[국내논문]ADS-33 평가기준에 따른 소방헬기 비행시뮬레이터의 비행조종성 예비평가 Preliminary Evaluation of Handling Qualities of a SAR(Search & Rescue) Helicopter Simulator Based on ADS-33 Requirements원문보기
본 연구는 헬리콥터 비행 시뮬레이터 개발의 첫 번째 단계의 일환으로 비행 운동 모델의 비행조종성을 해석적으로 평가한다. 비행 운동 모델은 시뮬레이터의 목표 항공기인 AS365 N2의 공개 정보를 사용하여 생성하였다. 해당 비행 시뮬레이터는 소방 임무에 대한 조종사 교육 및 연구 도구로 개발 중이다. 모델의 평가는 비행 시험 데이터를 통한 검증이 이루어지기 전에 모델의 비행 특성과 다음 개발 단계로의 적합성을 평가하기 위하여 수행된다. 평가는 항공기분류, 임무 및 환경을 고려하여 ADS-33E-PRF(Aeroautical Design Standard Performance Specification Handling Qualities Requirement)의 기준에 의거하여 수행한다. 항공기의 해석적 비행은 규정에 대한 적합성 평가를 위해 요구되는 혹은 권장되는 비행시험절차를 따른다. 평가 결과는 ADS-33E-PRF에 명시된 조종성 등급에 따라 평가되는데 RotorLibFDM을 기반으로 생성된 비행 운동 모델이 헬기 비행에 대한 기본 교육과 연구로 사용될 수 있는 일반적인 헬리콥터 시뮬레이터에 대한 만족스러운 플랫폼을 제공함이 확인되었다.
본 연구는 헬리콥터 비행 시뮬레이터 개발의 첫 번째 단계의 일환으로 비행 운동 모델의 비행조종성을 해석적으로 평가한다. 비행 운동 모델은 시뮬레이터의 목표 항공기인 AS365 N2의 공개 정보를 사용하여 생성하였다. 해당 비행 시뮬레이터는 소방 임무에 대한 조종사 교육 및 연구 도구로 개발 중이다. 모델의 평가는 비행 시험 데이터를 통한 검증이 이루어지기 전에 모델의 비행 특성과 다음 개발 단계로의 적합성을 평가하기 위하여 수행된다. 평가는 항공기분류, 임무 및 환경을 고려하여 ADS-33E-PRF(Aeroautical Design Standard Performance Specification Handling Qualities Requirement)의 기준에 의거하여 수행한다. 항공기의 해석적 비행은 규정에 대한 적합성 평가를 위해 요구되는 혹은 권장되는 비행시험절차를 따른다. 평가 결과는 ADS-33E-PRF에 명시된 조종성 등급에 따라 평가되는데 RotorLibFDM을 기반으로 생성된 비행 운동 모델이 헬기 비행에 대한 기본 교육과 연구로 사용될 수 있는 일반적인 헬리콥터 시뮬레이터에 대한 만족스러운 플랫폼을 제공함이 확인되었다.
As a part of the first stage in the helicopter flight simulator development, this study numerically evaluates handling qualities of the dynamics model. The flight dynamics model was generated using public information for AS365 N2, the target aircraft of the simulator. The flight simulator is under d...
As a part of the first stage in the helicopter flight simulator development, this study numerically evaluates handling qualities of the dynamics model. The flight dynamics model was generated using public information for AS365 N2, the target aircraft of the simulator. The flight simulator is under development as a pilot training and research tool for firefighting missions. The assessment of the model intends to validate general characteristics and suitability before the model is enhanced with flight test data. The evaluation is based on the ADS-33E-PRF(Aeroautical Design Standard Performance Specification Handling Qualities Requirement) criteria, with consideration of category of the aircraft, missions, and environment. The numerical operations follow required or recommended procedures of flight test for compliance demonstration. Evaluation results are evaluated according to the rating specified in maneuverability ADS-33E-PRF. Results have identified to provide a satisfactory platform for flight dynamic model in the general helicopter simulator generated based on the RotorLibFDM, and can be used as a base for basic training and research.
