Ⅳ
60
유도 항법 제어 기술 2.
대상 비행체로 고정익 회전익 유인 무인 항공기 미사일 발사체와 인공위성에 대해 항/ , / , /
○
법 유도 제어 분야에 대한 기술을 분류하고 분석함/ /
항법 유도 제어 분야 기술을 다음과 같이 대략적으로 분류할 수 있음/ /
○
비행제어시스템 개발기술 모든 비행체
FBW(Fly-by-Wire) ( )
•
자율비행제어 (Autonomous Flight Control) 법칙 설계기술 무인기( )
•
위성체 궤도 및 자세제어시스템 개발기술 위성체( )
•
개발을 통해 및 검증기 사업을 통해 비행제어시스템 관련 기술이 선진국
T-50 FBW
○
수준의 80%에 도달한 것으로 판단됨 또한 무인기의 자율비행제어 관련 기술은 선진. , 국에 비해 많이 뒤떨어져 있는 상태임
다목적위성 1-3호의 개발을 통해 위성체 궤도설계 및 자세제어기 분야에서는 핵심
○
부품을 제외하고 독자 설계가 가능할 정도의 수준에 이르고 있음
유도 항법 제어 분야의 선진국 수준의 기술 성숙단계에 접어들기 위해서는/ / 항공선진
○
국에서 추진하고 있는 유도제어 및 자율비행 알고리듬 개발과 고장 및 오류 시 성능 과 안전성을 보장하는 신뢰도 향상 알고리듬 개발에 중점을 두어야 할 것임
국내의 제한된 인적 기술적 자원을 최대한 활용하기 위해서는 전문가 그룹의 DB를
○
구축하고 협업이 가능한 시스템 구축이 필요하며 각 비행체별 관련 알고리듬 개발의, 선행연구가 체계적으로 이루어져야 함
상에서 구축 연구협력 툴 구축 자료공유 및 결과 관
Korea Aerospace-Net DB , , DB
○
리 등을 구현함으로써 이를 효과적으로 달성할 수 있을 것으로 사료됨
기술 현황 2.1
가. FBW 비행제어시스템 (Fly-by-Wire Flight Control System) 개발기술
는 비행제어의 핵심
“Fly-by-Wire/Light”
○
비행제어 알고리즘을 구현하기 위한 비행제어컴퓨터의 하드웨어 및 소프트웨어와 비
○
행관련 센서 및 작동기 시스템으로 구성 그림( 4-3 참조)
국내 우주항공 기술 현황 .
Ⅳ
61 그림 4-3 FBW 비행제어시스템 구성
의 중점사항은 돌발 상황에서도 비행성과 신뢰성을 유지하는데 있음 비행성은
FBW .
○
관련 센서 및 작동기의 성능과 비행제어 알고리즘과 관련이 있으며 신뢰성은 급변하, 는 환경 및 고장 시에도 비행성능을 유지하는 비행적응 능력과 다중구조의 다중화 관 리(Redundancy Management), BIT(Built-in- Test) 및 지상시험기법 등에 기인함
비행제어시스템 개발기술은 크게 설계기술과 시험 평가기술로 구별 상세 소요
FBW / .
○
기술 아래와 같이 분류할 수 있음
▣
FBW 비행제어시스템 소요기술① FBW 비행제어시스템 설계기술 -1.
① 비행제어컴퓨터 H/W 개발기술
• 비행제어컴퓨터 H/W 설계기술
- 고속 컴퓨팅 기술 (High-speed Computational Capability) - 전자파 간섭 면역기술 (EMI Immune Flight Control) - FBL(Fly-by-Light) 기술
• 센서 시스템 개발기술
- 대기정보컴퓨터(Air Data System) 설계기술 - 고 정밀성 신뢰성 센서 개발기술/
• 작동기 시스템 개발기술
- 고 정밀성 신뢰성 작동기 개발기술/
국내 우주항공 기술 현황 .
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62 -2.
