KR101350267B1

KR101350267B1 - 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템

Info

Publication number: KR101350267B1
Application number: KR1020130051926A
Authority: KR
Inventors: 구칠효
Original assignee: 주식회사 바로텍시너지
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2014-01-16

Abstract

본 발명은 복좌형 항공기의 가상 비행 훈련을 위한 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 2개의 조종석을 간단하게 슬라이딩시켜 횡배열 및 종배열로 선택 배열할 수 있어 훈련하려는 항공기의 조종석 배열에 손쉽게 맞춰 비행 훈련하는 한편, 조종장치를 포함한 조종석을 모듈식으로 구성하여 상호 소프트웨어적으로 동기화함으로써 조종석 배열의 변경에 따른 조종석 간의 링크도 용이하게 한 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.

Description

조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템{AIRCRAFT SIMULATION SYSTEM HAVING ARRANGEABLE COCKPIT BY LENGTH AND BREADTH DIRECTION}

항공 시뮬레이션 시스템은, 조종사가 실제 항공기를 조종하는 것처럼 느끼도록 가상의 비행 상황을 구현하여 비행 훈련 또는 탑승체험을 할 수 있게 한 시스템으로서, 일반적인 구조에 대해 종래기술을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

대한민국 등록특허 제10-0986602호에서 개시한 항공시뮬레이터는, 바닥면에 놓이는 베이스, 베이스의 상부에 배치되는 모션 플랫폼, 베이스에 지지된 상태로 상부의 모션 플랫폼을 움직여 가상 비행 상황을 재현하는 모션 재현장치, 모션 플랫폼의 상부에 설치되는 조종석 및 조종장치, 조종장치에 연결되는 컨트롤러, 컨트롤러에 연결되는 호스트 컴퓨터를 포함하여 구성된다.

그리고, 조종사가 조종석의 시트에 앉아 조종장치의 조종간, 러더패달 및 콜렉티브레버로 가상 조종하면, 가상 조종을 호스트컴퓨터에서 해독하고, 호스트컴퓨터는 가상 조종에 대응되는 동적 변화가 모션 플랫폼에서 일어나도록 모션 재현장치를 제어한다. 또한, 가상 공간을 보여주는 디스플레이어 및 계기판 등과 같은 다양한 장치들과 이에 연결되는 부속장치들을 모션 플랫폼에 설치하기도 한다.

이와 같이 구성되는 항공기 시뮬레이터는, 조종사가 조종석의 시트에 앉아 조종장치로 조종하면 조종 양태에 대응되는 동적 변화를 모션 플랫폼(10)에 부여하여 시트에 앉은 조종사가 실제 비행상황처럼 느끼게 한다. 또한, 착륙 상황, 이상기류가 발생한 상황, 또는 비상상황 등의 특수 상황을 부여하기 위한 진동도 모션 재현장치를 이용하여 가한다.

한편, 조종석이 1개인 항공기도 있지만 대부분 조종석이 2개인 항공기이다. 그리고, 2개의 조종석은 주조종사(Pilot)가 착석하는 주조종석과 부조종사(co-Pilot)가 착석하는 부조종석으로 구성되고 항공기의 기종에 따라 종배열이나 아니면 횡배열로 한다.

이에 따라, 종래의 항공 시뮬레이션 시스템은 훈련하려는 항공기의 기종에 맞게 조종석을 배치한 후 모션 플랫폼에 고정함으로써, 훈련하려는 항공기의 기종이 바뀔 경우 조종석을 분리하여 재배치 및 재설치하여야 하는 어려움을 갖게 되었고, 조종석의 구조가 복잡하여 조종석을 옮길 수 없을 경우 최초 제작한 항공 시뮬레이션 시스템의 조종석 배치구조에 맞는 항공기의 기종에만 전용으로 할 수밖에 없었다.

더욱이, 조종석의 배열이 종배열이든 아니면 횡배열이든 2개의 조종석에 각각 설치한 조종장치는 상호 연동되어서 어느 한쪽의 조종장치로 조종하면 다른 한쪽의 조종장치를 조작하지 않더라도 연동하여 움직이게 하여야 하므로, 연동을 위한 기계적 링키지(linkage)도 분리하여 조종석 배열에 맞는 링키지를 재설치하여야 하는 어려움을 갖게 되었다.

도 1은 종래기술에 따른 항공 시뮬레이션 시스템에서의 조장장치를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 주조종석에 설치하는 주조종석 조종장치(10A)와 부조종석에 설치하는 부조종석 조종장치(10B)는 각각 조종간(11), 러더패달(12) 및 콜렉티브레버(13)를 포함하며, 양측 조종간(11)끼리 기계적으로 연동시키는 제1 링크(11a), 양측 러더패달(12)끼리 기계적으로 연동시키는 제2 링크(12a) 및 양측 콜렉티브레버(13)끼리 기계적으로 연동시키는 제3 링크(13a)도 포함한다.

