헬리콥터는 왜 추락하는가 ? 헬리콥터의 사고 추세와 안전대책에 대한 연구

2012 포스팅 자료실 2012.02.09 22:23
**헬기 추락에 대한 고찰**


이 내용은 최연철, 김칠영선생님의 논문입니다.
제가 처음으로 접해본 논문인데, 내용도 알찰뿐더러 저의 사명감을 일으켜준 글이기에 블로그에 새겨둡니다. !


헬리콥터의 사고가 잦은 이유는 ?

  헬리콥터에서 가장 큰 문제는 안전성으로 자체의 공학적 특성에서 기인하는데 수평으로 발생된 동력을 90도로 변환하여 회전면을 만들고 이를 조절하여 비행하는 형태이므로 동력 전달 계통의 복잡성으로 문제점이 발생되며 임무 특성상 접근 곤란한 지역에서 주로 운용되므로 주변 물체나 장애물과 충돌하는 확률이 높아 항공안전사고의 위험성으로부터 자유롭지 못하다.

  2004년 5월 기준 항공안전본부에서 분류한 국내의 민간항공기의 총 67건의 사고 가운데 헬리콥터 사고는 26건으로 약 37%를 차지할 정도로 높은 사고율을 보이나 항공안전 활동면에서 안전 대책이나 교육, 각종 세미나 등은 대형 항공사 위주로 구성되어 헬리콥터의 실정과는 큰 차이가 있으며 심층적인 연구부족으로 고정익 항공기의 사고에 관련된 자료를 그대로 적용하여 실질적인 헬리콥터의 안전대책에 기여하지 못하는 문제점이 있다.

우리나라의 헬기 보유 현황 (2004년 기준)

구 분

대수

비 고

국가기관

군 용

600

국가기관 항공기는 추정자료

산림청

40

경 찰

30

소방 및 국립공원

20

소 계

690

부정기 및 사용사업용

54

삼성, 현대, SK, 홍익 등

자가용

언론기관

3

KBS, MBC, 북인천

기업업무용

10

대한항공, SK, LG, 삼성병원 등

소 계

13

총 계

757

  이와 같은 자료를 비교해 볼 때 우리나라는 헬리콥터의 대수가 전체 항공기의 약 50%의 높은 분포를 보이므로<표 1> 국가적으로 이에 대한 각별한 관심이 요구되며 헬리콥터의 사고가 고정익항공기 사고보다 현저하게 높다는 점과 최근에 고정익사고가 거의 발새하지 않는 반면 헬리콥터사고는 감소하지 않은 점에 대한 관심과 주의가 요망된다

 헬리콥터 사고 분석

  세계적으로 항공기 사고연구는 주로 고정익 항공기를 대상으로 하며 헬리콥터는 NASA나 FAA에서 부분적으로 연구가 진행되고 있다. 기본적으로 고정익항공기는 날개를 통해 양력을 발생시키고 추력으로 속도를 발생시키나 헬리콥터는 엔진으로부터 발생된 동력을 90도로 방향을 전환하여 블레이드(blade) 회전면을 만든 후 피치를 변화하거나 경사를 주어 양력과 추력을 발생 시킨다는 점에서 제작과 설계 특성은 물론, 운용특성도 상이한데 이를 헬리콥터의 자체 특성과 운용상의 특성, 헬리콥터와 고정익 운용을 비교하여 세부적으로 살펴보면 다음과 같다. (J. Seddon & Simon Newman, 2001).

1) 헬리콥터의 자체 특성

● Aircraft Specification : 설계 형태에 따른 기종 다양화( 정비운용 문제발생 )

● Fly over Noise : 인간의 한계치에 근접한 소음발생( 의사소통 문제 야기 )

● Engine Characteristics : 발생동력의 90도 변환, 운용에 따른 동력변동 과다

● Vibratory Loads : 과도한 진동( 운용자, 항공기 피로도 가중 )

● High Speed & Hover Limitations : 속도 및 제자리비행 한계( 안전문제 발생 )

2) 운용상의 특성(Conway, 2002)

● 환경요인

- 운용지역이 특수한 환경(숲, 장애물, 악기상 등 열악한 조건)

