서론

현대의 항공기는 과학기술의 급속한 발전으로 그 구조나 기능이 매우 복잡해졌으며, 전투기는 무기체계, 항법체계 등이 고도로 전자화되어 있어 조종사는 과거의 항공기를 조종할 때처럼 단순한 조종기술 뿐만 아니라 시스템의 각 요소로부터 입력되는 수많은 정보를 인식·판단해야하는 의사결정자로서 역할이 중요시되고 있다.

이러한 항공기 운용환경의 역동적인 변화로 인해 조종사들은 항법, 고도, 전자전 상황 등 수많은 정보를 동시에 입력 받고 판단하게 되었으며, 이로 인해 조종사들은 의사결정과정에서 어려움을 느끼게 되었다. 이와 같은 조종사들의 어려움은 순간적인 판단착오, 조종실수를 야기하였다.

이를 예방하기 위해는 조종사의 인체특성을 고려하여 경고등, 시현장치의 조종실 배치가 필요하다[1]. 본 기고문에서는 조종사가 항공기 운용 중 다양한 정보들을 효율적으로 인지하고 판단하기 위한 인간공학 설계기법에 대해 소개하고 인간공학 설계기법이 적용된 군용항공기 조종실 내부 경고등 추가 사례를 소개하고자 한다.

본론

인간공학

인간공학은 인간의 신체적 인지적 특성을 고려하여 인간을 위해 사용되는 물체, 시스템, 환경의 디자인을 과학적인방법으로 기존보다 사용하기 편하게 만드는데 그 목적을 가진다.

인간공학은 제2차 세계대전 중 미 공군에 의해 본격적으로 도입되기 시작하였다. 2차 대전 중 미 공군은 항공기의 공학적인 기술은 급속히 발전되고 있음에도 불구하고 조종사의 임무 수행능력이 저하되고 있는 것을 확인하였다.

이를 개선하기 위해 694명의 조종사들과 면담을 실시하였고, 분석 결과 공학적으로는 우수하다고 생각되었던 설계 및 조종실 배치가 조종사들에게는 여러 가지 문제를 일으키는 것을 확인하였다. 예를 들면 조종사들이 고도계의 지침을 잘못 읽어 저공을 비행하는 경우, 기종별 조종실 배치가 표준화 되지 못해 항공기 운용간 혼돈이 발생하였다.

위와 같은 문제를 해결하기 위해 미 공군은 조종사의 인체특성에 맞는 조종실 배치에 대한 인간공학 표준을 개발하였으며, 이를 통해 조종사의 임무수행 향상을 이루어 내었다. 본 기고에서는 조종실 경고등 배치 관련 미 군사표준을 상세히 기술하고 그 사례에 대해 소개하고자 한다.

조종실 경고등, 시현장비 배치

조종실 경고등, 시현장치 배치는 조종사 내·외부시야 조건, 조종사 여유 공간, 인체 치수를 반영하여 결정된다. 경고등 배치 가능영역을 확인하기 위해서는 조종사 시야 기준점(DEP, Design Eye Position), 좌석 중립 참조점(NSRP, Neutral Seat Reference Point) 설정이 필요하다.

조종사 시야 기준점

조종사 시야 기준점(DEP)는 MIL-STD-1333B "Aircrew Station Geometry For Military Aircraft"에 따른다. MIL-STD-1333B는 조종실 배치에 사용되는 규격으로 <그림 3>과 같이 조종실 구성에 필요한 치수를 제공한다.

규격에 따르면 조종사 시야 기준점(DEP)은 좌석 중립 참조점(NSRP) 기준으로 설정되며 좌석 기울기(Seat Back Angle) 13도, 인체치수를 고려한 길이 31inch를 기준으로 하여 조종사 시야 기준점 설정이 필요하다.

조종사 시야각 분석

시야각은 시야의 범위와 그 각도를 말하는 것으로 조종사가 고개를 돌리지 않고 볼 수 있는 영역을 의미한다. 시야각에 관한 미 군사표준 MIL-STD-1472·411·203에 따르면 조종실 내에 장착되는 경고등은 반드시 적색이어야 하며 조종사의 시야 30도 이내에 위치하여야 한다[3].