그리고, 제1 링크(11a)에 기계적으로 연결되는 제1 반력용 액추에이터(11b) 및 제2 링크(12a)에 기계적으로 연결되는 제2 반력용 액추에이터(12b)도 설치하여 조종간(11) 또는 러더패달(12)로 조종하면 조종에 대응되는 반력이 가해지게 한다. 여기서, 조종간(11)은 전후 및 좌우로 움직이게 구성되므로, 제1 링크(11a) 및 제1 반력용 액추에이터(11b)를 각각 두개씩 설치한다. 도 2에는 도시하지 아니하였지만, 콜렉티브레버(13)에 반력을 가하는 액추에이터를 추가할 수도 있다.

또한, 컨트롤러(20)는 조종장치에서 이루어지는 조종에 관련된 데이터를 수집하여 호스트 컴퓨터(30)에 전달하고 조종에 따른 반력을 산출하기 위한 컨트롤 컴퓨터(22), 및 산출한 반력이 조종장치에서 발생하도록 전기 공급 및 반력 제어 동작을 수행하는 전원/앰프 제어기(21)를 포함하여 구성된다.

이에 따라 조종석의 배열을 바꾸게 되면 조종장치(10A, 10B)의 위치도 바뀌게 되므로, 제1,2,3 링크(11a, 12a, 13a)도 바뀐 위치에 맞는 구조를 갖추어야 되고, 결국, 조종석 배열을 바꾸려면 배열에 맞는 제1,2,3 링크로 교체하여야만 한다. 더욱이, 제1,2 반력용 액추에이터(11b, 12b)의 위치도 바꿔야만 한다.

이와 같이 종래기술에 따른 항공시뮬레이터는 훈련하려는 항공기의 기종에 따라 조종석의 배열을 바꾸려면 조종석의 분리, 재배치 및 재설치뿐만 아니라 조종장치의 링키지 교체 및 반력용 액추에이터의 재배치도 필요하므로, 운용 인원 증가, 정비 비용 상승 및 훈련 일정 소화 능력 저하의 문제점도 갖게 되었다.

KR 10-1165573 B1 2012.07.09. KR 10-0989555 B1 2010.10.18. KR 10-0986602 B1 2010.10.04.

따라서, 본 발명의 목적은 2개의 조종석을 횡배열 및 종배열 중에 원하는 배열로 용이하게 조정하는 한편, 기계적 연동 없이 조종석 배열을 가변할 수 있는 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 2개의 조종석(200); 2개의 조종석(200)을 탑재하고 모션 재현장치에 의해 모션이 가해지는 모션 플랫폼(100); 조종을 위한 조종간과 조종간에 반력을 발생시키는 반력용 액추에이터를 포함하며 각각의 조종석에 장착되는 조종장치(300); 조종에 대응되는 반력이 발생하도록 반력용 액추에이터를 제어하는 컨트롤러(400); 및 조종에 대응되는 모션이 이루어지도록 모션 재현장치를 제어하는 호스트 컴퓨터(500);를 포함하여 가상의 비행 상황을 재현하는 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템에 있어서, 모션 플랫폼(100)의 상면에 레일을 구비하여 조종석(200)을 레일을 따라 이동시켜 배열을 가변시킬 수 있게 함을 특징으로 한다.

상기 레일은, 2개의 조종석(200) 중에 어느 하나의 조종석을 후방으로 이동시키기 위한 제2 레일(130)과, 상기 어느 하나의 조종석의 후방으로 이동하기 전의 위치로 다른 하나의 조종석을 횡방향으로 이동시키기 위한 제1 레일(110),을 포함하여, 2개의 조종석(200)을 횡배열 및 종배열로 가변할 수 있게 함을 특징으로 한다.

상기 모션 플랫폼(100)의 상면에는, 횡방향으로 길게 이어진 제3 레일(160)과, 제3 레일(160)을 따라 이동할 수 있게 한 센터 조정판(170)을 구비하며, 센터 조정판(170)의 상면에 상기 제1 레일(110) 및 제2 레일(130)을 상면에 고정하여 2개의 조종석(200)을 상기 센터 조정판(170)의 상면에서 횡배열 및 종배열로 가변하게 함을 특징으로 한다.

2개의 조종석(200) 및 센터 조정판(170)을 각각 레일을 따라 이동시키는 구동장치를 레일별로 구비하며, 상기 호스트 컴퓨터(500)에서 구동장치를 제어하여 조종석의 배열을 가변하게 함을 특징으로 한다.

상기 컨트롤러(400)는, 2개의 조종석(200)에 각각 설치한 조종장치(300)의 조종간의 조종력을 취합하여 조종 반력을 연산한 후 양측 조종장치(300)의 조종간에서 조종 반력이 동일하게 발생하도록 양측 조종장치(300)의 반력용 액추에이터를 개별제어하여 동기화함을 특징으로 한다.

2개의 조종석(200)에 각각 설치한 조종장치(300)의 조종간 중에 어느 한쪽의 조종간이라도 조종간의 조작에 의한 조종력이 발생하면, 조종력에 대한 조종 반력을 발생시키기 위한 조종간의 위치를 획득하여 양쪽 조종간이 동일 위치에 의한 동일한 조종 반력이 발생하도록 2개의 조종석(200)에 각각 설치한 조종장치(300)의 반력용 액추에이터를 동기화함을 특징으로 한다.

