KR101682438B1 - 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 사용자에 따라 동일한 G포스의 체감이 가능하도록 함으로써, G-LOC에 빠져드는 타이밍 및 G-LOC에서 빠져나오는 타이밍을 동일하게 설정할 수 있고, 훈련 중 무리한 G값의 제공으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 사용자별 상대적G 값을 낮출 수 있는 변수의 지목이 가능하며, 이를 통한 생활습관 개선 및 신체 훈련 방향의 제시가 가능한 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터에 관한 것으로서, 사용자가 착석하는 G시트; 상기 G시트의 일측에 결합되어 상기 G시트를 전, 후, 좌, 우, 상, 하 중 어느 하나 이상의 방향으로 이동시켜 상기 G시트에 착석한 사용자에게 G포스를 제공하는 액츄에이터; 상기 액츄에이터의 구동력을 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는 사전에 입력된 상기 사용자의 개인 정보를 기반으로 사용자별 체감비를 계산하고, 계산된 체감비를 토대로 상기 액츄에이터의 구동력을 제어한다.

Description

상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터{Aircraft simulator having custom G-force}

본 발명은, 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자에 따라 동일한 G포스의 체감이 가능하도록 함으로써, G-LOC에 빠져드는 타이밍 및 G-LOC에서 빠져나오는 타이밍을 동일하게 설정할 수 있고, 훈련 중 무리한 G값의 제공으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 사용자별 상대적G 값을 낮출 수 있는 변수의 지목이 가능하며, 이를 통한 생활습관 개선 및 신체 훈련 방향의 제시가 가능한 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터에 관한 것이다.

비행 훈련은 통상 이론 교육, 신체 내성 훈련, 실전 비행 훈련의 세 단계로 이루어지고 있다. 이론 교육은 가속도에 대한 기본적인 지식을 습득하는 과정으로서, 지상에서 학술 강의로 진행된다. 이론 교육 후에는 원심 가속 장비 탑승을 통한 신체적 내성 훈련이 진행되는데, 이 과정에서 조종사는 가속도에 대한 신체적 체험과 신체적 내성 증진을 위한 L-1 호흡법을 학습한다. 이 두 과정을 마친 조종사만이 실제 비행 훈련에 투입될 수 있는데, 조종사는 이론 교육 및 신체 내성 훈련을 통해 배운 가속도에 대한 지식 및 내성 기법을 실제 비행에 적용하게 된다.

그러나, 현재의 가속도 훈련 체계는 몇 가지 제한점이 존재한다. 먼저, 가속도의 신체적 내성에는 각종 영향 요인들이 있으나, 신체적 내성 훈련 과정에서 이들 영향 요인들에 의한 G 내성 변화를 인식하는 훈련이 고려되고 있지 않다. 이로 인하여 도 1 및 도 2 와 같이 단계별로 진입하여 단계별로 탈출하는 G-Effect의 각 단계를 사용자가 충분히 경험해보지 못한 채 너무 빨리 G-LOC 단계에 진입하여 의식을 잃는 등의 문제가 있었고, 또한, 가속도 훈련 도중 너무 과한 G포스의 제공으로 인한 사고의 위험성 때문에 극한적 가속도 비행 상황에 대한 훈련을 하기 어렵다는 문제가 있다.

따라서, 사용자별로 동일한 체감을 갖는 G포스의 제공이 가능하여 G포스에 따른 G-Effect의 돌입과 탈출을 충분히 경험할 수 있도록 함으로써, 가속도에 대한 적응 및 대처 방법을 훈련할 수 있는 비행 시뮬레이터의 개발이 필요로 하게 되었다.

