KR102526360B1

KR102526360B1 - 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR102526360B1
Application number: KR1020210061715A
Authority: KR
Inventors: 김병규; 박한택
Original assignee: 한국항공우주산업 주식회사
Priority date: 2021-05-13
Filing date: 2021-05-13
Publication date: 2023-05-02
Anticipated expiration: 2041-05-13
Also published as: KR20220154331A

Abstract

본 발명은 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 회전익 항공기의 비정상(Unsteady) 상태에서의 성능 해석을 수행하는 시스템에 있어서, 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 발생시키는 기설정된 다수의 변수들을 입력받아, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 기동 궤적 목표값을 생성하는 기동모델 생성부(100), 회전익 항공기의 비정상 성능 상태에서의 기동 궤적에 대한 시뮬레이션을 통한 운동해석 출력값과 상기 기동모델 생성부(100)에서 생성한 상기 기동 궤적 목표값을 비교 분석하여, 기동 궤적에 대한 편차값을 보정하기 위한 변화량을 생성하고, 상기 변화량을 반영한 반복 시뮬레이션을 통한 운동해석을 수행하는 성능 해석부(200) 및 시계열에 따른 상기 성능 해석부(200)에서의 운동해석 결과값을 분석하여, 비정상 상태에서의 성능을 연산하는 후처리부(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템에 관한 것이다.

Description

회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템 및 그 방법 {Performance analysis system and method of rotorcraft}

본 발명은 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 헬리콥터를 포함하는 회전익 항공기의 감항기준기술에서 요구하는 비정상(unsteady) 상태(이륙, 착륙 및 한 엔진 고장)의 궤적 기동 운동 상태를 해석하여, 성능 데이터를 획득할 수 있는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

헬리콥터를 포함하는 회전익 항공기의 성능은 일반적으로 각 성능 항목의 특성에 따라 정상(steady) 성능과 비정상(unsteady) 성능으로 구분된다.

정상 성능으로는, 트림(Trim) 상태에서의 성능을 의미하며, 트림은 헬리콥터 무게중심에서 6 성분(헬리콥터의 X 방향, Y 방향, Z 방향의 동작 요소, 피치(pitch), 요(yaw), 롤(roll)에 관한 동작 요소)의 가속도 및 각가속도가 0이 되는 상태로서, 대표적으로 안정된 조건의 기동인 제자리 비행, 수평 비행, 상승 비행 등이 정상 성능에 해당한다.

이러한 정상 성능의 해석으로는, 헬리콥터 각 구성품에서 발생하는 6 성분의 힘과 모멘트의 합이 각각 0이 되는 상태를 해석하고, 이 과정에서 주어진 비행 조건(궤적)을 유지하기 위해 필요한 요구 동력을 산출한 후, 엔진과 동력전달 계통에서 헬리콥터로 제공 가능한 가용 동력과 산출한 요구 동력을 비교하여, 최대 제자리 비행 고도/중량, 최대 수평 비행 속도, 최대 상승률 등의 성능 수치를 산출하게 된다.

더불어, 비정상 상태의 기동은, 헬리콥터가 초기 트림 상태에서 임의로 조종 입력을 가하거나, 엔진 고장 상황 발생으로 트림에서 벗어나는 것으로 시작된다.

즉, 헬리콥터에서 작용하는 힘과 모멘트의 합이 0이 아니게 되며, 이로 인해 헬리콥터 무게중심에서 6 방향의 운동과 주 로터 축에서 1 방향 운동이 발생하게 된다. 헬리콥터의 운동은 헬리콥터 무게중심에서 6 성분의 힘과 모멘트 및 주 로터 축의 모멘트를 산출하여, 미분방정식 형태의 운동방정식을 구성하고 시간 적분하여 시뮬레이션으로 해석하게 된다.

이러한 비정상 성능의 해석으로는, 헬리콥터의 운동을 주어진 경로(궤적)로 발생시켜 그 결과물을 획득하는 것으로, 대표적으로 정상(Normal) 이륙/착륙, 한 엔진 고장시 비상(Emergency) 착륙/클라임 아웃(Climb-out) 시 거리, 속도 등을 산출하게 된다.

특히, 항공기 기술기준 "감항 분류가 수송인 회전익 항공기에 대한 기술기준"과 같이, 감항(airworthiness)에서는 비정상 성능의 결정 및 비행교범에 제시를 요구하고 있으며, 이를 입증하기 위해서는 각 성능 항목에 대한 해석 및 비행시험이 필요하다.

