KR100298260B1 - Method for controlling angle of attack of airplane - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 항공기의 받음각(attack angle) 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling an attack angle of an aircraft.
비행중인 항공기는 항상 날개의 양력을 적절히 유지해야만 한다. 만약 일순간 양력을 잃게 되면, 항공기는 실속(失速: stall)에 빠지게 되어 추락할 위험성이 있다. 이와 같은 양력은 받음각에 따라 변하므로, 실속 방지를 위하여 일정 범위 이내로 받음각을 유지해야 한다.Aircraft in flight must maintain proper wing lift at all times. If you lose momentary lift, the aircraft will stall and risk falling. Since the lift force changes according to the angle of attack, the angle of attack must be maintained within a certain range to prevent stall.
도 1 에는 종래의 항공기의 받음각 제어 방법이 도시되어 있다. 도 1 을 참조하면, 항공기(108)의 현재 받음각이 피드백되지 않은 상태에서 승강타의 변위각( δe)이 제어된다. 가감산부(112)에서, 항공기(108)의 피치 각속도(q)와 피드백 이득(Kq)(110)의 곱(Kq · q)은, 수직 과부하( △nz)와 그 이득(Knz)(111)의 곱(Knz · △nz)과 합산된다. 가감산부(104)는, 이 합산된 값(Kq · q + Knz · △nz)에서 조종 칼럼의 현재 변위( δcc)(101)와 변환 이득(Kccn)(103)의 곱(Kccn · δcc)을 뺀다. 즉, 가감산부(104)의 출력(C*)은 아래의 수학식 1에 따라 구해진다.1 is a view illustrating a control angle of attack of a conventional aircraft. Referring to FIG. 1, the displacement angle δ e of the elevator is controlled in a state in which the current angle of attack of the aircraft 108 is not fed back. In the addition and subtraction unit 112, the product (Kq · q) of the pitch angular velocity q of the aircraft 108 and the feedback gain Kq 110 is equal to the vertical overload Δnz and the gain Knz 111. It is added up with the product (Knz · Δnz). The addition and subtraction unit 104 multiplies the current displacement (δ cc ) 101 of the steering column and the conversion gain (Kccn) 103 from this summed value (Kq · q + Knz · Δnz) (Kccn · δ cc). Subtract). That is, the output C * of the addition subtraction unit 104 is obtained according to Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
C*= Kq · q + Knz · △nz - Kccn · δcc C * = Kq q q Knz Δnz-Kccn δ cc
가감산부(104)의 출력(C*)은 피드백 비례 이득(KFB)(105) 및 비례적분 이득(1 1/S)(106)에 곱해진다. 즉, 비례적분 출력은 C*·KFB·(1+1/S)이다. 여기서, S는 라플라스 연산자를 나타낸다. 가감산부(107)에서는, 피치 각속도(q)와 댐퍼 이득(Kdamp)(109)의 곱(Kdamp· q)과 비례적분 출력(C*· KFB· (1 + 1/S))을 합산한 후, 조종 칼럼의 현재 변위( δcc)(101)와 피드포워드(feed-forward) 이득(KFF)(102)의 곱(KFF·δcc)을 감산한다. 즉, 가감산부(107)로부터 출력되는 승강타의 변위각(δe)은 아래의 수학식 2에 따라 구해진다.The output C * of the additive subtraction unit 104 is multiplied by the feedback proportional gain K FB 105 and the proportional integral gain 1 1 / S 106. That is, the proportional integral output is C * KFB (1 + 1 / S). Where S represents the Laplace operator. In the addition / subtraction unit 107, the product of the pitch angular velocity q and the damper gain K damp 109 (K damp q) and the proportional integral output C * K FB (1 + 1 / S) are obtained. after summing, it subtracts the product (K cc FF · δ) of the current displacement of the steering column (δ cc) (101) and the feed-forward (feed-forward) gain (K FF) (102). That is, the displacement angle δ e of the elevating rudder output from the add / subtract unit 107 is obtained according to the following expression (2).
[수학식 2][Equation 2]
δe= C*· KFB· (1+1/S) + Kdamp· q - KFF· δcc δ e = C * · K FB · (1 + 1 / S) + K damp · q - K FF · δ cc
상기와 같은 받음각 제어 알고리즘에서는, 항공기(108)의 현재 받음각(α)이 피드백되지 않으므로, 제어의 정확도가 떨어질 수 있다.In the angle of attack control algorithm as described above, since the current angle of attack α of the aircraft 108 is not fed back, the accuracy of the control may be reduced.
도 2 에는 도 1 의 제어 방법에 추가되는 로드 필 시스템(load feel system)이 도시되어 있다. 도 3 은 도 2 의 시스템에서 조종 칼럼의 변위( δcc)에 따라 걸리는 힘(Fcc)의 관계가 도시되어 있다. 도 2 및 3 을 참조하면, 조종 칼럼(21)의 하부와 지지대(24) 사이에 설치된 스프링(23)은, 현재 받음각에 비례하는 힘(Fcc)으로 조종 칼럼(21)의 진행 방향과 반대 방향으로 조종 칼럼(21)을 당기도록 설계되어 있다. 조종사가 조종 칼럼(21)의 손잡이를 밀면, 조종 칼럼(21)은 회전 중심대(22)를 기준으로 회전한다. 이때, 조종 칼럼(21)의 하부가 원점에서 최대 이동거리( δccmax)까지 이동하는 데에 가해지는 힘은, Fcc1부터 Fcc2의 범위에서 소정의 기울기로 조종 칼럼의 변위( δcc)에 비례한다. 이에 따라, 조종사는 가중되는 힘에 의하여 현재 받음각이 실속 받음각보다 작은 경계 받음각에 이르렀는지를 느낄 수 있다.FIG. 2 shows a load feel system added to the control method of FIG. 1. FIG. 3 shows the relationship of the force Fcc applied according to the displacement δ cc of the steering column in the system of FIG. 2. 2 and 3, the spring 23 provided between the lower part of the steering column 21 and the support 24 is the opposite direction of travel of the steering column 21 with a force Fcc proportional to the current angle of attack. It is designed to pull the steering column 21. When the pilot pushes the handle of the steering column 21, the steering column 21 rotates about the rotation center 22. At this time, the force applied to the lower portion of the steering column 21 to move to the maximum movement distance (δ ccmax ) from the origin, is applied to the displacement (δ cc ) of the steering column at a predetermined slope in the range of F cc1 to F cc2 . Proportional. Accordingly, the pilot can feel whether the current angle of attack reaches the boundary angle of attack smaller than the stall angle by the weighted force.
