KR100687798B1 - 항공기 훈련용 시뮬레이터 및 항공기용 블랙박스 분석용영상정보 표시장치 및 그 운용방법 - Google Patents

Abstract

본원 발명은, 항공기 블랙박스(FDR : Flight Data Recoder 또는 QAR : Quick Access Recoder)에서 제공되는 비행정보와, 젭슨매뉴얼 등과 같은 항공정보 간행물을 통해서 제공되는 각 공항의 시설물 정보 및 표준 항공로에 대한 정보와, 지상항법보조시설의 위경도 좌표와 관련 정보를 수집한 후, 이를 데이터 베이스화하여 관리하고, (DBMS화 함)

상기 정보를 항공기 훈련용 시뮬레이터의 조종사 전방에 설치되어 있는 조종사용 영상시스템(Visual System)과, 교관석 시스템(Instructor's Station)에 포함된 교관석용 영상시스템(일명 조종사 영상 시스템 복제기 ; Visual repeater)과, 항공기의 비행 경로를 보여주는 3 차원 영상화면으로 보여주는 기능을 포함하고 있는 항공기 블랙박스 해석기의 영상화면에 3차원 컴퓨터 그래픽 영상화면으로 중첩하여 현시해 줌으로써,

항공기가 비행한 결과를 다양한 시점(조종사 시점, 제3자 관찰자 시점, 관제탑 시점)에서 표준 항공로와 비교하여 볼 수 있게 하여 교관과 훈련생의 교육 훈련을 도와 조종기술의 교육효과를 향상시키는 한편, 조종사의 조종결과에 대한 객관적인 사후 평가를 가능하게 할 뿐만 아니라, 항공기 사고 시에는 사고 분석을 정확하고 효율적으로 수행할 수 있도록 하기 위한,

항공기 훈련용 시뮬레이터 및 항공기용 블랙박스 분석용 영상정보 표시장치 및 그 운용방법에 관한 것이다.

항공기, 교관석용 영상시스템, 교관석 제어시스템, 조종사용 영상시스템, 표준항공로, 비행 시뮬레이터, 블랙박스 해석기, 항공정보간행물, DBMS

Description

항공기 훈련용 시뮬레이터 및 항공기용 블랙박스 분석용 영상정보 표시장치 및 그 운용방법{ A Flight Simulator and Visual Display System for Blackbox and The Method Thereof }

도 1은 종래의 시뮬레이터의 일반적인 구성도

도 2는 종래 시뮬레이터의 시뮬레이션 동작 흐름도

도 3은 종래 시뮬레이터용 영상시스템의 현시 내용 및 인터페이스 관계도

도 4는 본원발명에 의한 시뮬레이터의 구성도

도 5는 본원발명에 의한 시뮬레이터의 시뮬레이션 동작 흐름도

도 6은 본원발명에 의한 시뮬레이터용 영상시스템의 현시 내용 및 인터페이스 관계도

도 7은 본원발명에 의해 표시된 비행경로 및 표준항공로

도 8은 본원발명에 사용되는 표준항공로의 터널단면의 형상

도 9는 항공정보간행물에 수록된 계기 착륙정보 예시도

도 10은 본원발명에 의해 표시된 일반화면의 예시도

도 11은 본원발명의 결과로 현시되는 조종사 시점의 영상화면

도 12는 본원발명의 결과로 현시되는 제3자 관찰자 시점의 영상화면

도 13은 본원발명의 결과로 현시되는 관제탑 시점의 영상화면

도 14는 본원발명에 의한 블랙박스 분석용 시뮬레이션 동작 흐름도

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10 : 조종사용 영상시스템 20 : 교관석 시스템

30 : 시뮬레이션 호스트 컴퓨터 40 : 모션 시스템

50 : 음향시스템 60 : 콘트롤 로딩 시스템

70 : 인터페이스 시스템 80 : 조종석(실)

100 : 조종사용 영상시스템 110 : 제1영상부(조종사용 영상)

120 : 제2영상부(조종사용 영상) 200 : 교관석 시스템

210 : 교관석용 영상시스템 211 : 제1영상부(교관석용 영상)

212 : 제2영상부(교관석용 영상) 220 : 교관석용 제어시스템

221 : 일반 영상제어반 222 : 부가영상제어반

300 : 시뮬레이션 호스트 컴퓨터

310 : DBMS 311 :항공 정보 간행물

312 : 항공기 블랙박스 400 : 모션 시스템

500 : 음향시스템 600 : 콘트롤 로딩 시스템

700 : 인터페이스 시스템 800 : 조종석(실)

<기술 분야>

본원 발명은, 항공기 블랙박스(FDR : Flight Data Recoder 또는 QAR : Quick Access Recoder )에서 제공되는 비행정보와, 젭슨매뉴얼 등과 같은 항공정보 간행물을 통해서 제공되는 각 공항의 시설물 정보 및 표준 항공로에 대한 정보와, 지상항법보조시설의 위경도 좌표와 관련 정보를 수집한 후, 이를 데이터 베이스화하여 관리하고, (DBMS화 함)

상기 정보를 항공기 훈련용 시뮬레이터의 조종사 전방에 설치되어 있는 조종사용 영상시스템(Visual System)과, 교관석 시스템(Instructor's Station)에 포함된 교관석용 영상시스템(일명 조종사 영상 시스템 복제기 ; Visual repeater)과, 항공기의 비행 경로를 보여주는 3 차원 영상화면으로 보여주는 기능을 포함하고 있는 항공기 블랙박스 해석기의 영상화면에 3차원 컴퓨터 그래픽 영상화면으로 중첩하여 현시해 줌으로써,

항공기가 비행한 결과를 다양한 시점(조종사 시점, 제3자 관찰자 시점, 관제탑 시점)에서 표준 항공로와 비교하여 볼 수 있게 하여 교관과 훈련생의 교육 훈련을 도와 조종기술의 교육효과를 향상시키는 한편, 조종사의 조종결과에 대한 객관적인 사후 평가를 가능하게 할 뿐만 아니라, 항공기 사고 시에는 사고 분석을 정확 하고 효율적으로 수행할 수 있도록 하기 위한, 항공기 훈련용 시뮬레이터 및 항공기용 블랙박스 분석용 영상정보 표시장치 및 그 운용방법에 관한 것이다.

<종래기술의 문제점>

일반적으로 항공기 훈련용 시뮬레이터라고 하면 실제 항공기의 비행동작 조건과 동일한 조건을 갖춘 시스템을 제작하고 동 시스템에 의하여 실제 항공기의 비행시 발생할 수 있는 제반 상황들을 위험부담이 없이 다양하게 경험할 수 있도록 함으로서 항공기 훈련 효과를 극대화시키기 위한 장치를 말한다.

이러한 시뮬레이터를 항공기 훈련에 활용할 경우, 직접 항공기를 탑승하고 실시하는 훈련에 비해 사고의 위험이 따르지 않을 뿐만 아니라 비행훈련에 따르는 시간과 비용을 크게 절감할 수 있는 잇점이 있고, 또한 직접 항공기를 탑승하고는 실시할 수 없는 많은 다양한 상황들을 간접적으로 체험할 수 있게 됨으로서 비행 훈련을 보다 다양하고 심도 있게 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 실제의 상황에서는 전혀 경험할 수 없는 극한의 상황에 대한 적응 훈련도 가능하게 됨으로서 훈련에 의한 학습 및 행동의 전이를 자연스럽고 효과적으로 실무로 유도할 수 있게 되어 훈련의 성과를 높일 수 있다.

이러한 항공기 훈련용 시뮬레이터는 기술적으로 크게 두 가지 분야로 구분된다. 하나는 민수용 항공기의 훈련에 관한 것이고 다른 하나는 전투기의 훈련에 관 한 것이다.

민수용 항공기 훈련용 시뮬레이터는 주로 안전하고 쾌적한 항공기의 이착륙 훈련에 비중이 두어져 기술개발이 이루어지고 있고, 전투기 훈련용 시뮬레이터는 항공기의 특수한 이착륙(예를 들면 항공모함에서의 이착륙 등과 같은 고난도의 이착륙)이나 전투 훈련에 필요한 넓은 시야각의 확보(FOV : Field of View)(주로 180도 이상)의 확보와 항공 폭격 등에 필요한 지형지물의 묘사(예를 들면 고해상도의 지형 및 정밀한 표적의 묘사 등)에 비중이 두어져 기술개발이 이루어지고 있다.

이러한 항공기 시뮬레이터의 훈련 효과를 높이기 위해서는 민수용 항공기나 전투기 구분할 것 없이 모두 실제 상황과 유사한 상황을 조성하여 조종사(훈련생)에게 제공하는 것이 무엇보다 중요하다.

