전자식 비행제어시스템(Fly-By-Wire Flight Control System)에 적용되는 헬리콥터의 제어법칙 설계 및 해석은 모델기반 설계기법(Model Based Design)을 사용하여 개발되고 있다. 모델기반 설계기법은 회전익뿐만 아니라 고정익, 무인항공기, 자동차 산업에서도 널리 사용되고 있다. 모델기반 설계기법은 핵심기술인 시뮬레이션과 자동생성코드를 이용하여 개발기간 단축 및 개발리스크 감소라는 장점을 제공한다. 본 논문에서는 FBW 헬리콥터 비행제어법칙의 자동생성코드에 대해서 체계적인 기능검증을 위한 프로세스를 개발하였다. 그리고 지식경제부 과제로 진행하고 있는 FBW 헬리콥터 개발에 적용하여 비행제어법칙 자동생성코드의 기능 검증을 수행 결과, 요구 조건을 충족하는 것으로 확인할 수 있었다.
우천, 안개 낀 날씨 및 먼지 등에 의해 시계가 확보되지 않는 비행 환경에서의 헬리콥터의 안정성(stability) 및 비행성(flying quality)을 향상시키기 위해 모델 역변환 제어(Model Inversion Control) 방식의 전자식 비행제어시스템(Fly-By-Wire Flight Control System)의 적용은 필수적이다. 선진 항공사인 미국의 Bell-Sikorsky사와 유럽 컴소시움인 NHI(NH Industries)사는 FBW 비행제어시스템을 V-22와 NH-90의 헬리콥터 양산에 적용한 바 있다. 본 논문에서는 BO-105 모델을 기반으로 CONDUIT(Control Designer's Unified Interface)을 활용하여 제자리 비행영역에서 모델 역변환 비행제어법칙을 설계하였으며, 헬리콥터 비행조종성 국제규격인 ADS-33E-PRF을 기준으로 평가하였다. 설계된 비행제어법칙을 CONDUIT과 HETLAS(HElicopter Trim Linearization And Simulation)를 기반으로 평가한 결과, ADS-33E-PRF에서 제시하고 있는 예측 조종성(predicted handling quality) 규격에 대해 비행조종성 Level 1을 만족시킬 수 있었다.
To have the competitiveness in the future worldwide small aircraft market, we should be able to develop the aircraft which is highly safe, easy to fly, and having excellent flight characteristics. FBW(Fly-By Wire) system is essential for the enhancement of flight safety and control easiness. FBW system that has been applied only to the modern fighter and transport aircraft is recently applied to smaller aircraft such as regional aircraft, business aircraft and even small aircraft. The purpose of this research includes the development of flight control computer, the definition of FBW system component, the design concept of each component for redundant management, OFP(Operational Flight Program) development, FBW system integration and HILS(Hardware In-the Loop Simulation) verification environment to test this FBW system.
전투기에 처음 적용되었던 Fly-By-Wire (전자식 비행제어) 시스템은 여러 가지 장점으로 인해 까다로운 인증과정을 거쳐 민간 항공기에까지 적용되었고, 최근에는 소형제트기까지 적용 범위가 확장되고 있으며 미래에는 대부분 Fly-By-Wire 항공기가 주를 이룰 것으로 전망된다. 본 논문에서는 대형여객에서 소형제트기까지 민간 항공기에 적용되는 Fly-By-Wire 시스템의 구성 및 특성 등에 대하여 기술 하였다. 특히 비행조종컴퓨터 다중화 방안과 데이터 통신 버스, 조종면 작동기, Fly-By-Wire 시스템을 통하여 적용되는 제어 법칙 등에 대한 기술 개발 동향에 대해 고찰하였다.