또한, 감항기술기준에서는, 해당 성능 결정 시, 특별한 조종기술이나 유리한 조건의 배제를 요구하므르, 이에 부합하기 위하여 비정상 성능은 일반적인 조종기술을 적용하고 불리한 조건에서 결정해야 한다.

비행시험 단계에서는, 숙련된 시험 조종사에 의한 시험 결과에 일반적인 조종기술에 의한 영향성을 조종사의 정성적 판단을 반영하여 결정하나, 해석 단계에서는, 해석 결과에 일반적인 조종기술에 의한 영향성을 정성적으로 반영할 수 없으며, 일반적인 조종기술의 기준을 정량화하여 적용하기에도 한계가 있다.

그렇기 때문에, 현재 비정상 성능 해석 방법 및 프로그램은 다양하게 연구/개발되고 있으나, 최적 경로 및 성능을 결정하는 최적화에 중점을 두거나, 다 분야를 포괄적으로 해석할 수 있는 통합적인 접근방법으로 이루어져, 감항기술기준에서 요구하는 비정상 성능 해석에 특화된 해석 시스템 및 방법에 대한 연구는 미흡한 현실이다.

국내등록특허 제10-1374252호(등록일자 2014.03.07.)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 감항기술기준에서 요구하는 비정상 성능 결정에 특화된 회전익 항공기의 운동을 해석할 수 있도록, 일반적인 조종기술이 고려된 정형화된 기동 프로파일을 모델링하고, 이를 해석할 수 있는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템은, 회전익 항공기의 비정상(Unsteady) 상태에서의 성능 해석을 수행하는 시스템에 있어서, 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 발생시키는 기설정된 다수의 변수들을 입력받아, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 기동 궤적 목표값을 생성하는 기동모델 생성부(100), 회전익 항공기의 비정상 성능 상태에서의 기동 궤적에 대한 시뮬레이션을 통한 운동해석 출력값과 상기 기동모델 생성부(100)에서 생성한 상기 기동 궤적 목표값을 비교 분석하여, 기동 궤적에 대한 편차값을 보정하기 위한 변화량을 생성하고, 상기 변화량을 반영한 반복 시뮬레이션을 통한 운동해석을 수행하는 성능 해석부(200) 및 시계열에 따른 상기 성능 해석부(200)에서의 운동해석 결과값을 분석하여, 비정상 상태에서의 성능을 연산하는 후처리부(300)를 포함하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 기동모델 생성부(100)는 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 발생시키는 기설정된 다수의 변수들을 입력받는 변수 입력부(110) 및 상기 변수 입력부(110)를 통해서 입력받은 상기 다수의 변수들을 이용하여, 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 생성하고, 생성된 상기 기동 궤적의 구간을 분류하고, 분류한 구간별 기동 궤적의 목표값을 생성하는 모델링부(120)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 성능 해석부(200)는 상기 기동모델 생성부(100)에서 생성한 기동 궤적 정보 및 상기 기동 궤적 목표값을 입력받는 목표 입력부(210), 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 운동해석 모델을 이용하여, 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 정보를 기반으로 기동 시뮬레이션을 수행하여, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하는 운동 해석부(220), 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 목표값과 상기 운동 해석부(220)를 통해서 출력된 운동해석 출력값을 비교하여, 상기 기동 궤적 목표값을 기준으로 편차를 분석하는 편차 분석부(230) 및 상기 편차 분석부(230)에서 분석한 편차값을 해소하기 위한 기설정된 변수들의 요구 변화량을 산출하는 편차 보정부(240)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 성능 해석부(200)는 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 외부 이벤트 발생 신호를 생성하여, 상기 기동 시뮬레이션에 반영되도록 하는 외부 이벤트 입력부(250)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 운동 해석부(220)는 상기 외부 이벤트 입력부(250)에 의한 상기 외부 이벤트 발생 신호 또는 상기 편차 보정부(240)에 의한 상기 요구 변화량을 반영하여, 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 정보를 기반으로 기동 시뮬레이션을 수행하여, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 운동 해석부(220)는 상기 편차 분석부(230)에 의한 분석 편차가 소정 범위 내로 분석될 때까지, 상기 외부 이벤트 입력부(250)에 의한 상기 외부 이벤트 발생 신호 또는 상기 편차 보정부(240)에 의한 상기 요구 변화량을 반영하여, 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 정보를 기반으로 기동 시뮬레이션을 반복 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법은, 회전익 항공기의 비정상(Unsteady) 상태에서의 성능 해석을 수행하는 방법에 있어서, 기동모델 생성부에서, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 발생시키는 기설정된 다수의 변수들을 입력받는 변수 입력 단계(S100), 기동모델 생성부에서, 상기 변수 입력 단계(S100)에 의해 입력받은 상기 다수의 변수들을 이용하여, 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 생성하고, 생성된 상기 기동 궤적의 구간을 분류하고, 분류한 구간별 기동 궤적의 목표값을 생성하는 모델링 단계(S200), 성능 해석부에서, 상기 모델링 단계(S200)에 의해 생성한 기동 궤적 정보를 입력받아, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 운동해석 모델을 이용하여 기동 시뮬레이션을 수행하고, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하는 운동 해석 단계(S300), 성능 해석부에서, 상기 모델링 단계(S200)에 의해 생성한 기동 궤적 목표값과 상기 운동 해석 단계(S300)에 의한 운동해석 출력값을 비교하여, 상기 기동 궤적 목표값을 기준으로 편차를 분석하는 편차 분석 단계(S400) 및 성능 해석부에서, 상기 편차 분석 단계(S400)에 의해 분석한 편차값을 해소하기 위한 기설정된 변수들의 요구 변화량을 산출하는 편차 보정 단계(S500)를 포함하여 구성되며, 상기 운동 해석 단계(S300)는 상기 모델링 단계(S200)에 의해 입력되는 상기 기동 궤적 정보에 상기 편차 보정 단계(S500)에 의한 상기 요구 변화량을 반영하여, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 운동해석 모델을 이용하여 기동 시뮬레이션을 수행하여, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하되, 상기 편차 분석 단계(S400)에 의한 분석 편차가 소정 범위 내로 분석될 때까지 기동 시뮬레이션을 반복 수행하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법은 상기 운동 해석 단계(S300)를 수행하면서, 성능 해석부에서, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 외부 이벤트 발생 신호를 생성하여, 상기 기동 시뮬레이션에 반영되도록 전송하는 외부 이벤트 입력 단계(S310)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 운동 해석 단계(S300)는 상기 모델링 단계(S200)에 의해 입력되는 상기 기동 궤적 정보에 상기 편차 보정 단계(S500)에 의한 상기 요구 변화량 또는 상기 외부 이벤트 입력 단계(S310)에 의한 상기 외부 이벤트 발생 신호를 반영하여, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 운동해석 모델을 이용하여 기동 시뮬레이션을 수행하여, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법은 상기 운동 해석 단계(S300)에 의한 기동 시뮬레이션을 반복 수행을 통해서, 상기 편차 분석 단계(S400)에 의한 분석 편차가 소정 범위 내로 분석될 경우, 후처리부에서, 시계열에 따른 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 분석하여, 비정상 상태에서의 성능을 연산하는 후처리 단계(S600)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템 및 그 방법은, 회전익 항공기의 감항기술기준에서 요구하는 비정상 성능 결정에 특화된 성능 해석을 수행할 수 있는 장점이 있다.