즉 훈련하고자 하는 항공기의 상황에 가장 적합한 시야각의 확보를 필요로 함은 물론, 이착륙 지점의 지형지물이나 설비 등에 대한 묘사를 어떻게 하면 실제에 가깝게 구현해 내느냐 하는 것이 시뮬레이터의 성능을 결정하는 가장 중요한 요소가 된다.

따라서 지금까지의 시뮬레이터의 기술개발은 바로 그와 같은 상황 묘사에 비중이 두어져 추진되어 왔으며 전투기의 경우 이와 함께 넓은 시야각을 확보하는 기술개발이 병행 추진되었으며 그러한 기술개발의 성과는 일응 괄목할 만한 성과를 거두어 현재에 이르고 있다.

상기와 같은 기술 개발의 결과로서 현재 실시되고 있는 일반적인 시뮬레이터의 구성을 살펴보면 도 1과 같다.

도 1을 참조하여 현재 일반적으로 사용되고 있는 시뮬레이터의 구성과 그 동작과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

종래의 시뮬레이터의 구성은,

조종사에게 활주로 및 공항 시설물을 포함한 공항의 상황과 산, 강, 도시, 등과 같은 지형의 상황, 그리고 구름, 안개 등과 같은 기상 및 대기의 상황 등이 포함된 창밖에 펼쳐지는 조종사의 시계 상황을 3차원 컴퓨터 그래픽을 이용하여 조종사에게 제공하는 조종사용 영상시스템(Visual System)(10)과;

공항 및 활주로를 선택하고, 훈련에 필요한 대기의 기상 조건을 설정하고, 초기 항공기의 위치 및 자세 지정 등과 같은 조종훈련에 필요한 훈련 환경을 미리 설정하며, 현재 진행 중인 훈련의 상황을 모니터링하는 교관석 시스템(Instructor's Station)(20)과;

인터페이스 시스템(70)으로부터 제공되는 조종사의 조종 결과와, 교관석 시스템(20)에서 설정한 훈련조건(즉 훈련에 필요한 기상 및 대기 상황)을 입력받아 교관이 설정한 조건이 조종사의 조종결과에 미치는 영향(즉 기상 및 대기 상황이 항공기에 작용하는 양력, 항력, 추력, 중력 등과 같은 각종 힘)을 분석하여 항공기 기동을 시뮬레이션하기 위한 비행동력학 및 엔진의 추력계산을 위한 프로그램을 실행시키고 그 결과를 선택적으로 다른 시스템에게 제공하는 한편, 시뮬레이터의 전 체의 기능을 총괄하여 제어하는 시뮬레이터 호스트 컴퓨터(Simulator Host Computer)(30)와;

항공기가 실질적으로 동작하는 듯한 느낌을 조종사가 직접 몸으로 느낄 수 있도록 조종사에게 항공기의 운동감을 제공하는 모션시스템(Motion system)(40)과;

항공기가 실제로 비행하고 있는 듯한 느낌을 조종사가 청각적으로 느낄 수 있도록 조종사에게 항공기 운행 중 발생하는 음향과 동일한 음향 효과(엔진 기동, 바람 소리, 착륙시 접지 소음 등)를 제공하는 음향시스템(Sound System)(50)과;

조종간을 조작할 경우 느끼는 조종간의 반력을 조종사가 직접 손으로 느낄 수 있도록 하기 위한 조종간의 반력을 생성하여 조종사에게 제공하는 컨트롤 로딩 시스템(Control loading system)(60)과;

조종실에 설치된 조종간, 각종 조작 장치 및 계기류, 스위치류, 인디게이터류와 상기 시뮬레이션 호스트 컴퓨터(30)와의 통신을 가능하게 위하여 디지털 입출력, 아날로그 입출력 신호를 처리하는 인터페이스 시스템(Interface system)(70)과;

실제로 훈련하고자 하는 항공기의 조종실과 동일하게 설계, 제작되어 조종사에게 항공기 조종에 필요한 제반 상황 및 환경을 제공하는 조종실(Cockpit)(80)로;

구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 시뮬레이터의 동작과정을 도2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래기술에 의한 시뮬레이터의 동작 흐름도이다.

먼저 시뮬레이터를 가동하기 위하여 시뮬레이터에 전원을 투입하면 시뮬레이터가 초기화된다.

이어서 교관이 교관석 영상시스템(20)에서 교관이 영상시스템을 조작하여 공항/ 기상조건/ 지형/ 주야 선택 등과 같은 훈련에 필요한 환경을 설정하면, 호스트컴퓨터(30)는 시뮬레이터의 훈련 초기 조건에 맞추어 설정함으로서 시뮬레이터는 조종사가 조종을 수행할 수 있는 상태(조종 준비상태)로 된다.

다음 조종사용 영상시스템(10) 및 교관석 시스템(20)에 초기 화면이 디스플레이된다.

이어서 조종사가 상기 조종석(실)(80)에 자리를 잡고 비행을 위한 조종을 개시하면서 조종간/트로틀을 조작을 시작하면,

상기 조종사가 수행하는 조종의 결과는 실시간으로 상기 인터페이스시스템(70)으로 전달되며, 상기 인터페이스시스템(70)은 동 신호를 디지털신호 혹은 아나로그신호 형태로 변환하여 상기 호스트 컴퓨터(30)로 전송한다.

동 신호를 입력받은 상기 호스트 컴퓨터(30)는 수신된 신호에 따른 대기 및 기상 조건 등을 고려한 비행동력학 및 엔진 추력계산 시뮬레이션을 실행하고, 그 결과로 항공기의 가속도, 속도, 위치, 자세 등의 값을 계산하여 도출한다.

상기 계산 결과값은 결국 현재 시점에서의 항공기의 비행 상황값이 된다.

상기 호스트 컴퓨터(30)에서 계산된 항공기의 비행 상황값은 각각 조종사용 영상시스템(10), 교관석 시스템(20), 음향시스템(50), 모션시스템(40), 콘트롤 로딩시스템(60)으로 실시간으로 제공된다.

이어서 상기 호스트 컴퓨터(30)로부터 상기 비행 상황값을 수신한 상기 조종사용 영상시스템(10)은 입력된 비행 상황값을 반영하여 그에 적합한 영상(조종사 시각의 영상)을 조종사용 영상시스템(10)에 디스플레이함으로서 변화된 시계의 상황을 조종사에게 표시해 주고,

상기 교관석 시스템(20)은 입력된 비행 상황값을 반영하여 그에 적합한 영상(교관 시각의 영상)을 교관석 시스템(10)에 디스플레이함으로서 변화된 시계의 상황을 조종사에게 표시해 주며,

또한 상기 음향시스템(50)은 비행 상황에 적합한 음향을 발생하여 조종사에게 청각적으로 제공하고,

또 상기 모션시스템(40)과 콘트롤 로딩시스템(60)은 역시 상기 비행 상황에 적합한 상황을 재현하여 조종사에게 촉각적으로 제공하게 된다.

조종사는 상기 조종사용 영상시스템(10), 음향시스템(50), 모션시스템(40), 콘트롤 로딩시스템(60)으로부터 제공되는 상황 변화를 종합적으로 체감하며 변화되는 상황을 판단한다.

다음 시뮬레이션이 종료되지 않으면 조종사는 계속해서 변화된 상황에 맞추어 그에 적합한 조종을 반복하여 수행하게 되고, 조종사의 조종의 결과값은 또 다시 인턴페이스장치(70)을 통해서 호스트컴퓨터(30)로 피드백된 후, 상기 호스트 컴퓨터에서 계산된 항공기의 비행 상황값으로 변환되어 조종사용 영상시스템(10), 교 관석 시스템(20), 음향시스템(50), 모션시스템(40), 콘트롤 로딩시스템(60)으로 각각 제공되면서 상기의 과정을 반복하여 수행하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 항공기 훈련용 시뮬레이터는, 조종석 전방에 설치된 조종사용 영상시스템(10)이나 교관석 시스템(20)을 통해 비록 3차원 컴퓨터 그래픽 영상화면을 제공하고 있다고는 하나, 그 현시 내용은 항공기 훈련에 필요한 지형지물과 공항 및 그 부속 시설들을 가능한 한 세밀히 현시해주는데 그치고 있을 뿐이다. 그 이유는 상기한 바와 같이 항공기 훈련용 시뮬레이터의 경우 그 기술개발의 비중이 훈련에 필요한 상황묘사에 비중이 치우쳐져 있었기 때문에 초래된 당연한 결과이다.

