각종 테스트의 요구사항을 충족시킬 수 있는 HBM의 데이터 수집 시스템: HBM은 시코르스키 항공의 복잡한 헬리콥터 테스트를 지원하고 있습니다.

시코르스키의 지상시험장비팀은 다양한 테스트 시나리오를 구현해야 했습니다. 또한 헬리콥터 개발 시 복잡한 테스트 시스템을 이용함에 있어 여러 가지 요건을 충족시켜야 했습니다. 이 지상시험장비팀의 목표는 바로 각종 테스트의 요구사항을 만족시킬 수 있는 통합 데이터 수집 시스템을 찾는 것이었습니다.

시코르스키는 이와 같은 요구사항을 만족시키는 데이터 수집(DAQ) 시스템을 구축ㆍ설치하기 위해 HBM을 협력업체로 선정했습니다. 시코르스키 지상시험장비팀과 HBM의 미국ㆍ독일 전문가팀은 의기투합하여 프로젝트팀을 구성했습니다. 프로젝트팀은 관련 테스트 요구사항들을 분석하고 문제 해결을 위한 시스템 콘셉트 개발에 착수했습니다.

 

 

Problem

헬리콥터는 복잡하고 정교한 기계입니다. 헬리콥터를 구성하는 각종 시스템을 검증ㆍ인증해야 합니다. 따라서 연구소에는 매우 다양한 테스트 벤치들이 마련되어 있습니다. 다양한 환경에서 시험을 수행하려면 데이터수집(DAQ) 시스템을 갖추는 것이 좋습니다. 그래야 수많은 테스트 시나리오들을 구현하기 위해 단 하나의 파일 안에 다양한 데이터 채널을 구성할 수 있습니다.

Solution

HBM은 시코르스키의 테스트 요구사항들을 만족시키는 데 가장 적합한 데이터 수집 시스템이 QuantumX라고 판단했습니다. 이 시스템은 모듈성, 확장성, 유연성이 뛰어난 구조로 설계되었습니다. 또한 설정을 쉽고 빠르게 재구성할 수 있어 온갖 종류의 센서와 트랜스듀서를 지원하는 시스템입니다.

Result

HBM의 QuantumX 데이터 수집 시스템은 우수한 유연성과 확장성을 갖추고 있습니다. 시코르스키에서 이 통합 시스템을 이용하면 각종 테스트 요구사항을 만족시킬 수 있습니다. QuantumX 데이터 수집 시스템은 설정을 빠르게 재구성할 수 있기 때문에, 시코르스키에서 실시하는 모든 테스트에 적용하기에 매우 적합합니다.

헬리콥터 테스트에 대하여

항공기 전기체 구조 시험은 그 풍경 자체가 매우 인상적입니다. 거대한 항공기 동체와 날개 구조물이 스틸(강재) 케이지에 담겨 있고, 날개 굽힘에 따른 변형과 여러 대의 액츄에이터, 수천 대의 스트레인 게이지와 센서가 하중으로 작용합니다. 헬리콥터 테스트은 여타 테스트와는 전혀 다른 조건을 필요로 합니다. 구조 시험장을 벗어나지 않으면서 매우 특수하고 다양한 요구조건을 충족시켜야 합니다. 고정익 항공기의 경우, 데이터 수집 과정이 전기체 테스트 환경에 맞추어져 있다면, 헬리콥터 테스트의 경우 연구소 내에 다양한 테스트 벤치를 마련해야 합니다.  

다양한 테스트 요구사항

회전부(허브, 텐션 링크, 샤프트, 레버 등)는 구성요소 테스트에 있어 매우 중요한 부분을 차지합니다. 단축 하중을 받는 단일 피치 링크처럼 간단한 소형 테스트 벤치뿐 아니라, 메인 회전체 허브처럼 좀 더 복잡한 환경까지 다양한 테스트를 수행합니다. 메인 또는 테일 회전체 블레이드는 중요한 안전 계수를 비롯해 전체 수명을 시뮬레이션 하는 피로 시험을 거쳐야 합니다. 헬리콥터 블레이드의 경우, 생산 단계에서 무작위로 선정하여 테스트 벤치를 설치하기 위해 적절한 인터페이스를 추가합니다. 이때 인가된 하중이 매우 크기 때문에, 블레이드는 작은 단위로 나누어 정기적으로 테스트를 해야 합니다. 그래야 하중 삽입 또는 변형 시 보다 쉽게 다룰 수 있습니다.