즉, 헬리콥터를 포함하는 회전익 항공기의 감항기술기준에서 요구하는 이륙, 착륙 및 한 엔진 고장 시의 비정상(unsteady) 상태에서의 성능 기동을 해석하여, 성능 데이터를 획득할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템을 나타낸 구성 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템의 기동모델 생성부(100)에서 생성한, 기동 궤적 목표값을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법을 나타낸 순서 예시도이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템 및 그 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

더불어, 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치, 기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템 및 그 방법은, 회전익 항공기의 감항기술기준에서 요구하는 비정상 성능 결정에 특화된 성능 해석을 수행하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템을 나타낸 구성 예시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템의 기동모델 생성부(100)에서 생성한, 기동 궤적 목표값을 나타낸 예시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 기동모델 생성부(100), 성능 해석부(200) 및 후처리부(300)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 각각의 구성들은 각각의 연산처리수단(MCU 등) 또는 하나의 연산처리수단에 구비되어, 동작을 수행하는 것이 바람직하다.

각 구성에 대해서 알아보자면,

상기 기동모델 생성부(100)는 회전익 항공기의 비정상 성능을 해석하기 위해 프로파일을 정형화된 기동 궤적으로 모델링하는 구성으로서, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 발생시키는 미리 설정된 다수의 변수들을 입력받아, 기동 궤적 목표값을 생성하는 것이 바람직하다.

