을 고려한 비행제어 기술 개발
- 복잡한 도심 안전운항 및 통신, 위성항법 등의 음영지역 발생으로 인한 외란적응형 정밀복합항법기술 개발
- 유무인 겸용기용 고신뢰도 FBW 제어시스템 개발 연구
- 시정 극한상황(예 : 안개, 미세먼지 등) 적응 핵심기술 개발
○ OPPAV 비행상태 건전성 모니터링 및 제어시스템 상태감시/고장예측 기술 개발
- 비정상 비행상태 진입 원인(구성품 고장, 돌풍/횡풍, 실속 등) 식별 기술
- 고장예측을 통한 상태감시/고장예측 시스템 최적화 설계
- FBW시스템 고장상황 대처 및 안정성 향상을 위한 비행영역보호 기술 개발
- OPPAV 비행상황 모니터링 및 상태감시/고장예측 검증기술

* 미래형 자율비행 개인항공기(OPPAV, Optionally Piloted Personal Air Vehicle)는 산업부 협업과제(산업통상자원부 공고 제2019-78호)에서 분산전기추진 수직이착륙 기반 비행시제기(eVTOL, Electric Vertical TakeOff and Landing)로 개발
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
4차년도 - 주관연구기관(한국항공우주연구원):
· 총괄사업관리 및 산업부 협업과제 통합조정연계
· OPPAV 인증기준 초안 개발
· OPPAV 비행체 및 핵심 신기술 분야 적합성체크목록(CCL) 및 입증방안(MOC) 초안 작성
· OPPAV 시험운용 필수 인프라 조사연구
- 협동연구기관(한국항공우주연구원):
· 제어법칙 설계 분야
* 비행제어 시스템 체계 요구도 분석 및 할당
* 운동모델 개발착수
* 비행제어 모드정의 및 제어법칙 개념설계
* 비행제어 설계 프로세스 구축
· 축소기 개발분야
* 축소시제기 비행제어시스템 S/W 인터페이스 설계
- 공동연구기관(한화시스템) :
· 다중화 비행제어 컴퓨터/시스템 요구도 개발: SSRS(System and Subsystem Requirement Specification) 작성
· 다중화 비행제어 컴퓨터/시스템 설계 - 시스템 구조도 작성
· 비행운용프로그램(OFP) 설계 요구도 확정 : OFP SRS(Software Requirement Specification) 작성
· 비행제어 OFP 개발 환경 구축
- 공동연구기관(한컴유니맥스) :
· 다중화 FCC, 작동기 및 ESC 제어 인터페이스 모듈 HW 요구도 확정 : HRS(Hardware Requirement Specification) 작성
· 비행제어컴퓨터 HW 기본설계 및 아트웍
- 공동연구기관(리얼타임 웨이브) :
· FCC HILS 요구도(인터페이스 특성) : HILS SSRS(최종) 제출
- 주관연구기관(한국항공우주연구원):
· 총괄사업관리 및 산업부 협업과제 통합조정연계
* 연구자협의회 구성 및 분기별 정기회의(필요시 수시회의) 운영
* 각 과제별 주간 연구개발 실적/계획/이슈 관리 및 연계조정
· OPPAV 인증기준 초안 개발
* 현행 동급 항공기의 기술기준 분석
* OPPAV에 필요한 신기술(수직이착륙 시스템, 분산전기추진시스템, 자동비행제어시스템, FBW시스템) 관련 기준 조사 및 분석
* 분석결과를 반영한 비행체 및 신기술에 대한 인증기술기준 초안 개발
· OPPAV 비행체 및 핵심 신기술 분야 적합성체크목록(CCL) 및 입증방안(MOC) 초안 작성
* 인증기술기준 초안을 반영한 적합성체크목록 및 각 항목별 적합성입증방안 초안 수립
* 인증기술기준 초안 및 적합성 입증방안의 협업과제(산업부)에 제시 및 설계에 반영
· 유인기 비행요구도 및 비행시험 요구도 개발
