KR101570065B1 - 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대전차 유도무기에 대한 효율적인 탑재비행시험(CFT)을 수행할 수 있는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치에 관한 것으로, 기 입력된 유도탄의 비행궤적에 따라 자동비행하는 무인비행체; 표적의 위치정보를 측정하는 표적시스템; 및 상기 무인비행체에 장착되어, 상기 측정된 표적의 위치정보와 무인비행체로부 제공된 비행상태 정보를 근거로 장착된 피시험체 장착 프레임의 3축 구동을 제어하여 유도탄의 궤적을 자동으로 모사하는 탑재시험체를 포함한다.

Description

대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치{APPATATUS FOR AIRCRAFT CAPTIVE FLIGHT TEST FOR GUIDED ANTI-TANK MISSILE}

본 발명은 대전차 유도무기에 대한 효율적인 탑재비행시험(CFT)을 수행할 수 있는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치에 관한 것이다.

유도탄을 개발하는 과정에서 소요군이 요구하는 유도탄의 성능을 확인하는 시험은 매우 중요하다. 체계개발 기간 중에 실시되는 사출시험, 계획유도비행시험, 종합유도비행시험 등 각종 개발시험 및 개발 완료 후 실시되는 개발 및 운용시험평가(DT/OT&E) 시에 다양한 시험환경 및 표적에 대하여 유도무기의 성능을 확인하기 위해 실 유도탄을 발사하여 성능을 확인하는 시험은 비용 및 일정측면에서 상당한 자원/시간과 노력이 투입되어야 한다.

따라서, 제한된 체계개발 예산 범위 내에서 수억∼수십억 원에 달하는 개발 유도탄의 성능을 확인하기 위해 실발사 시험만을 수행하기에는 시험대상 유도탄의 수량 측면에서 비용적인 제한사항이 있을 수밖에 없으며, 또한 정해진 전력화 시기 내에 모든 시험을 마쳐야 하는 일정적인 제한사항도 있다. 그렇다고 해서 무기체계 개발기간 중 유도무기에 대한 철저한 사전 성능 확인 및 검증없이 시험평가를 실시하는 것 또한 개발자에게는 큰 위험요소가 아닐 수 없다.

이와 같은 실 사격시험의 비용 및 일정 측면의 제한사항을 극복하고, 개발기간동안 다양한 시험환경에서 유도탄의 핵심부체계인 탐색기 및 유도조종장치에 대한 성능확인 및 검증을 위해 실시되는 시험이 탑재비행시험(Captive Flight Test : CFT)이다.

종래에 수행되었던 대전차 유도무기의 탑재비행시험(CFT) 방법은 유인 비행체에 피시험체인 유도탄 탐색기/유도조종장치 및 데이터 획득/저장장치를 통합한 탑재시험체(Captive Test Pod : CTP)를 제작/탑재하고, CTP 운용자가 비행체에 탑승하여 탑재비행시험을 실시하였다. 그런데, 유인 비행체를 활용하여 수행되는 탑재비행시험은 크게 두 가지 제한 사항을 가지고 있다.

첫 번째는 유도탄의 비행거리별 고도에 대한 비행궤적을 정확히 모사할 수 없다는 것이다. 유도탄 핵심 부체계인 탐색기 및 유도조종장치의 성능을 정확히 확인/검증하기 위해서는 유도탄 비행궤적에 따른 탄의 자세각 및 표적과의 시선각 등의 변화를 정확히 모사해 줄 필요가 있다. 그러나 조종사가 수동으로 조종하는 유인비행체는 유도탄 궤적을 정확하게 모사하는 데에는 한계가 있다. 그렇다고 궤적 모사의 정확도를 높이기 위해 유인비행체의 항전 소프트웨어를 수정하여 유도탄 궤적에 따라 자동비행이 가능토록 하는 방법은 유인비행체의 안전을 고려했을 때 바람직하지 않은 방법이라고 판단된다. 또한, CTP 운용자에 의한 유도탄 자세 모사도 실 상황에 근접하게 모사할 수 없다는 것이다.