상세하게는, 비정상 상태의 성능 기둥을 주요 궤적 이벤트에 따라 구간 분류하고, 각 구간별 목표 프로파일과 한계 및 종료 조건을 시간, 위치, 속도, 자세각, 각속도, 동력 등의 변수로 정의하여 모델링을 수행하는 것이 바람직하다.

특히, 감항에서 요구하는 일반적인 조종기술을 적용하기 위하여, 미리 설정된 다수의 변수들(프로파일), 그리고 이들을 이용하여 생성되는 기동 궤적(절차)은 조종사의 숙련도와 무관하게 달성 가능한 수준으로 정의되는 것이 바람직하며, 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템은 일반적인 헬리콥터 비행 교범에 수록되는 정상/비정상 절차 수준을 반영하여 생성하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 상기 기동모델 생성부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 변수 입력부(110) 및 모델링부(120)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 변수 입력부(110)는 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 발생시키는 미리 설정된 다수의 변수들을 입력받는 것이 바람직하다.

상기 변수 입력부(110)를 통해서 입력 가능한 상기 다수의 변수들로는 하기의 표 1로 예를 드는 것이 바람직하다.

변수	비고
X축 위치
Y축 위치
Z축 위치	고도(Height)
Roll 자세각
Pitch 자세각
Yaw 자세각
대기속도	진대기속도 또는 보정대기속도
지면속도
상승/하강률
Roll 자세각 변화률
Pitch 자세각 변화률
Yaw 자세각 변화률
동력
로터 회전수(RPM)

상기 모델링부(120)는 상기 변수 입력부(110)를 통해서 입력받은 상기 다수의 변수들을 이용하여, 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 생성하는 것이 바람직하다.

상세하게는, 상기 모델링부(120)는 비정상 성능 기동 궤적으로 설정되어 있는 트림 비행, 가속/감속, 상승/하강 등의 정형화된 기동의 조합으로 구성하는 것이 바람직하며, 한 엔진 고장 등과 같은 특수한 경우엔 헬리콥터 비상 절차에 맞는 기동을 모사하여 추가하는 것이 바람직하다.

도 2는 상기 모델링부(120)를 통해서 생성한 기동 궤적 모델을 나타낸 예시도로서, 상세하게는, ① 제자리 비행, ② 제자리 비행에서 이륙 결심 지점까지 300 fpm으로 수직 상승, ③ 이륙 면 상공 30ft부터 백업(상승 간 후방으로 이동) 상승 수행, ④ 특정 고도에서 한 엔진 고장 이벤트 발생, ⑤ 이륙 면으로 비상 접근(- 기수를 고도에 따라 10도 내로 숙이고, 로터 회전수를 조정(98%로 조정), - 이륙 면으로 접근 및 감속) ⑥ 착륙 직전, 착륙 자세를 취하고 콜렉티브(collective)를 당겨 쿠션 랜딩 수행하는 기동 궤적 모델로서, 수직 이륙 시 한 엔진 고장 후 착륙 성능을 수행하게 된다.

이 때, 상기 모델링부(120)는 생성한 상기 기동 궤적의 구간을 분류하고 분류한 구간별 기동 궤적의 목표값을 생성하는 것이 바람직하다.

상세하게는, 하기의 표 2와 같이, 구간 분류 및 각 구간에 대한 목표 궤적(한계), 구간 종료 조건 등을 정의하는 것이 바람직하다.