As a part of the first stage in the helicopter flight simulator development, this study numerically evaluates handling qualities of the dynamics model. The flight dynamics model was generated using public information for AS365 N2, the target aircraft of the simulator. The flight simulator is under development as a pilot training and research tool for firefighting missions. The assessment of the model intends to validate general characteristics and suitability before the model is enhanced with flight test data. The evaluation is based on the ADS-33E-PRF(Aeroautical Design Standard Performance Specification Handling Qualities Requirement) criteria, with consideration of category of the aircraft, missions, and environment. The numerical operations follow required or recommended procedures of flight test for compliance demonstration. Evaluation results are evaluated according to the rating specified in maneuverability ADS-33E-PRF. Results have identified to provide a satisfactory platform for flight dynamic model in the general helicopter simulator generated based on the RotorLibFDM, and can be used as a base for basic training and research.
이와 같은 평가에 관한 연구의 대부분은 평가기준과 평가 절차에 대해서는 거의 언급이 없고, 결과만을 제시하고 있을 뿐이다. 본 연구는 소폭 및 중폭의 진폭을 갖는 uncoupled response에 대해 ADS-33에 명시된 평가기준 및 권장 시험 절차[15]에 따라 모델의 해석적인 비행을 통해 평가한다. 본 논문은 서론, 본론, 평가기준, 결론으로 구성되어 있으며, 평가 절차를 가능한 자세히 기술하도록 한다.
가설 설정
안정성 보강 시스템에는 피치, 롤 및 요 댐퍼/피치, 롤 및 헤딩 유지/ 선회 보조 등을 포함되어있다. 모든 시뮬레이션 비행은 국제 표준 대기(ISA)의 해수면 표준(SLS)의 대기 조건에서 수행된다.
본 연구의 주목적이 시뮬레이션 모델의 특성 평가라는 사실을 감안하여, 가시환경은 양호한 상태, 즉 UCE=1로 가정한다. 소방항공대 시뮬레이터의 대상 항공기의 주요 임무는 공중 소방 및 그와 연관된 제반 업무이다.
제안 방법
모델의 해석적 시뮬레이션을 통해 소폭 및 중폭의 uncoupled response에 대한 평가를 실시하였으며, 시뮬레이션은 요구사항 만족성 여부의 증명을 위해 권장되는 비행 절차를 따라 실시하였다. ADS-33E-PRF에 지정된 평가 파라미터들은 시뮬레이션의 시간이력으로부터 계산되었다.
가시환경이 1인 비행환경에서는, 제자리비행과 전진 비행모두에 대해 변화율입력(Rate Command, RC)이면 응답 형식 평가기준을 만족시키기에 충분한 조건이 된다. 본 연구에서는 ADS-33에 따른 평가과정으로서 ADS-33 3.2절에 의거하여 소방 항공대 시뮬레이션 모델의 응답 형식을 조사하였다.
대상 데이터
2의 (a)는 1단계로 개발하는 국토부 비행훈련장치 또는 미 연방항공청(FAA)의 Level 5 FTD(Flight Training Device)의 개념도이고, (b)는 최종 시제품인 Level 7 FTD의 형상 개념이다. 시뮬레이션 대상 헬기로는 소방 항공대에서 가장 많이 운용 중인 Airbus Helicopter사의 AS365 N2로 선정하였다.
이론/모형
RotorLibFDM은 헬리콥터 비행 역학, 엔진, 오토파일럿 및 기타 시스템에 대한 다양하고 정확성 높은 모델을 완비한 헬기 시뮬레이션 라이브러리로서[7] 시뮬레이션에 특화되어, 비행 훈련 장치 및 시뮬레이터에 사용되는 고 충실도의 실시간 헬리콥터 비행 역학 모델을 제공한다. 본 연구에서는 소방헬기 시뮬레이터를 위해 RotorLibFDM 모델을 활용하였다.
성능/효과
본 평가 결과가 시뮬레이터의 대상 항공기를 충분히 반영하고 있다고 할 수는 없으므로, 이 결과는 현재 모델이 시뮬레이터 개발 과정의 다음 단계를 진행하기에 적합한 수준임을 나타내는 정도의 의미가 있다. 그러나 평가된 항목에서 Level1 및 Level2 정도의 비행조종성을 보임에 따라, 본 모델은 기본적인 조종사 교육과 연구의 목적으로 사용될 수 있는 일반적인 헬기 시뮬레이터를 위한 충분한 바탕이 될 수 있다. 본 모델은 추후 실시될 비행 시험 데이터를 통해 보강되어 실제 항공기를 최대한 반영하게 될 예정이다.