두 번째는 안전의 문제이다. 대전차 유도탄의 성능을 확인하기 위해서는 실제 무기체계가 운용되는 환경에서 시험평가가 이루어져야 한다. 현재 대전차 유도탄이 운용되는 작전지역은 대부분 산악으로 구성되어 있다. 이러한 산악지역 여건상 군사작전이 아닌 개발 무기체계의 성능을 확인하는 시험에 조종사 및 CTP 운용요원 2∼3명이 탑승한 상태에서 표적 근방 2∼30m까지 접근해야 하는 CFT를 실시한다는 것은 위험한 비행임무가 아닐 수 없으며, 각종 기상환경(강우, 강설, 바람 등)으로 인해 유인비행체 비행에 제한을 받을 수밖에 없다. 또한, 탐색기 화면에 표적이 대부분을 차지하게 되는 표적 근접거리에서 추적성능 확인이 중요한 부분을 차지하게 되는데 유인 헬기를 활용한 CFT에서는 안전문제 때문에 표적에 근접하는 것이 제한된다.

본 발명의 목적은 대전차 유도무기의 비행궤적 및 유도탄 비행간 탄의 비행자세를 비교적 정확하게 모사할 수 있는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 안전에 관련된 제한사항을 극복하고 다양한 시험 장소, 시간, 환경 및 표적조건 하에서도 효율적인 탑재비행시험을 실시할 수 있는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치는 기 입력된 유도탄의 비행궤적에 따라 자동비행하는 무인비행체; 피시험체를 탑재하여 무인비행체에 장착되는 탑재시험체; 및 표적의 위치정보를 측정하여 탑재시험체로 전송하는 표적시스템;을 포함하여 구성되며, 상기 탑재시험체는 표적의 위치정보와 무인비행체의 비행상태 정보를 근거로 피시험체 장착 프레임의 3축 구동을 제어하여 유도탄의 비행궤적 및 탄의 자세를 모사한다.

상기 탑재시험체는 탑재 컴퓨터에 시뮬레이션된 유도탄의 비행거리 및 고도별 유도탄 자세 정보와 표적정보에 따라 구동장치의 롤, 피치 및 요각을 제어하여 비행 간 유도탄의 자세 모사를 수행한다.

상기 무인비행체와 탑재시험체의 장착부에는 무인비행체의 로터로부터 전달되는 진동을 억제하기 위하여 방진구조가 장착되며, 상기 방진구조가 장착된 탑재시험체는 무인비행체의 로터축에 장착된다.

본 발명은 대전차 유도무기 탑재시험체를 장착한 무인 비행체를 제공함으로써 실 유도탄 비행궤적 및 탄의 자세를 비교적 정확하게 모사함으로써 무인비행체 비행 간 피 시험체인 탐색기 및 유도조종장치의 표적 포착 및 추적성능을 유도탄 실 비행상황과 같은 환경하에서 정확하게 확인/검증할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 유인비행체를 이용할 때 발생 가능한 안전에 관련된 제한사항을 극복함으로써 다양한 시험 장소, 시간, 환경 및 표적조건 하에서도 비행시험을 실시할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치를 이용한 탑재비행시험(CFT)의 운용 개념도.
도 2은 탑재시험체(CTP)의 기능 블록도.
도 3은 탑재시험체의 개략적인 형상을 나타낸 도면.
도 4는 무인비행체에 장착되는 탑재시험체에 적용된 방진구조.

본 발명의 실시예에 따른 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치는 크게 3가지 부체계가 필요하다.

첫 번째는 유도무기 궤적을 모사해 줄 플랫폼 역할을 하는 무인비행체이다. 탑재비행시험(CFT)에 운용될 수 있는 무인 비행체에는 비행특성에 따라 회전익 및 고정익 무인비행체가 있다. 시험대상(피시험체)인 탐색기 및 유도조종장치가 탑재되는 유도탄의 비행 특성 및 궤적에 따라 플랫폼으로 어떤 형태의 무인비행체를 사용할지 결정된다. 일 예로 짧은 사거리에 위치한 표적을 대상으로 비교적 저속으로 비행하면서 궤적의 변화가 큰 유도탄에 대해서는 회전익 무인비행체를 선택하는 것이 바람직하고, 장사거리 및 고속 기동하는 유도탄에 대해서는 고정익 무인비행체를 플랫폼으로 선정하는 것이 바람직하다. 특히 대전차 유도탄의 부체계 성능확인을 위해서는 회전익 무인비행체를 활용하는 것이 시험 목적에 부합될 것으로 판단된다.