- 저고도 운용으로 시간 경과에 따른 지표면의 대기환경의 급격한 변화

● 인적요인

- 조종사외 승무원 및 지상요원 통합운용(Human error 상존)

- 화물량, 주변 여건으로 장기간 임무지속

● 물질적 요인

- 반복적인 동력변화/과도한 선회로 항공기 피로누적

- cable, hook, belly 등 부수장비의 안전성

- 각 단계에서 기량 우수 조종사 요구

3) 헬리콥터와 고정익 운용의 비교

구분

헬리콥터

고정익

운용범위

point ↔ point

air field ↔ air field

이착륙

hover

활주

운용대상(방법)

인원(탑승, 강하)

화물(인양, 하화)

인원(탑승)

화물(탑재)

주 비행방법

시계비행(VFR)

계기비행(IFR)

항법지원

선택 사용(지원 곤란)

기본 사용(지원 용이)

위에 제시된 헬리콥터와 고정익항공기의 차이점은 헬리콥터의 사고 연구가 고정익항공기와 차별화되어야 하는 근거를 보여준다.

헬리콥터의 사고와 운용고도

  순항과 hovering 구간에서 40%의 사고가 발생되었는데 이는 헬리콥터사고가 운용고도와 밀접한 관계를 가진다는 점을 시사한다. <표 5>는 미국의 FAR Part 135의 규정에 의하여 운용되는 헬리콥터의 ‘91-00년 사이에 발생된 사고를 중심으로 운용고도와 사고의 관계를 조사한 자료로서 총 147건의 사고 가운데 71%가 500ft 이하의 저고도에서 발생되어서 운용고도와 사고에는 높은 상관관계가 있다는 점을 보여준다. 한편, 우리나라도 이와 유사한 양상을 나타내는데 ’00-04년간 발생된 총 15건의 사고 가운데 13건인 87%가 AGL 500ft 이하에서 발생되었다. <표 4 참조>.

00.02.28

경남 진주

B206-L3

산불진화

산불진화 담수작업 후 이륙 중 추락

00.10.29

울릉도

W-3A

화물인양

화물투하장소에서 주회전날개가 수목 충돌

00.11.07

충북 청원

R22B

착륙 중

사진 촬영 후 착륙 중 스키드가 언덕에 걸려 전복

01.03.09

제주훈련원

PA34-220

착륙 중

우측바퀴다리가 접지순간 접혀서 동체 지면 접촉

01.06.22

한라산

Bell-214

비행 중

등반로 정비자재 운반 출발 상승 중 추락

01.07.08

진해시

S-76

비행 중

김해공항 출발 옥포로 비행 중 가덕도 해상 추락

01.07.16

김포시

H369D

비행 중

항공방제 중 고압송전선에 스키드가 걸려 전복

01.09.10

충북 단양

Bell-214

비행 중

사찰 증축공사 골재 운반 중 추락

02.04.15

경남 김해

B767

비행 중

김해공항에 선회접근 중 추락 후 전소

02.07.18

경남 합천

H369D

비행 중

농약살포 후 복귀 중 연료고갈로 비상착륙

02.08.05

경기 이천

H369D

비행 중

항공방제 비행 중 고압선에 충돌

02.09.13

제주훈련원

CTN-560

착륙 중

이착륙훈련 중 왼쪽 날개 끝이 활주로에 접촉

02.11.19

한라산

Bell-214

착륙 중

한라산 헬기장 착륙 중 주 회전익 지면 충돌

03.02.11

김포공항

Cessna

시운전중

회전익이 발생한 하강기류로 날개 지상접촉

03.06.30

충북 청원

H369D

방제비행

방제비행 중 농업용 전선에 걸려 추락 전복

03.07.24

부산 강서

H369D

시운전

방제작업 후 지상요원이 테일로터 충돌

03.07.26

충북 음성

AS350

지상대기

방제대기 중 뚝에서 항공기가 뒤로 밀려 침몰

03.08.22

경북 구미

AS350

지상대기

방제작업 준비 중 지상요원이 테일로터에 충돌

04.08.09

경북 포항

H369D

비행 중

저고도 방제작업 중 추락


<표 5> 헬리콥터의 운용고도와 사고(미국 등록 Part135, 1991-2000년)

자료원 : Flight Safety Digest(Jan. 2003). p14.