조종 반력은, 조종력 F에 대한 수학식

으로 획득하는 조종 위치 X로 조종간을 위치시켜 발생되며, X는 조종간의 위치이고,

은 X의 1차 미분이고,

의 X의 2차 미분이고, m,c,k는 상수이되, 2개의 조종석(200)에 각각 설치한 조종장치(300)의 조종간에서 동시에 조종력이 발생하면 조종력을 평균하여 상기 수학식의 F에 대입하여 조종 위치 X를 획득함을 특징으로 한다.

2개의 조종석에 각각 장착되는 조종장치는, 러더패달, 러더패달에 반력을 재현하는 러더패달을 위한 반력용 액추에이터, 콜렉티브레버, 콜렉티브레버에 반력을 재현하는 콜렉티브레버를 위한 반력용 액추에이터를 포함하며, 상기 컨트롤러(400)는, 서로 다른 조종장치에 장착된 러더패달을 위한 반력용 액추에이터끼리 및 콜렉티브레버를 위한 반력용 액추에이터끼리 상호 동기화되게 함을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 2개의 조종석을 횡배열이든 아니면 종배열이든 훈련 기종의 배열에 맞게 조종석을 레일을 따라 이동시켜 용이하게 배열 변경할 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명은 횡배열에서의 센터와 종배열에서의 센터를 동일하게 하여 조종석의 전방에 설치하는 디스플레이어의 중심에 맞추므로, 추가 작업 없이 조종석 배열을 변경할 수 있는 장점도 갖는다.

또한, 본 발명은 조종석에 각각 설치한 조종장치를 소프트웨어적으로 상호 동기화하므로, 조종장치 간의 연동을 위한 링키지를 분리 및 재설치할 필요 없이 조종석 배열을 변경할 수 있는 이점도 갖는다.

이와 같은 장점 및 이점을 갖는 본 발명은 하나의 항공 시뮬레이션 시스템을 이용하여 다양한 기종의 항공기에 대한 훈련을 할 수 있고, 운용 인원 감소, 정비 비용 절감, 훈련 일정 소화 능력 향상이라는 효과도 거둔다.

도 1은 종래기술에 따른 항공 시뮬레이션 시스템에서의 조장장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에서 조종장치(300)를 장착한 조종석(200)을 모션 플랫폼(100)의 상부에 탑재한 상태의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에서 조종장치(300)를 장착한 조종석(200)을 모션 플랫폼(100)에서 분리한 상태의 분리 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에서 레일 및 구동장치의 결합사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에서 조종장치(300)를 장착한 조종석(200)의 확대 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예에서 조종장치(300)의 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 첨부된 도면들에서 구성 또는 작용에 표기된 참조번호는, 다른 도면에서도 동일한 구성 또는 작용을 표기할 때에 가능한 한 동일한 참조번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면들로서, 구체적으로 도 2는 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템의 사시도이고, 도 3은 조종장치(300)를 장착한 조종석(200)을 모션 플랫폼(100)의 상부에 탑재한 상태의 사시도이고, 도 4는 조종장치(300)를 장착한 조종석(200)을 모션 플랫폼(100)에서 분리한 상태의 분리 사시도이고, 도 5는 레일 및 구동장치의 결합사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템은 모션 플랫폼(100), 조종석(200), 조종장치(300), 컨트롤러(400) 및 호스트 컴퓨터(500)를 포함하여 구성된다.

상기 조종석(200)은 가상으로 비행 조종하려는 조종사가 착석하는 시트(220) 및 시트(220)를 상면에 고정하여 지지하기 위한 조종석 프레임(210)을 포함하여 구성되며, 본 발명이 복좌형 항공기의 비행 상황을 구현하기 위한 것이므로 주조종사(Pilot) 및 부조종사(co-Pilot)가 각각 착석할 조종석(cockpit)으로서 2개가 마련되어, 제1 조종석(200A)과 제2 조종석(200B)으로 구분되며, 이때, 설명의 편의를 위해서 2개의 조종석을 종배열로 배치할 시에 전방에 배치하게 할 조종석을 제1 조종석(200A)으로 하고 후방에 배치하게 할 조종석을 제2 조종석(200B)으로 한다.

상기 조종장치(300)는 제1 조종석(200A) 및 제2 조종석(200B)에 각각 하나씩 장착되며, 조종석(200:200A,200B)의 착석자가 가상의 비행 조종을 위해 조작하는 조종간(310), 러더패달(320) 및 콜렉티브레버(330)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 조종장치(300)는 조종을 위해 조종간(310)을 조작할 시에 조종간에 반력을 발생시키는 제1 반력용 액추에이터(311)도 포함하고, 러더패달(320) 및 콜렉티브레버(330)에 각각 반력을 발생시키기 위한 제2,3 반력용 액추에이터(321, 331)도 포함하여 구성된다.

제1,2,3 반력용 액추에이터(311, 321, 331)에 대해서는 하기의 도 6 및 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다. 하기의 도 6 및 도 7을 미리 살펴보면, 상기 조종장치(300)의 장착 위치는 조종석(200:200A,200B)의 조종석 프레임(210)이며, 조종간(310), 러더패달(320) 및 콜렉티브레버(330)는 조종석 프레임(210)의 상부로 돌출시켜 조작 가능하게 한다. 제1,2,3 반력용 액추에이터(311, 321, 331)는 조종석 프레임(210)을 구성하는 상판과 하판 사이의 공간에 장착하며, 컨트롤러(400)와 전기 및 신호적으로 연결된다.