① 비행제어컴퓨터 S/W 개발기술
• OFP(Operational Flight Program) 개발기술 - 실시간 실행관리(Real-Time Executive)
- 결함허용 다중화(Redundancy Management) 알고리듬 개발기술 - 자기진단(Built-in-Test) 알고리듬 개발기술
• 비행제어법칙 설계기술
- 안정성 조종성 증대 및 자동조종 제어법칙 설계기술/
- 조종사 유발 진동(PIO: Pilot Induced Oscillation) 해석기술 - 자동착륙 유도제어법칙 설계기술
• 내 고장성 제어기술
- 고장 검출 및 분리(Fault Detection and Isolation) 기술 - 재형상 재구성 및/ Self-repairing 제어시스템 설계기술 -3.
① 통합비행제어장치 개발기술
• 능동제어 기술
• 추력편향이용 비행제어 기술 - 고 받음각 비행제어 기술
② FBW 비행제어시스템 시험 및 평가 기술 -1.
② 비행성 분석 시뮬레이터 개발기술
• 비행 시뮬레이터 설계기술 - 실시간 시뮬레이션 기술 - 영상 및 음향 효과 개발기술 - 시뮬레이터용 조종석 설계기술
• Hot Bench 시스템 개발기술
• Hardware-in-the-loop Simulation (HILS) 개발 및 운용기술
• FBW 비행제어시스템 Test Station 개발기술
• Man-in-the-loop Simulation (MILS) 개발 및 운용기술
• 비행성(Handling Quality) 평가 기술 -2.
② In-Flight 시뮬레이션 기술
• In-Flight 시뮬레이터 개발기술
▣
국외기술현황기술은 미국과 같은 항공 선진국에서는 현재 실용화하여 최신 전투기 FBW
○
및 상용 여객기에 적용하고 있음 (Advanced Tactical Fighter)
의 응용 인 비행제어법칙은 현재까지는 고전제어기법을 사용하여 설계되고 FBW S/W
○
구현되어 있음 선진국의 이 분야에 대한 연구는 급격히 변화하는 비행환경이나 고장. 이 발생할 때에도 항공기가 최적의 조건으로 정상 비행이 가능하도록 하는 비행제어
국내 우주항공 기술 현황 .
Ⅳ
63 시스템 개발에 주안점을 두고 있음 이를 위해 강건제어 이론 신경회로망 이론 적응. , , 제어 이론 등 최신 제어이론을 이용하여 비행제어시스템을 개선하고자 하는 연구를 활발히 수행하고 있음
미 공군과 보잉사가 공동으로 수행하고 있는 RESTORE/SAFE (Reconfi- gurable
○
Flight Control System for Tailless Aircraft / Self Adaptive Flight Control 프로그램에서는 꼬리날개가 없는 비행체에 대해 온라인으로 재형상이 Experiment)
가능한 비행제어 설계에 대해 연구하고 있음 그 하나의 후보로 신경회로망 기반의. 적응제어법칙을 채택하여 꼬리날개가 없는 무인 항공기 X-36에 적용하여 재형상 및 자율적응 능력의 실용 가능성 및 효용성을 평 (Reconfiguration) (Self Adaptive)
가하였음
또한 보잉사에서는 개발하고 있는 모든 비행체 항공기 헬리콥터 미사일 유도폭탄, ( , , ,
○
등 에 적용할 수 있는 강건한 적응제어법칙 개발을 위한) RACE (Robust Adaptive 프로그램을 진행하고 있음
Controller Experiment)
그 외에 보잉사에서는 C-17을 이용하여 비행안전 향상을 위한 IDACS (Integrated
○
연구를 추진하고 있음 이 프로그램에서는 Data Acquisition and Control Systems) .
항공기의 비행 안정성과 조종성 등 비행 안전과 관련된 예기치 않은 고장이나 결함, 발생에도 비행의 안전을 보장하는 비행제어시스템 개발을 목표로 하고 있음
프로그램에서는 스텔스 기능 X-39 FATE(Future Aircraft Technology Experiment)
○
의 극대화를 위한 복합재 구조와 Inlet 설계에 대한 연구뿐 아니라, Fly-by-Light를 적용한 Photonic Vehicle Management System, Electric Actuator, Self-Adaptive
에 대한 실용 가능성을 연구하였음 Flight Control
그 외에도 미국 내 연구기관에서 보유하고 있는 In-Flight 시뮬레이터를 통한 새로운
○
개발대상 항공기 비행제어법칙 검증을 상시적으로 수행하고 있음
통합비행제어와 관련된 높은 받음각에서의 기동성을 위한 추력벡터링도 X-31
○
프로그램을 통해 축 Enhanced Fighter Maneuverability Demonstration ('82~'95) 2 추력벡터 제어의 실용화 가능성을 보인 후 현재에는 최신의, Strike Fighter에 적용 하고 있음
또한 높은 받음각에서의 안정적인 기동을 위해 스마트 엑츄에이터를 이용하여 비행,
○
기의 Forebody Vortex를 제어하는 실험도 기존의 항공기를 이용한 실험을 병행하고 있음
국내 우주항공 기술 현황 .
