KR100257409B1 - 항공기 시뮬레이션 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 항공기 시뮬레이션 방법은, 사용자의 조작에 의한 시뮬레이션용 조정 제어 신호를 입력받아, 시뮬레이션될 항공기의 비행 제어 알고리듬을 실행하여 제어 법칙 데이터를 계산하는 단계를 포함한다. 또한, 시뮬레이션용 조정 제어 신호에 따라, 항공기 자체의 물리적 정보, 각 비행 조건에서 시뮬레이션될 항공기에 작용하는 공기의 역학적 정보, 각 비행 조건에서 항공기의 각각의 조종면의 유압 구동기에 작용하는 힌지 모멘트 정보, 및 항공기의 추진 정보를 구하여, 데이터 베이스 정보를 구축한다. 조정 제어 신호, 제어 법칙 데이터, 및 데이터 베이스 정보에 따라, 항공기의 시뮬레이션 알고리듬을 실행하여 시뮬레이션 결과 데이터를 발생시킨다. 또한, 발생된 시뮬레이션 결과 데이터를 영상 제어 신호로 변환시킨다. 그리고, 변환된 영상 제어 신호에 따라 시뮬레이션 결과를 디스플레이한다.
Description
본 발명은, 항공기 시뮬레이션 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 항공기의 비행 제어계 설계에 사용되는 항공기 시뮬레이션 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 항공기 시뮬레이션 방법은, 그 알고리듬이 매우 복잡하여 워크스테이션(workstation)급 이상의 컴퓨터에서만 수행이 가능하다. 이에 따라, 그 소프트웨어 및 하드웨어가 방대하여, 항공기 시뮬레이션 장치의 제조 비용이 높을 뿐만 아니라 그 사용법이 난해하다.
본 발명의 목적은, 그 소프트웨어 및 하드웨어의 규모를 줄일 수 있는 항공기 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 항공기 시뮬레이션 방법의 일 실시예에 의한 소프트웨어 모듈의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 항공기 시뮬레이션 장치의 일 실시예를 보여주는 구성도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
11, 12, 13...데이터 베이스 모듈들, 2...시뮬레이션 알고리듬,
4...디지털 신호 처리 보드, 5...마이크로프로세서,
6...VGA 보드, 7...모니터.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 항공기 시뮬레이션 방법은, (a) 사용자의 조작에 의한 시뮬레이션용 조정 제어 신호를 입력받아, 시뮬레이션될 항공기의 비행 제어 알고리듬을 실행하여 제어 법칙 데이터를 계산하는 단계;를 포함한다. 또한, (b) 상기 시뮬레이션용 조정 제어 신호에 따라, 상기 항공기 자체의 물리적 정보, 각 비행 조건에서 시뮬레이션될 항공기에 작용하는 공기의 역학적 정보, 각 비행 조건에서 상기 항공기의 각각의 조종면의 유압 구동기에 작용하는 힌지 모멘트 정보, 및 상기 항공기의 추진 정보를 구하여, 데이터 베이스 정보를 구축한다. (c) 상기 조정 제어 신호, 상기 제어 법칙 데이터, 및 상기 데이터 베이스 정보에 따라, 상기 항공기의 시뮬레이션 알고리듬을 실행하여 시뮬레이션 결과 데이터를 발생시킨다. (d) 발생된 시뮬레이션 결과 데이터를 영상 제어 신호로 변환시킨다. 그리고 (e) 변환된 영상 제어 신호에 따라 상기 시뮬레이션 결과를 디스플레이한다.