도 2 및 3 에 도시된 로드 필 시스템에서는, 조종 칼럼(21)에 가해지는 힘이 현재 받음각에 단순히 비례하므로, 조종사는 어느 정도의 힘이 걸릴 때에 경계 받음각에 이르렀는지를 정확히 느낄 수 없다. 이에 따라, 경험이 부족한 조종사의 경우, 항공기가 실속 받음각에 이를 때까지 아무런 조치를 하지 않을 수도 있다.In the rod fill system shown in Figs. 2 and 3, the force exerted on the steering column 21 is simply proportional to the current angle of attack, so that the pilot may not be able to accurately sense when the force is at the boundary angle of attack. Accordingly, inexperienced pilots may not take any action until the aircraft reaches stall angle.
도 4 에는 종래의 또다른 항공기의 받음각 제어 방법이 도시되어 있다. 도 4 를 참조하면, 항공기(412)의 현재 받음각(α)이 피드백되면서 승강타의 변위각( δe)이 제어된다.4 is a view illustrating an angle of attack of another conventional aircraft. Referring to FIG. 4, the displacement angle δ e of the elevator is controlled while the current angle of attack α of the aircraft 412 is fed back.
가감산부(416)에서, 항공기(412)의 피치 각속도(q)와 피드백 이득(Kq)(414)의 곱(Kq ·q)은, 수직 과부하(△nz)와 그 이득(Knz)(415)의 곱(Knz ·△nz)과 합산된다. 가감산부(404)는, 이 합산된 값(Kq ·q + Knz ·△nz)에서 조종 칼럼의 현재 변위( δcc)(401)와 변환 이득(Kccn)(403)의 곱(Kccn · δcc)을 뺀다. 즉, 가감산부(404)의 출력(C*)은 아래의 수학식 3에 따라 구해진다.In the addition / subtraction unit 416, the product (Kqq) of the pitch angular velocity q of the aircraft 412 and the feedback gain Kq 414 is equal to the vertical overload Δnz and the gain Knz 415. It is added up with the product (Knz · Δnz). Acceleration peaks 404, the product of the sum current displacement of the steering column in (Kq · q + Knz · △ nz) (δ cc) (401) and the conversion gain (Kccn) (403) (Kccn · δ cc Subtract). That is, the output C * of the addition / subtraction unit 404 is obtained according to the following equation (3).
[수학식 3][Equation 3]
C*= Kq · q + Knz · △nz - Kccn · δcc C * = Kq q q Knz Δnz-Kccn δ cc
받음각 결정부(419)에서는, 항공기(412)의 속도(M)와 플랩(flap)각( δFLAP)에 따라 실속 받음각(αSTL) 보다 작은 경계 받음각(αALT) 및 상기 경계 받음각( αALT)보다 작은 기준 받음각( α0)을 결정한다. 스위칭 변환부(417)에서는 현재 받음각( α)에 대한 변환값(KTR)을 구한다. 변환값(KTR)은, α ≤ α0이면 1, α0< α< αALT이면, αALT≤α이면 0이 된다. 곱셈부(405)에서는, 가감산부(404)의출력(C*)과 변환값(KTR)이 곱해진다. 즉, 곱셈부(405)의 출력은 가감산부(404)의 출력(C*)과 변환값(KTR)이 곱해진 결과로서 KTR· C*이다.In the angle of attack determining unit 419, the boundary angle of attack α ALT smaller than the stall angle of attack α α STL and the boundary angle of attack α ALT according to the velocity M and the flap angle δ FLAP of the aircraft 412. Determine a reference angle of attack (α 0 ) that is less than. The switching conversion unit 417 obtains a conversion value K TR for the current angle of attack α. The conversion value K TR is 1 when α ≤ α 0, and when α 0 <α <α ALT 0 is obtained when α ALT ≤ α. In the multiplication unit 405, the output C * of the addition / subtraction unit 404 is multiplied by the converted value K TR . That is, the output of the multiplication unit 405 is K TR · C * as a result of the output C * of the addition / subtraction unit 404 multiplied by the conversion value K TR .
가감산부(418)에서는, 현재 받음각(α)과 기준 받음각(α0)의 차이(α - α0)가 계산된다. 가감산부(411)에서는, 가감산부(418)의 출력( α - α0)에서 조종 칼럼의 현재 변위( δcc)(401)와 변환 이득( Kccα1)(410)의 곱이 감산된다. 즉, 가감산부(411)의 출력은 α - α0- Kccα1 · δcc이다. 가감산부(406)에서는, 곱셈부(405)의 출력(KTR· C*)에서 가감산부(411)의 출력( α - α0- Kccα1· δcc)이 감산된다. 즉, 가감산부(406)의 출력은 KTR· C*- α + α0+ Kccα1· δcc이다.The acceleration peaks 418, the difference between the current angle of attack (α) and the reference angle of attack (α 0) - a (α α 0) are calculated. In the addition / subtraction unit 411, the product of the current displacement δ cc of the steering column and the conversion gain Kccα1 410 is subtracted from the output α-α 0 of the addition subtraction unit 418. That is, the output of the addition-subtraction section 411 is α-α 0 -Kccα1 · δ cc . In the addition / subtraction unit 406, the output α-α 0 -K ccα1 · δ cc of the addition subtraction unit 411 is subtracted from the output K TR · C * of the multiplication unit 405. That is, the output of the addition / subtraction unit 406 is K TR · C * -α + α 0 + K ccα1 · δ cc .
가감산부(406)의 출력은 피드백 비례 이득(KFB)(407) 및 비례적분 이득(1+1/S)(408)에 곱해진다. 즉, 비례적분 출력을라 하면, 아래의 수학식 4 가 성립된다.The output of the adder / subtracter 406 is multiplied by the feedback proportional gain (K FB ) 407 and the proportional integral gain (1 + 1 / S) 408. That is, proportional integral output Then, Equation 4 below is established.