다만 전투기 훈련용 시뮬레이터의 경우 그에 더하여 HUD(Head-Up Display)를 중첩하여 현시해 줌으로서 보다 입체적인 영상정보를 제공하려고 하고 있다. 그러나 이는 항공기 밖의 상황에 계기 상황판을 중첩시켜 디스플레이하여 줌으로서 조종을 쉽게 할 수 있도록 조종사에게 시각적 편리함을 제공하기 위한 것이지, 조종사가 자신의 조종 방향을 미리 예측할 수 있도록 하거나, 조종사가 자신의 조종결과의 당부를 즉각적으로 판단할 수 있도록 하기 위한 것은 아니다.

따라서 종래의 시뮬레이터로는 조종사가 자신이 조종하여야 할 방향과 내용을 예측할 수 없어 스스로 조종 기술을 습득하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 자신의 훈련 결과를 스스로 판단하고 평가하는 데는 한계가 있었다.

도 3은 종래의 항공기 훈련용 시뮬레이터에서 영상시스템에 현시되는 내용 및 인터페이스를 설명한 도면이다.

도 3의 ①은 항공기 기동정보인 위치 및 자세 정보를 조종사용 영상시스템(10)에 제공하는 것이고, 도 3의 ②는 교관석 시스템(20)에 포함된 영상제어반을 이용하여 공항, 초기 위치 및 자세, 시간대, 기상 효과를 선택하고 조종사용 영상시스템(10)에 해당 정보를 제공하는 것이며, 도 3의 ③은 호스트 컴퓨터(30)와 교관석 영상시스템(20)으로부터 제공받은 정보를 이용하여 3차원 컴퓨터 그래픽 영상을 조종석(80)의 전방에 설치된 조종사용 영상시스템(10)에 현시하는 것을 나타낸 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 종래의 항공기 훈련용 시뮬레이터에서는 조종사에게 실제의 상황에 부합하는 정확한 상황묘사에만 중점이 두어지고 있을 뿐, 실제 조종사가 조종기술을 신속히 이해하는데 절대적으로 필요한 오류의 감지나 교정, 그리고 조종기술의 빠른 이해를 위한 항로의 비교 분석 등에 관한 사항 등은 교관이나 조종사 개인의 몫으로 남겨져 상대적으로 소홀히 취급되었기 때문에 비록 뛰어난 상황 묘사기술이 구현되고 있음에도 불구하고 조종기술의 향상은 그에 비례해서 향상되지 못하는 문제가 있었다.

이러한 사례를 들면 다음과 같은 것들이 있다.

경험이 부족한 초보 조종사의 경우 임의의 위치에서 활주로를 찾아가는 것이 대단히 어렵다. 이는 종래의 시뮬레이터에서는 조종사가 초기에 항로를 찾아 들어가야 하는 방법에 관한 아무런 지침을 구유하고 있지 못하기 때문에 초래되는 당연한 결과이다.

또 초보 조종사의 경우 조종사가 항로를 이탈하는 경우에도 이러한 이탈의 정도를 명확히 파악할 수 없을 뿐만 아니라 이를 인지하였다고 하더라도 항로를 교정하는 것이 대단히 어렵다. 이는 종래의 시뮬레이터에서는 항로를 이탈하는 정도를 감지할 수 있는 수단이 없었을 뿐만 아니라 이탈된 항로를 교정하는 데 필요한 명확한 기준의 설정이 없기 때문에 초래되는 당연한 결과이다.

또한 종래의 시뮬레이터에서는 일단 훈련상황이 설정되면 조종사의 숙달 여부에 관계없이 동일한 조건의 훈련 상황만이 전개되기 때문에 조종사 개인의 숙달 정도에 관계없이 일률적인 교육이 진행된다. 이에 따라 각자의 숙달 정도에 맞는 맞춤 교육이 이루어지지 못하고 어느 정도 숙달된 조종사의 경우 오히려 하향 평균화된 교육을 받아야만 하는 불합리한 상황이 발생하기도 한다.

또 이미 숙달된 조종사의 경우에는 비행경로에 대한 아무런 도움 없이 훈련을 하게 되는데 이 경우 종래의 시뮬레이터에서는 훈련한 결과에 대한 분석과 평가 를 세밀히 할 수 없는 문제가 있다.

또한 통상의 항공기 시뮬레이터는 조종사 비행훈련에만 사용되고 있다. 그러나 본 발명을 통해, 항공기 블랙박스(FDR, QAR)에 내장된 비행기록을 이용하여 사고 항공기 비행경로와 사고원인을 분석하는데 사용할 수 있다. 하지만 종래의 블랙박스 분석장치는 단순히 모니터 상에 그래픽 계기와, 영상화면 상에 항공기 비행 경로를 보여주는 정도였기 때문에, 사고시 조종실 내부의 종합적인 상황을 분석하기 힘들다는 문제가 있다.

또 종래의 전투기 시뮬레이터에서는, 전방의 지형지물이나 공항의 부속시설을 현시해 주는데 추가하여 HUD를 중첩해서 현시해 주고 있기는 하나, 이는 조종의 편리함을 제공하기 위한 것으로서, 항공기의 이동에 대한 감각이 전무하고 계기 비행에 어려움이 있는 초보 조종사의 경우, 이에 의지해 임의 위치에서 활주로를 찾아 가기가 거의 불가능 하다는 문제가 있다.

또한 종래의 기술에서는 한 번 정해진 전방의 영상만이 제공될 뿐 훈련의 숙달 정도에 따라 교관이 훈련생의 훈련 정도에 맞추어 수시로 적절히 가변되는 영상을 제공할 수 없는 문제가 있었다.

또 종래의 기술에서는 조종사가 이미 비행한 비행 경로와 그에 대한 평가를 대비하는 데이터가 없기 때문에 조종사가 자신의 훈련결과를 알 수 없을 뿐만 아니라 교관도 조종사의 오류를 수정함에 있어서 자신의 주관적인 느낌과 기억에 의존할 수 밖에 없다는 문제가 있었다.

본원 발명은, 항공기 블랙박스(FDR : Flight Data Recoder 또는 QAR : Quick Access Recoder )에서 제공되는 비행정보와, 젭슨매뉴얼 등과 같은 항공정보 간행물을 통해서 제공되는 각 공항의 시설물 정보 및 표준 항공로에 대한 정보와, 지상항법보조시설의 위경도 좌표와 관련 정보를 수집한 후, 이를 데이터 베이스화하여 관리하고, (DBMS화 함)

상기 정보를 항공기 훈련용 시뮬레이터의 조종사 전방에 설치되어 있는 조종사용 영상시스템(Visual System)과 교관석 시스템(Instructor's Station)에 포함된 교관석용 영상시스템(일명 조종사 영상 시스템 복제기 ; Visual repeater)과, 항공기의 비행 경로를 보여주는 3 차원 영상화면으로 보여주는 기능을 포함하고 있는 항공기 블랙박스 해석기의 영상화면에 3차원 컴퓨터 그래픽 영상화면으로 중첩하여 현시해 줌으로써,

비행훈련 전에 미리 어느 항공로로 비행해야 하는지 훈련생에게 입체적으로 브리핑 할 수 있도록 함과 동시에 훈련생이 훈련의 목적과 방향을 사전에 정확히 인식할 수 있도록 하여 교육훈련의 효과를 증대시킴을 목적으로 한다.

또한 교관이 항공기가 비행한 결과를 다양한 시점(조종사 시점, 제3자 관찰자 시점, 관제탑 시점)에서 표준 항공로와 비교하여 볼 수 있게 함으로서 교관이 훈련의 결과를 객관적으로 분석. 평가 할 수 있도록 하는 한편, 훈련생이 자신의 훈련 결과를 입체적으로 보고 자신의 비행 경로와 표준 항공로와의 경로 오차를 구체적으로 확인·평가할 수 있도록 함으로써 자신의 문제점을 스스로 확인·해결할 수 있도록 함을 또 다른 목적으로 한다.

또 조종사의 조종에 의한 항공기 기동에 따른 비행경로와 젭슨 매뉴얼 상에 권고된 표준 항공로 그리고 지상 항법 보조시설의 위치를 교관이 교육 목적에 따라 기존 영상 화면상에 중첩하여 현시하여 주되 필요에 따라 교관이 부가 영상의 현시 여부를 결정하고 표시 형태를 조종할 수 있게 함으로써, 훈련생의 숙달 정도에 따라 그 수준에 맞는 맞춤 교육이 이루어질 수 있도록 함과 동시에 교육생의 학습 의욕을 고양시킴을 또 다른 목적으로 한다.