상기 성능 해석부(200)는 회전익 항공기의 비정상 성능 상태에서의 기동 궤적에 대한 해석 시뮬레이션을 통한 운동해석 출력값과 상기 기동모델 생성부(100)에서 생성한 상기 기동 궤적 목표값을 비교 분석하여, 기동 궤적에 대한 편차값을 보정하기 위한 변화량을 생성하고, 상기 변화량을 반영한 반복 시뮬레이션을 통한 운동해석을 수행하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 성능 해석부(200)는 ① 헬리콥터 구성 단위인 주/꼬리 로터, 동체에서 공력, 관성력, 중력에 의한 6분력 해석을 위한 모델링, ② 한 엔진 고장 모사를 위해 엔진 고상 시 동력 프로파일 모델링, ③ 전기체 단위에서 6분력 및 로터 축에서 1 방향 모멘트를 종합하여 운동방정식 모델링, ④ 기동해석의 초기 조건 생성을 위한 트림 해석, ⑤ 미분방정식으로 구성된 운동방정식을 시간 적분하여 헬리콥터 궤적을 산출하는 운동 해석을 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 구간 별 운동 해석모듈 결과의 궤적과 상기 기동모델 생성부(100)에 의해 정의된 기동 프로파일(기동 궤적 목표값)을 비교하는 궤적 편차 분석을 수행하고, 헬리콥터 궤적을 목표 프로파일(기동 궤적 목표값)에 대응시키기 위한, 다시 말하자면, 편차를 줄이기 위한 필요 속도, 각속도 변위를 계산하여 커맨드를 생성하고, 생성한 커맨드를 조종 입력으로 변환하여 헬리콥터에 전달하는 조종입력 모델을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이를 위해, 상기 성능 해석부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 목표 입력부(210), 운동 해석부(220), 편차 분석부(230) 및 편차 보정부(240)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 목표 입력부(210)는 상기 기동모델 생성부(100)에서 생성한 표 2와 같은 기동 궤적 정보 및 상기 기동 궤적 목표값을 입력받는 것이 바람직하다.

상기 운동 해석부(220)는 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위하 미리 설정된 운동해석 모델(일 예를 들자면, ① 헬리콥터 구성 단위인 주/꼬리 로터, 동체에서 공력, 관성력, 중력에 의한 6분력 해석을 위한 모델링, ② 한 엔진 고장 모사를 위해 엔진 고상 시 동력 프로파일 모델링, ③ 전기체 단위에서 6분력 및 로터 축에서 1 방향 모멘트를 종합하여 운동방정식 모델링, ④ 기동해석의 초기 조건 생성을 위한 트림 해석, ⑤ 미분방정식으로 구성된 운동방정식을 시간 적분하여 헬리콥터 궤적을 산출하는 운동 해석)을 이용하여, 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 정보를 기반으로 기동 시뮬레이션을 수행하는 것이 바람직하다.

이를 통해서, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하는 것이 바람직하다.

여기서, 운동해석 값이란, 운동해석 기동 시뮬레이션 결과로, 기동 모델 파라미터 별 해석 값을 의미한다.

상기 편차 분석부(230)는 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 목표값과 상기 운동 해석부(220)에 의한 운동해석 출력값을 비교하여, 상기 기동 궤적 목표값을 상호 간의 기준으로 편차를 분석하는 것이 바람직하다. 즉, 궤적의 목표값과 운동해석 출력값을 비교 분석하여, 궤적의 목표값과 운동해석 출력값 간의 차를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 편차 보정부(240)는 상기 편차 분석부(230)에서 분석한 편차값을 해소, 다시 말하자면, 감소시켜 목표값에 근사하도록 미리 설정된 변수들의 요구 변화량을 산출하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 편차 분석부(230)에서 궤적의 목표값과 운동해석 출력값 간의 차를 이용하여, 산출한 궤적 편차를 보정하기 위해 필요한 속도/각속도 등의 변화량을 연산하는 것이 바람직하다.

상세하게는, 속도/각속도 등의 변화량을 적용하기 위한 제어 신호를 생성하기 위한 조종 입력 정의 및 입력량을 제어하는 것이 바람직하며, 일 예를 들자면, 종축/횡축 싸이클릭(Longitudinal, Lateral cyclic), 콜렉티브(Collective), 페달(Pedal)에 대한 최초 정의되어 있는 정의값을 보정한 조종 입력 정의값을 생성하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 성능 해석부(200)는 상술한 바와 같이, 한 엔진 고장 등과 같은 특수한 경우엔 헬리콥터 비상 절차에 맞는 기동을 모사하여 추가하기 위하여, 외부 이벤트 입력부(250)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 외부 이벤트 입력부(250)는 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 미리 설정된 외부 이벤트 발생 신호(한 엔진 고장 등)를 생성하여, 상기 기동 시뮬레이션에 반영되도록 하는 것이 바람직하다.

이 때, 한 엔진 고장 외에 주요 구성품의 고장 상황, 기상 상황(풍속, 풍향 등)을 입력하여 모사 가능하나, 본 발명의 기본 목적인 감항기술기준에서 요구하는 비정상 성능 관점에서는 불필요하기 때문에, 예로 들지 않았으나, 관리자(작업자 등)의 요청에 따라 추가 가능하다.

