국방에 기여하는 국방기술품질원의 이야기

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[기고]

대한민국 최초 국산헬기,
수리온 전력화 완료

글 항공3팀 서정미 연구원

2024년 6월, 국내 개발 헬기 수리온의 마지막 호기가 군에 인도되며 전력화가 완료됐다. 2009년 KUH 시제 1호기 출고를 앞두고 '최초 국산 헬기 이름 짓기' 공모전을 통해 '수리온'이라는 이름이 탄생했다. 이는 독수리의 '수리'와 100을 의미하는 '온'을 결합해, 독수리의 용맹함과 기동성, 국산화 100%와 완벽함을 상징한다.
한국형기동헬기(Korean Utility Helicopter, KUH-1) 사업은 육군의 노후 기동헬기인 UH-1H와 500MD를 대체하고, 국내 헬기 산업을 육성하기 위해 시작됐다. 2006년부터 2012년까지 수리온 체계 개발이 완료됐고, 2012년 12월 수리온 1호기가 납품된 후 4차례의 양산을 거쳐 2024년 6월 마지막 호기까지 실전 배치가 완료됐다. 이를 통해 양산 사업은 성공적으로 종료됐고, 수리온은 육군에 순차적으로 인도돼 병력 수송, 화물 공수 등 다양한 임무를 완벽히 수행하며 군 전력 강화에 기여하고 있다.

한국형기동헬기(Korean Utility Helicopter, KUH-1) 양산사업은 육군에서 운용 중인 노후화된 기동헬기를 대체하기 위하여 연구개발한 국산헬기 ‘수리온’을 생산 및 전력화하는 사업으로, 소요군의 전투력을 향상시키고 경제적인 운영을 위하여 수리온 배치일정과 연계하여 훈련체계 및 종합군수지원요소를 동시에 획득하는 사업이다. 이후 수리온을 기반으로 필요 장비를 추가 장착하고 해양 및 해상운용이 가능하도록 개조·개발한 상륙기동헬기, 의무체계 및 기상레이더 등 응급환자의 항공 후송을 위해 개조·개발한 의무후송전용헬기 사업이 진행되었다.

그림 1. 한국형기동헬기(KUH-1) 수리온

사업추진 경위

KHP(Korean Helicopter Program) 사업은 2001년 한국형다목적헬기(Korean Multi-role Helicopter, KMH)로 소요가 결정된 후, 2006년 체계개발에 착수하여 2010년 3월 초도시험비행과 11월 잠정전투적합판정을 받았다. 사업의 세부 추진 경위는 다음과 같다.

2001년

6월
  • 한국형다목적헬기(Korean Multi-role Helicopter, KMH) 소요결정

2003년

9월
  • 국책사업으로 결정(제4차 항공우주산업개발정책심의회의)

2005년

1월
  • 14일 KMH사업 정부종합점검결과 통보
3월
  • 11일 한국형헬기개발사업(KHP) 추진체계 확정
  • 23일 한국형기동헬기 작전운용성능 확정
4월
  • 12일 한국형헬기 체계개발요구도 확정
7월
  • 21일 한국형헬기개발계획(안) 확정
12월
  • 12일 국내외 참여업체 확정

2006년

2월
  • 13일 한국형헬기 개발계획서 수정/보완
4월
  • 체계개발계획서 승인
6월
  • 1일 ~ 7일 체계개발 착수(계약: 6/7, 협약: 6/1)
9월
  • SRR(System Requirement Review)
12월
  • SDR(System Design Review)

2007년

6월
  • 25일 ~ 28일 기본설계검토회의(Preliminary Design Review, PDR)
7월
  • 13일 KUH 외형(Outer Mold Lines, OML) 확정

2008년

12월
  • 2일 ~ 5일 상세설계검토회의(Critical Design Review, CDR)

2009년

7월
  • 31일 KUH 시제1호기 출고
11월
  • 23일 ~ 27일 초도비행 준비상태 검토회의(First Flight Readiness Review, FFRR)
12월
  • 7일 KUH 시제1호기 엔진 런

2010년

'09년 12월 ~ '10년 2월
  • 지상통합시험평가(EACT/PDCT)
3월
  • 10일 KUH 시제1호기 초도비행(초도 개발/운용시험 착수)
4월
  • 27일 헬기(헬리콥터, 다목적용) 품명 및 모델번호(KUH-1) 정식사용 승인
9월
  • 24일 초도 통합시험평가 완료
  • 30일 ILS 초도 개발/운용시험평가 완료
10월
  • 15일 초도 운용시험평가 완료
11월
  • 5일 10-13회 군수조달(표준화) 실무위원회 심의
  • 11일 KUH 초도시험평가 결과 판정(통보) - 잠정전투적합 판정
  • 15일 군수조달(표준화) 분과위원회 심의(결과 통보 : 조달기획팀-9847)
12월
  • 23일 수리온 초도양산 생산준비검토회의(PRR) - 최종 정리
  • 31일 수리온 초도양산사업 계약(2010-3-04-1409)

