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[국내논문] Implementation of Vertigo Warning function for FA-50 aircraft 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.24 no.10, 2019년, pp.1 - 9  

You, Eun-Kyung (Avionics Software Development Center) ,  Kim, Hyeock-Jin (Dept. of Computer Engineering, Chungwoon University)

초록
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전투기 조종사는 '비행환경 적응 교육 훈련(APT)'을 이수함으로써 악조건 속에서도 완벽하게 임무를 수행할 수 있도록 능력을 향상시키고 있다. 그러나 비행 시 가속도로 인해 인체 평형기관의 이상으로 'Vertigo(Spatial disorientation)' 현상에 빠지게 되어 추락하는 사고 사례가 발생하고 있다. 이러한 비행착각에 빠지는 전투기 추락 사고는 국내 외를 불문하고 빈번하게 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 전투기에 'Vertigo' 경고 기능을 구현하고자 하였다. 먼저, 항공기 주임무 컴퓨터와 현재 구현되어 있는 경고 기능을 분석하였다. 그리고 항공기 자세 정보를 이용하기 위해 좌표계 시스템을 연구하였다. 이를 바탕으로 전투기가 배면 비행 자세로 일정 시간 이상 하강 시 전방시현장비에 시각적인 경고 기능을 제공하고자 하였다. 본 기능을 구현함으로써 조종사의 비행 안전을 향상시킬 수 있을 것이라고 기대한다. 또한 본 연구 결과를 바탕으로 다른 서브시스템과의 연계를 통한 경고 기능 구현 방안을 제안하고자 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Fighter pilots are taking 'Advanced Pilot Training' courses to perform their missions perfectly even under adverse conditions. However, there are accidents that fall due to problems with the human body's equilibrium in the acceleration of flight, falling into the 'Vertigo, Spatial disorientation' ph...

