[논문]기동헬기 측면항법 알고리즘 구현 및 검증

김성우; 고은경

doi:10.6109/jkiice.2018.22.2.354

초록
AI-Helper

본 논문은 비행제어 비행체 관리 시스템 대신 한국형 기동헬기 임무컴퓨터의 비행운용 프로그램에서 구현한 측면 항법 알고리즘 설계 및 검증에 대하여 기술하였다. 구현된 측면항법 기능은 비행제어 시스템으로 롤 명령을 보내고 롤 명령 값은 임무컴퓨터의 제어 알고리즘에서 계산한다. 임무컴퓨터에서 제어 알고리즘 계산 시 항공기의 자세 및 위치에 대한 측정값을 이용한다. 이 입력 값들을 이용하여 임무컴퓨터에 탑재된 비행운용 프로그램은(선택한 비행계획 등)항법 요구를 롤 명령으로 자동조종으로 보낸다. 체계통합리그에서의 통합시험, 지상 및 비행시험을 통해 측면 항법 알고리즘을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describe the Lateral Navigation algorithm design and verification that implementation on Mission Computer's OFP for Korean Utility Helicopter(KUH) instead of Auto Flight Control System(AFCS) Vehicle Management System. The LNAV function transmits Roll command into the AFCS System. The Roll...

This paper describe the Lateral Navigation algorithm design and verification that implementation on Mission Computer's OFP for Korean Utility Helicopter(KUH) instead of Auto Flight Control System(AFCS) Vehicle Management System. The LNAV function transmits Roll command into the AFCS System. The Roll command value will be calculated by control algorithms in MC. The Operational Flight Program(OFP) shall use for its calculations different measurements of the aircraft's attitude and place. Using these inputs, the OFP will translate a navigational demand(for example-to perform the selected flight plan) into Roll commands to the autopilot. By conducting integration test using SIL and ground test, flight test, it is confirmed that the introduced algorithm meets the requirements of the Mission Equipment Package(MEP) system. LNAV function is verified through the System Integration Laboratory(SIL) test, ground and flight test.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

검토결과 비행체 관리 시스템으로 제기된 현안사항들이 모두 해결되지 않으므로 많은 부분을 국내 독자 개발한 한국형 기동헬기 임무 컴퓨터에서 수용하여 처리하는 것으로 정하였다. 본 논문은 임무컴퓨터에서 처리한 측면항법 알고리즘 구현에 대해 정리한 것이다.

제안 방법

한국형 기동헬기의 비행제어 개발업체인 유러콥터사에서 2007년 초에 수행한 비행제어-임무탑재장비 인터페이스 워크샵에서 비행제어 계통과 임무탑재장비 체계간의 연동신호 불일치 문제와 비행제어 정보 시현 처리 등이 주요 현안으로 제기되었다. 현안 사항들에 개선이 없을시 자동비행 조종시스템의 기능 및 성능 제한과 체계 안전성에 문제가 있음을 유러콥터사가 제기하고 그 해결책으로 비행체 관리시스템을 제안하였다. 검토결과 비행체 관리 시스템으로 제기된 현안사항들이 모두 해결되지 않으므로 많은 부분을 국내 독자 개발한 한국형 기동헬기 임무 컴퓨터에서 수용하여 처리하는 것으로 정하였다.
그 해결 방법으로 임무탑재 장비 체계의 다기능 시현기 주요 비행정보 시현 (PFD : Primary Flight Display) 페이지에 비행제어 계통의 정보를 시현하고 엔진, 연료 및 항공기 체계 정보는 독립된 전용계기를 적용하여 시현하고 부가적으로 다기능 시현기에 시현하였다[5].
이를 해결하기 위하여 그림 4 좌측의 임무컴퓨터에서 그림 4 우측의 비행제어 계통 장비들의 ARINC-429 정보 등을 연동하도록 임무 컴퓨터를 개조하였다. 또한 임무컴퓨터에서 수신한 비행제어 계통 장비들의 정보를 그림 5와 같은 다기능 시현기에 시현하였다[6].
항법 소스가 비행계획, HOME, VOR 모드이며 수동 비행일 때, 롤 명령 바가 정상적으로 시현되는 지를 확인하였다. 또한, 항법 소스가 비행계획, HOME 모드이며 자동비행일 때, 롤 명령 바가 정상적으로 시현되는지를 확인 하였으며 이때 비행제어 계통에서 이 정보를 사용하여 자동 비행하는 것도 검증하였다.
항법 소스가 비행계획, HOME, VOR 모드이며 수동 비행일 때, 롤 명령 바가 정상적으로 시현되는 지를 확인하였다. 또한, 항법 소스가 비행계획, HOME 모드이며 자동비행일 때, 롤 명령 바가 정상적으로 시현되는지를 확인 하였으며 이때 비행제어 계통에서 이 정보를 사용하여 자동 비행하는 것도 검증하였다. 즉, 롤 명령 소스에 따라 롤 명령을 계산하여 수동 및 자동 비행에서 이 롤 명령에 따라 헬리콥터가 기동하는 것을 검증하였다.
MEP 체계 인증시험은 임무 탑재장비와 설계된 임무 컴퓨터의 소프트웨어의 기능을 임무 탑재장비 체계 통합리그(SIL) 에서 통합하고 MEP 체계 인증을 위한 기능시험과 통합시험을 한다. PFD 기능 시험은 그림 10과 같이 비행제어 계통의 정보를 다기능시현기의 주요 비행정보 시현(PFD) 페이지에 시현한 PFD 화면에서 자동 조종 시 자세방위 기준장치의 기수 및 자세 정보를 조종사에게 시현하는 것 등의 시현정보 검증과 비행제어 계통의 연동을 검증한다[9].
또한, PFD 기능 시험은 그림 11과 같이 주요 비행정보 시현 페이지에서 자세방위 기준장치 센서 1, 2의 데이터 비교 확인 기능 검증 등을 위한 2대의 임무 컴퓨터와 비행제어 이중 구성품들 간의 상호점검 기능 검증을 수행한다.
측면항법 기능 시험은 PFD 자세계 계기 상에 롤 명령 바 시현과 PFD 항법 소스가 비행계획, HOME, VOR 모드일 때 비행경로를 수렴하는지를 검증한다.