이를 통해서, 상기 운동 해석부(220)는 상기 외부 이벤트 입력부(250)에 의한 상기 외부 이벤트 발생 신호 또는 상기 편차 보정부(240)에 의한 상기 요구 변화량(보정한 조종 입력 정의값)을 반영하여, 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 정보를 기반으로 기동 시뮬레이션을 수행하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하게 되는데, 상기 운동 해석부(220)는 상기 편차 분석부(230)에 의한 분석 편차가 소정 범위(감항기술기준에서 요구하는 비정상 성능 관점을 토대로 정의하는 것이 바람직함.) 내로 분석될 때까지 상기 외부 이벤트 입력부(250)에 의한 상기 외부 이벤트 발생 신호 또는 상기 편차 보정부(240)에 의한 상기 요구 변화량(보정한 조종 입력 정의값)을 반영하여, 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 정보를 기반으로 기동 시뮬레이션을 반복 수행하는 것이 바람직하다.

상기 후처리부(300)는 상기 성능 해석부(200)에서의 운동해석 결과값을 시계열순에 따라 분석하여, 비정상 상태에서의 성능을 연산하는 것이 바람직하다.

상세하게는, 기동 별 요구되는 성능 지수를 연산하는 것으로, 시간에 따른 헬리콥터 궤적을 출력하고, 기동 종료 시 이/착륙 거리, 고도 손실 등의 주요 결과를 산출하여, 비정상 성능을 계산하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법을 나타낸 순서 예시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 변수 입력 단계(S100), 모델링 단계(S200), 운동 해석 단계(S300), 편차 분석 단계(S400) 및 편차 보정 단계(S500)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,

상기 변수 입력 단계(S100)는 상기 기동모델 생성부(100)에서, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 발생시키는 미리 설정된 다수의 변수들을 입력받는 것이 바람직하다. 이를 통해서, 회전익 항공기의 비정상 성능을 해석하기 위해 프로파일을 정형화된 기동 궤적으로 모델링하게 된다.

상기 변수 입력 단계(S100)에 의해 입력 가능한 상기 다수의 변수들로는 상기의 표 1과 같다.

상기 모델링 단계(S200)는 상기 기동모델 생성부(100)에서, 상기 변수 입력 단계(S100)에 의해 입력받은 상기 다수의 변수들을 이용하여, 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 생성하는 것이 바람직하다.

상세하게는, 상기 모델링 단계(S200)는 비정상 성능 기동 궤적으로 설정되어 있는 트림 비행, 가속/감속, 상승/하강 등의 정형화된 기동의 조합으로 구성하는 것이 바람직하며, 한 엔진 고장 등과 같은 특수한 경우엔 헬리콥터 비상 절차에 맞는 기동을 모사하여 추가하는 것이 바람직하다.

이를 통해서, 상기 모델링 단계(S200)는 생성한 상기 기동 궤적의 구간을 분류하고 분류한 구간별 기동 궤적의 목표값을 생성하는 것이 바람직하며, 구간 분류 및 각 구간에 대한 목표 궤적(한계), 구간 종료 조건 등의 정의는 상기의 표 2와 같다.

상기 운동 해석 단계(S300)는 상기 성능 해석부(200)에서, 상기 모델링 단계(S200)에 의해 생성한 기동 궤적 정보 및 상기 기동 궤적 목표값을 입력받아, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위하 미리 설정된 운동해석 모델(일 예를 들자면, ① 헬리콥터 구성 단위인 주/꼬리 로터, 동체에서 공력, 관성력, 중력에 의한 6분력 해석을 위한 모델링, ② 한 엔진 고장 모사를 위해 엔진 고상 시 동력 프로파일 모델링, ③ 전기체 단위에서 6분력 및 로터 축에서 1 방향 모멘트를 종합하여 운동방정식 모델링, ④ 기동해석의 초기 조건 생성을 위한 트림 해석, ⑤ 미분방정식으로 구성된 운동방정식을 시간 적분하여 헬리콥터 궤적을 산출하는 운동 해석)을 이용하여, 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 정보를 기반으로 기동 시뮬레이션을 수행하게 된다.

이를 통해서, 상기 운동 해석 단계(S300)는 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하는 것이 바람직하다.

상기 운동 해석 단계(S300)는 상술한 바와 같이, 한 엔진 고장 등과 같은 특수한 경우엔 헬리콥터 비상 절차에 맞는 기동을 모사하여 추가하기 위하여, 외부 이벤트 입력 단계(S310)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 외부 이벤트 입력 단계(S310)는 상기 성능 해석부(200)에서, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 미리 설정된 외부 이벤트 발생 신호(한 엔진 고장 등)를 생성하여, 상기 기동 시뮬레이션에 반영되도록 하는 것이 바람직하다.

