3줄요약

1. KF-X에 적용할 최신 비행제어법칙(FBW;Fly-By-Wire) 개발

2. 테스트 결과 잘됨

3. 양산기로서는 F-35 이후 2번째로 적용되는것

FBW (Fly-By-Wire) 비행제어계통 제어법칙 설계는 전투기가 운용하는 전비행영역(flight envelop)에서 우수한 성능이 보장될 수 있도록 대상 항공기에 적절한 안정성 및 비행성 을 부과하는 작업이다. 일반적으로 현대의 전투기는 저피탐성(stealth)과 고기동성을 동시에 만족하기 위하여, 정적으로 불안정한 형상(Relaxed Static Stability, RSS)을 갖도록 설계된다. 따라서 최근 개발되고 있는 고성능 항공기는 불안정하게 설계된 항공기에 안정성(stability)을 보장하고 임무에 적합한 비행성(flying qualities)을 만족하기 위하여, 고도로 발달된 디지털 제어기술에 의한 디지털 FBW 비행 제어계통을 탑재하고 있다.

동적 모델역변환 제어는 항공기의 동역학을 비행제어법칙에 삽입하여 항공기의 동역학적 특성을 제거하고, 설계자가 요구하는 동특성을 갖게 하여 비행성 및 조종성을 향상시킬 수 있는 제어법칙 설계방법이다. 항공기의 비행제어시스템의 실시간 요구조건 및 다양하게 요구되는 항공기의 상태정보 등의 이유로, 1995년 이전까지는 비선형 동적 모델역변환 제어이론을 항공기에 적용하는 것에는 한계가 있었다. 그러나 F-35의 개발사례에서 볼 수 있듯이, 비행제어컴퓨터의 계산처리량, 메모리(memory) 및 저장공간(storage)을 효율적으로 사용하고, 이와 더불어 비행성을 만족할 수 있는 방식을 개발함으로써, 비선형 동적 모델역변환 제어 이론을 운용 항공기에 적용 가능하다.

평가영역에서 축 별로 입력한 조종명령에 대한 항공기의 조종 안정성은 기존의 제어법칙과 비교하여 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 축간의 운동특성은 기존의 제어법칙과 비교하여 비선형 동적 모델역변환 제어의 특성이 연계현상을 제거하여 상당히 안정된 특성을 나타내었다. 특히, 방향 축 조종명령에 대한 롤 연계현상을 상당히 감소시킴으로써 조종사가 사용하는 롤 조종간 명령을 줄여 조종사의 조종 부담을 감소시키는 것으로 나타났다. 아울러 360° 롤 기동에서는 옆미끄럼각의 발생이 다소 안정적이었으며, 종축으로의 연계특성이 개선되는 것으로 나타났다. 조종성 평가 기동인 피치 및 롤자세각 포착(pitch & roll attitude capture) 기동에서는 자세각 포착 능력 측면에서는 기존의 제어법칙과 동등한 결과한 얻어 비행성 수준 1을 만족시킬 수 있었다. 전체적인 평가 결과를 고려해 볼 때, 비선형 동적 모델 역변환 제어는 다음과 같은 이점이 있는 것으로 판단이 된다.

첫째, 고등훈련기의 기본 제어법칙은 상당한 기간 동안 수천 쏘티의 비행시험을 통해 성숙도를 높인 결과인 반면, 본 연구에서 제안한 비선형 동적 모델역변환 제어는 단기간에 걸쳐 설계한 것인데 동일한 수준 이상의 비행성을 만족시킬 수 있다. 이는 비선형 동적 모델역변환 제어 방식은 일관(consistent)되고, 예측가능(predictable)한 방식으로, 비반복적인 엔지니어링 개발비용(nonrecurring engineering development cost)을 줄일 수 있을 것으로 예상된다.

둘째, 비선형 동적 모델역변환 제어방식은 상당히 구조가 간략함으로써 엔지니어링 과정에서 발생할 수 있는 실수를 줄일 수 있다.

셋째, 구조적으로 모듈화(modularity) 되고 독립적(independent)임으로써, 모듈별로 병행 개발이 가능하고, 타 기종의 항공기에 쉽게 이식이 가능함으로 충분한 확장성(extendability)을 갖추고 있다.

본 연구를 통하여, 해외의 고기동 전투기에 적용되고 있는 비선형 동적 모델역변환 제어를 독자적으로 설계 및 항공기 비선형 모델에 적용하여, 기존 제어법칙보다 향상된 성능을 확보할 수 있었다. 이를 통하여 고기동 전투기 내부 루프 제어법칙의 독자적인 설계 기술을 확보할 수 있었다. 본 연구에서는 항공기 탑재를 위해 간략화된 비선형 동적 모델역변환 제어 구조를 개발하고, 실시간 조종사 평가 를 통해 개발된 제어법칙의 성능을 검증하였다. 향후 계획으로는 OBM 모델 간략화, Least Square 방식의 OBM 설계를 통해 탑재장비의 저장공간을 효율적으로 활용할 수 있는 방안을 연구할 계획이다. 이와 더불어 비행운영 영역에 따라 제어면을 효과적으로 활용하고, 제어면의 고장에 대처하여 안정성을 확보할 수 있도록 제어력 할당 알고리즘을 개선할 계획이다.

출처 : 고기동 전투기 비선형 동적 모델역변환 제어법칙 개발

올해 11월까지 진행되는 KF-X 비행제어 기술실증의 일환으로, 자동지형추적(ATF), 자동경로항법(ARN), 자동회복(PARS), 자동지상충돌 회피(AGCAS)와 시스템 안전 모니터(SWIM)를 기 검증된 FA-50 시제기에 추가 구현하여 검증하는 과제야. 모델 역변환 제어 기술은 시뮬레이션 평가 결과에 따라 추가 반영한다고 했는데 잘 개발하고 있는듯. 만약 KF-X에 적용된다면 양산기로서는 F-35 이후 두번째로 적용되는게 되네.