성능/효과

현안 사항들에 개선이 없을시 자동비행 조종시스템의 기능 및 성능 제한과 체계 안전성에 문제가 있음을 유러콥터사가 제기하고 그 해결책으로 비행체 관리시스템을 제안하였다. 검토결과 비행체 관리 시스템으로 제기된 현안사항들이 모두 해결되지 않으므로 많은 부분을 국내 독자 개발한 한국형 기동헬기 임무 컴퓨터에서 수용하여 처리하는 것으로 정하였다. 본 논문은 임무컴퓨터에서 처리한 측면항법 알고리즘 구현에 대해 정리한 것이다.
또한, 항법 소스가 비행계획, HOME 모드이며 자동비행일 때, 롤 명령 바가 정상적으로 시현되는지를 확인 하였으며 이때 비행제어 계통에서 이 정보를 사용하여 자동 비행하는 것도 검증하였다. 즉, 롤 명령 소스에 따라 롤 명령을 계산하여 수동 및 자동 비행에서 이 롤 명령에 따라 헬리콥터가 기동하는 것을 검증하였다.

후속연구

국내에서는 높은 IT 기술 경쟁력에도 불구하고 국내개발 항공기 플랫폼이 빈약했고 항공기개발/생산에 앞서 항공기에 장착되는 구성품은 선 개발이 완료되어야 하고장착 이전에 어떤 형태로든 성능에 대한 입증이 선행 되어야 한다는 점 때문에 대부분의 국내 개발 항공기는 국내 개발 항공전자 장비 장착 여부를 염두에 두지 않았으며, 항공기 개발이라 하면 우선 항공기 기체를 비롯한 플랫폼에 대한 개발 성공여부가 관건이었다[12]. 그러나 금번 KUH를 통해 개발된 임무 컴퓨터는 비행제어-임무탑재장비 인터페이스 현안 문제점들을 국내 기술로 해결할 수 있었고 추후 연속성을 갖는 성능개량이 가능할 것이며, 미래전 임무환경 변화에 따라 최적의 형태로 개량 및 운용이 가능할 것이다. 비행체 관리시스템 대신 임무 컴퓨터의 OFP에서 구현 처리한 측면항법 알고리즘 등은 임무 탑재장비 체계 통합시험장비 환경, 지상시험, 비행시험을 통해 적절성이 검증되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비행체 관리시스템의 주요 목적은?	유러콥터사는 비행체 관리 시스템에서 측면 항법 알고리즘을 계산하여 측면 항법을 위한 롤 명령 바 시현과 자동 조정 비행을 위해 자동 비행제어 계통으로 롤 명령을 제공한다. 비행체 관리시스템 (VMS : Vehicle Management System)의 개념은 디지털 Fly-By-Wire 비행제어 시스템에서 획득된 경험을 바탕으로 발전되어 왔으며, 주요 목적은 비행체를 제어하는데 필요한 모든 서브시스템(비행제어, 대기자료, 엔진 등)과 유틸리티 서브시스템(연료, 유압 등)을 기능적으로 통합하는 데 있다. 부가적인 목적으로는 통합 설계 구현으로 모든 비행체 비행관리 기능이나 유틸리티 서브시스템 기능의 제어기들을 물리적으로 통합하는 것이다.
	지역항법이 등장하면서 가능해진 것은?	그러나 현재의 초단파 전방향 거리 탐지기 기반의 항법은 통상적으로 해당 시설의 상공을 통과하는 방법으로 구성되어 운용적 측면에서 비효율적으로 항법지원시설의 유효 도달범위 내에서 항공기의 임의의 비행경로를 비행할 수 있는 항법이 지역 항법 (RNAV : Area Navigation)이 등장하게 되었다. 지역항법에 의해 공역의 효과적인 이용, 연료절감을 위한 직선경로의 설정, 헬리콥터 등의 운항에 적합한 비행경로 등의 설정이 가능하다. 그림 1은 지역항법 항로와 초단파 전방향 거리 탐지기를 이용한 항법을 비교한 것으로 그림에서와 같이 VOR 항법은 각각의 VOR 시설을 통과하도록 설정되어 있지만 RNAV 항법의 경우에는 두 지점 간 직선으로 항로를 설정할 수 있으므로 VOR 항로에 비해 시간과 거리를 단축할 수있다.
	측면항법 롤 명령에서 계획된 비행경로에 따라 편차는 어떻게 되는가?	양수 롤 명령 (Positive Roll Command)는 시계방향(우측) 롤을 위한 명령, 음수 롤 명령 (Negative Roll Command)는 반 시계방향 (좌측) 롤을 위한 명령이다. 따라서 계획된 비행경로가 시계방향일 때는 양수 항로 편차(ψ)이고, 계획된 비행경로가 반 시계방향일 때는음수 항로 편차(ψ)이다.

참고문헌 (12)

S. W. Kim, E. K. Go, B. H. Lee, "Design to Integrated Display and Caution Function fir KHP," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 45, no.6, pp. 481-489, Jun. 2017.