더불어, 상기 편차 분석 단계(S400)는 상기 성능 해석부(200)에서, 상기 모델링 단계(S200)에 의해 생성한 기동 궤적 목표값과 상기 운동 해석 단계(S300)에 의한 운동해석 출력값을 비교하여, 상기 기동 궤적 목표값을 상호 간의 기준으로 편차를 분석하는 것이 바람직하다. 즉, 궤적의 목표값과 운동해석 출력값을 비교 분석하여, 궤적의 목표값과 운동해석 출력값 간의 차를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 편차 보정 단계(S500)는 상기 성능 해석부(200)에서, 상기 편차 분석 단계(S400)에 의해 분석한 편차값을 해소하기 위한, 다시 말하자면, 감소시켜 목표값에 근사하도록 미리 설정된 변수들의 요구 변화량을 산출하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 편차 보정 단계(S500)는 궤적의 목표값과 운동해석 출력값 간의 차를 이용하여, 산출한 궤적 편차를 보정하기 위해 필요한 속도/각속도 등의 변화량을 연산하는 것이 바람직하다.

이를 통해서, 상기 운동 해석 단계(S300)는 상기 모델링 단계(S200)에 의해 입력되는 상기 기동 궤적 정보에 상기 편차 보정 단계(S500)에 의한 상기 요구 변화량(보정한 조종 입력 정의값)을 반영하여, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 미리 설정된 운동해석 모델을 이용하여 기동 시뮬레이션을 수행하는 것이 바람직하다.

기동 궤적에 대한 운동해석값을 출력하되, 상기 편차 분석 단계(S400)에 의한 분석 편차가 소정 범위(감항기술기준에서 요구하는 비정상 성능 관점을 토대로 정의) 내로 분석될 때까지 상기 기동 시뮬레이션을 반복 수행하는 것이 바람직하다.

더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 운동 해석 단계(S300)에 의한 운동해석 값의 분석을 위한 후처리 단계(S600)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 후처리 단계(S600)는 상기 운동 해석 단계(S300)에 의한 기동 시뮬레이션을 반복 수행하여, 상기 편차 분석 단계(S400)에 의한 분석 편차가 소정 범위 내로 분석될 경우, 상기 후처리부(300)에서, 시계열순에 따라 운동해석 결과값을 분석하여, 비정상 상태에서의 성능을 연산하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.

저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 기동모델 생성부
110 : 변수 입력부 120 : 모델링부
200 : 성능 해석부
210 : 목표 입력부 220 : 운동 해석부
230 : 편차 분석부 240 : 편차 보정부
250 : 외부 이벤트 입력부
300 : 후처리부