또한, 상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 항공기 시뮬레이션 장치는 디지털 신호 처리부, 마이크로프로세서, 영상 인터페이스 및 모니터를 포함한다. 상기 디지털 신호 처리부는, 사용자에 의한 시뮬레이션용 조정 제어 신호를 입력받아, 시뮬레이션될 항공기의 비행 제어 알고리듬을 실행하여 제어 법칙 데이터를 계산한다. 상기 마이크로프로세서는, 상기 조정 제어 신호를 처리하여 상기 디지털 신호 처리부에 입력시키고, 상기 조정 제어 신호 및 상기 디지털 신호 처리부로부터의 제어 법칙 데이터에 따라, 상기 항공기의 시뮬레이션 알고리듬을 실행하여 시뮬레이션 결과 데이터를 발생시킨다. 상기 영상 인터페이스는, 상기 마이크로프로세서로부터의 시뮬레이션 결과 데이터를 영상 제어 신호로 변환시킨다. 상기 모니터는, 상기 영상 인터페이스로부터의 영상 제어 신호에 따라 상기 시뮬레이션 결과를 디스플레이한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 항공기 시뮬레이션 방법에 따른 소프트웨어는 데이터 베이스 모듈들(11, 12, 13) 및 시뮬레이션 알고리듬(2)으로 대별된다.
데이터 베이스 모듈들(11, 12, 13)은, 메모리에 저장되어, 사용자의 조작에 의한 시뮬레이션용 조정 제어 신호(31)에 따라 지속적으로 갱신된다. 제1 데이터 베이스 모듈(11)은 시뮬레이션될 항공기 자체의 물리적 정보를 제공한다. 제2 데이터 베이스 모듈(12)은, 각 비행 조건에서 항공기에 작용하는 공기의 역학적 정보, 및 각 비행 조건에서 항공기의 각각의 조종면의 유압 구동기에 작용하는 힌지 모멘트 정보를 제공한다. 여기서, 공기의 역학적 정보는, 항공기의 모든 조종면들이 편향되지 않았을 때의 기본 공력 계수, 및 각 조종면의 편향각에 대한 공력 계수를 포함한다. 공기의 역학적 정보 및 힌지 모멘트 정보는, 시뮬레이션될 항공기에 대한 풍동 시험에 의하여 설정된 함수들에 의하여 구해진다. 힌지 모멘트 정보를 구하기 위하여 설정된 함수의 변수는, 비행 고도, 받음각(Angle of attack) 및 항공기의 각 조종면의 편향각에 상응한다. 여기서 받음각이란, 시뮬레이션될 항공기의 주익(主翼)이 바람 방향에 대하여 기울여져 있는 각도를 의미한다. 한편, 제3 데이터 베이스 모듈(13)은 시뮬레이션될 항공기의 추진(propulsion) 정보를 제공한다.
시뮬레이션 알고리듬(2)은, 시뮬레이션용 조정 제어 신호(31) 및 데이터 베이스 모듈들(11, 12, 13)로부터의 정보에 따라 시뮬레이션 결과 데이터를 발생시키는 기능을 한다. 시뮬레이션 알고리듬(2)의 실행에 의하여 발생된 시뮬레이션 결과 데이터(32)는, 영상 제어 신호로 변환되어 디스플레이된다. 시뮬레이션 알고리듬(2)은 형상 모듈(201), 동체축 모듈(202), 엔진 모듈(203), 구동기 모듈(204), 방정식 모듈(205), 감지 모듈(206), 출력 모듈(207), 제어 법칙(Control Laws) 모듈(208), 대기(大氣) 모듈(209), 착륙 모듈(210) 및 돌풍(gust) 모듈(211)을 포함한다.
제어 법칙 모듈(208)은, 시뮬레이션용 조정 제어 신호(31)를 입력받아, 시뮬레이션될 항공기의 비행 제어 알고리듬을 실행하여 제어 법칙 데이터를 계산한다. 시뮬레이션용 조정 제어 신호(31)는, 시뮬레이션용 조종 칼럼, 엔진의 트로틀 레버 및 이산 스위치들의 조작에 의하여 발생된다.
형상 모듈(201)은, 제1 데이터 베이스 모듈(11)의 실행에 의하여 산출된 물리적 정보에 근거하여, 시뮬레이션될 항공기의 무게, 무게중심 및 관성 모멘트를 구한다.
대기 모듈(209)은 항공기의 비행에 적용되는 대기 정보를 산출한다. 동체축 모듈(202)은, 제2 데이터 베이스 모듈(12)의 실행에 의하여 산출된 공기의 역학적 정보와, 형상 모듈(201)의 실행에 의하여 산출된 항공기의 무게, 무게중심 및 관성 모멘트 정보와, 대기 모듈(209)의 실행에 의하여 산출된 대기 정보를 처리하여, 시뮬레이션될 항공기의 동체축에 대한 힘과 모멘트를 계산한다.