KR10-1350267(등록번호) 2014.01.06

본 발명은, 사용자에 따라 동일한 G포스의 체감이 가능하도록 함으로써, G-LOC에 빠져드는 감각을 단계별로 체험할 수 있도록 하는 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 사용자별로 G-LOC에서 빠져나오는 타이밍을 동일하게 설정할 수 있으므로, G-LOC에서 빠져나오는 감각을 단계적으로 체험할 수 있도록 하는 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 사용자별로 G-LOC에 빠져드는 시간이 동일하도록 상대적G 값을 제공함으로써, 훈련 중 무리한 G값의 제공으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있는 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 피드백에 의한 변수들의 값 및 변수들의 가중치가 상세 조정되므로, 사용자별 상대적G 값을 낮출 수 있는 변수의 지목이 가능하며, 이를 통한 생활습관 개선 및 신체 훈련 방향의 제시가 가능한 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 사용자가 착석하는 G시트; 상기 G시트의 일측에 결합되어 상기 G시트를 전, 후, 좌, 우, 상, 하 중 어느 하나 이상의 방향으로 이동시켜 상기 G시트에 착석한 사용자에게 G포스를 제공하는 액츄에이터; 상기 액츄에이터의 구동력을 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는 사전에 입력된 상기 사용자의 개인 정보를 기반으로 사용자별 체감비를 계산하고, 계산된 체감비를 토대로 상기 액츄에이터의 구동력을 제어한다.

또한, 본 발명의 상기 체감비는 바이오 내성치에 비례하며, 상기 바이오 내성치는, 음주 정도, 흡연량, 흡연 기간, 피로도, 운동량 중 하나 이상을 포함하는 생활변수와, 혈압, 근력 중 하나 이상을 포함하는 생리변수에 의해 결정된다.

또한, 본 발명의 바이오 내성치는, 상기 각 생활변수의 값과 상기 각 생활변수의 가중치를 곱한 결과값의 합에 비례하고, 상기 각 생리변수의 값과 상기 각 생리변수의 가중치를 곱한 결과값의 합에 비례한다.

또한, 본 발명의 상기 각 생활변수의 가중치와 상기 각 생리변수의 가중치를 모두 합한 값은 1.0 이하이며, 상기 생활변수의 값 및 상기 생리변수의 값 각각은 0 이상 100 이하이다.

또한, 본 발명의 상기 체감비는 L-1호흡 내성치에 반비례한다.

또한, 본 발명의 상기 L-1호흡 내성치는, 1.0 이상 1.5 이하이다.

또한, 본 발명의 상기 제어부는 상기 체감비의 역수를 상기 액츄에이터 구동력 제어 신호에 곱하여 상기 엑츄에이터의 구동력을 제어한다.

본 발명은, 사용자에 따라 동일한 G포스의 체감이 가능하도록 함으로써, G-LOC에 빠져드는 감각을 단계별로 체험할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 사용자별로 G-LOC에서 빠져나오는 타이밍을 동일하게 설정할 수 있으므로, G-LOC에서 빠져나오는 감각을 단계적으로 체험할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 사용자별로 G-LOC에 빠져드는 시간이 동일하도록 상대적G 값을 제공함으로써, 훈련 중 무리한 G값의 제공으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 피드백에 의한 변수들의 값 및 변수들의 가중치가 상세 조정되므로, 사용자별 상대적G 값을 낮출 수 있는 변수의 지목이 가능하며, 이를 통한 생활습관 개선 및 신체 훈련 방향의 제시가 가능한 효과가 있다.

도 1 은 G-Effect 진입 조건을 도시한 그래프.
도 2 는 G-Effect 진행 과정을 도시한 그래프.

이하에서 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은, 사용자가 착석하는 G시트와, G시트의 일측에 결합되어서 G시트를 전, 후, 좌, 우, 상, 하 중 어느 하나 이상의 방향으로 이동시켜 G시트에 착석한 사용자에게 G포스를 제공하는 액츄에이터와, 액츄에이터의 구동력을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

G시트는, 좌판 및 좌판의 후방에서 상방으로 형성되는 등판을 포함하여 구성되어서 사용자가 착석할 수 있도록 구성된다.