기체 시험은 매우 중요합니다. 항공기 동체는 피로 시험과 정적 시험을 위해 전기체로 설정하여 테스트를 수행합니다. 이러한 테스트를 수행하는 경우, 대형 테스트 구조물과 여러 대의 액츄에이터, 수천 대의 스트레인 게이지가 동원됩니다.

특수한 경우에는 보다 심도 있는 분석을 위해 소형 테스트 벤치에서 동체만 별도로 테스트하기도 합니다.

기어박스와 변속기는 무척 중요한 구성요소입니다. 전용 테스트 스탠드를 설치하여 변속기의 전체 수명을 테스트해야 합니다. 이때 회전체에서 인가되는 하중과 토크, 누유에 따른 가혹한 환경 조건을 시뮬레이션 합니다. 측정 대상은 대체로 토크, 회전속도, 압력, 온도 등입니다. 또한 기계를 제어함에 있어 모든 액츄에이터, 유압 및 제어 시스템이 필요하며, 해당 시스템은 어떠한 경우에도 고장이 발생하거나 오작동 해서는 안 됩니다.

즉 테스트 시나리오에서 가장 중요한 부분은 온도, 하중, 압력 측정입니다. 조금 더 큰 규모의 환경 시험을 수행할 시, 단일 구성요소나 전체 기체를 기후 챔버에 놓고 테스트할 수도 있습니다. 극단적인 온도에서 해당 구성요소나 기체가 어떻게 반응하는지 확인합니다. 이와 같은 테스트를 통해, 기계를 구성하는 중요 요소들이 가혹한 환경에서도 일정한 효율과 반응성을 유지할 수 있도록 합니다.

데이터 수집을 위한 단일한 통합 솔루션

여러분이 계측장비 엔지니어고, 매우 다양한 시험 환경에서 사용할 수 있고, 헬리콥터 개발에 필요한 데이터 수집 시스템을 정해야 한다고 가정해 봅시다. 이것이 바로 시코르스키의 지상시험장비팀이 해결해야 했던 문제입니다. 수많은 테스트 시나리오, 수많은 요구사항, 그리고 단 하나의 목표: 이 모든 요건을 충족시킬 수 있는 단 하나의 통합 데이터 수집 시스템을 구하는 것. 시코르스키가 새로운 데이터 수집 시스템을 구하기 위해 HBM을 협력업체로 선정한 이유가 바로 이 때문입니다. 시코르스키 지상시험장비팀과 HBM의 미국ㆍ독일 전문가팀은 의기투합하여 프로젝트팀을 구성했습니다. 이 프로젝트팀은 관련 테스트 요구사항들을 분석하고 문제해결을 위한 시스템 콘셉트 개발에 착수했습니다.

시코르스키는 설계 단계에서 몇 가지 중요 요구사항을 설정하였습니다. 아래의 요구사항들은 데이터 수집 시스템 최종 선정 시 고려해야 할 중요 사항이기도 합니다.

  • 최종 데이터 수집 시스템은 회사의 연구소에서 사용되는 모든 센서와 트랜스듀서를 지원해야 한다. 채널마다 개별 설정이 가능한 센서, 필터, 임베디드 하드웨어에서 동작 시 샘플 레이트 등을 포함한다. 또한 MIL-STD-1553 또는 ARINC-429에서 항공용 디지털 버스 데이터를 로깅할 수 있어야 한다.

  • 최종 데이터 수집 시스템은 “셸”이라고 불리는 특수 캐비닛에 수용할 수 있어야 한다.

  • 이 셸은 이동 가능하고, 컴팩트하고 견고한 디자인을 갖추며, 최종 데이터 수집 시스템과 효율적으로 연동해야 한다. 이더넷과 무선 연결도 가능해야 한다.

  • 이 셸은 별도의 툴 없이도 측정 모듈을 추가 또는 삭제하거나 교체함으로써 빠르게 재구성 가능해야 한다. 이때 재구성 시간은 5분을 초과하면 안 된다.