엔진 모듈(203)은, 제3 데이터 베이스 모듈(13)의 실행에 의하여 산출된 추진 정보에 근거하여 엔진의 트로틀 레버로부터의 조정 제어 신호를 처리함으로써, 시뮬레이션될 항공기의 엔진의 추력 및 모멘트를 계산한다.
구동기 모듈(204)은, 제2 데이터 베이스 모듈(12)의 실행에 의하여 산출된 힌지 모멘트 정보에 근거하여, 제어 법칙 모듈(208)의 실행에 의하여 산출된 제어 법칙 데이터를 처리함으로써, 유압 구동기의 모델 정보를 발생시킨다.
착륙 모듈(210)은 시뮬레이션될 항공기의 착륙 장치에 작용하는 힘과 모멘트 정보를 산출한다. 돌풍 모듈(211)은 시뮬레이션될 항공기의 비행중에 발생될 돌풍의 모델 정보를 산출한다. 방정식 모듈(205)은, 구동기 모듈(204)의 실행에 의하여 산출된 유압 구동기의 모델 정보와, 동체축 모듈(202)의 실행에 의하여 산출된 동체축에 대한 힘과 모멘트 정보와, 착륙 모듈(210)의 실행에 의하여 산출된 힘과 모멘트 정보와, 돌풍 모듈(211)의 실행에 의하여 산출된 돌풍의 모델 정보를 처리하여, 시뮬레이션될 항공기의 운동 방정식을 설정한다.
감지 모듈(206)은, 방정식 모듈(205)의 실행에 의하여 산출된 운동 방정식에 따라, 시뮬레이션될 항공기의 오일러 각(Euler angle), 비행경로 각, 무게 중심 및 가속도를 계산한다.
출력 모듈(207)은, 감지 모듈(206)의 실행에 의하여 구해진 오일러 각, 비행경로 각, 무게 중심 및 가속도에 따라, 시뮬레이션 결과 데이터를 출력한다. 출력 모듈(207)의 실행에 의하여 출력된 시뮬레이션 결과 데이터(32)는, 영상 제어 신호로 변환되어 디스플레이된다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 항공기 시뮬레이션 장치는 디지털 신호 처리 보드(4), 마이크로프로세서(5), 영상 인터페이스로서의 VGA(Video Graphics Array) 보드(6)와 에뮬레이팅 소자(44), 및 20 인치(inch) PC(Personal Computer)용 모니터(7)를 포함한다. 마이크로프로세서(5)로서 인텔 팬티엄(Intel Pentium) 프로세서가, 그리고 VGA 보드(6)로서 시러스(Cirrus) 5434가 사용된다.
디지털 신호 처리 보드(6)는, 사용자에 의한 시뮬레이션용 조정 제어 신호를 마이크로프로세서(5)를 통하여 입력받아, 시뮬레이션될 항공기의 비행 제어 알고리듬으로 된 제어 법칙 모듈(도 1의 208)을 실행하여 제어 법칙 데이터를 계산한다. 마이크로프로세서(5)로부터의 조정 제어 신호, 및 디지털 신호 처리 보드(6)로부터의 제어 법칙 데이터는 ISA(Industry Standard Architecture) 버스를 통하여 전송된다.
마이크로프로세서(5)는, 사용자에 의한 시뮬레이션용 조정 제어 신호를 처리하여 디지털 신호 처리 보드(6)에 입력시키고, 조정 제어 신호 및 디지털 신호 처리 보드(6)로부터의 제어 법칙 데이터에 따라, 항공기의 시뮬레이션 알고리듬(도 1의 208이 포함되지 않은 2, 11, 12, 13)을 실행하여 시뮬레이션 결과 데이터를 발생시킨다.
VGA 보드(6)는, 마이크로프로세서(5)로부터의 시뮬레이션 결과 데이터를 영상 제어 신호로 변환시킨다. 모니터(7)는, VGA 보드(6)로부터의 영상 제어 신호에 따라 시뮬레이션 결과를 디스플레이한다.