* 인증기준에 제시되지 않은 유인비행체에 필수적인 기능 및 시제기의 비행안전에 필요한 특수요구조건을 개발
· OPPAV 시험운용 필수 인프라 조사연구
* 분산 추진용 배터리 충전시스템 운용환경 검토
* 전용 이착륙장 국내 및 국제 표준 (안) 검토
- 협동연구기관(한국항공우주연구원):
· 제어법칙 설계 분야
* 비행제어 시스템 체계 요구도 분석 및 할당
* 체계 비행제어시스템 ICD 문서 및 지기상간 ICD 문서작성 지원
* 비선형 운동모델 수학적 모델 수립 및 프롭/조종면 믹싱 설계
* 비행제어 모드정의 및 제어법칙 개념설계
* 비행제어 설계 프로세스 구축
· 돌풍, 이착륙시 난기류 조건을 고려한 비행제어 기술 개발
* 돌풍과 난기류에서 비행제어 성능 향상을 위한 비행제어기법 조사
* 돌풍과 난기류의 수학적 모델링 및 시뮬레이션
* 멀티콥터 동역학 기반 시뮬레이션과 돌풍/난기류 시뮬레이션 연동
· 복잡한 도심 안전운항 및 통신, 위성항법 등의 음영지역 발생으로 인한 외란적응형 정밀복합항법기술 개발
* GNSS/INS 통합항법 문헌 조사 및 상용 통합항법장치 알고리듬 분석을 통한 GNSS/INS 강결합 기법 개념 연구
* 기존 영상처리 알고리즘 문헌 조사 및 항공기 탑재 후보 모노 카메라 조사를 통해 GPS 음영지역 항법을 위한 모노 카메라 기반 Visual Odometry 추출 알고리즘 개념 연구 수행
· 시정 극한상황(예 : 안개, 미세먼지 등) 대응 핵심기술 개념 연구
* 체계요구도 분석 및 부체계 요구도 작성
* 시정극한 조건시 상황 인식 및 대응 기술 개념 설계
* 라이다, 영상센서, 레이다, ADS-B등 탑재용 충돌탐지센서의 시정극한상황 개념연구 수행
· 비정상 비행상태 진입 원인 (구성품 고장, 돌풍/횡풍, 실속 등) 식별 기술
* 비정상 비행상태의 식별 범위 분석 연구 (자세, 속도, 가속도, 경로 등)
* 소형 유인항공기 및 무인기의 비정상 비행상태 관련 사고 분석 조사
* OPPAV의 정상 상태 및 비정상 비행상태의 범위 선정
* 비행데이터를 이용한 비정상 비행상태 진입 탐지 기법 조사
· 상태감시/고장예측 시스템 통합설계 기술
* 상태감시/고장예측 요구사항 식별 및 요구사항 명세서 작성
* 상태감시/고장예측 시스템 구성도 작성
* 상태감시/고장예측 고장모델 및 알고리즘 조사 및 분석
· FBW 시스템에 의한 고장상황 대처 및 안정성 향상을 위한 비행 영역 보호 기술 개발 연구
* 고장대처 요구도 분석 및 할당
* 센서, 작동기 및 모터 고장 대처 알고리듬 개념설계
* 비행영역보호 요구조건 분석 및 기술조사
* 비행영역보호 기술 설계 및 적용 방안 수립
· OPPAV 비행상황 모니터링 및 상태감시/고장예측 검증기술
* 체계요구도 분석 및 부체계 요구도 작성
* 비행상황 모니터링 및 상태감시/고장예측 검증 기술 개념 설계
· 축소시제기 개발
* 축소시제기 사이징 및 시스템 설계
* 축소시제기 성능해석
* 축소시제기 운동모델 개발
- 공동연구기관(한화시스템):
· 다중화 비행제어시스템 요구도 확정 : SSRS(최종)
* 분산 추진 항공기 비행제어 컴퓨터 요구도 분석 및 정립
* 신뢰성 요구도 분석을 통한 Redundancy 수준결정
* 분산 추진 항공기 비행제어 컴퓨터 인터페이스 초안 작성
* 산출물 ? 비행제어 컴퓨터 사양서 및 ICD 초안, 비행제어시스템 개발계획서
· 비행제어 컴퓨터 및 시스템 인터페이스 Architecture 설계
* 요구도, 신뢰도 및 인터페이스 충족이 가능한 시스템 구조 설계
* 개발목표 평가 산출물 : System Architecture Block Diagram
· OFP 소프트웨어 요구도 확정