또한 지상 항법 보조 시설의 위치를 항공로와 함께 입체적으로 보여줌으로써 항공기 위치에 따른 항법 계기 와 지상 항법 보조 시설과의 관계를 쉽게 이해할 수 있도록 함을 또 다른 목적으로 한다.

또 본원발명의 항공기 시뮬레이터를 항공기의 사고분석에 사용할 경우, 항공기 블랙박스(FDR, QAR)에 내장된 기록을 재현할 때, 그 결과가 표준 항공로와 함께 3차원 그래픽 영상으로 디스플레이되도록 함으로서, 사고 항공기의 비행상황을 보다 구체적으로 알 수 있도록 하여 사고 항공기 비행경로와 사고원인 파악을 보다 빠르고 쉽게 할 뿐만 아니라 그 판단을 객관화하여 신뢰성을 높임을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본원발명은 항공기 시뮬레이터의 조종실 영상화면에 사고 항공기의 실제 비행경로와 표준 항공로를 동시에 현시해 줌으로써 사고 항공기가 얼마나 벗어나서 비행했는지를 정량적으로 분석할 수 있게 한다. 또한 그 상황에서 실제로 사고항공기와 동일한 비행궤적으로 갖도록 조종해 봄으로써 사고 당시의 상황을 면밀하게 파악할 수 있게 함을 또 다른 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 구성을 도4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본원발명에 의한 항공기 비행 시뮬레이터의 구성을 나타낸 것으로서, 이에 따르면 본원발명의 구성은,

조종사에게 조종에 따른 활주로 및 공항 시설물을 포함한 공항의 상황과 산, 강, 도시, 등과 같은 지형의 상황, 그리고 구름, 안개 등과 같은 기상 및 대기의 상황 등이 포함된 창밖에 펼쳐지는 조종사의 시계 상황과 블랙박스로부터 제공되는 비행결과정보, 표준항공로 및 지상항법보조시설로부터 제공되는 항법보조정보를 데이터 베이스화한 DBMS로부터 제공되는 정보를 3차원 컴퓨터 그래픽을 이용하여 교관의 선택에 따라 중첩하여 출력되도록 하는 기능이 부가된 조종사용 영상시스템(Visual System)(100)과;

공항 및 활주로를 선택하고, 훈련에 필요한 대기의 기상 조건을 설정하고, 초기 항공기의 위치 및 자세 지정 등과 같은 조종훈련에 필요한 훈련 환경을 미리 설정하는 한편, 조종사의 숙달 정도에 따라 훈련 상황을 임의로 조정하여 설정할 수 있고, 또한 교관의 선택에 따라 시각정보를 조종사 시각, 교관시각, 관제탑 시각으로 바꾸어 출력할 수 있도록 함으로서 진행 중인 훈련의 상황을 정확히 모니터링하는 기능을 수행하는 교관석 시스템 (Instructor's Station)(200)과;

인터페이스 시스템(700)으로부터 제공되는 조종사의 조종 결과와, 교관석 시스템 (200)에서 설정한 훈련조건(즉 훈련에 필요한 기상 및 대기 상황)을 입력받아 교관이 설정한 조건이 조종사의 조종결과에 미치는 영향(즉 기상 및 대기 상황이 항공기에 작용하는 양력, 항력, 추력, 중력 등과 같은 각종 힘)을 분석하여 항공기 기동을 시뮬레이션하기 위한 비행동력학 및 엔진의 추력계산을 위한 프로그램을 실행시키고 그 결과를 선택적으로 다른 시스템에게 제공하는 한편, 항공기의 3 차원 공간상의 위치(X, Y, Z) 및 자세정보(Pitch, Roll, Yaw)를 조종사용 영상시스템(100)과 교관석 시스템(200)의 교관석용 영상시스템(210)으로 제공함과 동시에 시뮬레이터의 전체적인 기능을 총괄하여 제어하는 시뮬레이터 호스트 컴퓨터(Simulator Host Computer)(300)와;

항공기가 실질적으로 동작하는 듯한 느낌을 조종사가 직접 몸으로 느낄 수 있도록 조종사에게 항공기의 운동감을 제공하는 모션시스템(Motion system)(400)과;

항공기가 실제로 비행하고 있는 듯한 느낌을 조종사가 청각적으로 느낄 수 있도록 조종사에게 항공기 운행 중 발생하는 음향과 동일한 음향 효과(엔진 기동, 바람 소리, 착륙시 접지 소음 등)를 제공하는 음향시스템(Sound System)(500)과;

조종간을 조작할 경우 느끼는 조종간의 반력을 조종사가 직접 손으로 느낄 수 있도록 하기 위한 조종간의 반력을 생성하여 조종사에게 제공하는 컨트롤 로딩 시스템(Control loading system)(600)과;

조종실에 설치된 조종간, 각종 조작 장치 및 계기류, 스위치류, 인디게이터류와 상기 시뮬레이션 호스트 컴퓨터(300)와의 통신을 가능하게 위하여 디지털 입출력, 아날로그 입출력 신호를 처리하는 인터페이스 시스템(Interface system)(700)과;

실제로 훈련하고자 하는 항공기의 조종실과 동일하게 설계, 제작되어 조종사에게 항공기 조종에 필요한 제반 상황 및 환경을 제공하는 조종실(Cockpit)(800)과;

각종 항공기 블랙박스 비행 데이터(지상 속도, 자세 정보등), 표준 항공로 데이터, 지상 항법 시설 데이터(ADF, TACAN, NDB, VOR, DME, ILS 등)를 데이터 베이스하여 교관석에서 설정된 조건에 따라 조종사 영상 시스템과 교관석용 영상시스템과 블랙박스 해석용 영상시스템에 해당되는 데이터를 제공하는 DBMS(310) 로;

구성됨을 특징으로 한다.

상기 DBMS(310)에는 항공기 블랙박스(312)나 항공정보 간행물(311)이 연결되도록 함을 특징으로 한다. 그러나 상기 항공기 블랙박스(312)나 항공정보 간행물(311)은 본 시스템에 상시 혹은 영구 설치되어 있는 장치가 아니라, DBMS(310)를 제작하거나 이를 업그레이드 (혹은 업데이트)할 때에만 선택적으로 시스템에 연결되어 관리자가 필요로 하는 각종 데이터(예를 들면, 블랙박스 테이터, 표준항공로 데이터, 지상항법시설 데이터 등)를 제공하도록 하기 위한 것이다.

상기 조종사용 영상시스템(100)의 구성은,

상기 호스트 컴퓨터(300)로부터 제공되는 항공기 기동 정보에(위치 및 자세) 따라 조종사 시점에서의 지형지물을 디스플레이하여 주는 제1영상부(110)와;

상기 DBMS(310)에서 읽어들인 항공기 블랙박스에 저장되 있던 비행경로 또는 표준항공로 및 실제 항공기의 이동 경로를 중첩하여 디스플레이하는 제2영상부(120)로;

구성됨을 특징으로 한다.

상기 교관석 시스템(200)의 구성은,

상기 호스트 컴퓨터(300)로부터 제공되는 항공기 기동 정보에(위치 및 자세) 따라 교관이 선택하는 3가지 시점에서의 지형지물을 디스플레이하여 주는 교관석용 영상시스템(210)과;

상기 DBMS(310) 에서 읽어들인 항공기 블랙박스에 저장되 있던 비행경로 또는 표준항공로 및 실제 항공기의 이동 경로를 중첩하여 디스플레이하는 교관석용 제어시스템(220)로;

구성됨을 특징으로 한다.

상기 조종사용 영상시스템(100)과 교관석용 영상시스템(210)의 실질적인 구성은 거의 동일한 형태를 취한다. 다만 교관석용 영상시스템(210)은 교관의 선택에 따라 3가지 시점에서의 영상을 제공하는 점이 기능적인 측면에서 다르다. 즉, 교관석용 영상시스템(210)은 시뮬레이터 운영상황 전체를 제어, 관찰 할 수 있는 것을 목적으로 하기 때문에 교관석 시스템의 서브시스템으로서의 교관석용 영상 화면이 제공되는 것이다.

상기 교관석용 영상시스템(210)의 구성은,

상기 호스트 컴퓨터(300)로부터 제공되는 항공기 기동 정보에(위치 및 자세) 따라 교관이 선택하는 3가지 시점에서의 지형지물을 디스플레이하여 주는 제1영상부(212)와;

상기 DBMS(310)에서 읽어들인 항공기 블랙박스에 저장되 있던 비행경로 또는 표준항공로 및 실제 항공기의 이동 경로를 중첩하여 디스플레이하는 제2영상부(211)로;

구성됨을 특징으로 한다.