[수학식 4][Equation 4]
= [KTR· C*- α + α0+ Kccα1· δcc] · KFB· (1+1/S) = [K TR · C * - α + α 0 + K ccα1 · δ cc] · K FB · (1 + 1 / S)
가감산부(409)는, 피치 각속도(q)와 댐퍼 이득(Kdamp)(413)의 곱(Kdamp·q)과비례적분 출력을 합산한 후, 조종 칼럼의 현재 변위( δcc)(401)와 피드포워드 이득(KFF)(402)의 곱(KFF· δcc)을 감산한다. 즉, 가감산부(409)로부터 출력되는 승강타의 변위각( δe)은 아래의 수학식 5에 따라 구해진다.The adder / subtracter 409 outputs the product of the pitch angular velocity q and the damper gain K damp 413 (K damp q) and the proportional integral output. After summing up, the product (K FF · δ cc ) of the current displacement (δ cc ) 401 of the steering column and the feed forward gain (K FF ) 402 is subtracted. That is, the displacement angle δ e of the elevating rudder output from the add / subtract unit 409 is obtained according to Equation 5 below.
[수학식 5][Equation 5]
δe=+ Kdamp· q - KFF· δcc δ e = + K damp · q-K FF · δ cc
도 4 에 도시된 받음각 제어 방법에 의하면, 현재 받음각( α)에 따라 일정한 비율로만 승강타의 변위각( δe)이 제어된다. 이에 따라, 현재 받음각( α)이 경계 받음각( αALT) 이상이 될 때에도 승강타의 변위각( δe)에 상대적으로 큰 변화를 주지 못하므로, 항공기(412)가 실속될 여지를 여전히 안고 있다.According to the angle of attack control method shown in FIG. 4, the displacement angle δ e of the elevating rudder is controlled only at a constant ratio according to the current angle of attack α. Accordingly, even when the angle of attack α is greater than or equal to the boundary angle α ALT , the aircraft 412 still has room to stall because it does not relatively change the displacement angle δ e of the elevator.
본 발명의 목적은, 현재 받음각이 경계 받음각 이상이 될 때에 승강타의 변위각에 상대적으로 큰 변화를 줄 수 있는 항공기의 받음각 제어 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of controlling the angle of attack of an aircraft, which can make a relatively large change in the displacement angle of the elevator when the current angle of attack becomes equal to or more than the boundary angle of attack.
도 1은 종래의 항공기의 받음각 제어 방법을 나타내는 제어 블록도.1 is a control block diagram showing the angle of attack control method of a conventional aircraft.
도 2 는 도 1 의 제어 방법에 추가되는 로드 필 시스템(load feel system)의 개략도.FIG. 2 is a schematic diagram of a load feel system added to the control method of FIG. 1. FIG.
도 3 은 도 2 의 시스템에서 조종 칼럼의 변위에 따라 걸리는 힘의 관계를 나타내는 그래프.FIG. 3 is a graph showing the relationship between the forces exerted on the displacement of the steering column in the system of FIG.
도 4는 종래의 또다른 항공기의 받음각 제어 방법을 나타내는 제어 블록도.Figure 4 is a control block diagram showing the angle of attack control method of another conventional aircraft.
도 5 는 본 발명에 따른 항공기의 받음각 제어 방법을 나타내는 제어 블록도.5 is a control block diagram showing the angle of attack control method of the aircraft according to the present invention.
도 6은 도 5 의 제어 방법에 추가되는 로드 필 시스템의 개략도.6 is a schematic diagram of a load fill system in addition to the control method of FIG.
도 7은 도 6 의 시스템에서 조종 칼럼의 변위에 따라 걸리는 힘의 특성도.7 is a characteristic diagram of the force exerted upon displacement of a steering column in the system of FIG.
도 8 은 도 6 의 시스템에서 받음각에 따라 조종 칼럼에 걸리는 힘의 특성도.8 is a characteristic view of the force applied to the steering column according to the angle of attack in the system of FIG.
도 9 는 도 5 의 제어 방법의 실험에 적용된 시간에 대한 조종 칼럼의 변위 그래프.9 is a graph of displacement of the steering column versus time applied to the experiment of the control method of FIG.
도 10 은 도 9 의 그래프에 적용된 시간에 대한 승강타의 변위각을 나타내는 그래프.FIG. 10 is a graph showing a displacement angle of a hoist with respect to time applied to the graph of FIG. 9; FIG.
도 11 은 도 9 의 그래프에 적용된 시간에 대한 승강타의 받음각을 나타내는 그래프.FIG. 11 is a graph showing an angle of attack of a lift over time applied to the graph of FIG.
도 12 는 도 9 의 그래프에 적용된 시간에 대한 수직 과부하를 나타내는 그래프.12 is a graph showing vertical overload with respect to time applied to the graph of FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101, 401, 501... 조종 칼럼의 현재 변위,101, 401, 501 ... the current displacement of the steering column,
102, 402, 502...피드포워드(feed forward) 이득,102, 402, 502 ... feed forward gain,
103, 403, 410, 503, 510, 522....변환 이득,103, 403, 410, 503, 510, 522 .... conversion gain,
405, 505, 525...곱셈부,405, 505, 525 ...
504, 506, 509, 518, 511, 516, 518, 521, 523, 526....가감산부,504, 506, 509, 518, 511, 516, 518, 521, 523, 526 ....
C*...제 1 제어값,C * ... first control value,
105, 407, 507....피드백(feedback) 비례 이득,105, 407, 507 ... feedback proportional gain,
106, 408, 508......비례적분 이득, δe.....승강타의 변위각,106, 408, 508 ...... proportional integral gain, δ e .....
