항공우주 공학 분야에서 시간을 보낸 적이 있다면 전기 장비가 이상적인 조건에서만 작동해야 하는 것은 아니라는 것을 알고 계실 것입니다. 비행기, 위성 및 발사체는 전력 품질이 극적으로 변할 수 있는 환경에서 작동합니다. 갑작스러운 전압 강하, 짧은 중단 또는 계획되지 않은 전압 강하는 드문 현상이 아니며 지상 테스트와 기내 작동 모두에서 현실입니다. 항공우주 제조업체, 항공전자 설계자 및 규정 준수 팀의 경우 전압 강하 발생기가 항공우주 전기 장비에 대한 신뢰할 수 있는 테스트 도구 역할을 할 수 있는지 여부에 대한 질문은 더 이상 이론적인 문제가 아닙니다. 전문적인 전압 강하 발생기 공급업체로서 저는 이러한 장치가 일반 산업용 테스트 도구에서 엄격한 산업 표준을 충족하는 중요한 항공우주 테스트 장비로 어떻게 발전했는지 직접 확인했습니다. 이것이 왜 중요한지, 항공우주 응용 분야에서 어떻게 작동하는지, 시스템을 유지하는 데 필요한 기능은 무엇인지 자세히 살펴보겠습니다.
먼저 모든 전압 강하가 동일하게 생성되는 것은 아니기 때문에 전압 강하가 무엇인지부터 살펴보겠습니다. 전압 강하(전압 강하라고도 함)는 전압 진폭의 단기적인 감소로, 일반적으로 공칭 수준으로 돌아가기 전까지 몇 밀리초에서 몇 초까지 지속됩니다. 항공우주에서 이러한 급락은 온보드 전력 조정기 결함, 발사 전 점검 중 지상 지원 장비(GSE) 전력 변동, 위성이 태양광 패널을 배치할 때 일시적인 부하 이동 등 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있습니다. 문제는 비행 제어 컴퓨터, 내비게이션 센서, 통신 트랜시버 등 많은 항공우주 전기 시스템이 매우 엄격한 전압 허용 오차 내에서 작동하도록 교정되어 있다는 것입니다. 소비자 가전 제품의 위상을 거의 저하시키지 않으면 항공 전자 장치가 재설정되거나 데이터가 손실되거나 중요한 명령에 응답하지 못하게 될 수 있습니다. 그렇기 때문에 이러한 이벤트에 대한 테스트는 DO-160(항공 장비의 주요 환경 테스트 표준) 또는 MIL-STD-704(군용 항공우주 시스템의 전력 요구 사항을 정의)와 같은 표준을 준수하기 위해 협상할 수 없습니다.
전압 강하 발생기는 말 그대로 전원 공급 장치에서 제어되고 반복 가능한 전압 강하를 인위적으로 생성하는 테스트 장비로, 엔지니어가 실제 하드웨어에 손상을 줄 위험 없이 실제 전력 이벤트를 시뮬레이션할 수 있습니다. 그러나 항공우주 테스트가 가전 제품 테스트와 다른 점은 다음과 같습니다. 항공우주의 전력 시스템은 단상, 3상 또는 직류(DC)일 수 있으며 현재 요구 사항은 소형 센서의 경우 몇 암페어부터 메인 버스 시스템의 경우 수십 암페어에 이릅니다. 모든 용도에 맞는 단일 테스트 도구로는 문제가 되지 않습니다. 그렇기 때문에 당사의 제품 라인에는 저전류 항공 전자 공학을 위한 소형 단상 10A 전압 강하 발생기부터 대형 온보드 전력 시스템을 위한 고전력 3상 32A 전압 강하 발생기에 이르기까지 이러한 특정 요구 사항에 맞는 솔루션이 포함되어 있습니다.
실용적인 측면으로 들어가 보겠습니다. 이러한 생성기가 항공우주 테스트 작업 흐름과 어떻게 통합됩니까? 항공 장비의 전원 입력을 다루는 DO-160, 섹션 16을 참조하십시오. 표준에서는 특정 깊이(예: 공칭 전압의 50%, 75%) 및 지속 시간(시스템에 따라 10ms~600ms)에서의 전압 강하 테스트를 요구합니다. 단상 항공 센서의 경우 센서가 비행에 중요한 신호를 처리하는 동안 단상 20A 전압 강하 발생기와 같은 장치를 사용하여 100ms 동안 50% 전압 강하를 주입합니다. 센서가 출력을 유지하지 못하거나 잠기는 경우 전력 조절을 다시 설계하거나 필터링을 추가해야 한다는 것을 알고 계실 것입니다. 위성 자세 제어 시스템에 전력을 공급하는 3상 주 전원 버스의 경우, 3상 20A 전압 강하 발생기 또는 3상 32A 전압 강하 발생기는 여러 시스템이 동시에 활성화될 때 위성 발사 단계에서 발생할 수 있는 종류의 전력 변화를 모방하여 균형 또는 불균형 강하를 시뮬레이션할 수 있습니다.
