본 논문은 제트추진기관을 사용하는 군용항공기의 저소음출항절차의 개선방향을 검토하고, 최적의 저소음출항절차를 도출하기 위한 연구이다.
항공에 대한 수요가 증가하고, 항공기술이 발전해 감에 따라 공항 운영에 따른 항공기 소음문제가 점점 증가하고 있는 추세이다. 더욱이 군용항공기는 민간항공기와는 다른 소음특성을 가지고 있음에도 국가안보의 이유로 군용항공기 운영에 따른 소음문제에 대한 관리가 등한시 될 수밖에 없었다.
하지만, 이제는 변화하는 사회에 발맞춰 군 공항 주변의 주민들과 군 공항이 공존하기 위한 노력을 해나가야 할 필요성이 점차 증대되고 있다.
이러한 배경으로 본 논문에서는 군용항공기 운항절차에 대한 개선을 통해 군용항공기 운영에 따른 소음피해를 저감할 수 있는 방안에 대해서 연구해보고자 한다. 연구의 범위는 운항절차 중 저소음출항절차에 대한 부분으로 한정하고, 제트추진기관을 사용하는 군용항공기에 가장 적합한 저소음출항절차를 모색해 보았다.
연구방법으로 먼저 한국 공군에서 운영 중인 F-15 항공기의 저소음출항절차인 Eagle departure의 소음 저감효과를 실측을 통해 분석하였다. 분석결과 Eagle departure는 군용항공기가 가진 장점을 적절히 이용한 절차로 소음 분포형태를 변경시키는 효과를 가지고 있는 것으로 분석되었다. 이 결과를 바탕으로 저감효과에 영향을 주는 flight profile의 주요 인자들이 소음저감에 미치는 영향력과 특성을 분석했다. 주요 인자는 추력과 고도로 설정했고, 분석과정의 편이를 위해 single event(단편운항)를 사용했다.
Eagle departure의 저감효과와 주요 인자의 분석 결과를 종합하여 최적의 저소음출항절차 안을 도출하였다. 이를 위해서 먼저 국제민간항공기구에서 제시하고 있는 저소음출항절차인 ICAO NADP 1 & 2를 중심으로 기존 연구내용을 검토하고, 현 운영절차인 Eagle departure의 개선사항을 재정리하였다. 또한, 출항절차와 소음저감과의 관계를 이해하기 위하여 항공역학적인 고찰을 추가하였다. 개념계획(conceptual plan)을 설정하고, 군용항공기의 특성을 감안하여 최적 안을 구상했다.
최적 안은 외장(configuration)의 변경을 절차에 포함하지 않았으며, 부양 이후 후기연소장치(Afterburner)를 중지(off)하는 속도를 저소음출항절차의 안전속도(Safety speed)로 설정했다. 그리고 이륙 경로 상 활주로에서 가까운 거리에 있는 지역의 소음저감을 목표로 하는 ‘Close'' 절차와 먼 거리에 있는 지역을 목표로 하는 ‘Distant'' 절차의 2가지 모범(Guidance) 절차를 구상했다. 최적 안의 가장 핵심적인 개선사항은 상승구간에 감소된 추력(Reduced thrust)을 적용한 것이다.
기존의 군용항공기 저소음출항절차에서는 후기연소장치를 끄는 시기를 당기고, 상승각을 높여 고도를 상승시킬 수 있었다. 하지만, 상승구간에서 정상출항절차와 같은 최대추력을 적용했다. 실측을 통한 현 저소음출항절차의 저감효과를 분석한 결과, 이륙방향으로는 소음도가 감소하더라도 활주로 측방으로는 감소효과가 나타나지 않아 소음분포의 형태를 변경시키는 효과가 큰 것을 볼 수 있었다. 또한 추력과 고도의 소음저감에 대한 효과를 분석하여, 추력이 고도보다 저감효과에 미치는 영향력이 크다는 것을 알 수 있었다. 이러한 이유로 소음저감을 위해서는 추력의 감소가 필요하다고 판단하였고, 상승구간에 감소된 추력(Reduced thrust)을 적용하였다.
도출된 최적 안의 소음 저감효과 검증 결과, 소음등고선의 면적은 Runway 13에서 Close절차는 25.54%, Distant절차는 42.8% 감소하였다. 그리고 Runway 31에서 Close절차는 24.21%, Distant절차는 43.77% 면적이 감소하였다. 모델링 측정지점에서의 소음도는 활주로 측방지점에서 가장 가까운 2개 지점을 제외한 전 지점에서 Close절차는 양쪽 Runway에서 각각 평균 1.67dB, 1.69dB 감소하였고, Distant절차는 각각 평균 4.73dB, 4.54dB 감소하였다. 따라서 도출된 최적 안은 소음 저감효과가 향상되었다고 판단할 수 있다.