  이와 같은 사고와 비행고도와의 관계는 고정익항공기에서는 나타나지 않은 헬리콥터 분야의 특이한 부분이다. 또한, 사고를 유발하는 요인 가운데 많은 부분은 저고도 운용에 의한 전선을 비롯한 지상 장애물과 충돌이 대부분을 차지하기 때문이다.

헬리콥터 사고와 주요 사고요인 

  1990년 이후 항공기사고에 있어서 60-70%가 인적요인에 기인한다는 점에서 이와 관련된 연구가 활발하다(Wiegman & Shappell, 2003). <표 7>과 같이 세계적으로 제트 운송용 항공기 가운데 67%가 인적요인인 승무원문제로 발생되었으며 정비 및 기계요인이나 기상문제는 각각 10-15%가 발생되었다. 반면에 헬리콥터는 인적요인 사고가 21%로 낮은데 이는 상대적으로 기계적 문제가 높다는 점을 의미한다. 또한, 환경요인의 영향도 저고도에서 운용되는 항공기 특성과 직결된다. <표 8>.

헬리콥터 사고와 고정익 사고의 추세 비교

  미국의 보잉사 자료에 의하면 제트 운송용 항공기의 사고는 <표 9>와 같이 미국과 북미 대륙은 물론 기타 지역의 고정익항공기 사고는 1975년 이후 현저하게 감소하여 90년대 이후 거의 기복이 없는 일정한 사고율을 보여주고 있다. 이는 인적요인과 관련된 연구를 비롯하여 항공기 제작과 정비 분야의 발전은 물론 지속적인 운송용 항공사의 교육과 항공안전에 대한 관심의 결과에 기인한다.


  이에 반해 헬리콥터는 <표 10>과 같이 다른 양상을 보이는데 헬리콥터의 사고율은 전체적으로는 감소하는 경향을 보이는 반면 현재 주류를 이루며 운용되는 single turbine 엔진 헬리콥터의 사고는 년도 별로 기복이 심하며 twin turbine 엔진의 사고는 매년 유사한 빈도와 경향을 나타내어 고정익 항공기의 사고와는 다른 면을 보여준다. 한편, 전체적인 헬리콥터사고의 감소는 1970년 이후 단발 피스톤 엔진 헬리콥터의 운용이 감소하면서 사고가 현저하게 줄어들어사 나타난 결과이다.


  이와 같이 고정익 정기항공사의 사고의 현저한 감소와는 달리 헬리콥터의 사고가 줄어들지 않는 현상은 미국은 물론, 대부분 국가의 헬리콥터가 개별 운용 내지는 소규모 항공사에 소속되어 운용되므로 대형항공사에서 실시하는 교육이나 안전프로그램을 접하기가 어려운 점에서 출발한다고 본다. 이는 헬리콥터와 관련된 연구에 대한 중요성과 종사자들의 교육에 대한 시사점이라고 볼 수 있는데 특히, 한국의 헬리콥터 조종사들의 대부분은 양성교육을 포함한 군에서의 일정 교육 이수 후에는 거의 교육을 받지 못하는 것이 현실이다. 이러한 점으로 인하여 점차 변해가는 항공운송 부분과 관련된 부분에서 소외되는 점이 사고로 연결될 수 있는 요인을 제공한다고 볼 수 있다. 

<표 8>

구분

카테고리(n=1852)

%

인적요인(21%)

조종사 실수

21

기계적 요인(56%)

엔진

17

잡다한 것들

12

조종성 상실/테일로터 조종성 상실

10/3

정비 혹은 구조재료

7

오토로테이션

7

환경적 요인(23%)

충돌 / 물체 / 땅

8

와이어 접촉

5

날씨

4

연료 부족, FOD, 지상요원과의 조화

각 2%

결론. 