경고등 배치 위치 선정

조종사 시야 기준점·시야각 분석을 통해 경고등 장착 가능위치를 식별하였다. 분석결과 조종사 <그림 5>의 파란색 영역이 조종사 시야 30도 부분으로 식별되었다.

식별된 구역을 기준으로 경고등의 장착성 및 기존 구조물과의 간섭을 <그림 6>과 같이 검토하였으며, 조종실 패널지지대 및 타계기와 간섭이 없는 구역에 추가하였다.

NVIS 경고등 선정

항공기 조종사는 야간 임무 수행이 필요하다. 하지만, 인간이 인지 할 수 있는 빛의 최소 밝기 및 세기는 제한되며 이로 인해 야간 임무 수행을 위해 NVIS(Night Vision Imaging System) 시스템 구현이 요구된다.

NVIS 시스템은 <그림 7>과 같이 야간 투시경을 이용하여 나안으로 인식 불가능한 미약한 밝기의 외부영상을 영상증폭장치를 통해 식별할 수 있도록 하며, 야간에 자연방사 에너지원의 파장대역인 근적외선(600~930nm) 영역에서 가장 좋은 상대 응답을 가지게 개발되었다.

항공기 내/외부 조명계통은 야간투시경의 원활한 동작을 위해 MIL-STD-3009의 야간투시경 감지 파장 대역 및 색좌표 기준을 충족해야 한다[4].

NVIS 경고등은 주간 및 야간 작전 모두에 사용할 수 있도록 <그림 8>과 같은 파장 대역을 충족하여야한다. 주간임무 수행을 위해서 Cockpit Lighting Spectral Distribution을 만족해야하며, 야간 임무 수행을 위해 NVIS Spectral Sensitivity를 동시에 만족하여야 한다.

NVIS 작전 수행을 위해 <그림 9>와 같은 NVIS 색좌표를 만족해아한다. 본 기술변경에 사용된 NVIS RED Light의 경우 u' = 0.450, v' = 0.550, r = .060의 좌표를 준수하여야 한다.

본 사례에서는 NVIS 호환을 위해 <그림 10>과 같은 NVIS RED 규격품 MS25041를 선정하였으며 색좌표 및 파장을 만족하는 것을 확인하였다.

추가적으로 경고등 이상에 의한 항공기 안전성 문제를 예방하기 위해 <그림 11>과 같이 밝기조절 및 점등시험이 가능하도록 누름 방지캡을 추가하였다.

개선 결과 검증

개선 결과 검증을 위해 소요군 평가를 수행하였으며 이상이 없음을 확인하였다. 추가적으로 경고등 추가에 따라 <그림 12>과 같이 신규 Hole 생성이 필요하며, 이에 따른 구조안전성 검토를 수행하였다. 구조 안정성 검토 결과 Margin Safety 2.23(전방석), 3.08(후방석)으로 구조안전성에 영향을 미치지 않는 사항임을 확인하였다.

결론

항공기 조종실은 항공기와 조종사간의 상호작용이 이루어지는 유일한 공유영역(Interface Space)으로서, 인간 요소(Human Factors)의 중요성이 더욱 강조된다.

특히, 수많은 정보를 동시에 처리하고 판단해야하는 조종사들의 순간적인 판단착오, 조종실수를 예방하기 위해 조종사의 인체특성을 고려한 조종실 배치 및 설계가 필요하다.

MIL-STD에 따르면 조종실 경고등 배치는 조종사 인체치수 및 눈높이 등에 신체 기준에 따라 경고등 배치가 필요하다. 특히, 항공기 안전성에 영향을 미치는 경고등은 조종사 시야각 30도 이내에 위치하여야 하며, 기존 조종실 계기계통과의 간섭을 고려하여 최적의 위치를 선정하였으며, 소요군 평가, 응력시험을 통해 이를 검증하였다.

본 기고문에서 제시한 인간공학 사례 및 설계기법은 추후 조종실 경고등 배치 및 품질 개선활동에 도움이 될 수 있을 것이라 기대된다.