도출된 절차에 대한 실측을 통한 검증과 안전평가를 수행하지 못하였다는 점이 본 논문의 주요한 제한사항으로 남는다. 저감효과 검증과 안전평가 과정에서 논문에서 도출된 절차가 적용 불가능하게 될 수 있다는 점을 밝히는 바이다. 그러함에도 불구하고, 군용항공기 출항 시 소음저감을 위해서는 적절한 안전평가를 수행한 감소된 추력(Reduced thrust)의 사용이 필요하다. 또한, 본 논문의 연구방법과 결과가 향후 진행될 군용항공기 운항절차 개선에 대한 기초연구 자료로써 활용될 수 있을 것이다.

This thesis studies the improvement of noise abatement departure procedures for military aircraft using jet engine and is intended to derive the optimal noise abatement departure procedures.
As demand for aviation increases and aviation technology advances, aircraft noise problems are gradually on the rise. In addition, although military aircraft have different noise characteristics than commercial aircraft, management of noise problems associated with operation of military aircraft have been neglected due to national security reasons. However, it is now becoming increasingly necessary for residents and military airports to work together to keep up with the changing society. Against this backdrop, this thesis studied ways to reduce noise impacts from military aircraft operations by improving the operational procedures of military aircraft. The scope of the study was limited to the part of noise abatement departure procedures among the flight procedures, in order to study the most suitable noise abatement departure procedures for military aircraft using jet engine. As a research method, the effect of noise abatement by Eagle Departure which was a noise abatement departure procedure for F-15 aircraft operated by the Korean Air Force was analyzed first through actual measurements. And the analysis result showed that Eagle departure properly utilized the benefit of military aircraft, and It was analyzed that this departure had the effect of changing the type of noise distribution.
Based on this result, the key factors in the flight profile was analyzed for the influence and characteristics of noise reduction. The key factors were set to thrust and altitude, and single event was used to meet the convenience of research process. The optimal noise abatement departure procedures were developed by combining all results including the reduction effects of Eagle departure and the analysis results of key factors. To achieve this, existing research has been reviewed first with ICAO NADP 1 & 2, the noise abatement departure procedure proposed by the International Civil Aviation Organization, and improved the current noise abatement departure procedure for military aircraft, Eagle Departure. In addition, aerodynamic considerations were added to understand the relationship between departure procedures and noise reduction. Conceptual planning was established, and an optimal plan was devised to take into consideration the characteristics of military aircraft. The optimum plan did not include a change in configuration, and set the speed at which the afterburner was switched off after lifting to the safe speed of the noise abatement departure procedure. Two procedures were established : the '' Close '' procedure aimed at noise reduction in areas close to the runway on the take-off route and the '' Distant '' procedure aimed at areas that were at a far distance. The most important improvement within the optimum is the application of reduced thrust to the climb phase. Current noise abatement departure procedures for military aircraft allowed the latter phase of afterburner to be switched off, and higher climb angles to increase altitude. However, maximum thrust was still applied in the climb phase. An analysis of the noise reduction in current noise abatement departure procedure showed that although the noise level reduced in the direction of take-off, the noise reduction in the lateral area of the runway did not produce and the effect of changing a shape of noise distribution was noticeable. The effect on thrust and noise reduction was also analysed, finding that thrust had a greater influence on noise reduction than altitude. Because of this, it was judged that a reduction in thrust was necessary to reduce noise and decreased thrust was applied to the climb phase.
As a result of the verification of the noise reduction effect in the derived optimal noise abatement departure procedure, from Runway 13 the area of the noise contours was reduced by 25.54%, the Close Procedure and the Distant Procedure by 42.8%. From Runway 31, the Close procedures decreased 24.21% and the Distant procedures decreased 43.77%. Noise intensity at the measurement point decreased on average the Close Procedure by 4.73dB, 4.54dB from the both runways respectively, the Distant Procedure by 1.67dB, 1.69dB respectively at all points except the two closest to the runway. Therefore, the derived optimal noise abatement departure procedure could be judged to have improved noise reduction effects. The main limitations of this thesis remain that the verification through actual measurement and safety assessment of derived procedures could not be carried out. It was indicated that the procedures derived from this thesis might become inoperable during the verification of the reduction effects and safety assessment processes. Nevertheless, it is argued that the use of reduced thrust carried out by appropriate safety assessment is necessary to reduce noise when departing military aircraft. We also believe that the research methods and results of this thesis could serve as a basic research material for the improvement of future military aircraft operating procedures.