상기 교관석용 제어시스템(220)의 구성은,

상기 호스트 컴퓨터(300)로부터 제공되는 항공기 기동 정보에(위치 및 자세) 따라 교관이 선택하는 3가지 시점에서의 지형지물을 디스플레이하여 주는 일반영상제어반(221)과;

상기 DBMS(310)에서 읽어들인 항공기 블랙박스에 저장되 있던 비행경로 또는 표준항공로 및 실제 항공기의 이동 경로를 중첩하여 디스플레이하는 부가영상제어반(222)으로;

구성됨을 특징으로 한다.

위와 같이 구성된 교관석 영상제어반을 이용하여 교관은 필요에 따라서 영상화면을 보는 시점을 조종사 시점, 제 3 자 관찰자 시점(bird's eye view), 관제탑 시점으로 변경할 수 있고, 중첩되는 영상 화면의 형태로 조종할 수 있다.

도 6은 상기 조종사용 영상시스템(100)과 교관석용 영상시스템(210)에 3차원 그래픽이 중첩하여 디스플레이되는 과정과 그 현시되는 내용을 도시한 것이다. 도 6에 화살표는 디스플레이 과정을 나타낸 것이고, Box는 시스템 내의 구성을 이해하기 쉽게 논리적으로 분리하여 도시한 것이다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 시뮬레이터의 동작과정을 도 5 및 이와 관련된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본원발명에 의한 시뮬레이터의 동작 흐름도이다.

먼저 조종사가 조종훈련을 하기 위한 과정을 설명하면 다음과 같다.

우선 시뮬레이터를 가동하기 위하여 시뮬레이터에 전원을 투입하면 시뮬레이터가 초기화된다.

이어서 교관이 교관석 시스템(200)에서 교관이 교관석용 제어시스템을 조작하여 공항/ 기상조건/ 지형/ 주야 선택, 그리고 조종사의 숙달정도를 고려하여 표준항공로의 표시여부 및 그 표시범위와 상태 등과 같은 훈련 및 그 결과 판단에 필요한 환경을 설정하면, 교관석용 영상시스템은 DBMS(310)에서 관련된 정보를 읽어 들인 후, 호스트컴퓨터(300)가 시뮬레이터의 훈련 초기 조건에 맞추어 이를 설정함으로서 시뮬레이터는 조종사가 조종을 수행할 수 있는 상태(조종 준비상태)로 된다.

이때 표준항공로의 표시 여부 및 그 표시범위와 상태는 조종사의 숙련정도에 따라 교관이 임의로 지정하게 된다.

교관의 훈련 조건의 설정이 끝나면, 조종사용 영상시스템(100) 및 교관석용 영상시스템(210)에 초기 화면이 디스플레이된다.

도 7은 비행경로와 함께 표준항공로가 표시되는 상황을 나타낸 도면이다.

여기에서 표준 항공로는 3 차원 공간상에 터널 형태로 현시하며, 현시 여부를 토글할 수 있도록 한다. 표준항공로의 터널의 형태는 도 8에 나타난 바와 같이 다양한 형태가 제시될 수 있으며 교관은 편의에 따라 이를 선택·변경하여 제공할 수 있도록 한다.

또한 도 7에 도시된 터널의 범위(단면)는 조종사(훈련생)의 숙련 정도에 따라 교관의 판단에 의하여 그 크기를 확대 또는 축소하여 설정할 수 있다. 즉 초보자의 경우 터널의 범위를 크게 하면 조작이나 판단이 비교적 쉬워지지만 정밀도는 떨어진다. 이에 따라 훈련의 진행 정도에 따라 점차 축소해 감으로서 훈련생의 적응도를 높일 수 있게 된다.

또 도 7에 도시된 터널 단면간의 간격도 조종사(훈련생)의 숙련 정도에 따라 그 거리를 확장 혹은 단축하여 설정할 수 있다. 즉 초보자의 경우 터널 단면간의 간격을 조밀하게 하되 점차 숙달이 되어 감에 따라 그 간격을 넓힘으로서 적응력을 높여갈 수 있다. 결과적으로 터널 단면간의 거리가 가장 큰 경우는 지정된 경유지(way point) 에만 터널 단면을 그려주는 형식이 될 것이다.

이어서 조종사가 상기 조종석(실)(800)에 자리를 잡고 비행을 위한 조종을 개시하면서 조종간/트로틀을 조작을 시작하면,

상기 조종사가 수행하는 조종의 결과는 실시간으로 상기 인터페이스시스템(700)으로 전달되며, 상기 인터페이스시스템(700)은 동 신호를 디지털신호 혹은 아나로그신호 형태로 변환하여 상기 호스트 컴퓨터(300)로 전송한다.

이때 항공기의 현 위치와 함께 상기한 바와 같이 교관에 의해 임의로 설정된 형식으로 표준항공로가 중첩되어 디스플레이 되므로 조종사는 쉽게 항공로를 찾아 조종을 수행할 수 있게 되며 항공기가 표준 항공로로부터 이탈되더라도 그 이탈의 정도나 방향 등을 누구나 쉽게 이해할 수 있게 된다.

상기 신호를 입력받은 상기 호스트 컴퓨터(300)는 수신된 신호에 따른 대기 및 기상 조건 등을 고려한 비행동력학 및 엔진 추력계산 시뮬레이션을 실행하고, 그 결과로 항공기의 가속도, 속도, 위치, 자세 등의 값을 계산하여 도출한다.

상기 계산 결과값은 결국 현재 시점에서의 항공기의 비행 상황값이 된다.

상기 호스트 컴퓨터(300)에서 계산된 항공기의 비행 상황값은 각각 조종사용 영상시스템(100), 교관석 시스템(200), 음향시스템(500), 모션시스템(400), 콘트롤 로딩시스템(600)으로 실시간으로 제공된다.

이어서 상기 호스트 컴퓨터(300)로부터 상기 비행 상황값을 수신한,

상기 조종사용 영상시스템(100)은 입력된 비행 상황값을 반영하여 그에 적합한 영상(조종사 시각의 영상)을 변경된 표준항공로와 함께 조종사용 영상시스템(100)에 디스플레이함으로써 변화된 시계의 상황과 함께 조종의 결과를 시각적으로 조종사에게 표시해 주고,

상기 교관석 시스템(200)은 입력된 비행 상황값을 반영하여 그에 적합한 영상(교관 시각의 영상)을 변경된 표준항공로와 함께 교관석용 영상시스템(210)에 디스플레이함으로서 변화된 시계의 상황과 함께 조종사가 조종한 결과를 시각적으로 교관에게 표시해 주며,

또한 상기 음향시스템(500)은 비행 상황에 적합한 음향을 발생하여 조종사에게 청각적으로 제공하고,

또 상기 모션시스템(400)과 콘트롤 로딩시스템(600)은 역시 상기 비행 상황에 적합한 상황을 재현하여 조종사에게 촉각적으로 제공하게 된다.

조종석의 조종사는 상기 조종사용 영상시스템(100), 음향시스템(500), 모션시스템(400), 콘트롤 로딩시스템(600)으로부터 제공되는 상황 변화를 종합적으로 체감함과 동시에 자신의 조종 결과를 스스로 체크한 후, 오류 여부를 판단한다.

다음 시뮬레이션이 종료되지 않으면 조종사는 계속해서 변화된 상황에 맞추어 면서 자신의 조종 결과를 직접 체크하면서 그 오류를 스스로 수정한 후, 조종간/트로틀을 조작하여 표준항공로로 자신의 비행궤도를 근접시킨다.

상기와 같은 조종사의 조종의 결과값은 또다시 인터페이스장치(700)을 통해서 호스트컴퓨터(300)로 피드백된 후, 상기 호스트 컴퓨터에서 계산된 항공기의 비행 상황값으로 변환되어 조종사용 영상시스템(100), 교관석 시스템(200), 교관석용 영상시스템(210), 음향시스템(500), 모션시스템(400), 콘트롤 로딩시스템(600)으로 각각 제공되면서 상기의 과정을 반복하여 수행하게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 조종사는 표준항공로와 본인의 비행 상황을 스스로 비교 대조하면서 본인의 조종 기술을 익히게 된다.

도 6은 본 발명에 의한 영상 시스템 현시내용 및 인터페이스 관계를 보여준 것이다.

도 6의 ①은 항공기 기동정보인 위치 및 자세 정보를 통신으로 영상 시스템에 제공하는 것으로 일반적인 내용과 동일하다.

