eVTOL 항공기로 말씀드리면 유압 또는 공압 시스템에 동력을 공급하는 엔진이 없습니다. 모든 것이 전기 시스템을 기반으로 합니다. 따라서 항공기 분야에서는 초경량 설계의 고출력 전기 솔루션을 찾고 있습니다.

어떻게 하면 eVTOL이 안전하면서도 효율적으로 비행을 할 수 있도록 시스템 간에 완벽한 균형을 달성할 수 있을까요? 점차 많은 플랫폼 개발자들이 핵심 성능 지표를 최적화하기 위해 플랫폼 개발에 다학제적 시스템 접근 방식을 취하고 있습니다. 포괄적인 디지털 트윈을 사용하면 한 분야의 혁신이 다른 분야의 구현 목표에 어떻게 도움이 되거나 해를 끼치는지를 파악한 상태에서 아이디어를 개발할 수 있습니다.
한 시스템을 최적화하기 위해 다른 시스템의 성능을 희생할 수는 없습니다. 따라서 다학제적 솔루션 접근 방식을 통해 모든 시스템 간에 적절한 균형을 도모해야 합니다.

“혁신” 팟캐스트 시리즈의 마지막 에피소드에서는 오늘날 eVTOL 항공기용 전기 시스템의 설계 및 제조에 대해 살펴보겠습니다. 전력 관리의 중요성과 전기 플랫폼 중량이 eVTOL 설계에 중요한 이유에 대해 다룰 것입니다. 고도로 디지털화된 환경 없이는 이 모든 것이 불가능하므로 전기 시스템을 구축할 때뿐만 아니라 규정 준수와 관련해서도 디지털화의 이점에 대해 자세히 알아보겠습니다.

지금 팟캐스트를 들어보세요.

다음은 5부작 시리즈의 네 번째 에피소드입니다.

팟캐스트 대본 :

스콧 잘츠베델(Scott Salzwedel): 안녕하세요, 오늘의 청취자들에게 내일의 기술에 대한 약속을 전해주는 항공우주/국방 산업 전담 팟캐스트인 오늘날 항공우주 이야기입니다. 저는 진행자인 스콧 잘츠베델입니다. 5부작으로 구성된 시리즈 “디지털 트랜스포메이션을 통한 혁신 추진”의 마지막 에피소드에 오신 것을 환영합니다. 우리는 업계 전반에 확산되고 있는 거대한 혁신 물결의 초기 단계에 있으며, 여기서 적합한 기술을 찾는 것이 성공과 상당한 수익을 확보하는 열쇠입니다.

시리즈의 마지막인 오늘 팟캐스트에서는 전기 시스템 설계에 대해 알아볼 것입니다. eVTOL은 전기로 구동될 뿐만 아니라, 얇고 가벼우면서 효율적인 전기 시스템이 필요합니다. 그리고 무엇보다 110% 안전해야 합니다.

시작에 앞서 지난 에피소드를 정리해보자면, eVTOL에서 구조 설계가 얼마나 중요한지, 복합재가 어떻게 큰 차이를 만들어내는지를 살펴봤습니다. 정말 유익한 에피소드였습니다. 놓쳤다면 꼭 들어보시길 권합니다. 이번 팟캐스트에서는 오늘날 eVTOL 항공기를 위한 전기 시스템을 설계하고 제조하는 방법을 알아볼 것입니다. 전력 관리와 중량의 중요성에 대해서도 살펴보겠습니다. 또한, 모델 기반 접근 방식이 eVTOL 항공기용 전기 시스템을 구축할 때 여기에 관여하는 모든 팀에게 어떤 이점을 제공하는지에 대해서도 이야기를 나눌 것입니다. Siemens Digital Industries Software의 항공우주/국방 부문 부사장인 데일 투트를 특별 게스트로 소개하게 되어 기쁘게 생각합니다. 데일, 환영합니다. 혁신에 관한 이야기를 전하러 와 주셔서 감사합니다.

데일 투트 (Dale Tutt): 스콧, 고마워요. 오늘 이 자리에 참석하게 되서 정말 기쁘네요. 토론도 굉장히 기대됩니다.

스콧(Scott): 데일, 지금까지 우리 팟캐스트 시리즈에서 혁신에 대해 다룬 내용을 청취자들에게 설명해주시겠습니까?