상기 모션 플랫폼(100)은 각각 조종장치(300)를 설치한 2개의 조종석(200:200A,200B)을 상부에 탑재하도록 구성되고 모션 재현장치(101)의 상부에 고정되어, 조종석(200)에 착석한 조종사의 조종에 따라 제어되는 모션 재현장치(101)에 의해 모션이 가해진다. 여기서, 조종사가 조종장치(300)로 조종함에 따라 조종에 따른 데이터를 호스트 컴퓨터(500)에서 취합하여 조종에 대응되는 상기 모션 플랫폼(100)의 모션을 상기 모션 재현장치(101)에 의해 가해지게 하는 기술은 공지된 기술이고, 도면에는 도시하지 아니하였지만 2개의 조종석(200:200A,200B)에 각각 착석한 조종사의 전방에 설치하는 디스플레이어 또는 가상의 비황 상황을 실감나게 구현하기 위한 다양한 장치를 모션 플랫폼에 설치하는 기술도 공지된 기술이며, 상기 모션 재현장치(101)의 구조도 종래기술에서 다양하게 구성되므로, 이에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 모션 플랫폼(100)은 상부에 2개의 조종석(200:200A,200B)을 탑재하되 상부에 레일을 설치하여 2개의 조종석(200:200A,200B)을 레일을 따라 이동시켜 배열을 가변시킬 수 있게 구성된다. 실제 항공기의 경우, 2개의 조종석(200:200A,200B)이 횡배열 아니면 종배열로 배치되므로, 본 발명의 실시예에 따른 항공 시뮬레이션 시스템은 2개의 조종석(200:200A,200B) 배치를 횡배열에서 종배열로 변경할 수 있고 종배열에서 다시 횡배열로도 변경할 수 있게 레일을 구비한다.

또한, 2개의 조종석(200:200A,200B)에 각각 착석한 조종사가 주시하는 전방에 디스플레이어(미도시)가 설치되는 데, 본 발명의 실시예에 따르면 횡배열할 때의 전방 주시 방향과 종배열할 때의 전방 주시 방향이 상이하므로, 센터를 조정하게 한다.

본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 제1 레일(110), 제2 레일(130), 제3 레일(150) 및 센터 조정판(170)을 상기 모션 플랫폼(100)의 상부에 구비한다.

상기 제3 레일(150)은 횡방향으로 길게 이어진 레일로서 상기 모션 플랫폼(100)의 상면에 고정된다. 여기서, 횡방향이라 함은 조종석(200:200A,200)에 착석한 조종사가 전방에 설치한 디스플레이어(미도시)를 바라보는 주시 방향과 직각을 이루는 평면상의 방향이다. 종방향은 조종사가 디스플레이어(미도시)를 바라보는 주시 방향이다.

상기 센터 조정판(170)은 판 형태로 형성되고, 상기 제3 레일(150)을 따라 폭방향으로 이동하도록 상기 모션 플랫폼(100)의 상면에 올려지며, 저면에는 복수의 바퀴(171)를 구비하여 상기 모션 플랫폼(100)의 상면에서 제3 레일(150)을 따라 원활하게 이동할 수 있다.

상기 제1 레일(110) 및 상기 제2 레일(130)은, 상기 센터 조정판(170)의 상면에 고정되고, 각각 하나의 조종석이 이동 가능하게 장착되어 2개의 조종석(200:200A,200B)을 횡배열 및 종배열로 배치할 수 있게 한다.

상기 제1 레일(110)은 2개의 조종석(200:200A,200B)을 종배열할 시에 전방에 배치할 제1 조종석(200A)을 횡방향으로 이동 가능하게 장착하며, 제1 조종석(200A)을 횡방향으로 이동 가능하도록 횡방향으로 길게 설치된다.

상기 제2 레일(130)은 종배열할 시에 후방에 배치할 제2 조종석(200B)을 종방향으로 이동 가능하게 장착하며, 제2 조종석(200B)을 종방향으로 이동 가능하도록 종방향으로 길게 설치되어서 상기 제1 레일(110)과 직교하게 한다.

즉, 상기 제2 레일(130)은 횡배열 상태의 2개의 조종석(200:200A,200B) 중에 제2 조종석(200B)을 후방으로 이동시키기 위한 레일이고, 상기 제1 레일(110)은 제2 조종석(200B)을 후방으로 이동시키기 전의 위치로 제1 조종석(200A)을 이동시키기 위한 레일이다.

이에 따라, 횡배열 상태에서 제2 조종석(200B)은 제1 레일(110)과 제2 레일(130)이 직교하는 위치에 있고 제1 조종석(200A)은 제1 레일(110)의 끝단(직교하는 위치의 반대측 끝단)에 있다. 그리고, 횡배열에서 종배열로 전환할 시에는, 제2 조종석(200B)을 제2 레일(130)을 따라 후방으로 이동시킨 후에, 제1 조종석(200A)을 제1 레일(110)과 제2 레일(130)이 직교하는 위치로 이동시키면 된다. 또한, 종배열에서 횡배열로 전환할 시에는, 제1 조종석(200A)을 제1 레일(110)을 따라 횡방향으로 이동시킨 후에 제2 조종석(200B)을 제2 레일(130)을 따라 전방으로 이동시키면 된다.