108, 412, 512.....항공기, q.....피치 각속도,108, 412, 512 .... aircraft, q .., pitch angular velocity,
109, 413, 513......댐퍼 이득,109, 413, 513 ... damper gain,
110, 414, 514......피치 각속도 피드백 이득,110, 414, 514 ...... pitch angular velocity feedback gain,
△nz.....수직 과부하, 111, 415, 515.......수직 과부하 이득,△ nz ..... Vertical Overload, 111, 415, 515 ....... Vertical Overload Gain,
α....현재 받음각, 417, 527.....스위칭 변환부,α .... current angle of attack, 417, 527 ....
αALT......경계 받음각, α0.......기준 받음각,α ALT ...... Boundary angle of attack, α 0 ....... Reference angle of attack,
KTR........스위칭 변환값, 419, 519 ..... 받음각 결정부,K TR ........ Switching conversion value, 419, 519 .....
M.....항공기의 속도, δFLAP......플랩각,M ..... aircraft speed, δ FLAP ...... flap angle,
21, 61....조종 칼럼, 22, 62.....회전 중심대,21, 61 .... steering column, 22, 62 ... rotation center,
23, 63, 65......스프링, 24, 64..... 지지대,23, 63, 65 ...... Spring, 24, 64 ..... Support,
δcc......조종 칼럼의 현재 변위, Fcc......조종 칼럼에 걸리는 힘,δ cc ....... the current displacement of the steering column, Fcc ...... the force on the steering column,
δccmax.....조종 칼럼의 최대 변위, △Fcc....합해지는 힘,δ ccmax ..... the maximum displacement of the steering column, ΔFcc .... the combined force,
Fcc2.......최대 변위에서 걸리는 힘, αSTL......실속 받음각,Fcc 2 ....... force at maximum displacement, α STL ... stall angle,
520, δccsoft......조종 칼럼의 경계 변위,520, δ ccsoft ... boundary displacement of the steering column,
524......스위칭부.524 ... Switching.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 항공기의 받음각 제어 방법은, (a) 항공기의 실속을 유발시킬 수 있는 실속 받음각( αSTL)을 설정하는 단계를 포함한다. (b) 상기 실속 받음각( αSTL)보다 작은 경계 받음각( αALT), 및 상기 경계 받음각(αALT)보다 작은 기준 받음각( α0)을 구한다. (c) 상기 항공기의 피치 각속도(q) 및 수직 과부하( △nz)에 비례하고, 조종 칼럼의 현재 변위( δcc) 및 현재 받음각( α)에 반비례하는 제 1 제어값(C*)에 따라, 승강타의 변위각( δe)을 제어한다. (d) 현재 받음각( α)이 상기 경계 받음각( αALT) 이상이면, 제 1 값( δαSTL)만큼 감산되도록 상기 제 1 제어값(C*)을 조정한다. 그리고 (e) 현재 받음각(α)이 상기 기준 받음각( α0)보다 크고 상기 경계 받음각( αALT)보다 작으면, 상기 제 1 값( δαSTL)보다 적은 범위에서 현재 받음각( α)에 비례하는 제 2 값만큼 감산되도록, 상기 제 1 제어값(C*)을 조정한다.The angle of attack control method of the aircraft of the present invention for achieving the above object comprises the steps of (a) setting the stall angle of attack (α STL ) that can cause stall of the aircraft. (b) A boundary receiving angle α ALT smaller than the stall attack angle α STL and a reference angle α 0 smaller than the boundary receiving angle α ALT are obtained. (c) in accordance with the first control value C * proportional to the pitch angular velocity q and the vertical overload Δnz of the aircraft and inversely proportional to the current displacement δ cc of the steering column and the current angle of attack α. , Control the displacement angle δ e of the elevating rudder. (d) If the current angle of attack α is equal to or greater than the boundary angle of attack α ALT , the first control value C * is adjusted to be subtracted by the first value δ αSTL . And (e) if the current angle of attack α is greater than the reference angle of attack α 0 and less than the boundary angle of attack α ALT , then proportional to the current angle of attack α in a range less than the first value α α STL . The first control value C * is adjusted to be subtracted by a second value.
본 발명의 항공기의 받음각 제어 방법에 의하면, 상기 단계 (d)의 수행에 따라, 현재 받음각( α)이 경계 받음각( αALT) 이상이 될 때에 승강타의 변위각( δe)에 상대적으로 큰 변화를 줄 수 있다.According to the angle of attack control method of the aircraft of the present invention, according to the execution of the step (d), when the current angle of attack α becomes equal to or more than the boundary angle of attack α ALT , a relatively large change in the displacement angle δ e of the elevator hit Can be given.
바람직하게는, (f) 현재 받음각(α)에 비례하는 힘(Fcc)으로 상기 조종 칼럼의 진행 방향과 반대 방향으로 상기 조종 칼럼을 당기는 단계; 및 (g) 현재 받음각( α)이 상기 경계 받음각( αALT)에 이르면, 별도의 힘( △Fcc)을 더하여 상기 단계(f)를 수행하는 단계를 더 포함한다. 이에 따라 조종사는, 조종 칼럼에 어느 정도의 힘이 걸릴 때에 경계 받음각( αALT)에 이르렀는지를 정확히 느낄 수 있다.Preferably, (f) pulling the steering column in a direction opposite to the direction of travel of the steering column with a force Fcc proportional to the current angle of attack α; And (g) if the current angle of attack (α) reaches the boundary angle of attack (α ALT ), performing step (f) by adding a separate force (ΔFcc). This allows the pilot to accurately sense how much force is applied to the steering column to reach the alert angle α ALT .