하지만 이러한 테스트에 항공기나 위성의 실제 전원 공급 장치를 사용하는 것은 어떨까요? 두 가지 큰 이유는 반복성과 제어 가능성입니다. 규정 준수를 테스트할 때는 변수를 가질 수 없습니다. GSE 장치의 실제 전력 감소는 깊이나 기간이 일관되지 않아 인증을 위한 테스트 조건을 안정적으로 복제하는 것이 불가능할 수 있습니다. 전압 강하 발생기를 사용하면 전압 깊이, 지속 시간, 연속 강하 횟수, 위상 불균형 등 정확한 매개변수를 설정하고 동일한 테스트를 수백 번 실행하여 설계를 검증할 수 있습니다. 예를 들어 상업용 여객기의 비행 관리 시스템을 테스트하는 경우 시간이 지남에 따라 시스템 성능이 저하되지 않도록 200ms, 70% 전압 강하로 1,000사이클을 실행해야 할 수 있습니다. 좋은 발전기는 실제 전력 상황에서는 보장할 수 없는 드리프트나 오류 없이 이를 처리합니다.
항공우주 분야의 또 다른 주요 고려 사항은 DC 전력입니다. 위성 페이로드부터 전기 항공기 하위 시스템까지 많은 현대 항공우주 시스템은 교류(AC)가 아닌 DC 전원으로 작동합니다. 표준 AC 전압 강하 발생기는 다양한 물리학을 따르는 DC 강하를 복제할 수 없습니다. DC 강하는 부하 변경이나 라인 손실로 인해 종종 발생하는 직류 회로의 전압 강하입니다. 이것이 바로 DC 전압 강하 발생기가 사용되는 이유입니다. 이 발전기는 우주 및 전기 항공에서 흔히 발생하는 DC 전원 이벤트를 시뮬레이션하도록 특별히 설계되어 엔지니어가 배터리 관리 시스템, 태양광 어레이 조정기 및 기타 DC 전원 구성 요소를 테스트할 수 있도록 해줍니다. 예를 들어, 위성의 태양 전지 어레이는 지구의 그림자를 통과할 때 그림자가 90초 동안만 지속되더라도 일시적인 딥을 경험할 수 있습니다. DC 발전기를 사용한 테스트를 통해 배터리 백업이 작동을 중단하지 않고 어레이가 다시 활성화될 수 있을 만큼 오랫동안 전력을 공급할 수 있는지 확인합니다.
물론 전압 강하 발생기가 수행할 수 있는 작업에는 한계가 있으며 작업에 적합한 도구를 사용하는 것이 중요합니다. 예를 들어 완전한 전원 중단(10초 이상의 무전압 이벤트)을 시뮬레이션해야 하는 경우 일부 발전기는 이를 옵션으로 제공하지만 매우 긴 중단의 경우 추가 테스트 장비가 필요할 수 있습니다. 그러나 대부분의 일상적인 적합성 테스트에서 전압 강하 발생기는 항공우주에 대한 전력 품질 테스트의 중추입니다. 즉, 모든 발전기가 항공우주 표준에 따라 제작되는 것은 아닙니다. 값싼 범용 발전기는 전압 깊이나 지속 시간의 정확도가 낮을 수 있으며, 이로 인해 잘못된 테스트 결과가 나올 수 있습니다. 즉, 실패해야 하는 시스템을 통과하거나 충분히 견고한 시스템이 실패하는 등의 결과가 나올 수 있습니다. 그렇기 때문에 항공우주 인증에 필요한 정밀도와 신뢰성을 충족하는 발전기를 선택하는 것이 중요합니다.
일반적인 오해에 대해 이야기해 보겠습니다. 일부 엔지니어는 전압 강하 테스트가 서비스 중인 장비가 아닌 새로운 설계에만 적용된다고 생각합니다. 그러나 그것은 사실이 아닙니다. 항공사가 항공 전자 장치를 업그레이드하거나 위성이 발사 전 재인증을 받는 경우 전력 성능을 다시 테스트해야 합니다. 전압 강하 발생기는 문제 해결에도 사용됩니다. 기내 전원 이벤트로 인해 시스템 오류가 발생한 경우 발전기는 근본 원인을 식별하기 위해 실험실에서 정확한 강하를 재현할 수 있습니다. 예를 들어, 이전 비행 중에 내비게이션 시스템이 재설정된 경우 엔지니어는 3상 20A 전압 강하 발생기를 사용하여 발생한 전원 이벤트를 복제하고 시스템 재설정이 예측 가능한지 또는 설계 결함을 나타내는지 확인할 수 있습니다.