무인비행체를 활용함으로써 얻어지는 장점은 유도탄의 비행 궤적정보를 무인비행체의 비행통제컴퓨터(Flight Control Computer : FCC)에 사전 입력함으로써 비교적 정확하게 유도탄 비행궤적을 모사할 수 있다는 것이다. 또한 지상통제소 (GCS : Ground Control Site)에서 원격으로 무인비행체의 비행간 획득되는 정보를 실시간으로 획득/확인함으로써 데이터의 신뢰성을 확보할 수도 있다.

두 번째는 탑재시험체(CTP)이다.

탑재시험체(CTP)는 성능을 확인해야 할 피시험체(탐색기 및 유도조종장치가 탑재되는 유도탄)를 포함하며, 무인비행체에 피시험체를 장착하는 플렛폼으로서의 역할뿐만 아니라 무인비행체 비행 간 유도탄의 자세를 모사해 주는 역할을 동시에 수행한다. 비행 간 유도탄의 자세 모사는 CTP에 장착된 탑재 컴퓨터에 시뮬레이션된 유도탄의 비행거리 및 고도별 유도탄 자세 정보를 입력하여 탑재시험체의 롤 (Roll), 피치 (Pitch) 및 요(Yaw) 구동모터를 동작시킴으로써 가능하다. 이때 무인비행체의 비행자세에 대한 정보를 입력받아 탑재시험체의 자세를 보정하는 작업이 필수적이다. 또한 획득데이터의 신뢰성을 확보하기 위해 무인비행체에서 발생되는 진동, 충격 등 외란이 탑재시험체(CTP)로 전달되지 않도록 무인비행체와 CTP체결부에 방진구조를 적용하는 것도 중요하다.

마지막으로 정지 및 이동표적에 대한 위치정보를 지상통제소(GCS) 및 탑재시험체(CTP)에 탑재된 컴퓨터로 전송하는 표적시스템이 필요하다. 상기 표적시스템의 주요 기능은 표적, 무인비행체 및 지상통제소(GCS)의 상대 위치정보를 바탕으로 무인비행체에 탑재된 탑재시험체(CTP)가 표적을 지속적으로 지향/추적할 수 있게 해준다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치를 이용한 탑재비행시험(CFT)의 운용개념을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와같이, 지상통제소(GCS)(102)에는 CTP 운용자와 무인비행체(무인헬기)(100)의 원격 수동조종사가 위치한다.

탑재비행시험(CFT)를 수행하기 전에 CTP 운용자는 무인비행체(100)의 비행통제컴퓨터(FCC)에 유도탄의 비행궤적 데이터를 입력하고, 실제 유도탄이 발사될 경우의 발사절차를 지상에서 수행하게 된다. 지상에서 발사절차가 종료되면 무인비행체(100)가 탑재비행시험을 위한 비행을 준비하게 되며, 이때 지상통제소(102)의 원격 수동조종사가 이륙 간 발생할 수 있는 무인비행체의 우발 및 위험상황에 대비하게 된다.

무인비행체(100)가 자동비행을 위한 적정한 고도(무인헬기의 경우 통상 10~20m 고도)를 확보하게 되면, 무인비행체(100)는 기 입력된 유도탄의 비행궤적에 따라 자동비행을 실시하면서 탑재비행시험(CFT)를 수행하게 된다. 무인비행체(100)의 비행통제컴퓨터(FCC)는 무인비행체(100)의 자세정보, 탑제시험체(CTP)(101)의 자세정보, 피시험체에서 획득되는 탐색기 영상정보 및 유도조종장치에서 생성된 명령 정보를 실시간으로 지상통제소(GCS)(102)로 전송하며(적색 화살표), 표적시스템 (103)은 표적에 대한 위치정보를 탑제시험체(CTP)(101)에 장착된 탑재 컴퓨터 및 지산통제소(102)에 전송한다(적색 화살표). 이때 실시간으로 GCS(102)로 전송되는 아날로그 탐색기 영상을 통해 무인비행체(100) 비행간 탐색기의 추적성능을 확인할 수 있으며, 탑제시험체(101)에 장착된 탑재 컴퓨터에는 탐색기의 디지털 영상이 원본 형태로 저장됨으로써 향후 분석 목적으로 사용된다.

