혼합방식의 하중경감 기법

4.2.2 개회로 및 폐회로 하중경감 기법의 혼합 알고리듬

개회로 하중경감 기법을 사용할 경우 목표궤도에 오르기 위한 최종위치 및 최종속도에 도달하기 쉽지만, 받음각과 동압의 곱이 임계치보다 커지는 문제가 있었다. 반면, 폐회로 하중경감 기법을 사용할 경우에는 받음각과 동압의 곱이 임계치를 넘기지 않도록 잘 제어하지만, 최종위치 및 최종속도가 원하는 값에 못 미치는 것을 알 수 있었다. 즉, 임무수행 능력은 개회로 방식이 좋으며 비행 안정성은 폐회로 방식이 더 좋은 성능을 보인다. 이에 본 절에서는 개회로 및 폐회로 하중경감 기법의 단점을 보완하면서, 장점을 유지하기 위해 두 방식을 혼합하는 알고리듬을 제안하고자 한다.

개회로 하중경감 기법이 문제가 되는 이유는 최적화에 사용한 바람과 실제로 비행할 때의 바람이 다르므로, 최대 동압구간에서 구조적으로 위험이 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 최대 동압구간에서만 받음각을 줄이는 폐회로 방식의 유도기법을 사용하고, 초기유도와 종말유도는 개회로 방식의 유도기법을 사용한다면 각 방법의 단점을 보완할 수 있다. 즉, 개회로 하중경감을 이용해 얻은 궤적을 기준궤적으로 비행을 수행하다가, 최대 동압구간에서만 폐회로 하중경감 유도제어를 사용하는 것이다.

개회로 하중경감 기법은 평균바람에 대하여 궤적최적화를 수행하여 얻은 결과이기 때문에 바람이 없을 때의 기준궤적인 정상궤적에 비해 기준궤적으로 더 합당하다. 또한, 고도가 높을수록 공기밀도가 낮아져 동압이 감소하므로, 일정 고도에 오르면 더 이상 받음각을 제어할 필요가 없다. 따라서 종말 유도 구간에서는 다시 개회로 방식으로 얻은 기준궤적을 추종하도록 유도하는 것이 더 좋은 결과를 얻을 수 있다.

혼합 알고리듬은 총받음각과 동압의 곱이 2,000Pa-rad을 초과할 때 폐회로 기법으로 변환되며, 동압이 18,000Pa 보다 낮아지면 다시

개회로 기법으로 전환되도록 하였다. 그림 4.1은 혼합 하중경감 유도기법에 대한 전환 로직을 보여주고 있다.

그림 4.1 혼합 알고리듬

한편, 유도기법을 바로 전환할 경우 종말유도로 넘어가는 순간에 자세가 급격하게 변하여 받음각이 과도하게 커지는 문제가 발생한다. 따라서 10초에 걸쳐 두 기법에서 계산된 유도명령이 전환되도록 하여 받음각을 서서히 변하도록 하였다.