* 다중화 FCC OFP 요구도 분석 및 확정
* 개발목표 평가 산출물 : 다중화 FCC OFP SRS(Final)
- 공동연구기관(한컴유니맥스):
· 분산 추진 항공기 비행제어 시스템 HW 요구도 분석 및 확정
· 개발목표 평가 산출물 : 회로도 및 SI/PI 자료
- 공동연구기관(리얼타임 웨이브):
· 시스템 검증용 HILS 요구도 확정
· 개발목표 평가 산출물 : HILS SSRS
연구성과 기술적 기대성과 - 개인용 항공기(PAV)의 비행제어 핵심 기술개발 및 비행시험을 통한 검증기술 확보
- 개인용 항공기(PAV)의 자율비행기술 고도화을 위한 인프라 구축 기술투자 유도
- 향후 미래형 PAV 비행체에 대한 비행제어컴퓨터 개발 및 인증 기술 확보를 통해 유사한 중소형 민항기 및 무인기에 대한 선진국 수준의 기술 경쟁력 확보
- 국외기술도입이 불가한 OPPAV관련 확보된 핵심기술을 통하여 다양한 PAV, 자가용 비행기, 고기능 무인기 등의 기술발전 도모
- 분산전기추진, 자율비행 S/W와 같은 세계적으로 태동기인 기술의 확보로 향후 관련분야에 대한 기술 선두그룹으로 도약
- OPPAV 체계 종합 및 운용시험 과정에서 PAV 상품성 확보를 위한 개발 방향 및 주요 검토 사항을 도출하여 PAV 분야 경쟁력 확보
- OPPAV 핵심기술 개발을 통하여 향후 PAV 분야를 포함한 미래 주력산업 분야에서 후발국과의 기술격차 유지
- 정보통신, 자동차, 기계 및 IoT 등 다양한 분야의 연관사업과 상호 동반성장 유도
- OPPAV 체계 종합 및 운용시험 과정에서 PAV 상품성 확보를 위한 개발 방향 및 주요 검토 사항을 도출하여 PAV 분야 경쟁력 확보
- 미래 신개념 추진시스템 핵심기술 확보를 통한 친환경, 고효율, 고안전성 고기능 무인항공기 상용화 개발 가능
사회 경제적 파급효과 - 항공운항 수요 및 자동차 시장 동향으로부터 추정한 내수·수출용 PAV 생산량은 2030년 경 약16,226대*로 전망되며, 연간 16,000대 가량의 생산량 유지할 것으로 전망
- 기술개발 후 실용화될 경우, 미래형 추진시스템에 대한 수입 대체 및 국내 산업 발전에 기여
* 연19만대*8.54%(국산차 세계시장점유율)*30만$/대*1050원/$ : 약 년5조원 매출
- ‘15년기준 국내 도로교통혼잡비용은 총33.4조원(도시부 혼잡비용 약21.3조원(약64%), 한국교통연구원(2014))으로 개인항공기 도입시 수도권 평균73%의 통행시간 단축예상되며 수도권 기준으로만 교통혼잡비용 년2,735억원 감소효과 기대(한국교통연구원(2018))
* 수도권 교통빅데이터(KTDB) 분석결과 70%이상 통행시간절감효과, 금액으로 환산하면 년2,735억원(수도권만)
- 3차원 교통 공간을 활용함으로써 지역간 격차 해소 및 국민의 사회적 편의 향상, 물류비용 절감, 도심교통체증 해소에 기여
- 정부국정과제(35-5) 등 국가적 중장기계획 달성
- 국가가 선구축해야 할 인증/안전운항기술 및 정책 확보로 민간사업자가 사업가능토록 인프라 조성
- 도심운항 가능한 첨단 항공교통수단 개발 및 운용으로 국민적 자긍심 고취 및 관광상품화 기대
- OPPAV의 출현과 실용화는 이동시간 단축을 통한 혼잡비용 감소로 사회의 생산성 및 삶의 질 향상을 가져올 것임
활용방안 ○ OPPAV 인증기술 연구결과 활용방안
- 스마트 무인기 및 KC-100 개발 등으로 축적된 기술을 바탕으로 마련한 신기술 인증기술을 미래형 자율비행 개인항공기 개발 과정에 적용/검증하여 향후 유무인 전기동력 수직이착륙기의 공역 안전성 확보 및 인증기반 마련
- 유무인 겸용 비행체 특별감항 제도를 확립하여 향후 PAV 개발 및 운용에 선도적인 환경 구축