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 5 에는 본 발명에 따른 항공기의 받음각 제어 방법이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 가감산부(509)로부터 출력되는 승강타의 변위각( δe)은, 가감산부(506)로부터 출력되는 제 1 제어값(C*)에 비례한다. 제 1 제어값(C*)은, 항공기(512)의 피치 각속도(q) 및 수직 과부하(△nz)에 비례하고, 조종 칼럼의 현재 변위( δcc)(501) 및 현재 받음각( α)에 반비례한다. 현재 받음각( α)이 경계 받음각( αALT) 이상이면, 제 1 값( δαSTL)만큼 감산되도록 제 1 제어값(C*)을 조정한다. 그리고, 현재 받음각( α)이 기준 받음각( α0)보다 크고 경계 받음각( αALT)보다 작으면, 제 1 값( δαSTL)보다 적은 범위에서 현재 받음각( α)에 비례하는 제 2 값만큼 감산되도록 제 1 제어값(C*)을 조정한다. 이와 같이, 현재 받음각( α)이 경계 받음각(αALT) 이상이면, 제 2 값보다 큰 제 1 값(δαSTL)만큼 감산되도록 제 1 제어값(C*)을 조정하므로, 승강타의 변위각( δe)에 상대적으로 큰 변화를 줄 수 있다.Figure 5 shows the angle of attack control method of the aircraft according to the present invention. Referring to FIG. 5, the displacement angle δ e of the elevating rudder output from the adder / subtracter 509 is proportional to the first control value C * output from the adder / subtracter 506. The first control value C * is proportional to the pitch angular velocity q and the vertical overload Δnz of the aircraft 512 and is dependent on the current displacement δ cc of the steering column and the current angle of attack α. Inversely If the current angle of attack α is equal to or greater than the boundary angle of attack α ALT , the first control value C * is adjusted to be subtracted by the first value δ αSTL . If the current angle of attack α is larger than the reference angle of angle α 0 and smaller than the boundary angle of attack α ALT , the current angle of attack α is subtracted by a second value proportional to the current angle of attack α in a range smaller than the first angle of angle α ATL . Adjust the first control value C * so that it is adjusted. In this way, if the current angle of attack α is equal to or more than the boundary angle of attack α ALT , the first control value C * is adjusted to be subtracted by the first value δ αSTL larger than the second value, so that the displacement angle of the elevator δ e ) can give a relatively large change.
가감산부(516)에서, 항공기(512)의 피치 각속도(q)와 피드백 이득(Kq)(514)의 곱(Kq · q)은, 수직 과부하(△nz)와 그 이득(Knz)(515)의 곱(Knz · △nz)에합산된다. 가감산부(504)는, 이 합산된 값(Kq · q + Knz · △nz)에서 조종 칼럼의 현재 변위( δcc)(501)와 변환 이득(Kccn)(503)의 곱(Kccn · δcc)을 뺀다. 즉, 가감산부(504)의 출력(C*)은 아래의 수학식 6에 따라 구해진다.In the addition / subtraction unit 516, the product (Kq · q) of the pitch angular velocity q of the aircraft 512 and the feedback gain Kq 514 is a vertical overload Δnz and its gain Knz 515. It is added to the product (Knz · Δnz). Acceleration peaks 504 is the product of the sum current displacement of the steering column in (Kq · q + Knz · △ nz) (δ cc) (501) and the conversion gain (Kccn) (503) (Kccn · δ cc Subtract). That is, the output C * of the adder / subtracter 504 is obtained according to Equation 6 below.
[수학식 6][Equation 6]
C*= Kq · q + Knz · △nz - Kccn · δcc C * = Kq q q Knz Δnz-Kccn δ cc
받음각 결정부(519)에서는, 항공기(512)의 속도(M)와 플랩각( δFLAP)에 따라 실속 받음각( αSTL)보다 작은 경계 받음각( αALT), 및 상기 경계 받음각(αALT)보다 작은 기준 받음각( α0)을 결정한다. 스위칭 변환부(417)에서는 현재 받음각(α)에 대한 변환값(KTR)을 구한다. 변환값(KTR)은, α ≤ α0이면 1, α0< α<αALT이면αALT≤α이면 0이 된다. 곱셈부(505)에서는, 가감산부(504)의 출력(C*)과 변환값(KTR)이 곱해진다. 즉, 곱셈부(505)의 출력은 가감산부(504)의 출력(C*)과 변환값(KTR)이 곱해진 결과로서 KTR· C*이다.In the angle of attack determining unit 519, the angle of attack angle α ALT smaller than the stall angle of attack α α STL and the boundary angle α ALT depending on the speed M and the flap angle δ FLAP of the aircraft 512. Determine a small reference angle of attack α 0 . The switching conversion unit 417 obtains a conversion value K TR for the current angle of attack α. The converted value K TR is 1 when α ≤ α 0, and when α 0 <α <α ALT It becomes 0 if (alpha) ALT <( alpha). In the multiplication unit 505, the output C * of the addition / subtraction unit 504 is multiplied by the converted value K TR . That is, the output of the multiplication unit 505 is K TR · C * as a result of the output C * of the addition / subtraction unit 504 multiplied by the converted value K TR .
가감산부(526)에서는, 현재 받음각( α)과 기준 받음각(α0)의 차이(α - α0)가 계산된다. 가감산부(521)에서는, 조종 칼럼의 현재 변위( δcc)(501)에서 상기 조종 칼럼의 경계 변위( δccsoft)(520)를 뺀 변위 차이( δcc- δccsoft)가 출력된다. 따라서, 가감산부(523)의 출력( δαSTL)은 아래의 수학식 7에 의하여 구해진다.The acceleration peaks 526, the difference between the current angle of attack (α) and the reference angle of attack (α 0) - a (α α 0) are calculated. In the addition / subtraction unit 521, the displacement difference δ cc -δ ccsoft is output by subtracting the boundary displacement δ ccsoft 520 of the steering column from the current displacement δ cc 501 of the steering column. Therefore, the output δ αSTL of the addition / subtraction unit 523 is obtained by the following equation.