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64
무장발사와 관련하여서는 유인기의 경우에 정밀 무장발사 및 투하 시 요구되는 기동
○
요구성능이 주어지고 이를 만족하도록 비행제어 시스템이 설계되고 있음. 아직까지 는 무인기의 공격능력에 맞추어 자동화된 무장발사 비행제어 통합시스템은 연구가 진/ 행되고 있지 않음
▣
국내기술현황국내의 경우는 현재 한국항공우주산업 주 에서( ) T-50 초음속 훈련기를 개발하여 시험
○
비행 중에 있음. T-50 항공기에는 미국 Lockheed Martin에서 개발한 FBW 비행제 어 컴퓨터가 장착되어 있음 이 프로젝트를 통해. FBW에 적용하는 비행제어법칙 설계 능력과 제어알고리듬 평가능력을 일부 보유하게 되었음 그러나. FBW의 비행제어컴퓨 터 하드웨어와 소프트웨어인 OFP의 설계능력과 OFP의 검증 및 제어시스템 전체에 대한 시험평가 능력은 보유하고 있지 못함
한편 국방과학연구소에서는 비행기의, FBW에 적용할 수 있는 디지털 비행제어컴퓨터
○
개발연구 를 통해 실험적으로 프로토타입을 넥스원 구
(DFLCC) (‘97~‘00) DFLCC LIG (
이노텍 을 통해 제작하여 시험평가를 수행하였음 이 과정에서 비행기의 시
LG ) . FBW
스템 평가에 필수적인 HILS(Hardware-in-the-Loop Simulator) 장비를 갖추었으며, 의 하드웨어 설계 및 설계 검증 기술을 일부 보유하게 되었으나 실용화
DFLCC OFP , ,
단계에는 이르지 못하고 있음 러시아의. In-Flight 시뮬레이터를 이용한 비행제어법칙 검증을 수행한 경험이 있음 그림( 4-4 참조)
학계에서는 국방과학연구소의 위탁연구를 통해 다중화 알고리듬 고장 검출 및 분리,
○
알고리듬 그리고 재형상 제어법칙 연구를 수행하여, HILS 시험을 통해 실용화 가능성 을 입증하고 있음
국방과학연구소에서는 응용연구를 통해 T-50 비행제어컴퓨터를 교체할 수 있는
○
된 비행제어컴퓨터를 및 넥스원과 함께 개발하여 비행시험을 Upgrade FBW KAI LIG
앞두고 있음
무장 및 추력편향과 연계된 비행제어 연구는 국내에서는 학계에서 시뮬레이션 모델을
○
통한 비행제어 알고리듬 연구에 국한되어 있고 실제 시스템 개발은 아직까지 전무한 상태임
국내 우주항공 기술 현황 .
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65 그림 4-4 공중 모의비행 시험장비 (In-Flight Simulator) 구성
나 자율비행제어. (Autonomous Flight Control) 법칙 설계기술
자율비행제어는 무인기의 자율비행을 위한 항법 및 유도법칙임
○
자율비행 능력에는 단순한 비행체의 자동비행조종 능력 뿐 아니라 전장상황에서 상,
○
황인식 판단에 기초한 자율적인 충돌회피 지형추종 및 회피 공격기동 유 무인기 협/ , , , / 동비행 등과 같이 운행 중에 비행환경에 따라 능동적으로 비행계획을 변경할 수 있는 알고리듬을 포함함
자율비행 제어법칙 설계기술은 무인기 단독의 자율비행과 관련된 유도제어부문과 두
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대 이상의 또는 유 무인기 협동비행과 관련된 유도제어부문으로 구별함/
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자율비행제어 소요기술① 자율비행 유도제어 알고리듬 개발기술
① 자율비행 유도제어 알고리듬 개발기술