제1 조종석(200A) 및 제2 조종석(200B)은 각각의 조종석 프레임(210) 저면에 복수의 바퀴(230)가 설치되어 있어서, 센터 조정판(170)의 상면에 올려진 상태로 레일을 따라 원활하게 이동한다.

이때, 제1 레일(110)과 제2 레일(130)이 서로 직교하는 위치에는 종배열 시에 황방향 이동 가능한 제1 조종석(200A)이 배치되고 횡배열 시에 종방향 이동 가능한 제2 조종석(200B)이 배치되므로, 제1 레일(110)과 제2 레일(130)을 서로 직교하는 위치까지 연장시키면 바퀴(230)가 걸리므로, 바퀴(230)에 걸리지 않는 위치에서 끝나게 한다. 예를 들어, 제1 조종석(200A)을 횡방향으로 이동시킬 시에 제1 조종석(200A)의 바퀴가 지나가는 선상에 제2 레일(130)이 없도록 하고, 제1 레일(110)의 경우도 제2 조종석(200B)의 바퀴가 지나가는 선상에 없도록 한다.

한편, 도면에는 도시하지 아니하였지만 제1,2 레일(110, 130)을 따라 조종석(200:200A,200B)을 이동할 수 있게 하고, 제3 레일(150)을 따라 센터 조정판(170)을 이동할 수 있게 하면, 모션 재현장치(101)로 모션 플랫폼(100)에 모션을 가할 시에 조종석(200:200A,200B) 및 센터 조정판(170)이 움직일 수 있으므로, 자리 배치 및 센터 조정한 상태를 유지하도록 하는 고정수단을 설치한다. 고정수단은 자리 배치한 상태에서 조종석(200:200A,200B)을 탈착가능하게 센터 조정판(170)에 고정하고, 센터 조정판(170)도 센터를 조정한 상태에서 모션 플랫폼(100)에 탈착가능하게 고정하는 수단이며, 예를 들면 클램프나 아니면 볼트체결을 채택할 수 있다. 후술하는 바와 같이 구동장치(120, 140, 160)를 호스트 컴퓨터(500)에서 제어하여 자리 배치 및 센터 조정하려면, 고정수단도 호스트 컴퓨터(500)에서 제어하여 잠금 및 잠금해제할 수 있게 한다. 이와 같은 고정수단은 예를 들어 볼트체결식으로 할 시에 볼트를 정역회전시키는 모터를 설치하여 모터의 동작을 호스트 컴퓨터(500)에서 제어하게 하면 된다. 클램프로 할 시에는 예를 들어 제1 조종석(200A)의 저면에 클램프로 파지한 돌기를 조성하고 클램프를 센터 조정판(170)에 고정하여서, 제1 조종석(200A)이 클램프가 설치된 곳에 오면 클램프로 돌기를 파지하게 하고, 제1 조종석(200A)을 이동시킬 때에 파지 해제하게 하는 것이다. 클램프의 파지 동작 및 파지 해제 동작은 호스트 컴퓨터(500)에서 제어하게 하면 된다.

본 발명은, 제1 조종석(200A) 및 제2 조종석(200B)의 이동으로 자리 배치할 때와, 센터 조정판(170)의 이동으로 센터를 맞출 때에 사람이 밀어 이동시킬 수도 있으나, 본 발명의 실시예에 따르면 원격 제어되어 제1 조종석(200A), 제2 조종석(200B) 및 센터 조정판(170)을 이동시키는 구동장치(120, 140, 160)를 각각의 레일에 설치한다. 제1 레일(110)에 설치하는 제1 구동장치(120), 제2 레일(130)에 설치하는 제2 구동장치(140) 및 제3 레일(150)에 설치하는 제3 구동장치(160)가 동일하게 구성되므로, 제1 레일(110)에 설치하는 제1 구동장치(120)에 대해서만 도 5를 참조하여 설명한다.

제1 레일(110)은 서로 평행하게 2개를 설치하였다.

제1 구동장치(120)는 제1 조종석(200A)의 저면에 고정할 고정판(127), 각각의 레일을 따라 이동하게 장착되며 고정판(127)의 저면에 고정되는 슬라이딩체(125), 양측 레일의 사이에 레일에 평행하게 설치되며 양단을 회동 가능하게 지지한 장볼트(126), 고정판(127)의 저면에 고정되며 장볼트(126)에 나사결합되어 장볼트(126)의 회전에 따라 이동하는 이동체(124), 장볼트(126)의 일단에 고정한 기어(123), 컨트롤러(400)에 전기 및 신호적으로 연결되어 동작하는 모터(121), 및 모터(121)의 회전력으로 기어(123)에 회동력을 전달하는 체인(122)을 포함하여 구성된다. 이와 같이 제1 구동장치(120)를 구성함에 따라, 컨트롤러(400)는 호스트 컴퓨터(500)의 제어명령에 따라 모터(121)를 가동시켜 이동체(124)를 이동시킴으로써, 제1 조종석(200A)을 제1 레일(110)을 따라 이동시킬 수 있다. 이와 같은 제1 구동장치(120)에 있어서, 상기 장볼트(126) 및 이동체(124)는 다른 방식으로 구성할 수 있으며, 예를 들면, 컨베이어용 체인을 레일을 따라 설치하고 체인의 일측을 고정판(127)에 고정한 후 체인을 모터(121)로 회전시키는 구성방식이다.