종래에는 표적의 위치정보를 전송해주는 표적시스템이 구현되어 있지 않아 CTP 운용자가 컴퓨터의 화면을 통해 표적으로 탑제시험체(CTP)(101)를 수동으로 지향해 주어야 했다.

도 2는 본 발명에 따른 탑재시험체(101)의 기능 블록도이다.

도 2에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 탑재시험체(101)는 피시험체가 장착되는 피시험체 장착 프레임(김발, jimbal)(50)과, 표적시스템(103)에서 수신된 표적 정보와 AHRS를 통해 무인비행체(100)의 비행상태 정보를 전송받아, 상기 피시험체 장착 프레임(50)의 3축구동을 제어하여 유도탄의 궤적을 모사해주는 탑재 컴퓨터(CFT POD 부분)(51)를 포함한다.

그리고, 탑재시험체(101)는 표적시스템으로부터 표적의 위치정보를 수신하는 모뎀; 피시험체에서 획득된 데이터를 송수신하는 영상신호 송수신장치(모뎀), 무인비행체(100)의 자세정보를 전송하는 AHRS(Attitude & Heading Reference System)를 포함할 수 있다. 상기 AHRS는 무인비행체(100)의 자세정보를 CTP(101)에 제공하여 탑재비행시험 수행 시 유도탄의 자세를 모의할 수 있게 해준다. 그러나 무인비행체 (100)의 항전시스템에서 비행자세에 대한 정보를 직접 받을 수 있을 경우에는 별도의 AHRS센서를 사용하지 않아도 된다.

본 발명에서 피시험체로는 유도탄에 장착되는 탐색기가 될 수 있으며, 시험목적에 따라 표적의 적외선 및 가시영상 획득을 위해 LWIR, MWIR, CCD 등 광학 계측장비가 장착될 수도 있다.

도 3은 설계된 탑재시험체의 개략 형상을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 피시험체 장착 프레임은 탑재시험체(CTP)의 유도탄 자세모사 및 표적 추적을 위해 3축(Roll, Pitch, Yaw) 구동이 가능한 구조로 설계되었다. 도면에 나타난 것처럼 적외선 탐색기를 시험대상으로 할 경우에는 검출기에 냉각가스를 공급할 냉각가스통이 추가로 부착된다. 또한 피시험체에서 획득된 데이터(영상 포함)나 CTP의 구동명령을 송수신하는 역할을 담당하는 탑재컴퓨터와 영상신호 송수신장치가 장착된다. 무인비행체의 받침대(Skid) 부분은 장착 프레임의 구동범위 및 피시험체인 탐색기의 화각 등을 고려하여 제작하고, 탑재비행시험 실시 간 탐색기 영상에 받침대부분이 나타나지 않도록 한다.

도 4는 무인비행체와 CTP의 장착부를 나타낸다.

무인비행체(100)를 이용한 탑재비행시험에서 선결되어야 할 부분은 무인비행체(100)로부터 탑재시험체(CTP)로 전달되는 기계적인 진동 및 충격을 어떻게 감소시키느냐 하는 것이다. 고정익 무인비행체보다 진동이 심각한 회전익 무인비행체의 경우 대부분의 진동이 로터의 회전에 의해 발생한다. 특히 회전익 무인비행체를 이용하여 장거리에 위치한 소형표적을 포착/추적해야 하는 탑재비행시험의 경우에는 회전익 무인비행체의 로터로부터 전달되는 진동으로 인해 표적을 포착/추적하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

이러한 진동을 기계적으로 해소하기 위한 가장 효율적인 방법은 회전익 무인비행체의 로터축에 탑재시험체(CTP)의 무게중심을 위치시키는 것이다. 기존의 유인헬기를 이용한 CFT에서는 헬기 받침대(Skid)의 높이를 연장하여 헬기의 로터축에 CTP를 장착하는 것이 불가능하였기 때문에 CTP를 불가피하게 헬기의 좌측 또는 우측의 받침대 한쪽에 장착할 수밖에 없었다.

본 발명은 도 4에도시된 바와같이, 회전익 무인비행체의 로터로부터 전달되는 진동을 억제하기 위하여 무인비행체 및 CTP장착부에 방진구조를 적용한다. 상기 방진구조 적용을 위해서는 다음과 같은 단계를 거친다.