데일(Dale): 정말 흥미로운 시리즈였습니다. 두 번째 에피소드에서는 공기역학적 설계에 대해 알아보고, eVTOL 또는 UAM(Urban Air Mobility) 항공기의 설계에 적용되는 모든 고려 사항에 대해 살펴봤습니다. 세 번째 에피소드에서는 전력 밀도 및 열 관리, eVTOL에서 시스템을 설계할 때 기업이 겪게 되는 몇 가지 문제, 그리고 이러한 전기 시스템에서 발생하는 모든 열을 관리하는 방법에 대해 이야기했습니다. 그리고 지난 에피소드인 네 번째 에피소드에서는 구조 설계와 복합재 및 적층 제조의 사용, 보다 효율적인 항공기 제조 방법을 고민할 때 기업들이 고려하는 몇 가지 사항에 대해 알아봤습니다. 오늘 에피소드에서는 전기 시스템 설계에 대해 이야기를 나눌 것입니다. eVTOL의 “e”는 전기를 뜻합니다. 설계 시 고려해야 할 것이 많다는 점에서 오늘 토론 내용이 기대가 됩니다.

스콧(Scott): 데일, 감사합니다. 에피소드 후반에서는 Siemens Digital Industries Software의 통합 전기 시스템 항공우주/국방 담당 이사인 토니 니콜리가 합류할 예정입니다. 오늘 이 자리에 토니를 모시게 되어 기쁘게 생각합니다. 데일, 배선 시스템이 중량, 안전성, 더 나아가 성능 면에서 모든 항공기에 매우 중요하다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 전기 시스템에 관해 어떤 얘기를 들려주실 건가요?

데일(Dale): 아주 흥미로운 분야였습니다. 제가 초창기에 작업했던 몇몇 프로그램들을 돌이켜보면, 전기 시스템의 비중이 상당히 낮았습니다. 저는 비즈니스 제트기 분야에서 일하고 있었는데, 항공기의 전력이 15KW 정도였습니다. 따라서 대부분의 전기 시스템을 구동할 수 있었고, 전기 팀도 상당히 소규모인 경향이 있었습니다. 이제는 메가와트(MW)의 시대가 되면서 전기 시스템이 시장을 지배하게 되었고, 배선도 훨씬 많아졌습니다. 따라서 지난 20년 동안 전기 시스템은 크게 바뀌었고 항공기에서의 비중도 크게 높아졌습니다. 70년대로 돌아가서 F-16 같은 최초의 FBW(Fly-By-Wire) 항공기를 살펴보면, 항공기 관리에 도움이 되는 컴퓨터가 있었기 때문에 비행 제어 컴퓨터를 활용해 항공기의 안정성을 높일 수 있었습니다. 결과적으로 비행조종면과 테일을 축소하고 구조적 중량을 덜 수 있습니다. 이것은 상당한 변화였으며, 수 년에 걸쳐 획기적인 혁신을 가져왔습니다.

스콧(Scott): 정말 대단하군요. eVTOL 항공기의 전기 시스템에서 제조업체가 가장 중점을 두고 있는 부분은 어떤 것입니까?

데일(Dale): 오늘날 가장 중요한 것은 전기 시스템이고, 모든 것이 전기로 움직입니다. eVTOL에 대해 이야기를 해보자면, 유압 또는 공압 시스템에 동력을 공급할 엔진이 없으므로 모든 것이 전기 시스템을 기반으로 이루어져야 합니다. 따라서, 초경량 설계의 고출력 전기 솔루션이 필요합니다. 소프트웨어 수가 증가하면서 eVTOL 설계의 복잡성도 가중되고 있습니다.

스콧(Scott): 좋습니다!. 고마워요, 데일. 이것은 오늘 우리가 다루게 될 중요한 주제입니다. 그럼 이 시점에서 토니를 모셔보겠습니다. 토니는 항공기의 모든 전기적 시스템에 정통한 전문가입니다. 오늘 와주셔서 감사합니다. 가장 먼저, 오늘날 eVTOL 설계의 전기 시스템에서 해결해야 할 과제가 무엇인지 여쭤보고 싶군요.

토니 니콜리(Tony Nicoli): 감사합니다, 스콧. 과분한 칭찬이세요. 제가 보기에 가장 큰 문제는 두 가지입니다. 첫 번째는 수행하려는 임무에 있어 실행 가능한 대안이 될 수 있도록 탑재량 1파운드당 충분한 비행시간을 어떻게 달성하느냐입니다. 두 번째는 이러한 새로운 운송 수단의 안전성을 어떻게 보장하느냐입니다. 더 자세히 설명 드리겠습니다. 아시다시피, 모든 전기 기술은 전기 에너지 저장 밀도의 한계에 영향을 받습니다. 현대의 배터리는 약 10배 정도 차이가 날 정도로 액체 화학 연료와 경쟁이 되지 않습니다. 따라서 eVTOL을 비행 시키려면 플랫폼을 임무 시스템으로 최적화하는 방법을 궁리해야 합니다. 목표로 하는 특정 임무를 수행하도록 모든 것을 설계해야 합니다.