Claims

회전익 항공기의 비정상(Unsteady) 상태에서의 성능 해석을 수행하는 시스템에 있어서,
비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 발생시키는 기설정된 다수의 변수들을 입력받는 변수 입력부(110)와, 입력받은 상기 다수의 변수들을 이용하여, 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 생성하고, 생성된 상기 기동 궤적의 구간을 분류하고, 분류한 구간 별 기동 궤적의 목표값을 생성하는 모델링부(120)로 구성되는 기동모델 생성부(100);
회전익 항공기의 비정상 성능 상태에서의 기동 궤적에 대한 시뮬레이션을 통한 운동해석 출력값과 상기 기동모델 생성부(100)에서 생성한 상기 기동 궤적 목표값을 비교 분석하여, 기동 궤적에 대한 편차값을 보정하기 위한 변화량을 생성하고, 상기 변화량을 반영한 반복 시뮬레이션을 통한 운동해석을 수행하는 성능 해석부(200); 및
시계열에 따른 상기 성능 해석부(200)에서의 운동해석 결과값을 분석하여, 비정상 상태에서의 성능을 연산하는 후처리부(300);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 성능 해석부(200)는
상기 기동모델 생성부(100)에서 생성한 기동 궤적 정보 및 상기 기동 궤적 목표값을 입력받는 목표 입력부(210);
회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 운동해석 모델을 이용하여, 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 정보를 기반으로 기동 시뮬레이션을 수행하여, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하는 운동 해석부(220);
상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 목표값과 상기 운동 해석부(220)를 통해서 출력된 운동해석 출력값을 비교하여, 상기 기동 궤적 목표값을 기준으로 편차를 분석하는 편차 분석부(230); 및
상기 편차 분석부(230)에서 분석한 편차값을 해소하기 위한 기설정된 변수들의 요구 변화량을 산출하는 편차 보정부(240);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템.
제 3항에 있어서,
상기 성능 해석부(200)는
회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 외부 이벤트 발생 신호를 생성하여, 상기 기동 시뮬레이션에 반영되도록 하는 외부 이벤트 입력부(250);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 운동 해석부(220)는
상기 외부 이벤트 입력부(250)에 의한 상기 외부 이벤트 발생 신호 또는 상기 편차 보정부(240)에 의한 상기 요구 변화량을 반영하여, 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 정보를 기반으로 기동 시뮬레이션을 수행하여, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 운동 해석부(220)는
상기 편차 분석부(230)에 의한 분석 편차가 소정 범위 내로 분석될 때까지, 상기 외부 이벤트 입력부(250)에 의한 상기 외부 이벤트 발생 신호 또는 상기 편차 보정부(240)에 의한 상기 요구 변화량을 반영하여, 상기 목표 입력부(210)를 통해서 입력된 상기 기동 궤적 정보를 기반으로 기동 시뮬레이션을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 시스템.
회전익 항공기의 비정상(Unsteady) 상태에서의 성능 해석을 수행하는 방법에 있어서,
기동모델 생성부에서, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 발생시키는 기설정된 다수의 변수들을 입력받는 변수 입력 단계(S100);
기동모델 생성부에서, 상기 변수 입력 단계(S100)에 의해 입력받은 상기 다수의 변수들을 이용하여, 비정상 상태에서의 성능 해석을 위한 기동 궤적을 생성하고, 생성된 상기 기동 궤적의 구간을 분류하고, 분류한 구간별 기동 궤적의 목표값을 생성하는 모델링 단계(S200);
성능 해석부에서, 상기 모델링 단계(S200)에 의해 생성한 기동 궤적 정보를 입력받아, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 운동해석 모델을 이용하여 기동 시뮬레이션을 수행하고, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하는 운동 해석 단계(S300);
성능 해석부에서, 상기 모델링 단계(S200)에 의해 생성한 기동 궤적 목표값과 상기 운동 해석 단계(S300)에 의한 운동해석 출력값을 비교하여, 상기 기동 궤적 목표값을 기준으로 편차를 분석하는 편차 분석 단계(S400); 및
성능 해석부에서, 상기 편차 분석 단계(S400)에 의해 분석한 편차값을 해소하기 위한 기설정된 변수들의 요구 변화량을 산출하는 편차 보정 단계(S500);
를 포함하여 구성되며,
상기 운동 해석 단계(S300)는
상기 모델링 단계(S200)에 의해 입력되는 상기 기동 궤적 정보에 상기 편차 보정 단계(S500)에 의한 상기 요구 변화량을 반영하여, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 운동해석 모델을 이용하여 기동 시뮬레이션을 수행하여, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하되,
상기 편차 분석 단계(S400)에 의한 분석 편차가 소정 범위 내로 분석될 때까지 기동 시뮬레이션을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법.
제 7항에 있어서,
상기 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법은
상기 운동 해석 단계(S300)를 수행하면서,
성능 해석부에서, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 외부 이벤트 발생 신호를 생성하여, 상기 기동 시뮬레이션에 반영되도록 전송하는 외부 이벤트 입력 단계(S310);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법.
제 8항에 있어서,
상기 운동 해석 단계(S300)는
상기 모델링 단계(S200)에 의해 입력되는 상기 기동 궤적 정보에 상기 편차 보정 단계(S500)에 의한 상기 요구 변화량 또는 상기 외부 이벤트 입력 단계(S310)에 의한 상기 외부 이벤트 발생 신호를 반영하여, 회전익 항공기의 비정상 상태에서의 성능 해석을 위해 기설정된 운동해석 모델을 이용하여 기동 시뮬레이션을 수행하여, 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법.
제 9항에 있어서,
상기 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법은
상기 운동 해석 단계(S300)에 의한 기동 시뮬레이션을 반복 수행을 통해서, 상기 편차 분석 단계(S400)에 의한 분석 편차가 소정 범위 내로 분석될 경우,
후처리부에서, 시계열에 따른 기동 궤적에 대한 운동해석 값을 분석하여, 비정상 상태에서의 성능을 연산하는 후처리 단계(S600);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전익 항공기의 비정상 성능 해석 방법.