Keyword

표/그림 (13)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 공군에서는 이 같은 추락 사고를 방지하기 위해 2007년 특정사고 방지체계를 구축하기 위한 TF팀을 구성하였다. 주요 내용은 조종사가 버티고 현상에 빠지는 즉시 항공기가 자동으로 고도를 높일 수 있는 자동비행조종 시스템을 구축하는 것이다. 본 시스템 구축을 위해서는 항공기 주임무 컴퓨터와 비행조종계통의 개조가 수행되어야 한다.
  • 이에 본 연구에서는 비행조종계통 구현을 제외하고 항공기 주임무 컴퓨터 단독으로 기능을 구현하는 방안을 연구하였다. 현재 공군은 FA-50 항공기 주임무 컴퓨터인 IMDC(Integrated Mission Display Computer) 소프트웨어 개조 능력을 보유하고 있으며, 이를 대상으로 기능을 구현하였다.
  • 기능 구현을 위하여 첫째, 현재 구현되어 있는 경고기능인 ‘Low Altitude’와 ‘지상충돌방지’ 기능을 분석하여 경고 기능 시스템을 이해하고, 둘째, 비행조종계통을 제외하고 주임무 컴퓨터만으로 구현할 수 있는 방안을 연구한다. 이를 바탕으로 FA-50 항공기 주임무 컴퓨터 내 비행운용프로그램(OFP, Operational Flight Program)의 구현 방안을 설계하고자 한다.
  • 본 기능의 한계점은 비행조종계통과의 연동이 불가능하기 때문에 자동으로 자세를 회복하는 기능은 구현할 수 없다는 것이다. 그러나 조종사가 충분히 인지할 수 있도록 항공기 자세 정보를 이용하여 배면 상태로 일정 시간 이상 하강 시 전방시현장비(HUD, Head Up Display)에 시각적 경고 기능을 제공하는 것이다.
  • 논문의 구성은 2장에서 FA-50 항공기 주임무 컴퓨터와 항공전자 시스템에 대해 설명하고, 현재 구현되어 있는 FA-50 항공기 경고 기능을 분석한다. 또한 본 연구 설계를 위해 사용된 항공기 좌표계에 대해 살펴본다. 3장에서는 본 기능 구현을 위해 비행운용프로그램 소프트웨어의 설계 내용을 서술한다.
  • MFD는 센서나 무장상태 등에 따라 다양한 포맷 페이지를 제공하여 조종사가 임무수행에 필요한 정보를 참조할 수 있도록 한다. 또한 IMDC 및 항공기에 장착된 항전 시스템의 결함 정보를 제공해준다. IUFC OFP는 항법, 통신 및 적아식별 등의 데이터를 입력, 제어 및 시현하기 위한 조종사 인터페이스를 제공한다[11].
  • 이 외에도 항공기는 다양한 좌표계를 사용하고 있으며, 본 연구에서는 항공기의 배면 비행 자세를 판단하기 위해 지구 타원체와 평면을 이루는 플랫폼 좌표계와, 항공기 무게 중심을 기준으로 가진 동체 좌표계를 이용하여 이상 자세 여부를 판단하고자 한다.
  • 본 기능은 전투기 추락사고의 주요 원인으로 지목된 버티고 상황 발생 시 조종사에게 경고 기능을 제공해주도록 하는 것이다. 기능 구현을 위하여 항공기 주임무 컴퓨터에 내장된 OFP 중 FC, IUFC, HUD OFP 개조가 요구된다.
  • 첫째, 지속적으로 발생하고 있는 전투기 추락사고 사례를 분석한 결과, 비행착각 현상에 빠지는 유형이 큰 비중을 차지하고 있음을 확인하였다. 이에 본 연구에서는 항공기 EGI 시스템에서 전송된 자세 정보를 활용하여 배면 비행으로 판단 시 조종사에게 경고 문자를 시현해주고자 하였다. 해외 사례를 살펴보면, Panic button 또는 Auto recovery system을 통하여 비상 상황 발생 시 항공기를 자동적으로 안정 상태로 회복시키는 기능이 구현되어 있다.
  • 현재 공군이 보유한 소프트웨어 개발 영역의 한계점은 있으나, 본 연구는 공군의 개발 능력 범위 내에서 조종사의 비행 안전을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하고자 하였다. 야간이나 악천후 속에서 HUD에 시현된 정보와 조종사의 판단에 의지하여 비행 임무를 수행해야하는 위험부담을 낮추고 비행 안전성을 높이기 위해 버티고 경고 기능 구현을 연구하였다.
  • 현재 공군이 보유한 소프트웨어 개발 영역의 한계점은 있으나, 본 연구는 공군의 개발 능력 범위 내에서 조종사의 비행 안전을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하고자 하였다. 야간이나 악천후 속에서 HUD에 시현된 정보와 조종사의 판단에 의지하여 비행 임무를 수행해야하는 위험부담을 낮추고 비행 안전성을 높이기 위해 버티고 경고 기능 구현을 연구하였다. 본 연구 결과를 바탕으로 다른 서브시스템과의 연계를 통하여 음성 경고 메시지 및 Panel 경고를 추가한다면 비행 안전성을 더욱 향상시킬 수 있을 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전투기 조종사가 이수해야할 훈련은? 전투기 조종사는 '비행환경 적응 교육 훈련(APT)'을 이수함으로써 악조건 속에서도 완벽하게 임무를 수행할 수 있도록 능력을 향상시키고 있다. 그러나 비행 시 가속도로 인해 인체 평형기관의 이상으로 'Vertigo(Spatial disorientation)' 현상에 빠지게 되어 추락하는 사고 사례가 발생하고 있다.
Vertigo현상의 원인은? 전투기 조종사는 '비행환경 적응 교육 훈련(APT)'을 이수함으로써 악조건 속에서도 완벽하게 임무를 수행할 수 있도록 능력을 향상시키고 있다. 그러나 비행 시 가속도로 인해 인체 평형기관의 이상으로 'Vertigo(Spatial disorientation)' 현상에 빠지게 되어 추락하는 사고 사례가 발생하고 있다. 이러한 비행착각에 빠지는 전투기 추락 사고는 국내 외를 불문하고 빈번하게 발생하고 있다.
Spatial disorientation이란? ‘버티고’의 정확한 영어명은 ‘Spatial disorientation’이다. 이는 비행 시 작용하는 가속도로 인해 강한 중력이 걸림으로써 인체 평형기관의 감각을 그대로 받아들여 생기는 현상으로, 실제 자세와 조종사가 받아들인 자세 사이에 차이가 발생하는 현상을 말한다[3]. 이러한 현상이 발생하면 조종사는 전투기가 뒤집혀 있어도 정상적인 자세로 착각하게 된다.
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참고문헌 (17)

