미 해군의 RSA 개조를 통해 본 비즈니스 제트 항공기 개조 - (2)

1부에서는 미 해군의 RSA 개조 프로그램의 목적과 임무 시나리오, 주 임무장비의 요구사항에 대해 알아봤다.

2부에서는 이를 위한 임무장비의 구성과 배치, 그리고 항공기 개조에 대해 알아본다.

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임무장비 구성

주 임무장비는 배열 안테나와 주파수 변환기(Frequency Converter), 디지털 빔 생성기(Digital Beam Formal), 텔레메트리(Telemetry), 저장장치(Recorder), 재전송장치(Retransmission), 그리고 제어 및 시현기(Control & Monitor)로 구성되며 아래의 그림과 같이 동체 중앙에 주로 장착된다.

(주 임무장비 구성 및 배치)

 

그 외의 장비의 구성은 다음과 같다.

전방 nose 레이돔에 Range Surveilancet와 Range Clearance를 위한 레이다 안테나 및 프로세서가 장착되는 것으로 보이고 통신 시스템도 있다.

그러나 ACTS에 대해서는 어떤 시스템 또는 기능의 약자인지 나와있지 않아 확실하지 않으나, 1부에서 살펴본 RSA의 기능 중 Commnad Destruct과 Flight Termination의 기능의 장비로 추측된다.

(기타 임무장비 구성)

 

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항공기 개조

다음은 Gulfstream사 G550 항공기에서 주요 구성품이 장착되는 공간과 외부와의 연결 포인트 부위로서 주요 개조가 있는 부위를 나타낸 그림으로 보인다.

(RSA Gulfstream G550의 주요 개조 부위)

 

이 중에서 사이드 어레이는 밴드별 TM 안테나가 장착되는 것으로 보이며, 자료상에서 2단계에서는 이 임무 장비는 항공기의 왼쪽 면에만 장착된다고 되어 있다.

그리고 오른쪽 면은 실제 장비는 장착되지 않으나 공력적 밸런스를 맞추기 위해서 fairing panel은 장착될 것이라고 한다. 

(주 임무장비의 Side Array 크기)

 

2단계 임무 장비는 하나의 조립체로 패키징되며 개조된 항공기 구조와 부착된다.

이 조립체의 최대 무게는 약 700 파운드이며 측면 조립체의 두께는 약 6 인치, 사이드 어레이 OML의 최대 두께는 약 8 인치라고 한다.

 

[ 케이블 배치 ]

이 프로그램의 2단계 개발에서 안테나와 연결되는 케이블들(주로 RF 케이블 일 수 있는)은 다음의 그림처럼 기존의 항공기에 창이 있던 위치에 특별히 설계된 패널을 통해 내부로 연결된다.

(안테나와 연결된 케이블들은 기존 항공기의 창들 위치에 특별히 설계된 판넬을 통해 연결된다)

 

 

각 창 위치에 설계된 판넬은 하나당 약 80개의 케이블 커넥터를 가지고 있다고 하며 추가적인 통과 홀 설계도 가능하다고 한다. 

(창의 위치에 설계된 케이블 커넥터 판넬)

 

 

케이블 통과가 필요없는 기존의 창은 외부 확인을 할 수 있도록 그대로 유지하거나 또는 가벼운 패널로 막는다.

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[ 전력 시스템 개조 ]

G550 항공기의 엔진에 의한 전력 시스템은 통합 제네레이터로서 엔진 당 40 kVA 용량의 제네레이터는 115/200V, 400Hz, 3상 AC 전력을 생성하여 주 항공기 전력선에 공급한다.

여기에 추가적인 40 kVA의 APU 제네레이터는 지상에서와 비상 상태에서 전력을 공급한다.

그리고 28 VDC 전력은 4개의 250 amp TRU에서 공급된다.

따라서 항공기의 전력 시스템의 개조 없이 기본 G550 플랫폼은 약 50 kVA가 넘는 전력을 임무 장비에 공급할 수 있다. 

 

1단계의 개발에서 항공기는 추가적인 전력 시스템에 대한 요구가 없었다.

그러나 2단계의 개발에서는 50 kVA의 전력을 넘는 요구가 있다면 개조가 필요하게 된다.

개조 옵션 중 하나는 GAC(Green Aircraft) AEP(Additional Electrical Power) 개조를 통해 두 개의 추가적인 270 VDC, 60 kVA 제네레이터를 엔진 기어 박스에 장착하는 것이다.

다음의 그림과 같이 이 추가적인 제네레이터의 장착을 위해서는 엔진 하부에 작은 페어링이 필요하다.