도 6의 ②는 교관석에 포함된 영상제어반을 이용하여 공항, 초기 위치 및 자세, 시간대, 기상 효과를 선택하고 영상시스템에 해당 정보 제공하는 것으로 일반적인 내용과 동일하다.

도 6의 ③은 본 발명의 특징적인 내용으로 항공기 경로 표시 및 표시형태의 지정, 영상 화면의 시점 조종, 비행결과를 평가하기 위한 메뉴를 제공하는 것이다.

도 6의 ④는 본 발명의 특징적인 내용으로 블랙박스에 기록된 내용 중 항공기 속도, 자세, 고도 데이터와 항공기 표준 항공로와 지상 항법 보조 시설 데이터를 교관의 선택에 따라 제공하는 것이다.

도 6의 ⑤는 본 발명의 특징적인 내용으로 블랙박스에 기록된 내용중 항공기 속도, 자세, 고도 데이터와 항공기 표준 항공로와 지상 항법 보조 시설 데이터와 항공기 비행, 엔진, 조종계통, 계기류 등의 관련 정보를 호스트 컴퓨터에 제공하는 것이다.

지상 항법 보조 시설은 교관이 선택하여 현시 여부를 토글시킨다. 적용 가능한 지상국은 ADF, ILS, NDB, TACAN, VOR, Inner Marker, Middle Marker, Outer Marker 등이다.

비행경로표시는 연속적으로 변화하는 항공기 위치를 이어주는 선분과 항공기 고도 표시를 위한 선분으로 구성되고 표시 여부를 토글시킨다. 고도 선분의 간격 조종이 가능하다.

도 6의 조종사용 제1영상부(110)는 조종사용 영상시스템의 일반적인 내용인 지형, 공항, 활주로 등화 등이 현시되는 것으로서, 도 6의 호스트 컴퓨터(300)와 도 6의 교관석 시스템(200)의 일반 영상 제어반(221)로 제공받은 정보를 이용하여 3차원 그래픽 영상을 조종사 시점으로 조종사 전방에 현시하는 것이다.

도 6의 조종사용 제2영상부(120)는 본 발명의 내용으로서 기존의 영상 시스템의 현시 내용에 부가되어 현시되는 것으로, 비행경로, 표준 항공로, 지상 항법 보조시설의 위치 및 정보를 기존의 영상화면에 중첩시켜 현시해 주기 위한 것이다.

즉, 도 6의 호스트 컴퓨터(300)와 도 6의 교관석용 영상시스템(210)의 부가영상제어반(222)으로부터 받은 제어정보와 도 6의 항공로 및 지상 항법 보조 시설 데이터 베이스(310)를 이용하여 비행 궤적, 항공로, 지상 항법 보조시설을 일반 영상화면에 중첩하여 현시하는 것이다.

도 6의 항공정보간행물(311) 은 본 발명에 사용될 기초 데이터인 항공정보간행물과 젭슨 매뉴얼로써 표준 항공로 데이터와 항법 보조 시설의 위경도 좌표를 포함한 정보가 수록되어있는 기초자료로써 DBMS(310)에 탑재되어 활용된다.

도 6의 항공기 블랙박스(312) 는 본 발명에 사용될 기초 데이터인 항공기 블랙박스 데이터이고 기본적으로 수백종류의 항공기, 비행, 엔진, 항법 관련 데이터 중에서 항공기 비행 궤적계산에 필요한 항공기 속도(지상 속도), 자세, 고도 정보만을 선별하여 파일로 저장하게 된다.

도 6의 DBMS(310)는 상기 항공기 정보간행물(311)과 상기 항공기 블랙박스(312)의 데이터를 테이블 형태로 제작하여 상기 교관석용 영상시스템(210)과 조종사용 영상시스템(100)이 이용할 수 있는 형태로 가공하여 저장하게 된다.

도 9는 항공정보간행물에 수록된 인천공항 33 번 활주로 착륙을 위한 항공로 및 착륙 경로 정보를 예시한 것이다.

또한 비행의 결과는 최종적으로 호스트 컴퓨터(300)에 입력 저장되며, 사후 평가 분석을 하는 데 활용됨으로서 조종사의 조종능력에 대한 객관적 평가를 가능하게 한다.

조종능력의 평가 분석은 표준 항공로와 비행경로와의 오차 거리를 계산하여 이루어진다. 이는 표준 항공로와 비행경로의 3차원 공간 좌표값들을 2차원 지구 평면에 정사형시키고 상기 정사영된 표준항공로의 법선백터와 비행경로와의 교차점을 찾아서 두 지점간의 거리를 구한 다음, 이 교차점에서의 표준항공로상의 표준 비행고도와 비행경로상의 고도값을 이용하여 고도 오차를 구한다. 상기와 같이 거리오차와 고도 오차를 이용하면 공간거리 오차를 구할 수 있고 이를 산술 평균 혹은 표준 편차 등의 자료로 활용하여 교관의 평가 기준에 따라 평가하도록 한다

한편, 교관은 교관석의 디스플레이 상황을 보고 상기 훈련상황을 점검하고 판단하여 표준항공로의 표시 여부와 그 표시의 범위를 결정하며, 만일 부가정보의 조정이 필요하다고 판단되면 변경된 정보를 제공하여 이를 디스플레이 하도록 한다.

상기 부가된 정보의 내용이 변경되면 호스트컴퓨터는 변경된 부가 정보의 내용을 중첩하여 제1영상부에 표시함으로서 훈련의 원활을 돕는다.

다음 비행기 사고를 분석하기 위하여 블랙박스를 디스플레이하여 분석하는 과정을 도 14를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 14는 블랙박스의 기록 내용을 재현하여 사고의 상황을 분석하는 과정에 대한 흐름도이다.

우선 시뮬레이터를 가동하기 위하여 시뮬레이터에 전원을 투입하면 시뮬레이터가 초기화된다.

교관은 교관석의 부가영상제어반(222)을 이용하여 DBMS(310)상에 저장된 블랙박스 데이터 중 분석하고자하는 데이터를 선택한다.

이와 함께 DBMS(310)에 저장되어 있는 표준항로 및 지상 항법시설에 대한 정보를 교관이 설정한 조건에 따라 영상시스템이 읽어 들여서 영상화면에 중첩하여 display 한다. .

블랙박스 데이터는 80~300 개의 비행 데이터가 있는 데, 이 값들은 비행시에 측정한 값이기 때문에 별도의 시뮬레이션을 필요로 하는 것이 아니다. 따라서 상기 측정값 중 필요한 데이터만을 선택하여 사용하기만 하면 된다. 즉 항공기 속도, 가속도가 x, y, z 삼축 방향으로 나오고 계기 지시값(엔진 온도, 엔진 회전, 속도값 등)을 시뮬레이터 전방 조종석에 제공하여 조종실 계기가 실제 비행시 상태값을 지시하도록 하게 된다.

DBMS(310)로부터 항공기 비행 궤적 계산에 필요한 정보를 입력받은 호스트 컴퓨터(300)는 비행 정보인 지상속도(Ground Speed)를 적분하여 항공기 위치를 계산하고 고도, 자세각(Pitch, Roll, Heading)을 인터폴레이션 하여 항공기의 3 차원 공간 위치 및 자세 값을 계산한다.

이값은 결국 현재 시점에서의 항공기의 비행 상황값이 된다.

상기 호스트 컴퓨터에서 계산된 항공기의 비행 상황값은 조종사용 영상시스템(100), 음향시스템(500), 모션시스템(400), 교관석 시스템(200), 콘트롤 로딩시스템(600)으로 각각 제공된다.

이어서 상기 비행상황값을 입력받은 상기 조종사용 영상시스템(100)과 교관석 시스템(200)은 입력된 비행상황값을 반영하여 이를 조종사용 영상시스템(100)에 디스플레이함으로서 변화된 시계의 상황을 표시해 주고, 또한 상기 음향시스템(500)은 상기 비행상황에 적합한 음향을 청각적으로 제공하며, 상기 모션시스템(400)과 콘트롤 로딩시스템(600)은 상기 비행상황에 적합한 상황을 촉각적으로 제공하게 된다.

또한 상기 비행상황에 맞는 영상과 함께 표준항로가 동시에 제공되어 중첩된 상태로 제공된다.

관찰자는 상기 상황을 종합적으로 판단하며 표준항공로와 블랙박스의 비행 상황을 비교 대조하면서 조종 결과를 판단하여 사고의 원인을 밝힌다.