스콧(Scott): 전기 시스템 설계와 관련해 전력 관리 및 플랫폼 중량 감소에 대한 말을 많이 듣고 싶습니다. 이 부분에 대해 자세히 설명해 주시겠습니까?

토니(Tony): 물론이죠. 전력 관리와 플랫폼 중량 문제는 가장 큰 과제입니다. 이는 플랫폼 설계자가 제어할 수 있고, eVTOL 항공기에서 충분한 비행 시간과 안전성 보장을 추구하기 위해 조기에 제어해야 하는 두 가지 변수입니다.

스콧(Scott): 기업들은 이 문제를 어떻게 해결하고 있나요?

토니(Tony): 가장 정교한 플랫폼 개발자들은 이러한 두 가지 핵심 성능 지표를 최적화하기 위해 플랫폼 개발에 점차 다학제적 시스템 접근 방식을 취하고 있습니다. 한 분야의 혁신이 다른 분야의 구현 목표에 어떻게 도움이 되거나 해를 끼치는지를 파악한 상태에서 기계 및 전기 시스템이 개발되고 있습니다. 또한 두 분야에서 요구되는 기능에 대한 모델 기반 설명도 함께 평가되고 있습니다. 구성이 제어되는 전기 기계 디지털 트윈을 사용하면 설계자 뿐만 아니라 시스템 엔지니어도 플랫폼의 아키텍처 트레이드가 전력과 중량 같은 주요 플랫폼 특성과 비행 시간 같은 주요 임무 매개변수에 어떻게 영향을 미칠 것인지를 조기에 예측할 수 있습니다.
여기에서 “조기” 란 아키텍처 정의 단계와 같은 초반 단계를 의미합니다. 최근까지만 해도 이러한 실시간 통찰력이 제공되지 않았습니다. 오늘날 기술에서는 이러한 통찰력이 가능성에 있어 혁명을 일으키고 있습니다.

스콧(Scott): 데일, 이 부분에 대해 어떻게 생각하세요? 이 시점에 덧붙이고 싶은 말씀이 있으신가요?

데일(Dale): 토니가 말씀하셨듯이, 서로 다른 시스템과 구조, 그리고 모든 우려 사항들 간에 균형을 찾는 것이 중요합니다. 한 시스템을 최적화하기 위해 다른 시스템의 성능을 희생할 수는 없습니다. 따라서 다학제적 솔루션 접근 방식을 통해 모든 시스템 간에 적절한 균형을 도모해야 합니다. 토니 말처럼 설계 초반부터 균형점을 찾고, 인증 프로그램에 들어갈 때 실제로 활용할 수 있도록 시스템의 나머지 부분에도 최적화된 설계를 적용할 수 있어야 합니다. 이와 관련해 해결해야 할 과제가 많습니다.

스콧(Scott): 토니, 정교한 플랫폼, 즉 기계 분야와 전기 분야가 하나로 결합된 다학제적 시스템에 대해 언급하셨는데요. 새롭게 출시되는 Siemens E/E(Electrical/Electronic) 시스템 개발 환경을 말씀하시는 게 맞나요?

토니(Tony): 맞습니다, 스콧.

스콧(Scott): 청취자 여러분, 구글로 검색해 보셔도 됩니다. 지멘스가 새롭게 선보이는 환상적인 기술입니다. 계속 진행하기 앞서 인증에 대해 여쭤 봐야겠군요. 이 분야에서 엄청나게 중요한 문제니까요. 인증이 매우 까다로운 것으로 알고 있습니다. 인증에 대해 조금 더 설명해주실 수 있나요?

토니(Tony): 물론입니다. 안정성을 보장하고 플랫폼이 안전하게 비행할 것이라는 증거를 제공하는 것이 그 다음 최대 관심사일 것입니다. 수 천 대에 달하는 소형 UAM 항공기가 도시와 전원을 날아다니게 될 것이라고 전망되는 가운데, 임무 시스템과 항공 전자 기기가 모든 비행 단계와 모든 비행 조건에서 작동할 것임을 130% 확신할 수 있어야 합니다. 또한 어떤 다중 플랫폼 제어 시스템을 사용하든 이러한 트래픽을 관리할 수 있어야 합니다. 다시 말씀드리지만, 가장 발전된 조직에서 이미 모델 기반 기술을 사용하고 있습니다.

스콧(Scott): 모델 기반 기술, 모델 기반 접근 방식을 말이죠. 데일, 이와 관련하여 더 말씀하고 싶으신 게 있나요?