우리나라는 헬리콥터 보유대수나 운용실태를 볼 때 철저한 안전관리가 요구되나 정기 운송항공기의 빈번한 대형사고와 대량인원 손상으로 말미암아 고정일 위주의 안전관리 정책이 강화되었고 헬리콥터는 상대적으로 관심도가 낮았으며 이러한 영향으로 구조적 특성이나 운용과 관련된 요소들이 정확하게 적용된 안전관리가 적용되지 못했다. 본 연구의 결과 헬리콥터나 고정익항공기는 동일하게 공중공간을 운항하지만 다음과 같은 문제로 인하여 현저한 차이가 발생되는 것으로 나타났으며 이에 대한 대책이 요구된다.

첫째, 환경요소의 문제점에 대한 대책이 요구된다.

헬리콥터는 구조적으로 소음과 진동의 문제가 상존하며 운용 시 온도변화에 따른 운항 환경이 인양능력에 막대한 영향을 준다. 또한, 빈번한 이륙과 착륙 및 부단한 선회, 화물 인양을 위한 호버링 상태를 유지해야 하는 운용방법으로 조종사나 항공기에 무리가 가는 경우가 발생되므로 특히 조종사의 피로를 고려한 편성이 요구된다.

둘째, 사고의 특성을 고려한 운용이 되어야 한다.

일정 구간을 비행하는 고정익항공기의 운용과는 달리 짧은 거리를 반복적으로 왕복하는 운용방법은 지루함과 주의력 산만을 발생시켜서 사고를 일으키는 계기가 된다. 그러므로 이를 최소화하기 위한 방법을 강구해야 한다. 또한 지상 장애물에 대한 철저한 경계가 필요하며 조종계통 상실을 유발하는 과도한 조작이나 Hard Landing (Rollover)을 유발하는 조작이 금지된다.

셋째, 인적오류의 최소화를 위한 관심이 필요하다.

헬리콥터는 조종사와 운항승무원 및 지상근무요원의 조화를 통하여 운용성과의 안전이 도모되는데 이와 같은 과정에서 각각 집단의 특성에 의한 의사결정의 오류가 나타날 가능성이 상존하므로 이에 대한 사전토의 및 준비가 필요하다. 또한 다양한 용도로 운용되는데 반해 조종사의 기량을 점검하거나 측정할 수 있는 프로그램이나 교육기관이 없으므로 새로운 임무에 대한 교육을 구전이나 시범으로 습득하는 방법을 취하고 있으므로 기능기반 오류에 의한 사고의 가능성이 정기 항공사의 조종사보다 매우 높다. 또한 저고도 운용이 주류를 이루므로 인식의 문제점에서 기인하는 지각오류가 발생될 가능성도 높으며, 임무를 통제하거나 모니터하는 체제가 구축되어 있지 않고, 대부분의 항공기가 개별적으로 임무를 수행하므로 습관적이거나 예외적인 위반이 발생할 여지가 다분하므로 이에 대한 관심이 요구되며 조종사 개인들이 자신의 건강이나 피로의 문제에 관심을 갖는 것이 매우 중요한 문제점 가운데 하나이다.

살펴본 것과 같이 헬리콥터의 운용과 안전은 고정익항공기에 비하여 세부적인 연구나 관심이 적은 분야 가운데 하나였다. 그러나 현재와 같이 지속적으로 헬리콥터 사고가 발생되는 현실에 비추어 이에 대한 깊은 관심과 노력이 요구된다. 그러나 현재 우리나라는 이에 대한 연구가 매우 빈약한 형편이며 우리나라 헬리콥터의 약 80%를 차지하는 군의 사고사례나 분석은 군사기밀로 분류되어 총괄적인 사고분석이나 추세를 알아보기가 어렵다. 이와 같은 점을 보완하기 위해서는 우선적으로 군민 헬리콥터 안전관리 종합시스템 구축을 통한 안전자료의 공유 및 사고 자료의 통합이 요구되며 헬리콥터 운용자의 교류를 활성화하여 새로운 정보와 기술을 격상시키는 계기를 이루어야 할 것이다.

결론적으로 헬리콥터의 안전관리는 사고에서 나타난 교훈이나 문제점을 중심으로 헬리콥터의 독립적 안전 시스템 구축이 요구된다. 또한 헬리콥터 조종사의 위상 제고를 위한 자궁심 고취시키는 것이 헬리콥터의 안전을 위한 가장 중요한 요소 가운데 하나이다.


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