아울러 이러한 조종의 결과에 대한 결과값은 또다시 인터페이스장치(700)를 통해서 호스트컴퓨터(300)로 피드백된 후, 상기 호스트 컴퓨터에서 계산된 항공기의 비행 상황값으로 변환되어 조종사용 영상시스템(100), 음향시스템(500), 모션시스템(400), 교관석 장치(200), 콘트롤 로딩시스템(600)으로 각각 제공되면서 연속적인 비행상황의 분석을 가능하게 한다.

한편, 영상제어반을 사용하여 교관은 임의로 조종사 시점, 제삼자 관찰자 시점, 관제탑 시점으로 현재 항공기의 비행경로, 표준 항공로, 지상 항법 보조 시설 영상 화면을 볼 수 있고 훈련 과정 중에 즉시 필요한 지시 및 비행 상태를 확인할 수 있게 한다. 또한 디스플레이되는 내용을 보고 블랙박스의 상황을 관찰하던 중 특별한 상황변화가 발견되고 그에 대한 보다 정밀한 분석이 필요하다고 생각되면, 교관석 시스템(200)에서는 표준항공로 단면간의 거리(간격)를 조정하거나 단면을 확대 또는 축소하여 조정함으로서 보다 정밀한 상황을 분석하게 된다.

이상과 같은 과정을 통하여 항공기의 비행 경로 분석 또는 사고분석의 경우 항공기 블랙박스(FDR, QAR)에 내장된 기록을 이용해 실제 비행경로 및 고도선과 함 께, 항공 정보 간행물에 나타난 표준 항공로를 표시해주고 그 표준항공로와 얼마의 거리 편차를 가지고 비행했는지를 수치적으로 알려줌으로서 표준 항공로와 얼마나 벗어나서 비행했는지 직관적으로 판단할 수 있도록 함과 동시에 효과적인 비행 경로 분석 또는 사고분석을 할 수 있게 된다.

본 발명을 통해 항공기 훈련용 시뮬레이터에 있어서 기존의 영상 시스템에는 없는 항공로 및 지상국 정보를 중첩하여 시현해줌으로써 훈련 효과를 높이고 훈련결과에 대한 객관적이 평가를 가능하게 한다. 또한 항공기 사고 분석용 영상 시스템에 있어서 항공기가 표준 궤적과 정확인 얼마큼 벗어나서 비행 했는지를 수치적으로 명확히 알 수 있음으로 사고분석의 정확성을 기할 수 있다.

예를 들어, 초보 조종사의 경우에는 비행의 경우, 임의 위치에서 활주로를 찾아 가기가 거의 불가능 하다. 이때 그 위치에서 활주로에 착륙하기 위한 표준 항공로를 영상 화면상에 보여 주고 그 경로를 따라가게 하면서 항법계기의 지시값들이 변하는 상태를 지상 항법 보조 시설의 위치와 병행해서 교육을 시킨다면 피 교육자는 비행 경로에 대한 입체적인 공간감을 느낄 수 있게 되고 항법계기만을 이용하여 표준 항공로를 따라 비행하는 능력이 빠르게 향상 될 것이다.

또한 교관이 피교육자의 조종 숙달 정도에 맞춰 정밀한 표준 항공로, 단순한 형태의 표준 항공로, 그리고 단순히 중요한 경유점 만을 현시해주는 방법을 교관이 선택할 수 있게 함으로서 이러한 조종훈련 과정을 통해 정해진 수준에 도달한 조종사는 상기 발명품이 없는 상태에서 조종 훈련을 받을 수 도 있게 된다.

또한 이미 숙달된 조종사의 경우에는 비행경로의 도움 없이 조종한 후에 그 결과를 표준 항공로와 비교할 수 있게 함으로써 조종능력을 객관적으로 평가할 수 있게 된다.

상기 발명품의 기능이 추가된 영상 시스템을 교관석에 설치하면 교관은 임의로 조종사 시점, 제삼자 관찰자 시점, 관제탑 시점으로 현재 항공기의 비행경로, 표준 항공로, 지상 항법 보조 시설 영상 화면을 볼 수 있고 훈련 과정 중에 즉시 필요한 지시 및 비행 상태를 확인할 수 있게 한다.

Claims (10)

1. 조종사에게 활주로 및 공항 시설물을 포함한 공항의 상황과 산, 강, 도시, 등과 같은 지형의 상황, 그리고 구름, 안개 등과 같은 기상 및 대기의 상황 등이 포함된 창밖에 펼쳐지는 조종사의 시계 상황과 블랙박스로부터 제공되는 비행결과정보 및 DBMS로부터 제공되는 표준항공로 및 지상항법보조시설로부터 제공되는 항법보조정보를 3차원 컴퓨터 그래픽을 이용하여 교관의 선택에 따라 중첩하여 출력되도록 하는 기능이 부가된 조종사용 영상시스템(Visual System)(100)과;

   호스트 컴퓨터(300)로부터 제공되는 항공기 기동정보에 따라 교관이 선택하는 3가지 시점에서의 지형지물을 디스플레이하여 주는 교관석용 영상시스템(210)과, 항공기 블랙박스에 저장되어 있던 비행경로 또는 표준항공로 및 실제항공기의 이동경로를 중첩하여 디스플레이하는 교관석용 제어시스템(220)으로 구성되어,

   공항 및 활주로를 선택하고, 훈련에 필요한 대기의 기상 조건을 설정하고, 초기 항공기의 위치 및 자세 지정 등과 같은 조종훈련에 필요한 훈련 환경을 미리 설정하는 한편, 조종사의 숙달 정도에 따라 훈련 상황을 임의로 조정하여 설정할 수 있고, 또한 교관의 선택에 따라 시각정보를 조종사 시각, 교관시각, 관제탑 시각으로 바꾸어 출력할 수 있도록 함으로서 진행 중인 훈련의 상황을 정확히 모니터링하는 기능을 수행하는 교관석 시스템(Instructor's Station)(200)과;

   인터페이스 시스템(700)으로부터 제공되는 조종사의 조종 결과와, 교관석 시스템(200)에서 설정한 훈련조건을 입력받아 교관이 설정한 조건이 조종사의 조종결과에 미치는 영향을 분석하여 항공기 기동을 시뮬레이션하기 위한 비행동력학 및 엔진의 추력계산을 위한 프로그램을 실행시키고 그 결과를 선택적으로 다른 시스템에게 제공하는 한편, 실제 비행된 경로가 담겨진 블랙박스와 비행 관련 데이터베이스 매니지먼트 시스템(DBMS)로부터 제공되는 표준항로 등에 관한 데이터를 조종사용 영상시스템(100)과 교관석 시스템(200)으로 제공하여 이들 영상이 부가 중첩하여 디스플레이 되도록 함과 동시에 시뮬레이터의 전체적인 기능을 총괄하여 제어하는 시뮬레이터 호스트 컴퓨터(Simulator Host Computer)(300)와;

   항공기가 실질적으로 동작하는 듯한 느낌을 조종사가 직접 몸으로 느낄 수 있도록 조종사에게 항공기의 운동감을 제공하는 모션시스템(Motion system)(400)과;

   항공기가 실제로 비행하고 있는 듯한 느낌을 조종사가 청각적으로 느낄 수 있도록 조종사에게 항공기 운행 중 발생하는 음향과 동일한 음향 효과를 제공하는 음향시스템(Sound System)(500)과;

   조종간을 조작할 경우 느끼는 조종간의 반력을 조종사가 직접 손으로 느낄 수 있도록 하기 위한 조종간의 반력을 생성하여 조종사에게 제공하는 컨트롤 로딩 시스템(Control loading system)(600)과;

   조종실에 설치된 조종간, 각종 조작 장치 및 계기류, 스위치류, 인디게이터류와 상기 시뮬레이션 호스트 컴퓨터(300)와의 통신을 가능하게 위하여 디지털 입출력, 아날로그 입출력 신호를 처리하는 인터페이스 시스템(Interface system)(700)과;

   실제로 훈련하고자 하는 항공기의 조종실과 동일하게 설계, 제작되어 조종사에게 항공기 조종에 필요한 제반 상황 및 환경을 제공하는 조종실(Cockpit)(800)과;

   블랙박스로부터 제공되는 비행결과정보 , 표준항공로 및 지상항법보조시설로부터 제공되는 항법보조시설(지상국)정보를 데이터 베이스화 한 DBMS(310) 로;

   구성됨을 특징으로 하는 항공기 훈련용 시뮬레이터 및 항공기용 블랙박스 분석용 영상정보 표시장치
2. 제1항에 있어서,

   상기 조종사용 영상시스템(100)의 구성은,

   상기 호스트 컴퓨터(300)로부터 제공되는 지형지물 등에 관한 정보를 조종사 시각에서 디스플레이하여 주는 제1영상부(110)와;