[수학식 7][Equation 7]
δαSTL= α - αALT- Kccα2·( δcc- δccsoft)δ αSTL = α-α ALT -K ccα2 (δ cc -δ ccsoft )
상기 수학식 7에서, 변위 차이( δcc- δccsoft)의 변환 이득( Kccα2)(522)은, 실속 받음각( αSTL)에 상응하는 조종 칼럼의 최대 변위를 δccmax라 하면,의 식에 의하여 구해진다. 스위칭 변환부(527)에서는 현재 받음각( α)에 대한 변환값(1-KTR)을 구한다. 변환값(1-KTR)은, α ≤ α0이면 0, α0< α < αALT이면αALT≤ α이면 1이 된다. 스위칭부(524)의 출력( δα *)은 αALT≤ α이면 가감산부(523)의 출력( δαSTL)이 된다. 또한, 곱셈부(525)에서는, 스위칭부(524)의 출력( δα *)에 스위칭 변환부(527)로부터의 변환값(1-KTR)을 곱하여 가감산부(506)에 입력한다. 따라서, αALT≤ α인 경우에 적용되는 곱셈부(525)의 출력의 제 1 값은 가감산부(523)의 출력( δαSTL)이다.In Equation 7, if the conversion gain K ccα2 522 of the displacement difference δ cc -δ ccsoft is the maximum displacement of the steering column corresponding to the stall angle α STL , δ ccmax , Obtained by the formula The switching conversion unit 527 obtains a conversion value (1-K TR ) with respect to the current angle of attack α. The conversion value (1-K TR ) is 0 when α ≤ α 0, and when α 0 <α <α ALT It becomes 1 if (alpha) ALT <(alpha). The output δ α * of the switching unit 524 becomes the output δ αSTL of the addition / subtraction unit 523 when α ALT ≦ α. The multiplication unit 525 multiplies the output δ α * of the switching unit 524 by the conversion value 1-K TR from the switching conversion unit 527 and inputs the multiplication unit 506 to the subtraction unit 506. Therefore, the first value of the output of the multiplication unit 525 applied when α ALT ≤ α is the output δ αSTL of the addition / subtraction unit 523.
가감산부(518)에서는, 현재 받음각( α)과 기준 받음각( α0)의 차이( α - α0)가 계산된다. 가감산부(511)에서는, 가감산부(518)의 출력( α - α0)에서 조종칼럼의 현재 변위( δcc)(501)와 변환 이득( Kccα1)(510)의 곱이 감산된다. 즉, 가감산부(511)의 출력( δαALT)은 아래의 수학식 8에 의하여 구해진다.The acceleration peaks 518, a difference between the current angle of attack (α) and the reference angle of attack (α 0) - a (α α 0) are calculated. In the addition / subtraction unit 511, the product of the current displacement (δ cc ) 501 of the steering column and the conversion gain Kccα1 510 is subtracted from the output α-α 0 of the addition / subtraction unit 518. That is, the output δ αALT of the addition / subtraction unit 511 is obtained by the following equation (8).
[수학식 8][Equation 8]
δαALT= α - α0- Kccα1· δcc δ αALT = α-α 0 -K ccα1 , δ cc
상기 수학식 8에서, 현재 변위(δcc)(501)의 변환 이득( Kccα1)(510)은,의 식에 의하여 구해진다. 스위칭 변환부(527)에서는 현재 받음각(α)에 대한 변환값(1-KTR)을 구한다. 변환값(1-KTR)은, α ≤ α0이면 0, α0< α < αALT이면αALT≤ α이면 1 이 된다. 스위칭부(524)의 출력( δα *)은 α0< α< αALT이면 가감산부(511)의 출력( δαALT)이 된다. 또한, 곱셈부(525)에서는, 스위칭부(524)의 출력( δα *)에 스위칭 변환부(527)로부터의 변환 값(1-KTR)을 곱하여 가감산부(506)에 입력한다. 따라서, α0< α < αALT인 경우에 적용되는 곱셈부(525)의 출력인 제 2 값은 δαALT·의 식에 의해 구해진다. 한편, α ≤ α0인 경우에 적용되는 곱셈부(525)의 출력은 없다.In Equation 8, the conversion gain K ccα1 of the current displacement δ cc 501 is Obtained by the formula The switching conversion unit 527 obtains a conversion value (1-K TR ) with respect to the current angle of attack α. The conversion value (1-K TR ) is 0 when α ≤ α 0, and when α 0 <α <α ALT It becomes 1 if (alpha) ALT <(alpha). The output δ α * of the switching unit 524 becomes the output δ αALT of the add / subtract unit 511 when α 0 <α <α ALT . The multiplication unit 525 multiplies the output δ α * of the switching unit 524 by the conversion value 1-K TR from the switching conversion unit 527 and inputs the multiplication unit 506 to the subtraction unit 506. Therefore, the second value which is the output of the multiplier 525 applied when α 0 <α <α ALT is δ αALT · Obtained by the formula On the other hand, there is no output of the multiplier 525 that is applied when α ≦ α 0 .
가감산부(506)에서는, 곱셈부(505)의 출력(KTR· C*)에서 곱셈부의 출력이감산된다. 따라서, α ≤ α0인 경우에 적용되는 가감산부(506)의 출력( C**)은 아래의 수학식 9에 의하여 구해진다.In the adder / subtracter 506, the output of the multiplier is subtracted from the output K TR · C * of the multiplier 505. Therefore, the output C ** of the addition / subtraction unit 506 applied when α ≦ α 0 is obtained by the following equation (9).
[수학식 9][Equation 9]
C**= KTR· C* C ** = K TRC *
또한, α0< α < αALT인 경우에 적용되는 가감산부(506)의 출력(C**)은 아래의 수학식 10에 의하여 구해진다.In addition, the output C ** of the addition / subtraction unit 506 applied when α 0 <α <α ALT is obtained by the following equation (10).
[수학식 10][Equation 10]
그리고, αALT≤ α인 경우에 적용되는 가감산부(506)의 출력(C**)은 아래의 수학식 11에 의하여 구해진다.In addition, the output C ** of the addition / subtraction unit 506 applied when α ALT ≦ α is obtained by the following equation (11).
[수학식 11][Equation 11]
C**= KTR· C*- δαSTL C ** = K TR · C * -δ αSTL
가감산부(506)의 출력(C**)은 피드백 비례 이득(KFB)(507) 및 비례적분 이득(1+1/S)(508)에 곱해진다. 즉, α ≤ α0인 경우에 적용되는 비례적분 출력은 아래의 수학식 12에 의하여 구해진다.The output C ** of the adder / subtracter 506 is multiplied by the feedback proportional gain (K FB ) 507 and the proportional integral gain (1 + 1 / S) 508. That is, proportional integral output applied when α ≤ α 0 Is obtained by the following equation (12).
[수학식 12][Equation 12]
또한, α0< α < αALT인 경우에 적용되는 비례적분 출력은 아래의 수학식 13에 의하여 구해진다.In addition, the proportional integral output applied when α 0 <α <α ALT Is obtained by the following equation (13).
