국방에 기여하는 국방기술품질원의 이야기

기술로 품질로

[기고]

상륙기동헬기의 탄생부터 전력화 완료까지

글 항공3팀 정혜수 연구원

상륙기동헬기는 한국형기동헬기를 기반으로 해상 사용이라는 특성을 고려하여 2013년 6월에 개발을 시작하였다. 염분에 의한 부식방지를 위해 항공기 동체의 방염처리를 수행하고 기체를 물 위에 띄우기 위한 비상부주장치를 장착하였으며, 장거리 운행을 위한 보조 연료탱크를 부착하는 등 상륙기동헬기 특성에 맞게 개발을 진행하였다. 그리고 2016년 1월 전투용적합 판정 및 국방규격화를 완료함으로써 체계개발을 성공적으로 종료하였다. 2017년 12월에 초도기를 시작으로 2023년 6월에 최종호기 전력화를 완료함으로써 해병대의 신속한 상륙작전 수행이 가능하게 되었으며, 이는 대한민국 항공전력을 향상하였다는데 큰 의미가 있다. 본 기고는 상륙기동헬기의 개발부터 양산 간 항공기 품질향상과 완벽한 품질보증을 위해 수행했던 품질관리 활동 내용을 정리한 자료로 향후 유사사업 수행 시 참고할 수 있을 것으로 기대된다.

사업 개요

사업 목적

상륙기동헬기 사업은 해병대 공중돌격 제대 병력과 장비를 신속하게 수송하여 입체 고속상륙작전 임무를 완전하게 수행할 수 있도록 핵심 항공전력을 확보하기 위한 사업이다. 수리온(KUH-1) 기반으로 필요 장비를 추가 장착하고 해양 및 해상운용이 가능토록 개조‧개발하는 체계개발 사업을 2013년 7월 ~2016년 1월까지 완료하였으며, 2016년 12월 양산계약을 체결하였다. 그리고 2017년 12월 1호기를 시작으로 2023년 6월 최종호기까지 전력화를 완료함으로써 양산사업을 성공적으로 종결하였다.

그림 1. 상륙기동헬기

추진경과

  1. ’13.7~’16.1월
    상륙기동헬기 체계개발
    • 개발기간 : ’13.7월 ~ ’16.1월(체계개발)
    • 사업예산 : 체계개발 개발비 176 억
    • 개발구분 : 업체투자 연구개발사업으로 “업체주도 사업관리체계” 운영
  2. ’15.8~12월
    제조성숙도평가(MRA)
    • 수행기관 : 국방기술품질원
    • 수행결과 : MRL 8 도달 - 충족율 91.7%
  3. ’16.4 ~ 5월
    방산물자/업체 지정
    • 방산물자 : 헬리콥터, 다목적용, (해병대)(MUH-1)
    • 방산업체 : 한국항공우주산업(주)
  4. ’16.5월
    계약 전 생산 및 품질보증활동 승인
    • 확인승인품목 : 상륙기동헬기(헬리콥터, 다목적용(해병대), MUH-1)
    • 품질보증기관 : 국방기술품질원
  5. ’16.12월
    양산계약 체결
    • 계약번호/계약명 : 2016-30-4-1097 / MUH(상륙기동헬기 초도) 항공기 조달
    • 계약금액 : 6,328억원(체계개발 업체투자 환급금 포함)
  6. ’16.12월 ~ ’23.6월
    MUH-1 양산사업 수행
    • ’17.12월 : 초도기 전력화
    • ’23. 6월 : 최종호기 전력화로 양산사업 종료

추진 체계

상륙기동헬기 양산사업은 방위사업청 한국형헬기사업단(한국형기동헬기사업팀)의 사업관리하에 한국항공우주산업(주)(이하 “한국항공”이라 한다.)이 주계약업체로서 국외업체인 AH사(프랑스)의 기술지원하에 사업을 수행하고, 국방기술품질원(항공센터)에서 품질보증을 담당하는 체계로 수행되었다.

그림 2. 상륙기동헬기 사업 추진체계

형상 및 특성

상륙기동헬기는 한국형기동헬기를 기반으로 해병대의 임무를 수행하기 위하여 필요장비를 추가 장착하고 해상 및 함상 운용이 가능하도록 개조를 수행한 형상이다. 통신장비(HF), 항법장비(TACAN), 비상부주 장비, 연료탱크(내부 연료탱크 및 보조연료탱크)를 추가 장착하였으며, 해상 및 함상운용의 적합성을 위한 기체 내해수 처리, 주회전익 접힘장치, 윈드쉴드 세척액 분사장치, 함상운용을 위한 INS S/W 수정 및 함정의 전자기 환경을 고려하여 개조되었다.