평가결과, 본 시뮬레이션 모델은 단기 응답에 대해 레벨 2에 해당하며, 본 연구에서 평가된 다른 모든 응답 형식에 대해 레벨 1에 해당함을 알 수 있다. 본 평가 결과가 시뮬레이터의 대상 항공기를 충분히 반영하고 있다고 할 수는 없으므로, 이 결과는 현재 모델이 시뮬레이터 개발 과정의 다음 단계를 진행하기에 적합한 수준임을 나타내는 정도의 의미가 있다.
후속연구
그러나 평가된 항목에서 Level1 및 Level2 정도의 비행조종성을 보임에 따라, 본 모델은 기본적인 조종사 교육과 연구의 목적으로 사용될 수 있는 일반적인 헬기 시뮬레이터를 위한 충분한 바탕이 될 수 있다. 본 모델은 추후 실시될 비행 시험 데이터를 통해 보강되어 실제 항공기를 최대한 반영하게 될 예정이다.
평가결과, 본 시뮬레이션 모델은 단기 응답에 대해 레벨 2에 해당하며, 본 연구에서 평가된 다른 모든 응답 형식에 대해 레벨 1에 해당함을 알 수 있다. 본 평가 결과가 시뮬레이터의 대상 항공기를 충분히 반영하고 있다고 할 수는 없으므로, 이 결과는 현재 모델이 시뮬레이터 개발 과정의 다음 단계를 진행하기에 적합한 수준임을 나타내는 정도의 의미가 있다. 그러나 평가된 항목에서 Level1 및 Level2 정도의 비행조종성을 보임에 따라, 본 모델은 기본적인 조종사 교육과 연구의 목적으로 사용될 수 있는 일반적인 헬기 시뮬레이터를 위한 충분한 바탕이 될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시뮬레이션을 위해 생성된 항공기 모델의 각 로터는 어떻게 표현되는가?
메인로터의 반경은 19.6ft이며, 14개 요소와 1°의 방위각 차분으로 구성된 블레이드 요소 모델을 이용하여 표현된다. 공력 데이터는 일반적인 날개단면의 특성을 따르며 별도의 표로 입력된다. 한편, 테일로터는 운동량 이론 모델을 사용하여 표현된다.
비행 시뮬레이터의 긍정적 역할은 무엇인가?
비행 시뮬레이터는 조종사의 훈련에 효과적인 것으로 입증되어 왔으며, 항공기의 설계, 개발 및 시험을 경제적으로 수행할 수 있는 여건을 제공할 뿐만 아니라, 자원과 전문지식 활용에 있어 학계 및 산업 간의 협력을 촉진하는 역할을 한다[3]. 헬리콥터의 비행 시뮬레이터 시스템은 조종석 하드웨어 및 모델 소프트웨어를 포함하는 항공기 모델과 시각 시스템으로 구성되어 있으며, 시뮬레이션의 포괄성 및 충실도의 수준에 따라 가동형 플랫폼 및 입체 영상 큐잉 등이 추가되기도 한다.
헬리콥터의 비행 시뮬레이터 시스템은 어떻게 구성되는가?
비행 시뮬레이터는 조종사의 훈련에 효과적인 것으로 입증되어 왔으며, 항공기의 설계, 개발 및 시험을 경제적으로 수행할 수 있는 여건을 제공할 뿐만 아니라, 자원과 전문지식 활용에 있어 학계 및 산업 간의 협력을 촉진하는 역할을 한다[3]. 헬리콥터의 비행 시뮬레이터 시스템은 조종석 하드웨어 및 모델 소프트웨어를 포함하는 항공기 모델과 시각 시스템으로 구성되어 있으며, 시뮬레이션의 포괄성 및 충실도의 수준에 따라 가동형 플랫폼 및 입체 영상 큐잉 등이 추가되기도 한다. 세종대학교는 2015년 6월로 국민안전처의 연구개발 프로젝트의 일환으로 인명구조용 소방헬기 시뮬레이터를 개발하고 있으며 궁극적인 목표는 Fig.
참고문헌 (18)
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