  1. EK You, JM Kim, CW Oh, HS Jin, and KJ Kim, "Unintended Bombing prevention function implementation of the Air-to-Ground weapon release for the TA-50", Journal of Korea Air Force Academy, Vol. 67, No. 2, pp. 163-184, Dec 2016. 

  2. DH Kim, "A Human Factors Approach for Aviation Safety", Journal of the Ergonomics Society of Korea, Vol. 36, No. 5, pp. 467-484, 2017. 

  3. Kent K. Gillingham, "The spatial disorientation problem in the united states air force", Journal of Vestibular Research, Vol. 2, pp. 297-306, 1992. 

  4. Yonhap News Agency, "Japan, F-35A Fighter Crash Resumes Flight in 4 Months", 1 Aug 2019. Electronics and Telecommunications Trends, Vol. 140, pp. 20-28, 30 Apr 2013. 

  5. EK You, and HJ Kim, "Implementation of CEI frequency operation function in IMDC for FA-50 aircraft", Journal of the Korea Society of Computer and Information, Vol. 23, No. 1, pp. 1-7, 23 January 2018. 

  6. BH Kim et al., Trends in Avionics Operating System Technology. 

  7. EK You, CG Bae, and HJ Kim, "Implementation of OFP initialization function in IMDC for FA-50 aircraft", Journal of the Korea Society of Computer and Information, Vol. 24, No. 2, pp. 111-118, Feb 2019. 

  8. KAI, Computer Program Development Specification for the FA-50 FC OFP, 1 Jan 2019. 

  9. KAI, Computer Program Development Specification for the FA-50 HUD OFP, 1 Jan 2019. 

  10. KAI, Computer Program Development Specification for the FA-50 MFDS OFP, 1 Jan 2019. 

  11. KAI, Computer Program Development Specification for the FA-50 IUFC OFP, 1 Jan 2019. 

  12. KAI, Avionics System User Manual for the FA-50 Program, 14 Dec 2012. 

  13. MJ Jung, SA Jang, KY Choi, JB Kim, and KS Yang, "A Study on Algorithm for Aircraft Collision Avoidance Warning", Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, Vol. 40, No. 2, pp. 515-522, 25 May 2012. 

  14. Peter C. Sinclair and Peter M. Kuhn, "Aircraft Low Altitude Wind Shear Detection and Warning System", Journal of Applied Meteorology and Climatology, Vol. 30, pp. 3-16, 1 Jan 1991. 

  15. D. B. Goldstein ed. Global positioning system wing(GPSW) systems engineering & integration interface specification, Global Positioning Systems Wing, Technical Report IS-GPS-200E, 2010. 

  16. GH Kim, CW Kim, CD Kee, and SJ Choi, "LEO Satellite Position and Velocity Coordinate Transformation Using GPS CNAV", Journal of advanced navigation technology, Vol. 17, No. 3, pp. 271-278, 2013 

  17. Robert A. Hawkins and Joseph A. Palomares, De-Orbiting Upper Stage Rocket Bodies Using a Deployable High Altitude Drag Sail, Aerospace Engineering Department, Jun 2012. 

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