그림 3. KUH-1 대비 MUH-1 주요 개조 형상

체계개발사업

체계요구도검토(SRR)~상세설계검토(CDR) 기술지원

체계요구도검토(SRR) 회의를 통하여 “부식방지처리 규격/수리온 비교자료 제시” 등 6건의 Action Item과 “염수분무시험 방안 및 화생방페인트 대체방안 제시” 등 3건의 Recommendation Item에 대한 개선을 실시하였다. 기본설계검토(PDR) 회의에서는 “내해수 처리 관련 MIL-STD-7179 적용분야 구체적 제시” 등 8건의 Action Item과 “탑재 장비별 EMI 적용규격 정리 제시” 등 10건의 Recommendation Item을 개선하였으며, 상세설계검토(CDR) 회의에 참여하여 “전기체 챔버 저온시험 미수행 관련 타당성 있는 자료 제출” 등 10건의 Action Item과 “보조연료탱크용 샘플링 펌프에 대한 품목분류(BII, 지원장비 등) 및 관리 필요” 등 12건의 Recommendation Item을 도출하여 개선 조치하였다.

구분 조치 사항(Action Item)
SRR
(6건)
  • 시제기/양산기 형상 차이 영향성분석 제시
  • 위험관리계획서 제출
  • 부식방지처리 규격/수리온 비교자료 제시
  • 주로터 폴딩, 언폴딩 목표시간 제시· 도서임무 중량감소 방안 제시/협의
  • 비상부주 작동 시 조종사 탈출영향성 제출
  • 관급지원(주파수 등) 포함한 Pre-Temp 제시
PDR
(8건)
  • 내해수 처리 관련 MIL-STD-7179 적용분야 구체적 제시
  • 블레이드 폴딩/언폴딩 목표시간 제시
  • 도서증원 임무 시 초과중량은 개발업체/소요군 협의 하에 감소방안 제시
  • 표준화/호환성 관련 해군이 현재 사용 중인 부식방지 재료를 확인 후 필요 시 설계반영 여부 검토 추진
  • 비상부주 Gas Tank 중앙배열 방식과 분산배열 방식의 안전성 및 중량 비교자료 제시
  • 비상부주 외부 장착으로 인한 해병대 임무 리스트에 따른 수행가능성 검토
  • 전이부 Vent Hole 확장(온도 Margin 부족)에 따른 체계영향성(고/ 저온 등) 추가 검토
  • 비상착륙 시 해수면 Simulation 결과 제시(Sea State #4 해수면 환경에서 착수 시 Main/Tail Rotor Blade 간섭 검토자료 제시
CDR
(10건)
  • 제조성숙도 관련 수행 대상사업 여부 검토 및 일정 제시
  • 전기체 챔버 저온시험 미수행 관련 타당성 있는 자료 제출
  • 체계 및 구성품별 공정규격서, 재료규격서 목록 제시
  • 상호운용성 요구도 실현 계획 제시
  • 현장 정비성 검토 추진
  • 체계개발규격서를 충족하는 H/F 장비를 설계 반영 필요
  • 보조연료탱크 설치 시 장착 편의성을 고려하여 타 항공기 사례 및 현 설계 타당성 제시
  • RWR UDF / CMDS MDF 획득방안 제시
  • 함상운용 최적화를 위한 INS 정렬 관련 분석결과/대책 제시
  • 상륙기동헬기 개조와 관련한 수리온 기존 항전 장비에 미치는 영향성 분석 검토자료 제시

표 1. 체계개발 단계별(SRR~CDR) 기술검토 결과 조치현황

국방규격화 기술자료 검토

국방규격화(안) 기술자료인 총 2,520종에 대해 “국방규격 표준서의 서식 및 작성에 관한 지침”과 부합 여부를 검토하여 규격서 129건, 도면 169건 등 총 518건의 보완사항을 도출하여 459건을 보완조치하였고, 59건은 현상태 유지로 결정하였다.
국방규격화 대상 기술자료 및 보완요구 현황은 아래 표와 같다.