[수학식 13][Equation 13]
그리고, αALT≤ α인 경우에 적용되는 비례적분 출력은 아래의 수학식 14에 의하여 구해진다.And, proportional integral output applied when α ALT ≤ α Is obtained by the following equation (14).
[수학식 14][Equation 14]
가감산부(509)는, 피치 각속도(q)와 댐퍼 이득(Kdamp)(513)의 곱(Kdamp·q)과 비례적분 출력을 합친 후, 조종 칼럼의 현재 변위( δcc)(501)와 피드포워드 이득(KFF)(502)의 곱(KFF· δcc)을 감산한다. 즉, α ≤ α0인 경우에 적용되는 승강타의 변위각( δe)은 아래의 수학식 15에 의하여 구해진다.The addition / subtraction unit 509 outputs the product (K damp · q) of the pitch angular velocity q and the damper gain K damp 513 and the proportional integral output. After summation, the product (K FF · δ cc ) of the current displacement (δ cc ) 501 of the steering column and the feedforward gain (K FF ) 502 is subtracted. That is, the displacement angle δ e of the elevating rudder applied when α ≦ α 0 is obtained by Equation 15 below.
[수학식 15][Equation 15]
δe= KTR· C*· KFB· (1+1/S) + Kdamp· q - KFF· δcc δ e = K TR · C * · K FB · (1 + 1 / S) + K damp · q-K FF · δ cc
또한, α0< α < αALT인 경우에 적용되는 승강타의 변위각( δe)은 아래의 수학식 16에 의하여 구해진다.In addition, the displacement angle δ e of the elevating rudder applied when α 0 <α <α ALT is obtained by the following equation (16).
[수학식 16][Equation 16]
- KFF· δcc -K FF · δ cc
그리고, αALT≤ α인 경우에 적용되는 승강타의 변위각( δe)은 아래의 수학식 17에 의하여 구해진다.Then, the displacement angle δ e of the elevating rudder applied when α ALT ≤ α is obtained by the following equation (17).
[수학식 17][Equation 17]
δe= [KTR· C*- δαSTL] · KFB· (1+1/S) + Kdamp· q - KFF· δcc δ e = [K TR · C * -δ αSTL ] · K FB · (1 + 1 / S) + K damp · q-K FF · δ cc
이와 같이, 현재 받음각( α)이 경계 받음각( αALT) 이상이면, 상기 제 2 값보다 큰 제 1 값(δαSTL)만큼 감산되도록 제 1 제어값(C*)을 조정하기 때문에, 승강타의 변위각( δe)에 상대적으로 큰 변화를 줄 수 있다. 따라서, 항공기(512)가 실속될 여지를 없앨 수 있다.As such, when the current angle of attack α is equal to or greater than the boundary angle of attack α ALT , the second value Since the first control value C * is adjusted to be subtracted by a larger first value δ αSTL , it is possible to make a relatively large change in the displacement angle δ e of the hoist . Thus, there is no room for the aircraft 512 to stall.
도 6 에는 도 5 의 제어 방법에 추가되는 로드 필 시스템이 도시되어 있다.도 7 에는 도 6 의 시스템에서 조종 칼럼(61)의 변위(δcc)에 따라 걸리는 힘(Fcc)의 특성이 도시되어 있다. 도 8 에는 도 6 의 시스템에서 받음각(α)에 따라 조종 칼럼(61)에 걸리는 힘(Fcc)의 특성이 도시되어 있다.6 shows a load fill system added to the control method of FIG. 5. FIG. 7 shows the characteristics of the force Fcc applied according to the displacement δ cc of the steering column 61 in the system of FIG. have. FIG. 8 shows the characteristics of the force Fcc applied to the steering column 61 according to the angle of attack α in the system of FIG. 6.
도 6, 7 및 8 을 참조하면, 조종 칼럼(61)의 하부와 지지대(64) 사이에 설치된 제 1 스프링(63)은, 현재 받음각에 비례하는 힘(Fcc)으로 조종 칼럼(61) 하부의 진행 방향의 반대 방향으로 조종 칼럼(61)을 당기도록 설계되어 있다. 또한, 제 2 스프링(65)은, 조종 칼럼(61)의 변위( δcc)가 경계 받음각( αALT)에 상응하는 경계 위치( δccsoft)로부터 최대 위치( δcc= δccmax)까지의 범위에 들 때에, △Fcc만큼의 힘을 발생시키도록 설계되어 있다. 여기서, 최대 위치(δccmax)는 실속 받음각( αSTL)에 상응하는 위치이다. 조종 칼럼(61)을 당기는 힘(Fcc)은 아래의 수학식 18에 따라 나타난다.6, 7 and 8, the first spring 63 installed between the lower portion of the steering column 61 and the support 64 is a lower portion of the lower portion of the steering column 61 with a force Fcc proportional to the current angle of attack. It is designed to pull the steering column 61 in the direction opposite to the advancing direction. Further, the second spring 65 has a range from the boundary position δ ccsoft where the displacement δ cc of the steering column 61 corresponds to the boundary angle of attack α ALT to the maximum position δ cc = δ ccmax . Is designed to generate a force equal to ΔFcc. Here, the maximum position δ ccmax is a position corresponding to the stall attack angle α STL . The force Fcc pulling the steering column 61 is represented according to Equation 18 below.
[수학식 18]Equation 18
상기 수학식 18에서 첫 번째 항은, 조종 칼럼(61)의 변위( δcc)가 원점( δcc= 0)에서부터 최대 위치( δcc= δccmax)까지의 범위에서, 제 1 스프링(63)의 탄성 계수(K1)와 조종 칼럼(61)의 현재 변위(δcc)의 곱이다. 또한, 두 번째 항은, 조종 칼럼(61)의 변위( δcc)가 경계 위치( δcc= δccsoft)로부터 최대 위치( δcc=δccmax)까지의 범위에서, 제 2 스프링(63)의 탄성 계수(K2)와 조종 칼럼(61)의 현재 변위(δcc)의 곱이다.The first term in Equation 18, the first spring 63, the displacement (δ cc ) of the steering column 61 in the range from the origin (δ cc = 0) to the maximum position (δ cc = δ ccmax ) Is the product of the modulus of elasticity K 1 and the current displacement δ cc of the steering column 61. In addition, the second term, the displacement of the steering column 61 (δ cc ) of the second spring 63, in the range from the boundary position (δ cc = δ ccsoft ) to the maximum position (δ cc = δ ccmax ) It is the product of the modulus of elasticity K 2 and the current displacement δ cc of the steering column 61.