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S. J. Lee, H. S. Choi, K. J. Seong, "Automatic Flight Control System Development for Optionally Piloted Vehicle," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 42, no.11, pp. 968-973, Nov. 2014.

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P. Hellio, "AFCS Safety Requirements to MEP," EC Technical Reports, vol. 4, no.1, pp.1-4, Oct. 2013
J.M. GUILLEMIN, "AFCS AVIONIC ARCHITECTURE INTERFACE REVIEW," EC Technical Reports, vol. 10, no. 3, pp.1-7, Nov. 2013
Marius, "EC review of KUH avionics architecture issue," EC Technical Reports, vol. 11, no. 2, pp.1-5, Dec. 2013
S. W. Kim, "Operational Requirement Specification for KUH Mission Equipment Package," Agency for Defense Development Report, vol. 11, no. 2, pp. 20-70, Feb. 2014
Y. W. Yu, T. Y. Kim, W. H. Jang, S. W. Kim, J. B. Lim, "Design on Flight-Critical Function of Mission Computer for KUH," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, vol. 14, no. 2, pp. 313-221, Apr. 2011.

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S. W. Kim,. "Functional Requirement Specification for KUH Mission Equipment Package," Agency for Defense Development Report, vol. 12, no. 3, pp. 1-50, Feb. 2014
Y. K. Kim, M. C. Kim, W. W. Choi, W. S. Oh, "Development of the MEP Integration Test Environment for Surion," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 39, no. 7, pp. 666-673, July 2011.

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S. W. Kim, B. H. Lee, Y. W. Yu, J. H. Lee, J. B. Yim, "Design and Verification of Survivability Equipment for Utility Helicopter," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, vol. 16, no. 2, pp.146-153, Apr. 2013.

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Junesung Choi, Kwangho Kook, "Secure Coding Rule Selection Optimized on the Army Fire Control Computer," Journal of Security Engineering, vol. 11, no. 2, pp.187-194, Jun. 2014.

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Kyoungchoon Park, Jungbae Seo, Jongmin Bae, Hyunsyug Kang, "Requirement management program for the Development of the Avionics Operational Flight Program," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering vol. 15, no. 2, pp.2050-2058, Sep. 2011.

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