구분 규격서 도면 QAR BOM SW자료 기타 종합
규격화대상 신규 4 1,585 81 1 19 11 1,690
개조(수리온) 6 765 17 - 30 1 818
소계 10 2,350 98 1 49 12 2,520

표 2. 국방규격 제정(안) 종합

검토부서 기술검토결과 조치사항
규격서 도면 QAR BOM/자료목록 S.W자료 기타자료 계 수정완료 수정불필요
국방기술품질원 129 169 184 - 27 9 518(58%) 459(89%) 59

표 3. 국방규격 제정(안) 검토결과

제조성숙도 평가(MRA : Manufacturing Readiness Assessment)

“제조성숙도평가”란 연구개발단계에서 미성숙된 제조성으로 인한 사업상의 일정지연, 비용상승, 품질저하를 방지하기 위하여 획득 단계 전환 시 제조성의 성숙도를 확인하는 평가를 의미하며, 평가 시기는 사업별 특성에 따라 결정하되 체계개발단계 종료 이전까지 완료하여야 한다. 따라서 상륙기동헬기 사업에 대한 제조성숙도 평가는 국방 규격화 이전에 수행하였으며, 평가항목은 MRL 8 표준평가항목 75개 항목 중 3개 항목을 제외한 72개 항목으로 MRA 평가팀 검토회의(’15.9.22)를 통해 선정하여 수행하였다.
평가 제외 항목은 다음과 같으며, 제외 사유는 본 사업과 제조특성상 무관한 항목으로 선정하였다.

  • 평가항목 10. 민군공용사용(Spin-on, Spin-off, Dual Use)계획을 최신화하였는가?
  • 평가항목 11. 공동개발, 공동생산이 가능한 부분에 대해 분석하였는가?
  • 평가항목 61. 통계적 공정관리(SPC) 활동을 수행하고 있는가?

평가결과를 요약하면 72개 평가항목에 대해 평가팀 현장평가 결과, 66개 항목 충족으로 충족률 91.7%로서 [MRL 8] 제조성숙도 달성 기준인 90%이상 초과가 확되어 제조성숙도(MRL) 수준을 달성한 것으로 판정되었다.

분야 평가항목 수 충족 항목 미충족 항목 충족률(%)
1. 기술 및 산업기반 9 8 1 88.9
2. 설계 17 16 1 94.1
3. 비용 및 자금 6 6 - 100
4. 자재 11 11 - 100
5. 공정능력 및 관리 8 6 2 75.0
6. 품질 7 7 - 100
7. 인력 3 3 - 100
8. 설비 5 5 - 100
9. 제조계획, 일정관리 6 4 2 66.7
계 72 66 6 91.7

표 4. 제조성숙도 평가결과

Thread
(평가분야)		 미충족
항목수		 세부 항목명
1. 기술 및 산업기반 1개 1. 기술적 위험을 문서화하고, 이를 감소시키기 위한 계획 수립 및 조치가 완료되었는가?
2. 설계 1개 16. 핵심 공정을 식별하고 제조 흐름도를 정의하였는가?
5. 공정능력 및 관리 2개 47. 생산 시 변경이 필요한 공정이 식별되고 입증되었는가?
48. 핵심공정관리를 위한 공정변수가 정의되었는가?
9. 제조계획, 일정관리 2개 71. 위험관리계획을 최신화하였는가?
75. 생산을 위한 제조기술문서 개발이 완료되었는가?
<총계> 6개

표 5. 제조성숙도 미충족 항목 현황

양산 품질관리 현황

양산 전력화 현황

2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023
하반기 상반기 하반기 상반기 하반기 상반기 하반기 상반기 하반기 상반기 하반기 상반기
계획 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
실적 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

시험평가결과 보완요구사항 조치 현황

개발 및 운용시험평가 결과 보완요구사항은 총 24건(개발시험평가 4건, 운용시험평가 20건)으로 이 중 기품원 주관 확인대상은 “다기능시현기(MFD) 점멸 현상 원인분석 및 개선” 등 12건으로 항공기 형상과 관련된 항목이다. 기품원 확인대상 12건은 초도생산품 양산 간 확인하여 관련기관(합참, 방사청 등)에 제출함으로써 보완요구사항을 완료하였다.

구분 요구사항 조치결과 확인주관 비고
개발시험평가 4 3 방사청 참고
운용 시험평가 항공기 12 12 기품원 확인대상
ILS 8 8 해병대 확인대상
계 20 20

* 개발시험평가 1항목(체계결빙) : 수리온 연계 조치(’18.9월까지 유보) → 관련근거 : 계약특수조건 제63조(체계결빙능력 시험 등)

표 6. 시험평가 보완요구사항 현황

형상관리 활동

장비의 신뢰성 향상을 위한 활동으로 양산사업 수행 간 기술변경 등 형상통제 업무를 911건 수행하였으며, 그림 3에서 보는 바와 같이 양산사업 진행 간 연차별 감소를 통하여 형상이 안정화 되었음을 알 수 있다.