- 국내 항공기 인증기술기준 개발경험과 능력 확보로 향후 신기술 인증기술 개발에 활용 및 ICAO 국제기준 등 공동개발에 참여, 반영
- 신기술 인증경험과 기반기술을 활용하여 향후 신개념 교통체계의 공공안전성 확보에 활용
- 타과제와 연계한 OPPAV의 공역통합운영을 위한 운항기술기준 및 항행?비행장 시설 검증을 통한 안전운항체계 제도 수립에 활용
- 시험운용 인프라를 활용하여 향후 유사 수직이착륙 비행체 검증, 시험운용, 평가시험 등에 활용
. 향후 구축될 국가종하비행성능시험장(고흥소재)과 연계 공공용 인프라로 활용
. 미래 개인용 항공기 개발 시 체계계발 인프라 지원
. 항공부품(통신,항전,영상장비) 개발 지원
. 조종사 훈련 및 비행시험 절차 연구
○ OPPAV 안전운항 자동비행제어시스템 활용방안
- OPPAV 자동비행제어 시스템 기술을 활용하여 시장경쟁력이 있는 실용화 모델 개발에 기여
. 전 세계적으로 PAV 개발형상이 ’19.1월 현재 130여개가 넘어가는 상황에서 실제로 비행가능한 PAV 모델을 제시한 팀은 매우 제한적임.
. 항공산업의 경우 회전익/고정익 모든 분야에서 유인기 관련시장은 이미 포화단계이며, 기존 시장지배업체들의 첨예한 경쟁구도 내에서 틈새시장을 개척하기 매우 어려운 상황임.
. 우리나라의 발전된 ICT산업과 자동차산업 역량을 기반으로 신규 PAV 시장에 진입할 수 있는 산업역량이 충분히 갖추어져 있어 신규시장에 진입가능성 및 경쟁력이 높은 분야임
. PAV 시장진입을 원하는 국내업체에 기술이전을 통해 단기간내 실용화 모델 개발가능
- 대형수송용 무인기와 대형 운송용 유인항공기 개발에도 기술활용이 가능
. 분산추진용 비행제어 기술은 기존 고정익 항공기의 VTOL형 개조개발에도 적용가능
. 고장탐지 및 대응기술은 기존 항공기의 성능개선에 적용가능
. 원격지에 대한 의료품 수송이나 환자수송용등 용도의 대형 유무인기 개발에 활용가능
- 경쟁력있는 해외업체와 OPPAV 공동개발을 통한 해외시장 공동개척가능
. 해외에서 개발중인 PAV중 비행제어 기술이 없는 벤처업체들로부터 비행제어분야에 대한 기술을 협력하여 해외시장에 공동으로 진출가능
. 현재 미국의 Uber사에 PAV 기체 공급을 원하는 업체들은 매우 많으나 실제 비행제어 기술을 갖춘 곳은 매우 제한적임. 따라서 이들 업체와 협력해서 Uber나 다른 해외 수요에 공동으로 대응 가능함.
- 개발된 FBW시스템을 활용한 미래기술 수요 대응가능
. FBW 비행조종 컴퓨터를 미래형 자율비행 개인항공기 개발 과정에 적용/검증하여 향후 유무인 전기동력 자동 이착륙기에 적용 가능한 비행제어컴퓨터 상용화/제품화 및 인증기반 마련
. FBW 시스템 검증을 위한 HILS 구축을 통해 향후 PAV 개발 및 운용에 선도적인 개발환경 구축
. 향후 자율비행 개인항공기 상용화 개발 후속과제를 통해 비행제어컴퓨터의 상용화 개발 및 인증획득을 통해 중소형 항공기, 비즈니스 제트기 등 민수 항공기 및 대형 무인기 세계 시장 진출 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 유무인겸용개인항공기 분산전기추진 인증기준 비행제어시스템 상태감시
영문 OPPAV(Optionally Piloted Personal Air Vehicle) DEP(Distributed Electric Propusion) Certification Basis Flight Control System Health Monitoring
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