한편, 제1,2,3 반력용 액추에이터(311, 321, 331) 및 제1,2 구동장치(120, 140)는 모션 플랫폼(100)의 상부에서 위치 이동하므로, 컨트롤러(400)에 연결하는 전기선 및 신호선은 충분한 길이의 여유를 두어 배선하고 위치 이동에 따라 꼬이거나 파손되지 아니하게 한다. 예를 들어, 여유 길이의 전기선 및 신호선을 롤러에 감고 당길 시에 끊어지지 아니하게 풀며 늘어질 때에 자동으로 되감게 하는 방식을 채택할 수 있다.

상기 컨트롤러(400)는 상기 조종장치(300)와 전기 및 신호적으로 연결되어 상기 조종장치(300)에서 이루어지는 조종에 대응되는 데이터를 취합하여 실시간으로 호스트 컴퓨터(500)에 전달하고, 동시에 조종에 따른 조종 반력이 발생하도록 반력용 액추에이터를 제어한다. 이를 위해서, 상기 컨트롤러(400)는 상기 조종장치(300)에서 이루어지는 조종에 의한 데이터를 취합하여 상기 호스트 컴퓨터(500)에 전달하고 조종에 의한 데이터를 해독하여 반력용 액추에이터로 가할 조종 반력에 관련된 데이터를 산출하는 컨트롤 컴퓨터(420), 및 상기 조종장치(300)에 전기를 공급하고 조종 반력에 관련된 데이터에 따라 반력용 액추에이터의 동작을 제어하여 반력용 액추에이터에 의한 조종 반력이 가해지게 하는 전원/앰프 제어기(410)를 포함하여 구성된다. 조종 반력에 대해서는 하기의 도 6 및 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.

상기 호스트 컴퓨터(500)는 상기 컨트롤러(400)와 신호적으로 연결되어 상기 컨트롤러(400)로부터 전달받는 조종 데이터를 해독하여 조종에 대응되는 모션이 상기 모션 플랫폼(100)에 발생하도록 상기 모션 재현장치(101)를 제어하며, 조종에 대응되는 가상 상황의 화면 및 조종에 관련된 다양한 정보를 디스플레이어(미도시)에 출력시킨다. 이러한 호스트 컴퓨터(500)는 종래기술에서 다양한 형태로 구성되므로, 여기서는 상세 설명을 생략한다.

다만, 본 발명에 따르면 제1,2,3 구동장치(120, 140, 160)는 상기 컨트롤러(400)의 중계에 의해 상기 호스트 컴퓨터(500)에 신호적으로 연결되고, 상기 호스트 컴퓨터(500)는 제1,2,3 구동장치(120, 140, 160)를 제어하여 조종석의 배열을 가변할 수 있게 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에서 조종장치(300)를 장착한 2개의 조종석(200)중에 어느 하나의 조종석을 확대하여 보여준 사시도이고, 도 7은 조종장치(300)만 분리한 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 조종장치(300)를 각각의 조종석(200 : 200A, 200B)에 개별적으로 설치하므로, 양측 조종장치(300)에서 이루어지는 조종 관련 데이터를 취합하여 양측 조종장치(300)에 각각 구비하는 반력용 액추에이터를 동기화하여야 한다.

상기 도 6 및 도 7을 참조하면, 조종석 프레임(210)을 상판, 하판 및 상판과 하판 사이를 이격시키게 고정하는 4 모퉁이의 지지대로 구성하여서, 상판과 하판 사이의 공간에 제1,2,3 반력용 액추에이터(311, 321, 331)를 장착하였다. 그리고, 조종석(220)에 착석한 조종사는 조종간(310), 러더패달(320) 또는 콜렉티브레버(330)를 조작하여 가상의 비행 조종한다.

조종간(310)의 조종을 위한 움직임은 제1 액추에이터(311)에 전달되어 제1 액추에이터(311)에서 조종사가 조종간(310)을 움직여 가한 조종력을 감지하고, 아울러, 제1 반력용 액추에이터(311)에 의한 반력이 조종간(310)에 가해지게 하고, 러더패달(320) 및 콜렉티브레버(330)의 조종력 감지 및 반력 가함도 각각 제2 반력용 액추에이터(321) 및 제3 반력용 액추에이터(331)에 의해서 이루어진다.

여기서, 제1,2,3 반력용 액추에이터(311, 321, 331)는 조종에 따라 가해지는 조종력을 감지하는 예를 들어 로드셀(load cell)로 구성할 수 있는 힘센서, 및 조종 반력을 가하기 위한 모터를 포함하여 구성되며, 이와 같은 반력용 액추에이터의 구성은 본 출원인의 등록특허 제10-0989555호에서 개시한 바에 따라 구성될 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

상기 컨트롤러(400)는 제1,2,3 반력용 액추에이터(311, 321, 331)로부터 조종간(310), 러더패달(320) 또는 콜렉티브레버(330)의 조종에 따라 가해진 조종력의 정보를 수집하여 상기 호스트 컴퓨터(500)에 전달하고, 동시에, 조종력을 취합하여 조종 반력을 산출하고 산출한 조종 반력이 발생하도록 제1,2,3 반력용 액추에이터(311, 321, 331)를 개별 제어한다.