(추가적인 제네레이터 장착을 위한 엔진 하방에 fairing 설계 모습)

 

또는 다른 Gulfstream 항공기는 APU를 이용하여 비행 중 추가적인 40 kVA의 AC 전력을 공급받기도 한다.

이러한 항공기 전력 시스템에 따른 용량과 임무 시스템 전력 할당은 다음의 그림과 같다.

(항공기 전력 시스템 옵션에 따른 용량과 임무 시스템 할당)

 

[ 임무 냉각 시스템 개조 ]

액체 냉각 시스템 (LCS, Liquid Cooling System)은 기본 개조를 통해 공급된다.

이 시스템은 20,000 피트 상공에서 72 kW의 냉각 용량을 공급할 수 있으며 지상 냉각 시에는 지상 지원 장비를 이용한다.

(지상 지원 장비에서 공급하고 냉각 공기)

 

냉각 시스템의 주요 구성품은 기존의 인증을 받은 개조와 동일하며 냉각 라인은 요구에 따라 변경될 수 있다고 한다. 

냉각 시스템 reservoir와 제어기는 항공기 출입구의 후방 캐빈의 왼쪽편에 위치하며 LCS를 위해 캐빈의 ECS 개조는 필요하지 않다.

(냉각 시스템의 구조)

 

다음은 항공기 내부의 레이아웃이다.

(항공기 내부 레이아웃)

 

자료상에 약어에 대한 설명이나 기타 설명이 없어서 더 상세한 설명은 불가하다.

조종사 외에 6명의 임무 운용자가 탑승하는 것으로 보인다.

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TM 안테나 분석

주 임무장비인 텔레메트리(TM) 안테나는 다음의 그림과 같이 세 개의 대역으로 나뉘어 있는 것을 볼 수 있다.

(TM 안테나와 시야각 분석)

 

 

그리고 자료에는 위의 그림에서와 같은 FoR(Field of Regard) 요구도 만족 여부를 분석한 결과를 확인할 수 있다.

이는 RF 안테나이지만 RF 관점에서의 분석이 아닌 각 안테나 위치에서의 line of sight로 obstruction이 발생하는지를 알아보는 시야각 분석 결과이다.

결과를 보면 세 가지 대역 안테나의 시야에 모두 날개의 일부가 들어오는 것을 알 수 있다.

S 밴드 안테나가 항공기의 가장 앞쪽에 있기 때문에 분석 결과에서는 날개의 일부가 가장 작게 보이고 항공기에서 가장 날개 쪽에 가까운 안테나인 C 밴드 안테나에서는 확실히 날개가 가장 큰 obstruction을 형성한다.

한 가지 이상한 점은 1부에서 FoR의 요구도가 Az +/- 60˚ 와 El +40˚, -20˚이며 분석 결과는 Az -20˚와 El 10˚ 미만에서부터 날개가 obstruction을 일으키는데도 불구하고 요구도를 만족한다고 언급하고 있다는 것이다.

 

미 해군의 RSA 개조를 통해 본 비즈니스 제트 항공기 개조 - (1)

 

이 장표를 통해 알 수 있는 것은 G550 항공기 측면에 임무 안테나 어레이의 장착 위치를 설계할 때에는 우선적으로 이러한 시야 분석을 통해 날개 또는 다른 항공기의 동체가 얼마큼 obstruction을 일으키는지 확인이 필요하다는 것이며, 이를 최소화하도록 안테나 장착을 하는 것이 설계의 첫 단계이고 이후 최소한의 obstruction 상태에서 RF 해석을 통한 RF적 성능 영향성 확인이 필요할 것이다.

 

 

출처 : Updated Status on the Telemetry Range Support Aircraft (TRSA) Program, 12 December 2018

 

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결 론

미 해군이 Gulfstream사의 G550 항공기를 개조하여 새로운 RSA를 개발하려는 과거 자료를 통해 RSA의 임무와 주 임무장비의 사양, 그리고 항공기의 개조 범위등을 알아봤다.

 

Gulfstream사의 G550 항공기는 정보수집기나 전자전기등 다양한 특수 목적의 항공기로 개조되어 사용되는 기체이다.  

이 경우에 G550 항공기의 기본적인 전력과 대형 어레이 안테나와 같은 임무장비의 창착을 위한 물리적 개조, 추가적인 액체냉각시스템의 설치등을 어떻게 진행했는지 간략히 나마 알아볼 수 있었다.

 

 

 

출처 : Updated Status on the Telemetry Range Support Aircraft (TRSA) Program, 12 Dec 2018

 

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