공급업체로서 저는 수년 동안 수십 개의 항공우주 팀과 협력해 왔으며, 제가 본 가장 일반적인 실수는 테스트 장비의 크기를 축소하는 것입니다. 소형 항공 전자 장치는 5A만 소비할 수 있지만 10A 발전기로 테스트하면 향후 업그레이드를 위한 여유 공간이 남게 됩니다. 단상 10A 전압 강하 발생기부터 3상 32A 모델까지 당사의 제품군은 이러한 유연성을 보장하도록 설계되었습니다. 또한 당사는 항공우주 테스트 실험실의 엄격한 환경을 견딜 수 있도록 발전기를 제작합니다. 견고한 케이스에 보관되어 있고, 쉽게 프로그래밍할 수 있는 터치스크린 인터페이스가 있으며, 대부분의 항공우주 인증 프로세스에 필요한 ISO 17025 표준을 충족하도록 교정되었습니다.
또 다른 각도: 소프트웨어 통합. 많은 최신 항공우주 테스트 설정에서는 수동 개입 없이 전체 테스트 스위트를 실행하는 자동 테스트 시스템(ATS)을 사용합니다. 이더넷이나 GPIB를 통해 이러한 ATS와 통합할 수 있는 전압 강하 발생기는 시간을 크게 절약해 줍니다. 수백 개의 테스트 시퀀스를 프로그래밍하고 밤새 실행하고 자동으로 보고서를 생성할 수 있습니다. 이는 엄격한 규제 문서 요구 사항을 충족하는 데 필수적입니다. 우리의 생성기는 이러한 통합을 염두에 두고 제작되었으므로 기존 테스트 인프라에 원활하게 맞출 수 있습니다.
잠깐, 이것을 구체적으로 만들기 위해 실제 사용 사례를 다루겠습니다. 작년에 지역 전기 항공기를 작업하는 팀이 문제를 안고 우리에게 왔습니다. 새로운 배터리 관리 시스템(BMS)이 150ms 동안 60% 전압 강하에서 DO-160 전력 테스트에 실패했습니다. 그들은 BMS에 필요한 정확한 DC 딥을 복제할 수 없는 범용 AC 발전기를 사용하고 있었으며 결과가 일관되지 않았습니다. 우리는 정확한 DC 전압 깊이와 지속 시간을 설정할 수 있는 DC 전압 강하 생성기를 사용하여 테스트할 것을 권장했습니다. 그들은 BMS의 필터 커패시터가 전기 모터가 시동될 때 발생하는 120ms 딥을 처리하기에는 너무 작다는 것을 발견했습니다. 더 큰 커패시터를 사용하여 BMS는 테스트를 통과했으며 이제 항공기는 첫 비행을 위해 궤도에 올랐습니다. 이것이 바로 특수 제작된 전압 강하 발생기의 가치입니다. 이는 단순한 테스트 도구가 아니라 문제 해결 도구입니다.
그러면 원래 질문으로 돌아가서, 전압 강하 발생기를 항공우주 전기 장비 테스트에 사용할 수 있습니까? 대답은 '그렇다'입니다. 그러나 특정 요구 사항에 맞는 제품을 선택하는 경우에만 가능합니다. 단상 항공 전자 공학을 테스트하는 경우 단상 20A 전압 강하 발생기가 필요한 정밀도를 제공합니다. 3상 주전원 시스템의 경우 3상 20A 또는 3상 32A 모델이 필수적입니다. DC 전원 구성 요소의 경우 전용 DC 전압 강하 발생기를 이길 수 없습니다. 저전류 센서의 경우 단상 10A 전압 강하 발생기는 성능을 희생하지 않는 비용 효율적인 선택입니다.
테스트 장비를 업그레이드할 준비가 되었거나 현재 설정이 항공우주 표준을 충족하는지 확인해야 하는 경우, 우리가 도와드리겠습니다. 새로운 항공 전자 기기를 설계하든, 위성 페이로드를 인증하든, 사용 중 전력 문제를 해결하든 당사의 전압 강하 발생기 제품군은 항공우주 테스트 목표를 지원하도록 제작되었습니다.
참고자료
- RTCA 주식회사(2020). DO-160G: 항공 장비에 대한 환경 조건 및 테스트 절차.
- 미국 국방부. (2015). MIL-STD-704F: 항공기 전력 특성.
- 국제표준화기구. (2018). ISO 17025: 테스트 및 교정 실험실의 역량에 대한 일반 요구 사항.
- SAE 인터내셔널. (2019). AS1555: 항공우주 시스템의 전력 품질 요구 사항 및 테스트 방법.