데일(Dale): 네. 인증의 중요성을 다시 한 번 강조 드리고 싶군요. 감사가 가능한 정보를 철저하게 추적하면 안심하고 FAA 및 기타 민간 기관의 인증을 받을 수 있습니다. 모델 기반 시스템 및 접근 방식, 즉 모델 기반 기술은 이러한 복잡한 시스템에서 정보를 디지털 방식으로 보존하는 데 실제로 도움이 됩니다.

스콧(Scott): 팀의 협업을 가능하게 하는 모델 기반 접근 방식을 채택하면 이러한 사일로를 제거할 수 있겠군요. 이렇게 하면 수행해야 하는 작업의 요구 사항을 사전에 충족할 수 있을 뿐만 아니라, 전체 플랫폼 개발 수명 주기 동안 다른 팀이 수행하게 되는 작업을 파악할 수 있습니다. 프로세스 초반에 전기 아키텍처를 시작하고 파악하는 것이 중요한데, 이것이 바로 시프트 레프트 접근 방식입니다. 앞서 설명한 지멘스의 포괄적인 디지털 트윈과 디지털 스레드 기술 덕분에 이것이 가능해졌다고 생각합니다. 토니, 이와 관련하여 더 말씀하고 싶으신 게 있나요?

토니(Tony): 그렇습니다, 스콧. 몇 가지 중요 포인트를 짚고 넘어가고 싶군요. 첫째, 사용자는 디지털 스레드를 확장하고, 인증을 수행하는 도구를 통합하고, 플랫폼의 전기/기계 디지털 트윈에 연결하는 방법으로 구현의 변화가 규정 준수에 미치는 영향을 거의 실시간으로 파악할 수 있습니다. 따라서 개발자는 규정 준수의 영향을 고려하면서 훨씬 다양한 솔루션을 탐색할 수 있습니다. 이는 전기 시스템 및 설계를 새롭게 혁신하는 데 실제로 도움이 될 수 있습니다.

안전하게 설계하는 것만으로 끝나지 않습니다. 규제 기관에 안전성을 입증할 수 있어야 합니다. 다시 한 번 말씀드리지만, 디지털 스레드를 보고 기능으로 확장하면 DER 및 AR에 설계 변경이 미치는 영향을 신속하게 알릴 수 있습니다. 규제 기관이 변경 사항과 그 변경 사항이 어떻게 규정 준수를 보장하는지 쉽게 이해할 수 있는 형식 및 프레임워크로 말이죠. 마지막으로 가장 큰 장점은 이러한 모델 기반 기술을 사용하면 개발 팀과 규제 팀 모두의 인지적 부담을 줄일 수 있다는 것입니다. 따라서 추구하는 eVTOL 임무 솔루션을 제공할 수 있는 새롭고 안전한 기술을 구현한다는 공통의 목표를 위해 두 팀이 보다 손쉽게 협력할 수 있습니다.

스콧(Scott): 모든 것이 혁명적으로 들리는군요. 디지털화를 통해 여기에 관여하는 많은 프로세스를 간소화하고 최적화할 수 있다는 말씀 같군요. 고객들은 eVTOL용 전기 시스템 설계와 관련된 일반적인 문제들을 어떻게 해결하고 있습니까? 이미 설명하신 내용이지만, 조금 더 자세히 말씀해주실 수 있을까요?

토니(Tony): 지멘스는 포괄적인 전기 및 전자 시스템 개발 포트폴리오를 작성하는 데 약 2,000인년(man-years)의 노력을 투자했습니다. 시스템 모델링 데이터와 요구 사항을 참조하여 eVTOL 전기 시스템 아키텍처를 최적화하고 있습니다. 덕분에 eVTOL 시스템 엔지니어는 플랫폼 성능 특성에 미치는 영향을 정확하게 파악하여 더 나은 아키텍처 시작점을 선택할 수 있게 되었습니다.

스콧(Scott): 정말 대단하군요. 고맙습니다, 토니. 데일, 덧붙이고 싶은 말씀이 있으십니까?