2012년

12월
  • KUH 양산1호기 전력화

2013년

12월
  • 19일 수리온 2차양산사업 계약(2013-30-4-1136)

2016년

12월
  • 29일 수리온 3차양산사업 계약(2016-30-4-1098)

2020년

12월
  • 24일 수리온 4차양산사업 계약(2020-Q0-4-0001)

2024년

6월
  • KUH 최종호기 전력화

수리온 형상 및 특성

그림 2. 수리온 주요 계통

수리온은 한반도 전역에서 계획된 항공작전이 가능하도록 운용환경을 고려하였고, UH-60P 대비 주야 악천후에서의 전술기동과 적의 위협에 대한 방어기능을 제공하여 생존성을 향상 시켰다. 소·중화기 위험에 대한 대처로 내탄(耐彈) 기능을 보유하여, 블레이드는 피탄 시 헬기 안전 귀환을 보장하며 윈드실드는 외부 충격 시 파편 억제 및 분산이 방지되어 조종사의 안전을 보장하도록 설계되었으며 연료탱크는 피탄 시 자체 밀봉되어 연료유출 및 폭발방지 기능을 보유하고 있다. 터보 샤프트 쌍발엔진(T700-701K, 1,855SHP * 2EA)이 장착되었고 통합디지털엔진제어기(Full Authority Digital Engine Control, FADEC)가 장착되어 작동 및 운용 안정성을 확보하였다. 조종계통은 결함 발생 시 백업시스템 작동이 가능하도록 다중화 설계를 채택하였다. 또한, 군용헬기 임무수행에서 가장 위협적인 휴대용 지대공 미사일에 대해 자동경보 및 대응체계를 구축하여 헬기 생존성을 향상시켰다. 이를 위해 레이더 및 레이저, 미사일 경보 수신기로 자동 경보체계를 구축하고, 회피기동과 채프/플레어 발사기 등으로 자동 대응이 가능하도록 설계되었다.

그림 3. 수리온 주요 특징

수리온 주요 품질개선 활동

① 윈드실드 균열 개선

그림 4. 수리온 윈드실드
  • 품질개선 구성품 : 윈드실드 - 조종실 전방을 둘러싸 비행조건에 의한 공기력을 견디며 전방시야를 확보하기 위한 구성품이다.
  • 개선현상 : 조류 충돌 및 외부물체(FO, Foreign Object)에 의하여 윈드실드가 파손될 경우, 그물형으로 윈드실드가 손상되어 조종사 전방 시야 확보가 어려운 현상을 개선하였다.
그림 5. 유리 재질에 따른 압침시험 파손 형태
그림 6. Bird-strike Test Model
  • 개선방안
    파손 시 충분한 시계 확보를 위해 윈드실드 재질을 변경하고 보호필름을 적용하여 파손형태 및 파손강도를 개선하였다.
개선 방안 개선 효과 검증 방안
윈드실드 재질변경 파손형태 개선(그물형 → 방사형)으로 시야확보 요구조건 충족 시편시험 강구파손 시험
압침파손 시험
조류충돌 시험
시야 확보 시험
강화코팅 보호필름 파손빈도 감소 시야 왜곡 검증 시험 정량적 시험
정성적 시험

② 능동형 진동저감장치 도입

  • 품질개선 구성품 : 진동저감시스템 - 동체 및 조종석에 장착되어 회전익 항공기 진동 저감을 통해 조종사의 피로도를 감소시키기 위한 시스템이다.
그림 7. 회전익 항공기 진동 종류
  • 개선현상 : 회전익 항공기는 필연적으로 진동이 발생할 수밖에 없으며, 이러한 진동을 저감시키기 위해 수동형 진동저감장치(Passive Vibration Reduction Device)와 수동형 동조 흡진기(TVA, Tuned Vibration Absorber)를 적용하고 있었다. 이러한 진동저감시스템은 일반적으로 국부적 위치의 진동저감 및 진동 전달 경로 설치를 통한 필터 역할을 하며, 다양한 비행조건에서 진동억제 효과가 일정하지 않고 무거운 중량과 주기적 점검/교환이 필요하다는 단점이 있다.
  • 개선방안 : 능동형 진동저감장치(AVCS, Active Vibration Control System)는 능동적 방법으로 제어하는 시스템으로 전기 또는 유압을 사용하여 작동한다. AVCS는 수동형 진동저감장치 대비 질량이 작고 주기적 유지보수가 불필요하다. 또한, 특정 주파수 대역에서만 작동하는 수동형에 비해 주파수 변동에 유연하여 일정 성능 유지가 가능하여 모든 비행영역에서 효율적으로 작동하여 진동 제어 효과가 크다는 장점이 있다.
그림 8. 능동형 진동저감장치 작동원리

AVCS는 각종 센서(타코메터 및 통신모듈, 가속도계 등)에서 받은 회전 및 진동 정보를 제어기로 전달한 후, 실제 진동저감은 원형하중발생기(CFG, Circular Force Generator)*로 발생진동을 상쇄시키는 방식이다.