조종사가 조종 칼럼(61)의 손잡이를 밀면, 조종 칼럼(61)은 회전 중심대(62)를 기준으로 회전한다. 이때, 원점( δcc= 0)에서 최초로 Fcc1의 힘이 걸린다. 조종 칼럼(61)이 원점( δcc= 0)에서부터 경계 받음각( αALT)에 상응하는 경계 위치( δccsoft)까지 이동하는 동안에는 K1·δcc의 힘이 걸린다. 조종 칼럼(61)이 경계위치( δccsoft)로부터 실속 받음각( αSTL)에 상응하는 최대 위치( δccmax)로 이동하려면, Fcc2의 힘보다 센 Fcc3의 힘을 받아야한다. 즉, △Fcc의 힘이 부가된 K1· δcc+ K2· δcc의 힘이 최대 Fcc4까지 걸리게 된다. 즉, 조종사는 조종 칼럼(61)이 경계 위치( δccsoft)일 때 부가되는 힘( △Fcc)에 의하여 경계 받음각( αALT)에 이르렀는지를 정확히 느낄 수 있다. 이에 따라, 경험이 부족한 조종사이더라도 항공기가 실속 받음각( αSTL)에 이르지 않도록 조치할 수 있다.When the pilot pushes the handle of the steering column 61, the steering column 61 rotates about the rotation center 62. At this time, the force of Fcc 1 is initially applied at the origin (δ cc = 0). While the steering column 61 moves from the origin δ cc = 0 to the boundary position δ ccsoft corresponding to the boundary angle of attack α ALT , a force of K 1 δ cc is applied. In order for the steering column 61 to move from the boundary position δ ccsoft to the maximum position δ ccmax corresponding to the stall angle α STL , the force Fcc 3 must be greater than the force of Fcc 2 . That is, the force of K 1 · δ cc + K 2 · δ cc to which the force of ΔFcc is added is taken up to Fcc 4 . That is, the pilot can accurately sense whether the steering column 61 has reached the boundary angle of attack α ALT by the force ΔFcc added when the steering column 61 is at the boundary position δ ccsoft . Accordingly, even if the pilot is inexperienced, the aircraft can be prevented from reaching the stall angle of attack (α STL ).
도 5 의 제어 알고리즘에 대한 실험 결과는 도 9, 10, 11 및 12 에 도시되어 있다. 도면들을 참조하면, 조종 칼럼의 변위( δcc)가 원점으로부터 0.14m로 변화된후 유지된다(도 9 참조). 이에 따라, 승강타의 변위각( δe)은 0° 에서 -10° 정도로 변화된 후 유지된다(도 10 참조). 또한, 수직 과부하(Nz)는 1.0g에서 1.7g 정도로 변화된 후 일정한 비율로 경감된다(도 12 참조). 도 11 을 참조하면, 실속 받음각( αSTL)(111)이 16°, 경계 받음각( αALT)(113)이 12°, 그리고 기준 받음각( α0)(114)이 9° 이다. 이때, 항공기의 실제 받음각( α)(112)은, 5° 에서 실속 받음각( αSTL)(111)보다 작은 15° 정도로 변화된 후 점차 경계 받음각( αALT)(113)에 근접한다.Experimental results for the control algorithm of FIG. 5 are shown in FIGS. 9, 10, 11 and 12. Referring to the figures, the displacement (δ cc ) of the steering column is maintained after being changed from the origin to 0.14 m (see FIG. 9). Accordingly, the displacement angle δ e of the elevating rudder is maintained after changing from 0 ° to -10 ° (see FIG. 10). In addition, the vertical overload Nz is reduced at a constant rate after changing from 1.0 g to 1.7 g (see Fig. 12). Referring to FIG. 11, the stall angle α STL 111 is 16 °, the boundary angle α ALT 113 is 12 °, and the reference angle α 0 114 is 9 °. At this time, the actual angle of attack α 112 of the aircraft is changed to about 15 ° smaller than the stall angle α STL 111 at 5 ° and then gradually approaches the boundary angle α ALT 113.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 항공기의 받음각 제어 방법에 의하면, 현재 받음각이 경계 받음각 이상이 될 때에 승강타의 변위각에 상대적으로 큰 변화를 주므로, 항공기가 실속될 가능성을 줄일 수 있다.As described above, according to the method of controlling the angle of attack of the aircraft according to the present invention, when the current angle of attack becomes greater than the boundary angle of attack, a relatively large change is made in the displacement angle of the elevator, thereby reducing the possibility of stalling the aircraft.
또한, 조정 칼럼에 걸리는 힘의 변화가 경계 받음각에서 커지게 되므로, 경험이 부족한 조종사라도 경계 받음각에 도달하였음을 정확히 느낄 수 있게 된다.In addition, since the change in force applied to the adjustment column is increased at the angle of attack, even an inexperienced pilot can accurately sense that the angle of attack has been reached.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and modifications and improvements are possible at the level of those skilled in the art.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105223962A (en) * | 2015-10-27 | 2016-01-06 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | A kind of dynamic angle of attack amplitude limit method of body overload when reducing profile saltus step |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5136518A (en) * | 1988-04-11 | 1992-08-04 | Sundstrand Data Control, Inc. | Pitch guidance system |
-
1998
- 1998-05-27 KR KR1019980019259A patent/KR100298260B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5136518A (en) * | 1988-04-11 | 1992-08-04 | Sundstrand Data Control, Inc. | Pitch guidance system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105223962A (en) * | 2015-10-27 | 2016-01-06 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | A kind of dynamic angle of attack amplitude limit method of body overload when reducing profile saltus step |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR19990086321A (en) | 1999-12-15 |
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