  • 측정 모듈은 컴팩트하고 이동 가능한 DAQ 시스템의 형태로서, 셸의 외부에서도 작동할 수 있어야 한다.

  • 최종 데이터 수집 시스템은 무선 이더넷 연결을 통해 회사의 기존 네트워크 인프라와도 연동 가능해야 한다. 그리하여 테스트 실시 중에도 데이터를 업로드하고 공유할 수 있어야 한다.

  • 최종 데이터 수집 시스템은 시코르스키의 기존 제어 시스템과 안전/정지 시스템과 연동 가능해야 한다. 인터록 연결과 사이클 횟수 확인 기능을 갖추어야 한다.

QuantumX 데이터 수집 시스템

QuantumX는 HBM에서 이 프로젝트를 위해 직접 선정한 데이터 수집 시스템입니다. QuantumX는 HBM에서 이 프로젝트를 위해 직접 선정한 데이터 수집 시스템입니다. 모듈성, 확장성, 유연성이 뛰어나기 때문에 시코르스키에서 요구하는 조건을 완벽하게 충족시켰습니다. 쉽고 빠르게 재구성이 가능하므로, 매우 다양한 종류의 센서와 트랜스듀서를 지원합니다.

테스트와 협의 과정을 거쳐 시코르스키-HBM의 공동 개발 사업을 진행한 결과, 18개의 QuantumX 모듈을 수용할 수 있는 셸(Shell)을 개발하였습니다. 16개의 고밀도 채널 모듈을 이용하여 250개 이상의 채널을 구성할 수 있게 되었습니다. 각 셸은 완전히 자동화된 모바일 데이터 수집 스테이션입니다. 또한 HBM의 PC 소프트웨어인 catman®AP를 실행할 수 있는 QuantumX CX22B-W 데이터 기록장치를 이용하면, 별도의 PC를 설치할 필요가 없습니다.

데이터 수집 시스템을 이용한 맞춤형 DAQ 스테이션

셸은 아래와 같은 기능을 갖추고 있습니다. :

  • 이동 가능한 경량 캐비닛
  • 상부 설치식 와이드 스크린
  • 네트워크 관리 가능한 무정전 전원 장치(UPS)
  • 네트워크가 연결된 상태에서 작업을 할 수 있도록 PTP 가능한 이더넷 스위치
  • 고이득 무선 연결
  • 감시 기능
  • 내부 조명, 여러 개의 브러시 스트립, 케이블 체결 지지대
  • 슬라이딩 드로워, 키보드, 터치패드
  • 잠금 장치가 있고 글레이즈 처리된 후면 도어

 

시코르스키 지상시험장비팀은 HBM의 장비를 이용하여 각종 테스트의 요구사항을 충족시키는 데이터 수집 시스템들을 설치하였습니다. 이 맞춤형 시스템을 이용하면, 다양한 테스트 환경에 따라 전례없이 빠른 속도로 시스템 설정을 재구성할 수 있습니다. 또한 CX22B-W 데이터 기록장치에서 실행 가능한 소프트웨어 catman®AP를 갖추고 있습니다. 이 소프트웨어를 이용하면, 피로 시험에 필요한 사이클 기반 데이터 기록이나 병렬 데이터 기록 등 다양한 기능을 적용할 수 있습니다.

QuantumX DAQ 시스템은 유연성과 확장성이 뛰어나기 때문에, 여러 개의 데이터 시스템 셸들을 연결하고 단 하나의 파일 안에 수천 개의 채널을 동기화ㆍ저장할 수 있습니다. 결과적으로 상당히 많은 채널을 사용할 수 있습니다.

시코르스키 항공는

1939년 세계 최초로 상업용 헬리콥터 비행에 성공한 이래, 시코르스키는 혁신, 탁월성, 안전에 헌신을 다하며 항공 산업의 선두를 유지해 왔습니다.

시코르스키(현재 록히드 마틴의 자회사)는 미군의 5개 사령부에 모두 군사 항공기와 로터리 윙 항공기를 공급하고 있습니다. 또한 40개 국가에서 각종 군사 서비스와 상업용 항공기 운영 서비스를 제공합니다.

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