조종 반력과 조종 위치 간의 상관 관계 모델의 차이는 있지만 제2,3 반력용 액추에이터(321, 311)는 제1 반력용 액추에이터(311)에서 발생시킬 조종 반력과 동일한 방식에 의해 조종 반력을 발생시키므로, 제1 반력용 액추에이터(311)에 대해서만 설명한다.

상기 컨트롤러(400)는 제1 조종석(200A)에 설치한 조종간에 가해지는 조종력 F1과 제2 조종석(200B)에 설치한 조종간에 가해지는 조종력 F2를 전달받아서, 어느 한쪽에서만 조종력이 발생하면, 즉, 어느 한쪽의 조종간만 조작되어 조종력이 발생하고 다른 한쪽은 조종간을 조작하지 아니하여 조종력이 발생하지 아니하면, 어느 한쪽의 조종력을 하기의 수학식 1의 F로 하여 조종간의 조종 위치 X를 획득한다.

양쪽에서 조종력이 발생하면 양쪽 조종력을 평균하여 하기의 수학식 1의 F에 대입한다. 즉, F=(F1+F2)/2으로 하여 조종간의 조종 위치 X를 획득한다.

상기 수학식 1은 조종간의 조종 위치 X와 조종 반력 F 사이의 상관 관계를 나타내는 2차 미분방정식으로서, X는 조종간의 조종 위치, 즉, 제1 반력용 액추에이터(311)의 모터를 가동시켜 조종간의 조종력에 대한 조종 반력을 조종간에 가하기 위한 조종간의 위치이고,

은 X의 1차 미분이고

의 X의 2차 미분이며, m,c,k는 실제 항공기에 발생하는 X에 대한 조종 반력 F의 모델링식에 의해서 얻어지는 상수로서 X의 가속도, 속도 및 위치 성분을 반영한 조종 반력의 모델식을 제공한다.

물론, 조종간의 위치 X의 획득은 반력을 위한 것이므로, 양쪽 모두에서 조종력이 발생하지 아니하면 F=0이 되어 조종 반력을 발생시키지 아니한다.

이와 같이 양측 조종력의 유무에 따라 산출한 조종간 위치 X는 제1,2 조종석에 각각 설치한 제1 반력용 액추에이터에 동일하게 적용되어, 동일한 조종간 위치 X에 조종간이 위치하도록 제어된다. 즉, 어느 한쪽이라도 조종간의 조작에 의한 조종력이 발생하면 제1,2 조종석에 각각 설치한 조종간의 위치가 상기 수학식 1에서 획득한 X의 위치로 일치하도록 양측 제1 반력용 액추에이터를 개별제어하여 동기화한다.

러더패달(320)에 조종 반력을 발생시키는 제2 반력용 액추에이터(321)에 대해서는 F가 러더패달에 가해지는 조종력이고 X가 러더패달의 조종 위치가 되며, 콜렉티브레버(330)에 조종 반력을 발생시키는 제3 반력용 액추에이터(331)에 대해서는 F가 콜렉티브레버에 가해지는 조종력이고 X가 콜렉티브레버의 조종 위치가 된다. 그리고, 실제 항공기의 구조에 따라 상기 수학식 1과는 상이하거나 아니면 상수만 바뀐 형태의 상관 관계식을 사용하여도 되며, 상기 컨트롤러(400)는, 제1,2 조종석에 각각 설치한 조종장치의 러더패달을 위한 반력용 액추에이터끼리 및 콜렉티브레버를 위한 반력용 액추에이터끼리 상호 소프트웨어적으로 동기화되게 한다.