조종 입력 장치(81, 82)는, 사용자의 조작에 의하여 조정 제어 신호를 발생시킨다. 조종 입력 장치(81, 82)는 조종 칼럼과 엔진의 트로틀 레버(81), 및 이산 스위치들(82)을 포함한다. 데이터 수용 보드(9)는, 조종 입력 장치(81, 82)로부터의 조정 제어 신호를 처리하여, 마이크로프로세서에 입력시킨다. 데이터 수용 보드(9)는 아날로그/디지털 변환 소자(91) 및 디지털 입출력 소자(92)를 포함한다. 아날로그/디지털 변환 소자(91)는 조종 칼럼 및 트로틀 레버(81)로부터의 아날로그 신호를 12 비트 단위의 디지털 신호로 변환시켜, 마이크로프로세서(5)에 입력시킨다. 디지털 입출력 소자(92)는 이산 스위치들(82)로부터의 이산 신호들을 인터페이싱하여, 마이크로프로세서(5)에 입력시킨다. 사용되는 디지털 입출력 소자(92)의 제품번호는 8255이다. 데이터 수용 보드(9)와 마이크로프로세서(5)는 ISA 버스를 통하여 서로 통신을 수행한다.
디지털 신호 처리 보드(6)에는, 디지털 신호 처리 소자(42), 이중 포트 램(41), 헤딩 소자(43) 및 스테이틱 램(45)이 실장된다. 디지털 신호 처리 소자(42)는 이중 포트 램(41)으로부터의 조정 제어 신호를 입력받아, 내장된 제어 법칙 모듈(도 1의 208)을 실행하여 제어 법칙 데이터를 계산한다. 이중 포트 램(41)에는 마이크로프로세서(5)로부터의 조정 제어 신호 및 디지털 신호 처리 소자(42)로부터의 제어 법칙 데이터가 일시 저장된다. 에뮬레이팅 소자(44)는 디지털 신호 처리 소자(42)의 출력 코드에 대한 신호 추적 및 디버깅(debugging)을 실행한다. 헤딩 소자(43)는 에뮬레이팅 소자(44)와 디지털 신호 처리 소자(42) 사이에서 인터페이싱을 수행한다. 에뮬레이팅 소자(44)와 헤딩 소자(43)는 JTAG 인터페이스에 따라 서로 통신을 수행한다. 스테이틱 램(Static Random Access Memory, 45)에는 디지털 신호 처리 소자(42)의 동작중에 발생되는 데이터가 일시 저장된다. 이에 따라, 신호 처리 속도가 향상된다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 항공기 시뮬레이션 방법 및 장치에 의하면, 그 소프트웨어 및 하드웨어의 규모를 줄일 수 있으므로, 항공기 시뮬레이션 장치의 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 그 사용법을 단순화시킬 수 있다. 또한, 워크스테이션급보다 더 낮은 PC급에서의 사용이 가능해진다.
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다.