양산사업 진행 중에 처리한 주요 기술변경사항은 다음과 같다.

  • ① 능동형 진동저감장치(AVCS : Active Vibration Control System) 적용
    • 수리온 항공기에 장착된 수동형 진동흡수기를 능동형 진동저감장치로 대체하여 조종사와 승무원의 체감진동 개선과 중량 30% 절감
    • 수리온 #○ 호기, 마린온 #○ 호기 이후 적용
  • ② 비행자료기록기(FDR), 임무컴퓨터(MC) 관련 군 개선요구사항 적용
    • 비행자료기록기(FDR)의 기존 1Hz의 저장주기를 8Hz로 개선 및 저장항목 추가를 통해 사고 조사 시 더 많은 데이터 확보 가능토록 개선
    • 보조연료탱크 장/탈착 시 중량 및 무게중심 자동계산 등 5건을 반영하여 임무컴퓨터(MC) S/W 개선을 통한 운용 편의성 제공
    • 마린온 전 호기 적용(기 납품 호기는 Retrofit 수행)
FDR 저장결과 시현화면
보조연료탱크 장/탈착 자동계산

그림 5. FDR 및 MC S/W 개선 내용

사용자불만 및 사후봉사 처리

초도기 전력화 완료(’17.12월) 이후 항공기 운용 간 발생한 사용자불만은 총 ○○건으로 연평균 ○건이 발생되었다. 운용 항공기 수량이 증가하면서 사용자불만 건수도 증가함을 알 수 있다. 다만, 운용 항공기 품질문제 조기 조치를 위해 수리온 계열에 적용하는 단순교환품목(기어박스 Seal 등)에 대해서는 사후봉사(A/S)로 분류하여 신속 조치할 수 있도록 처리방법을 개선함으로써 장비 운용률을 개선하는 효과가 있었다.

사후봉사
제도도입
(’21.11.9.)

품질개선 활동

다빈도 고장 원인분석(국방부 주관), 품질문제 분석(기품원 주관) 사업을 통하여 항공기 품질개선 업무를 수행하여 “교류전원분배장치 등 8개 구성품” 품질개선을 수행하여 항공기 품질향상을 추진하였다. 또한, 정부품질보증 업무의 효율적 수행을 위해 제품확인감사를 지양하고 품질경영체제 평가 및 프로세스 검토 위주의 품질관리 활동을 수행하여 매년 평균 60건 이상의 공정개선을 통하여 항공기 품질향상을 추구하였다.
연도별 주요 품질개선 내용은 아래 표와 같다.

년도 품질 개선 구성품 개선 부위 개선 내용 개선 형상
전 후
’20년 보조동력장치
(APU) 		배기덕트 구조강도 향상을 위한 보강재 추가
’21년 구내통신장비
(AIU) 		수신기 회로카드 댐핑 저항 추가로 음성신호 안정화
’22년 사이클릭 조종간 누름식 스위치
(CY-1) 		내부 스프링 추가 및 케이스 재질 변경으로 내구성 향상

표 7. 연도별 주요 품질개선 추진내용

맺음말

2023년 6월 상륙기동헬기 전력화 완료를 통해 기존의 수륙양용 전력에 공중기동 역량이 구비되었다. 해병대의 입체적인 상륙작전 수행이 가능해지고 해병대에서 수행하는 모든 영역에 공중기동능력을 제공함으로써 효과적인 작전 수행을 보장하게 된 것이다. 이는 본 사업의 성공적 수행을 통해 얻은 가장 값진 성과이다. 더불어 본 사업 수행을 통하여 획득한 주요 성과는 다음과 같다.

  • 방사청, 해병대, 생산업체 등 유관기관과 유기적 협조체계 구축
  • 프로세스 검증 위주의 효율적 품질관리 활동을 통한 적기 전력화 기여
  • 다빈도 결함 품질개선 및 사용자불만 처리절차 개선으로 불만품 적기 조치로 운용품질 향상
  • 수리온 및 마린온 헬기 개발/ 양산 경험을 통하여 상륙공격헬기 등 개발 업무 기반 조성

이제 운용유지단계에서의 항공기 운용률 향상을 위해 효율적인 군수지원 체계 구축과 사용자불만을 즉시 해결할 수 있도록 관련기관 간 유기적인 협조체계 구축이 필요할 것이다.

마지막으로 본 사업의 후속으로 개발 진행 중인 상륙공격헬기와 소해헬기도 적극적인 기술지원 및 품질보증 활동을 수행하여 우수한 성능을 가진 항공기가 군에 납품될 수 있도록 노력할 것이다.