   상기 DBMS(310)로부터 제공되는 브랙박스 비행 데이터, 표준 항공로, 항법보조시설 정보를 3 차원 그래픽 화면으로 제 1 영상부에 중첩하여 디스플레이하는 제2영상부(120)로;

   구성됨을 특징으로 하는 항공기 훈련용 시뮬레이터 및 항공기용 블랙박스 분석용 영상정보 표시장치
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 교관석용 영상시스템(210)의 구성은,

   상기 호스트 컴퓨터(300)로부터 제공되어 교관의 시각에서 전개되는 비행의 상황이 디스플레이되는 제1영상부(211)와;

   상기 DBMS로부터 제공되는 표준항공로 및 실제 항공기의 이동 경로를 중첩하여 디스플레이하거나 필요할 경우 교관이 선택에 따라 조종사의 시각 혹은 관제탑의 시각에서 비행상황을 관측할 수 있도록 각각의 상황을 디스플레이하는 제2영상부(212)로;

   구성됨을 특징으로 하는 항공기 훈련용 시뮬레이터 및 항공기용 블랙박스 분석용 영상정보 표시장치
4. 항공기 훈련용 시뮬레이터 및 항공기용 블랙박스 분석용 영상정보 표시장치를 운용함에 있어서 항공기 훈련용 시뮬레이터의 운용방법은,

   시뮬레이터를 가동하기 위하여 시뮬레이터에 전원을 투입하면 호스트컴퓨터가 시뮬레이터를 초기화하는 단계와;

   교관석용 시스템(200)은 교관의 시스템 조작에 따라 공항/ 기상조건/ 지형/ 주야 선택, 그리고 조종사의 숙달정도를 고려하여 표준항공로의 표시여부 및 그 표시범위와 상태 등과 같은 훈련 및 그 결과 판단에 필요한 환경을 설정하는 단계와;

   상기 훈련 및 결과 판단에 필요한 환경 설정이 끝나면, 조종사용 영상시스템(100) 및 교관석용 시스템(200)은 초기 화면을 3차원 영상으로 디스플레이하는 단계와;

   조종사가 상기 조종석(실)(800)에 자리를 잡고 조종간/트로틀을 조작하여,비행을 위한 조종을 수행한 조종의 결과가 실시간으로 인터페이스시스템(700)으로 전달되면, 상기 인터페이스시스템(700)은 동 신호를 디지털신호 혹은 아나로그신호 형태로 변환하여 상기 호스트 컴퓨터(300)로 전송하는 단계와;

   상기 신호를 입력받은 상기 호스트 컴퓨터(300)는 수신된 신호에 따른 대기 및 기상 조건 등을 고려한 비행동력학 및 엔진 추력계산 시뮬레이션을 실행하고, 그 결과로 항공기의 가속도, 속도, 위치, 자세 등의 값을 계산하여 도출하는 단계와;

   상기 호스트 컴퓨터(300)는 상기 계산된 항공기의 비행 상황값을 조종사용 영상시스템(100), 교관석용 시스템(200), 음향시스템(500), 모션시스템(400), 콘트롤 로딩시스템(600)으로 실시간으로 각각 제공하는 단계와;

   조종사용 영상시스템(100), 교관석용 시스템(200), 음향시스템(500), 모션시스템(400), 콘트롤 로딩시스템(600)은 상기 호스트 컴퓨터(300)로부터 수신된 상기 비행 상황값을 각각 출력하는 단계와;

   조종사가 상기 조종사용 영상시스템(100), 음향시스템(500), 모션시스템(400), 콘트롤 로딩시스템(600)으로부터 제공되는 상황 변화를 종합적으로 체감하고 자신의 조종 결과를 스스로 체크하여 오류 여부를 판단한 다음, 변화된 상황에 맞추어 조종간/트로틀을 조작하여 표준항공로로 자신의 비행궤도를 근접시키면, 인터페이스장치(700)는 상기 조종사의 조종의 결과값을 호스트컴퓨터(300)로 피드백하는 단계와;

   호스트컴퓨터(300)는 상기 인터페이스장치(700)로부터 피드백된 결과값을 기초로 계산된 항공기의 비행 상황값으로 변환하여 조종사용 영상시스템(100), 교관석용 시스템(200), 음향시스템(500), 모션시스템(400), 콘트롤 로딩시스템(600)으로 각각 제공하면서 상기의 과정을 반복하여 수행하는 단계로;

   이루어짐을 특징으로 하는 항공기 훈련용 시뮬레이터 운용방법
5. 제4항에 있어서,

   상기 조종사용 영상시스템(100), 교관석용 시스템(200)에 3차원 영상으로 현시되는 영상 중, 표준 항공로는 3차원 공간상에 터널 형태로 현시되도록 함을 특징으로 하는 항공기 훈련용 시뮬레이터 운용방법
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 조종사용 영상시스템(100), 교관석용 시스템(200)에 3차원 영상으로 현시되는 영상 중, 3차원 공간상에 터널 형태로 현시되는 표준 항공로는 조종사 또는 교관의 조작에 의하여 토글할 수 있도록 됨을 특징으로 하는 항공기 훈련용 시뮬레이터 운용방법
7. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 조종사용 영상시스템(100), 교관석용 시스템(200)에 3차원 영상으로 현시되는 영상 중, 3차원 공간상에 터널 형태로 현시되는 표준 항공로는 터널의 범위를 조종사의 숙련 정도에 따라 교관의 판단에 의하여 확대 또는 축소하여 설정할 수 있도록 함을 특징으로 하는 항공기 훈련용 시뮬레이터 운용방법
8. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 조종사용 영상시스템(100), 교관석용 시스템(200)에 3차원 영상으로 현시되는 영상 중, 3차원 공간상에 터널 형태로 현시되는 표준 항공로는 터널 단면간의 간격을 조종사의 숙련 정도에 따라 그 거리를 확장 혹은 단축하여 설정할 수 있도록 됨을 특징으로 하는 항공기 훈련용 시뮬레이터 운용방법
9. 항공기 훈련용 시뮬레이터를 이용하여 항공기용 블랙박스 비행정보를 분석하기 시뮬레이터의 운용방법은,

   시뮬레이터를 가동하기 위하여 시뮬레이터에 전원을 투입하면 호스트컴퓨터가 시뮬레이터를 초기화하는 단계와;

   조종사용 영상시스템과 교관석 영상시스템은 블랙박스 데이터와 항공기 표준경로, 항법 보조시설을 데이터 베이스화한 DBMS의 정보를 교관의 설정 조건에 맞게 읽어 들여 이를 조종사 영상 시스템(100)과 교관석용 영상시스템(210)에 각각 디스플레이되도록 하는 단계와;

   상기 호스트컴퓨터는 상기 DBMS에 저장된 블랙박스 데이터(항공기 속도, 고도, 엔진 계기 값 등)를 읽어 들인 후, 이를 시뮬레이터 전방 조종석에 제공하여 조종실 계기가 실제 비행시 상태값을 지시하도록 하는 단계와;

   또한 상기 호스트컴퓨터는 상기 DBMS에 저장된 블랙박스 데이터를 처리하여 항공기의 비행 상황값을 조종사용 영상시스템(100), 음향시스템(500), 모션시스템(400), 교관석 장치(200), 콘트롤 로딩시스템(600)으로 각각 제공하는 단계와;

   상기 비행상황값을 입력받은 상기 조종사용 영상시스템(100), 교관석 시스템(200)은 입력된 비행상황값을 반영하여 이를 조종사용 영상시스템(100)에 디스플레이함으로서 변화된 시계의 상황을 표시해 주는 단계와;

   호스트컴퓨터는 상기 비행상황에 맞는 영상과 함께 표준항로를 동시에 제공하여 중첩된 상태로 현시되도록 함으로서, 관찰자가 상기 상황을 종합적으로 판단할 수 있도록 하는 한편, 표준항공로와 블랙박스의 비행 상황을 비교 대조하면서 조종사가 조종한 결과를 판단하여 사고의 원인을 밝힐 수 있도록 하는 단계로;

   이루어짐을 특징으로 하는 항공기 블랙박스 분석용 영상정보 표시장치 운용방법
10. 제9항에 있어서,

    상기 교관석 시스템(200)을 조종사용 영상시스템과 연결시킴으로서, 교관석용 영상제어시스템을 조작하여 임의로 조종사 시점, 제삼자 관찰자 시점, 관제탑 시점으로 나누어 블랙박스에 기록된 항로를 표준 항공로와 비교하여 분석할 수 있도록 함을 특징으로 하는 항공기 블랙박스 분석용 영상정보 표시장치 운용방법

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