AVCS 최적화 적용방안
1단계 2단계 3단계
  • 동체, 엔진, 기어박스 등 총 45개소에 가속도계를 붙여 기본운용중량(OPW), 최대이륙중량(MTOGW)에서 수평, 선회, 상승, 하강, 착륙접근 비행 등을 지상에서 측정하여 수리온 전달함수와 비행 진동 데이터 획득
  • 기체형상 등 여러 가지 요소를 고려하여 대략적인 CFG 장착 위치 8곳 선정
  • CFG 개수 증가에 따른 진동 저감 효과를 측정하여 센서 및 작동기 최적화 작업 진행
  • 센서 00개, CFG 0개 사용하는 것이 최적이라는 데이터 획득
  • 비행 시험을 통해 실제 진동 저감 효과 확인
  • AVCS 적용으로 약 70% 진동저감(기존 TVA 적용 대비 40~50% 저감된 효과)
  • 착륙 접근비행에서 TVA 대비 매우 높은 진동 저감률 확인
* 원형하중발생기
내부에 있는 두 개의 편심 회전자의 각도를 조절하여 발생시킨 원형하중을 제어하는 방식으로 동작

③ AIU 노이즈 잡음 개선

  • 품질개선 구성품 : 음성접속장치(AIU: Audio Interface Unit) - 조종사, 부조종사, 탑승객 간 내부통신을 제어하는 기능, 외부 장비(무전기, 항법장비 등) 간 외부 통신 연결 기능, 임무컴퓨터와 연결되어 통신 및 경고음 발생 기능을 보유한 구성품이다.
그림 9. 구내통신장비 구성 및 AIU 장비
  • 개선현상 : 동절기 내부통신 잡음 발생으로 승객간 의사소통 불가 및 경고발생음 청취가 제한되는 현상을 개선하였다.
  • 개선방안
    동절기에 집중된 잡음 발생으로, 통신장비 회로카드의 저온환경 안정성을 분석하였다. RCV 보드 소자 시험을 통해 회로카드 내 아날로그/디지털 오디오 신호 변환소자(CODEC IC)의 출력이 왜곡됨을 확인하였다. CODEC IC 출력단 댐핑저항 부재로 인한 임피던스 마진 저하 및 반사계수가 높아 소자 생산공차에 따른 신호의 왜곡발생 가능성이 있었다. 이에 따라 AIU 내부 RCV 회로카드에 댐핑저항을 추가하여 임피던스 정합 개선을 통한 잡음 현상을 제거하였다. RCV 보드 R162에 댐핑저항을 반영하여 회로가 안정화된 파형을 나타내었고, 임피던스 측정을 통해 도출된 반사계수로 정량적인 수치를 확인할 수 있었다.
그림 10. AIU 노이즈 잡음 개선 결과

K-헬기, 글로벌 방산을 향하여

국내 최초 기동헬기 수리온은 이제 세계적인 헬기로 진화하고 있다. 수리온은 대한민국에서 개발된 첫 국산 헬기로, 첨단 항전 장비를 탑재하고 탁월한 기동 성능과 세계 정상급 제자리 비행 성능을 자랑한다. 특히, 수리온의 개발 성공으로 우리나라는 세계에서 11번째로 헬리콥터 개발국 반열에 올라섰다.

그림 11. 수리온 파생형 헬기

수리온은 육군에서 병력 수송, 화물 공수 등 다양한 임무를 수행하며 활약하고 있다. 수리온을 기반으로 개발된 상륙기동헬기, 의무후송전용헬기, 그리고 경찰, 해경, 산림, 소방 등 다양한 분야의 관용 헬기로도 운용되고 있으며, 이를 통해 다양한 환경에서 우수한 성능을 입증하고 있다.

현재 수리온 동력전달장치의 국산화가 진행 중이며, 향후 조종사 및 승무원의 생존 장비에 대한 성능개량이 계획되어 있다. 첨단기술 발전에 맞춰 수리온 헬기의 지속적인 성능개량을 실시할 예정이다.

최근 이라크에 수리온 소방헬기 수출이 성사되었고, 이를 발판으로 다른 국가로의 추가 수출 가능성도 높게 평가되고 있다. 해외로 뻗어나가 전 세계 하늘을 자랑스럽게 비행할 수리온의 진화는 계속될 것이다.