먼저 무부하 및 CTP 장착 하 상태에서 무인비행체가 비행할 때 발생하는 무인비행체의 진동을 계측하여, 최대 진동 주파수 대역의 진폭을 감소시킬 수 있는 방진소재를 선택한다. 일단 방진소재가 선택되면 탑재시험체의 전체 중량을 고려하여 방진소재의 수량을 결정하고, 소재에 균등한 진동 및 충격이 흡수될 수 있는 위치를 선정한다. 마지막으로 방진구조가 장착된 탑재시험체를 무인헬기 로터축에 장착함으로써 무인헬기로부터 탑재시험체로 전달되는 진동을 최소화시킬 수 있다.

상술한 바와같이,본 발명은 표적의 위치정보와 무인비행체의 비행상태 정보를 근거로 피시험체 장착 프레임의 3축 구동을 제어하여 유도탄의 궤적을 모사할 수 있을 뿐만 아니라 유도탄의 비행간 자세까지 모사해 줌으로써 무인비행체 비행 간 피 시험체인 탐색기 및 유도조종장치의 표적 포착 및 추적성능을 유도탄 실 비행상황과 같은 환경하에서 정확하게 확인/검증할 수 있다. 또한, 본 발명은 유인비행체를 이용할 때 발생할 수 있는 안전에 관련된 제한사항을 극복함으로써 다양한 시험 장소, 시간, 환경 및 표적조건 하에서도 비행시험을 실시할 수 있는 효과가 있다.

상기 설명된 실시예들의 구성과 방법은 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

100 : 무인 비행체 101 : 탑재시험체
103 : 표적시스템

Claims (10)

1. 기 입력된 유도탄의 비행궤적에 따라 자동비행하는 무인비행체;
   피시험체를 탑재하여 무인비행체에 장착되는 탑재시험체; 및
   이동하는 표적의 위치정보를 측정하여 탑재시험체로 전송하는 표적시스템;을 포함하여 구성되며, 상기 탑재시험체는
   이동 표적의 위치정보와 무인비행체의 자세정보를 근거로 피시험체 장착 프레임의 3축 구동을 제어하여, 탑재시험체의 표적 지향각을 자동으로 보정하는 것을 특징으로 하는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 무인비행체는
   회전익 및 고정익 무인비행체를 포함하는 것을 특징으로 하는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 무인비행체는
   피시험체인 유도탄 탐색기 및 유도조종장치가 탑재되는 유도탄의 비행 특성 및 궤적에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 탑재시험체는
   표적시스템으로부터 표적의 위치정보를 수신하는 모뎀;
   피시험체를 장착하는 피시험체 장착 프레임;
   피시험체에서 획득된 데이터를 송수신하는 영상신호 송수신장치;
   무인비행체의 자세정보를 전송하는 AHRS(Attitude & Heading Reference System); 및
   표적의 위치정보와 무인비행체의 비행상태 정보를 근거로 피시험체 장착 프레임의 3축 구동을 제어하는 탑재컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 표적시스템은
   표적, 무인비행체 및 지상통제소의 상대 위치정보를 바탕으로 무인비행체에 탑재된 탑재시험체가 표적을 지속적으로 지향/추적할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 탑재시험체는
   탑재 컴퓨터에 시뮬레이션된 유도탄의 비행거리 및 고도별 유도탄 자세 정보와 표적정보에 따라 구동장치의 롤, 피치 및 요각을 제어하여 비행 간 유도탄의 자세 모사를 수행하는 것을 특징으로 하는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 무인비행체와 탑재시험체의 장착부에는
   무인비행체의 로터로부터 전달되는 진동을 억제하기 위하여 방진구조가 장착되는 것을 특징으로 하는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 방진구조가 장착된 탑재시험체는
   무인비행체의 로터축에 장착되는 것을 특징으로 하는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 무인비행체는
   무인비행체의 자세정보, 탑제시험체의 자세정보, 피시험체에서 획득되는 탐색기 영상정보 및 유도조종장치에서 생성된 명령 정보를 실시간으로 지상통제소로 전송하는 것을 특징으로 하는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 탑재시험체로부터 전송되는 탐색기 영상을 통해 무인비행체 비행간 탐색기의 추적 성능을 확인하는 지상통제소;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대전차 유도무기의 탑재비행시험 장치.
    
    
    
    
    

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