Claims (8)
- (a) 사용자의 시뮬레이션용 조종 칼럼, 엔진의 트로틀 레버 및 이산 스위치들의 조작에 의하여 발생되는 시뮬레이션용 조정 제어 신호를 입력받아, 시뮬레이션될 항공기의 비행 제어 알고리듬을 실행하여 제어 법칙 데이터를 계산하는 단계;(b) 상기 시뮬레이션용 조정 제어 신호에 따라, 상기 항공기 자체의 물리적 정보, 각 비행 조건에서 시뮬레이션될 항공기에 작용하는 공기의 역학적 정보, 각 비행 조건에서 상기 항공기의 각각의 조종면의 유압 구동기에 작용하는 힌지 모멘트 정보, 및 상기 항공기의 추진 정보를 구하여, 데이터 베이스 정보를 구축하는 단계;(c) 상기 조정 제어 신호, 상기 제어 법칙 데이터, 및 상기 데이터 베이스 정보에 따라, 상기 항공기의 시뮬레이션 알고리듬을 실행하여 시뮬레이션 결과 데이터를 발생시키는 단계;(d) 발생된 시뮬레이션 결과 데이터를 영상 제어 신호로 변환시키는 단계; 및(e) 변환된 영상 제어 신호에 따라 상기 시뮬레이션 결과를 디스플레이하는 단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 항공기 시뮬레이션 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)에서,상기 항공기의 시뮬레이션 알고리듬이,(c1) 상기 물리적 정보에 근거하여, 상기 항공기의 무게, 무게중심 및 관성 모멘트를 구하는 단계;(c2) 상기 공기의 역학적 정보, 상기 항공기의 무게, 무게중심 및 관성 모멘트 정보를 처리하여, 상기 항공기의 동체축에 대한 힘과 모멘트를 계산하는 단계;(c3) 상기 추진 정보에 근거하여 상기 트로틀 레버로부터의 조정 제어 신호를 처리함으로써, 상기 항공기의 엔진의 추력 및 모멘트를 계산하는 단계;(c4) 상기 힌지 모멘트 정보에 근거하여 상기 제어 법칙 데이터를 처리함으로써, 상기 유압 구동기의 모델 정보를 발생시키는 단계;(c5) 상기 유압 구동기의 모델 정보, 상기 항공기의 동체축에 대한 힘과 모멘트 정보를 처리하여, 상기 항공기의 운동 방정식을 설정하는 단계;(c6) 상기 항공기의 운동 방정식에 따라, 상기 항공기의 오일러 각, 비행경로 각, 무게 중심 및 가속도를 계산하는 단계; 및(c7) 계산된 오일러 각, 비행경로 각, 무게 중심 및 가속도에 따라, 상기 시뮬레이션 결과 데이터를 출력하는 단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 항공기 시뮬레이션 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,구축된 데이터 베이스 정보가, 메모리에 저장되어, 상기 시뮬레이션용 조정 제어 신호에 따라 지속적으로 갱신되는 것을 특징으로 하는 항공기 시뮬레이션 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,상기 항공기에 작용하는 공기의 역학적 정보가,상기 항공기의 모든 조종면들이 편향되지 않았을 때의 기본 공력 계수; 및상기 각 조종면의 편향각에 대한 공력 계수;를 포함한 것을 특징으로 하는 항공기 시뮬레이션 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,상기 힌지 모멘트 정보를 구하기 위하여 설정된 함수의 변수가,상기 항공기의 비행 고도, 받음각 및 상기 항공기의 각 조종면의 편향각에 상응하는 것을 특징으로 하는 항공기 시뮬레이션 방법.
- 사용자에 의한 시뮬레이션용 조정 제어 신호를 입력받아, 시뮬레이션될 항공기의 비행 제어 알고리듬을 실행하여 제어 법칙 데이터를 계산하는 디지털 신호 처리부;상기 조정 제어 신호를 처리하여 상기 디지털 신호 처리부에 입력시키고, 상기 조정 제어 신호 및 상기 디지털 신호 처리부로부터의 제어 법칙 데이터에 따라, 상기 항공기의 시뮬레이션 알고리듬을 실행하여 시뮬레이션 결과 데이터를 발생시키는 마이크로프로세서;상기 마이크로프로세서로부터의 시뮬레이션 결과 데이터를 영상 제어 신호로 변환시키는 영상 인터페이스; 및상기 영상 인터페이스로부터의 영상 제어 신호에 따라 상기 시뮬레이션 결과를 디스플레이하는 모니터;를 포함한 것을 특징으로 하는 항공기 시뮬레이션 장치.
- 제6항에 있어서,사용자의 조작에 의하여 상기 조정 제어 신호를 발생시키는 조종 입력 장치; 및상기 조종 입력 장치로부터의 조정 제어 신호를 처리하여, 상기 마이크로프로세서에 입력시키는 데이터 수용부;를 더 포함한 것을 특징으로 하는 항공기 시뮬레이션 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부는,상기 비행 제어 알고리듬을 계산하는 디지털 신호 처리 소자; 및상기 마이크로프로세서로부터의 조정 제어 신호 및 상기 디지털 신호 처리 소자로부터의 제어 법칙 데이터가 일시 저장되는 이중 포트 램;을 포함한 것을 특징으로 하는 항공기 시뮬레이션 장치.
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