한편, 본 발명의 실시예는 2개의 조종석을 갖는 항공시뮬레이터에 적용된다. 만약, 2개의 조종석을 1조로 하여 2조 이상의 조종석을 갖는 항공시뮬레이터라도 동일하게 적용하여서, 각각의 조별 조종석을 개별적으로 횡배열 및 종배열로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 항공시뮬레이터의 가변형 액티브 조종장치는, 각각의 조종석에 진동을 가하는 좌석진동 재현장치도 추가 구성할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템은, 2개의 조종석을 종렬식 및 횡렬식으로 용이하게 가변하여 다양한 기종의 항공기에 대한 조종 훈련용으로 사용할 수 있으며, 조종석의 배치 변경도 레일을 따라 이동시키는 간단한 작업으로 이루어지므로 구조 변경의 필요도 없으며, 2개의 조종석에 각각 설치한 조종장치를 소프트웨어적으로 링크시켜 동기화하므로 하드웨어적 링크(기구적 링키지의 변경)작업도 필요 없어 훈련하려는 항공기의 기종이 다르더라도 단시간에 맞춰 곧바로 훈련에 임할 수 있어 운용 인원 감소, 정비 비용 절감, 훈련 일정 소화 능력 향상의 효과도 거둔다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10A : 주조종석 조종장치 10B : 부조종석 조종장치
11 : 조종간 11a : 제1 링크 11b : 제1 반력용 액추에이터
12 : 러더패달 12a : 제2 링크 12b : 제2 반력용 액추에이터
13 : 콜렉티브레버 13a : 제3 링크
20 : 컨트롤러
21 : 전원/앰프 제어기(PAU : Power & Amplifier Unit)
22 : 컨트롤 컴퓨터
30 : 호스트 컴퓨터
100 : 모션 플랫폼 101 : 모션 재현장치
110 : 제1 레일 120 : 제1 구동장치
130 : 제2 레일 140 : 제2 구동장치
150 : 제3 레일 160 : 제3 구동장치 170 : 센터 조정판
200,200A,200B : 조종석 210 : 조종석 프레임 220 : 시트
300 : 조종장치
310 : 조종간 311 : 제1 반력용 액추에이터
320 : 러더패달 321 : 제2 반력용 액추에이터
330 : 콜렉티브레버 331 : 제3 반력용 액추에이터
400 : 컨트롤러
410 : 전원/앰프 제어기(PAU : Power & Amplifier Unit)
420 : 컨트롤 컴퓨터
500 : 호스트 컴퓨터

Claims

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2개의 조종석(200); 2개의 조종석(200)을 탑재하고 모션 재현장치에 의해 모션이 가해지는 모션 플랫폼(100); 조종을 위한 조종간과 조종간에 반력을 발생시키는 반력용 액추에이터를 포함하며 각각의 조종석에 장착되는 조종장치(300); 조종에 대응되는 반력이 발생하도록 반력용 액추에이터를 제어하는 컨트롤러(400); 및 조종에 대응되는 모션이 이루어지도록 모션 재현장치를 제어하는 호스트 컴퓨터(500);를 포함하여 가상의 비행 상황을 재현하는 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템에 있어서,
상기 모션 플랫폼(100)의 상면에는, 횡방향으로 길게 이어진 제3 레일(160)과, 제3 레일(160)을 따라 이동할 수 있게 한 센터 조정판(170)을 구비하며,
2개의 조종석(200) 중에 어느 하나의 조종석을 후방으로 이동시키기 위한 제2 레일(130)과, 상기 어느 하나의 조종석의 후방으로 이동하기 전의 위치로 다른 하나의 조종석을 횡방향으로 이동시키기 위한 제1 레일(110)을 센터 조정판(170)의 상면에 고정하여서, 2개의 조종석(200)을 상기 센터 조정판(170)의 상면에서 횡배열 및 종배열로 가변하게 함을 특징으로 하는 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템.
제 3항에 있어서,
2개의 조종석(200) 및 센터 조정판(170)을 각각 레일을 따라 이동시키는 구동장치를 레일별로 구비하며, 상기 호스트 컴퓨터(500)에서 구동장치를 제어하여 조종석의 배열을 가변하게 함을 특징으로 하는 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템.
제 3항에 있어서,
상기 컨트롤러(400)는, 2개의 조종석(200)에 각각 설치한 조종장치(300)의 조종간의 조종력을 취합하여 조종 반력을 연산한 후 양측 조종장치(300)의 조종간에서 조종 반력이 동일하게 발생하도록 양측 조종장치(300)의 반력용 액추에이터를 개별제어하여 동기화함을 특징으로 하는 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템.
제 5항에 있어서,
2개의 조종석(200)에 각각 설치한 조종장치(300)의 조종간 중에 어느 한쪽의 조종간이라도 조종간의 조작에 의한 조종력이 발생하면, 조종력에 대한 조종 반력을 발생시키기 위한 조종간의 위치를 획득하여 양쪽 조종간이 동일 위치에 의한 동일한 조종 반력이 발생하도록 2개의 조종석(200)에 각각 설치한 조종장치(300)의 반력용 액추에이터를 동기화함을 특징으로 하는 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템.
제 6항에 있어서,
조종 반력은, 조종력 F에 대한 수학식

으로 획득하는 조종 위치 X로 조종간을 위치시켜 발생되며, X는 조종간의 위치이고,
은 X의 1차 미분이고,
의 X의 2차 미분이고, m,c,k는 상수이되,
2개의 조종석(200)에 각각 설치한 조종장치(300)의 조종간에서 동시에 조종력이 발생하면 조종력을 평균하여 상기 수학식의 F에 대입하여 조종 위치 X를 획득함을 특징으로 하는 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템.
제 7항에 있어서,
2개의 조종석에 각각 장착되는 조종장치는,
러더패달, 러더패달에 반력을 재현하는 러더패달을 위한 반력용 액추에이터, 콜렉티브레버, 콜렉티브레버에 반력을 재현하는 콜렉티브레버를 위한 반력용 액추에이터를 포함하며,
상기 컨트롤러(400)는, 서로 다른 조종장치에 장착된 러더패달을 위한 반력용 액추에이터끼리 및 콜렉티브레버를 위한 반력용 액추에이터끼리 상호 동기화되게 함을 특징으로 하는 조종석 종횡 가변형 항공 시뮬레이션 시스템.