데일(Dale): 네. 오늘날 몇몇 기업들이 겪고 있는 문제에 대해 생각해보자면, 앞서 언급한 바와 같이 전기 시스템이 성장하면서 eVTOL을 비롯한 항공기들이 다양해지고 있습니다. 과거에는 다양한 문서 기반 시스템을 사용했습니다. 그러나 오늘날에는 새로운 도구와 새로운 솔루션이 속속 등장하면서 이러한 디지털 혁신을 수용하는 기업들이 실제로 운영의 효율성을 높일 수 있게 되었습니다. 작업이 자동화되면서 많은 수동 프로세스를 수행하지 않고도 한 시스템에서 다음 시스템으로 데이터를 변환할 수 있게 되었습니다. 결과적으로 기업들은 설계 작업 관리와 모든 것이 동기화 되었는지 확인하는 작업 대신에 문제 해결에 집중할 수 있게 되면서 민첩성과 팀의 혁신성을 높일 수 있게 되었습니다. 지멘스는 Xcelerator 포트폴리오를 통해 이러한 디지털 혁신을 어떻게 돕고 있을까요? 지멘스의 모든 솔루션은 하나의 패키지로 묶여 있습니다. 이들은 모두 디지털 혁신의 여정에서 활용할 수 있는 도구들입니다. 또한 규모에 관계 없이 모든 회사와 프로그램을 확장할 수 있습니다. 새로운 프로그램을 시작하면 이 Xcelerator 포트폴리오 내에서 성장할 수 있습니다. 토니는 포괄적인 디지털 트윈 및 디지털 스레드, 그리고 이를 통해 엔지니어링부터 제조, 인증에 이르기까지 풍부한 통찰력과 연결성을 얻을 수 있는 방법에 대해 설명하셨습니다. 최신 기술과 경쟁력 향상에 도움이 되는 모든 솔루션 세트를 하나로 통합할 수 있는 매우 유연하고 개방된 에코시스템을 구축하면 이것이 가능합니다. 이에, 지멘스는 고객과의 파트너십을 통해 디지털 혁신에 매우 적극적으로 동참하고 있습니다.

스콧(Scott): 아쉽지만 이제 끝낼 시간이 되어갑니다. 끝내기 앞서 고객 사례 연구 등을 소개해주실 수 있는지 궁금하군요, 토니.

토니(Tony): 많은 사례들이 있지만 여러 가지 이유로 여기에서는 모두 소개할 수 없다는 점이 아쉽군요. 그러나 Pilatus, KAI, Bell. Boeing 같은 회사들이 큰 성공을 거두었다는 것은 분명히 말씀드릴 수 있습니다. 한 가지 사례 연구를 소개해 드리자면, Boeing Saab 팀은 T-7a를 포함한 고급 플랫폼에 지멘스의 모델 기반 시스템 엔지니어링을 광범위하게 적용하고 있습니다. 그 결과, 첨단 조종사 훈련 시스템인 Boeing T-7a는 Aviation Week Network의 Game Changer Award를 수상했습니다. 이 결과에 대해 매우 기쁘게 생각합니다.

스콧(Scott): 좋습니다, 토니. 설명 감사합니다. 시간이 짧은 것이 아쉽습니다. 오늘 방송에 함께 해주셔서 감사합니다. 감사합니다, 토니.

토니(Tony): 아닙니다, 스콧. 초대해주셔서 진심으로 감사합니다.

스콧(Scott): 데일, 이만 끝내야 할 시간이군요. 시간 내주셔서 감사합니다.

데일(Dale): 천만에요, 스콧. 초대해주셔서 감사합니다. 정말 즐거운 시간이었습니다. 혁신에 대한 이야기는 늘 즐겁지요. 여기 모신 전문가들을 통해 새롭게 알게 된 사실들도 있고요. 이 시리즈가 끝나는 게 아쉽긴 하지만, 다음 시리즈를 기대해보겠습니다.

스콧(Scott): 저도 마찬가지입니다. 앞으로도 다뤄야 할 내용이 많습니다. 업계 상황이 끊임없이 변화하고 있습니다. 모든 에피소드에서 앵커 역할을 훌륭히 해주신 데일에게 감사드립니다.

그리고 물론 청취자 여러분께도 깊은 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 이 팟캐스트를 시청해 주셔서 정말 기쁘네요. 청취자 여러분, 감사합니다.
시작할 때 이번 팟캐스트가 5부작 시리즈라고 말씀드렸죠. 이 에피소드가 마음에 드셨고 이전 에피소드를 듣고 싶으시면 Apple iTunes, Spotify 또는 원하는 팟캐스트 수단을 통해 오늘날 항공우주 이야기를 구독하여 에피소드를 놓치지 마시기 바랍니다. 앞으로 더 많은 팟캐스트를 방송할 예정이니 지금 바로 등록하시기 바랍니다. 등록을 하시면 에피소드를 놓칠 일이 없습니다. 이 팟캐스트의 설명에서 링크를 확인할 수도 있습니다.

저는 스콧 잘츠베델이고, 이 팟캐스트는 지멘스 오늘날 항공우주 이야기 입니다. 다음 팟캐스트에서 또 뵙기를 바랍니다. 그때까지 안녕히 계세요.

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