This paper deals with recent research cases and directions of Fly-By-Wireless (FBWLS) flight control technology. FBWLS is a new type of flight control system technology with the aim of solving the problems mainly caused by the increasing amount of wires in aircraft to which Fly-By-Wire (FBW) technology applies. Therefore, in FBWLS flight control system the wired communication system is replaced with a wireless communication system. Currently the FBWLS flight control technology is at an initial development stage and thus this paper surveys deals with the cases in the viewpoint of technology feasibility. In this context, this paper analyzes technology that needs further studies to secure the reliability, stability and accuracy to the similar level of the corresponding FBW system. Since the major problems of FBWLS technology are packet losses and time delays so that this paper suggests the research direction of wireless communication protocol selection, optimization of wireless communication network and controller design considered communication environment.
최근 개발된 항공기는 대부분 디지털 Fly-By-Wire(FBW) 혹은 광신호를 사용하는 Fly-By-Light(FBL) 시스템을 사용하고 있다. 이러한 시스템들은 조종사의 직접 조종으로는 불가능하거나 어려운 복잡한 임무의 수행, 비행범위 확장, 신뢰성 향상 등의 장점을 가지고 있다. FBW 기술을 적용한 비행제어기술이 발전됨에 따라 운항 시 안정성 확보 및 보다 효율적인 임무수행을 위해 비행영역(Flight Envelope) 보호의 개념이 항공기 설계에 있어 중요한 문제로 부각되고 있다. 본 논문에서는 dynamic trim 알고리즘, peak response estimation, 제어이득 스케쥴링 등의 방법을 이용해서 항공기의 비행영역 보호를 수행하고, 각 방법의 성능을 비교하여 최적의 제어기를 설계하는 연구를 수행하였다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제12권3호
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pp.241-251
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2011
Most large commercial aircrafts and high performance military aircrafts use fly-by-wire (FBW) or fly-by-light systems to improve their controllability, comfort, and safety. A flight envelope protection technique is used with flight control systems utilizing the FBW technique. Such flight envelope protection systems prevent these aircraft from exceeding the structural/aerodynamic limits and control their surface limits. This is accomplished by predicting the values of the future state variables and adaptively compensating the control action. In this study, the conventional dynamic trim algorithm of the flight envelope protection is modified to increase the method accuracy and to handle cases with multiple variables. Numerical simulation is also performed to verify the performance of the proposed method.
An autothrottle module for small jet aircraft Fly-By-Wire system was developed. The autothrottle was designed to be composed of DC geared motor and electro-magnetic clutch that enables smooth manual/auto switching. A controller was designed for simple position control using ON/OFF control method with a commercial motor driver. The autothrottle developed was installed in the cockpit mockup and interfaced to the flight control computer for the HILS test. The performance test proved that the throttle lever follows well the command signal from the flight control computer.
The paper presented here covers the work associated with the flight control law design, ground based and in flight simulation and handling qualities assessment of the Fly-by-Wire type Aircraft (FBWA). The control law was designed for the most unstable aircraft configuration flight regime for the target aircraft (FBWA). The ground based simulation including math-model, real-time pilot-in-the-loop and iron bird simulation were used for validation of the control law before the experimental in-flight simulation on the IFS (In.Flight-Simulator) aircraft. The flight tests results showed that Level 1 handling qualities for the most unstable flight regime were achieved.
내장형 소프트웨어 기술이 항공 및 방위산업과 같은 안전-필수 시스템에 적용됨에 따라 보다 높은 소프트웨어의 신뢰성이 요구되고 있다. 그 중에서 소프트웨어의 무결성은 주로 정적 분석 도구를 이용해 검증이 이뤄지고 있으며 최근에 개발된 정적 분석 도구는 수학적인 분석 방법을 통해 코드의 무결성을 평가하고 있다. 본 연구에서는 정형 검증 도구인 Polyspace를 이용해 자동코드의 결함을 검출하고, 코딩규칙의 준수 여부를 검증하였다. 검증된 결과를 바탕으로 결함을 가진 제어법칙 모델을 수정하여 코드 생성 이전의 원천적인 결함을 제거 가능함을 확인하였고 FBW 헬리콥터 제어법칙 자동생성코드의 무결성을 확보 할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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