G시트의 일측에는 액츄에이터가 결합되며, G시트는 액츄에이터의 구동에 의해 전, 후, 좌, 우, 상, 하 중 어느 하나 이상의 방향으로 이동되어 착석한 사용자에게 G포스가 제공된다.

또한, G시트에는 사용자를 고정하기 위한 안전벨트가 더 구비될 수 있으며, 사용자에게 G포스에 따른 흉부압박 체감을 느끼게 하기 위하여 G패드가 더 구비될 수 있다.

액츄에이터는, G시트의 일측에 결합되어 G시트를 전, 후, 좌, 우, 상, 하 중 어느 하나 이상의 방향으로 이동시킴으로써, G시트 및 G시트에 착석한 사용자에게 G포스를 제공하는 역할을 한다.

이러한 액츄에이터는 하나 이상의 모터, 기어, 실린더 등으로 구성되어 G시트를 롤링, 요잉 또는 피칭 시킬 수 있으며, 또는 전, 후, 좌, 우, 상, 하로 일정 거리 이동시킬 수 있다.

한편, 액츄에이터는 G시트를 직접 구동하는 장치일수도 있으나, G시트가 설치도니 프레임 자체를 구동시키는 장치일수도 있다. 예를 들어, G시트가 설치된 프레임을 회전시켜 G시트에 원심 가속력을 제공함으로써 G시트에 착석한 사용자에게 비행기의 선회, 급가속시 발생할 수 있는 강력한 후방 G포스를 제공할 수도 있다.

이러한 액츄에이터의 동작은 제어부의 구동력 제어에 의해 이루어지며, 본 발명에서는 액츄에이터의 동작시 사용자에게 전달되는 G포스를 사용자별 신체, 생활변수에 따라 다르게 적용함으로써, 신체, 생활변수가 각기 다른 사용자에게 동일한 G포스의 체험이 가능하도록 할 수 있게 된다.

제어부는, 액츄에이터의 구동력을 제어하는 역할을 하며, 사용자의 생활변수, 생리변수에 따라 각기 다르게 느껴지는 G포스를 평준화하여 사용자별로 동일한 G포스가 느껴질 수 있도록 액츄에이터의 구동력을 가변하여 제어한다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, G포스는 G센서에 의해 측정되는 절대G 값과, 사용자의 생활습관, 신체적 특성에 따라 가변되는 상대적G 값으로 구분되는데, 비행 훈련시 G-LOC에 돌입하는 단계별 훈련을 위해서는 사용자별로 동일한 G포스가 느껴지도록 하여야 한다.

따라서, 본 발명에서는 사용자의 생활습관, 신체적 특성에 따른 상대적G 값을 동일하게 하기 위하여 생활변수 및 생리변수를 설정하고, 이에 따른 바이오 내성치, L-1호흡 내성치를 계산하여 체감비를 추정함으로써, 액츄에이터의 구동력을 체감비에 따라 제어하여 사용자별로 동일한 상대적G 값이 적용될 수 있도록 하였다.

먼저, 바이오 내성치의 계산을 위하여 제어부는 사전에 각 사용자들의 생활습관, 신체적 특성 등의 변수를 입력받으며, 이때 입력받는 생활변수는 음주 정도, 흡연량, 흡연 기간, 피로도, 운동량 정보가 포함되며, 생리변수는 혈압 및 근력이 포함된다. 각 생활변수 및 생리변수의 항목들은 그 정도에 따라 0 이상 100 이하의 값이 설정된다.

생활변수의 값 설정의 일례를 다음 표에 도시하였다.

종류	음주정도		흡연량		흡연 기간		피로도		운동량
	범위	값	범위	값	범위	값	범위	값	범위	값
값	무음주	0	비흡연	0	비흡연	0	상쾌	0	매일	0
	미취	30	반갑이하	30	1년이하	30	경피로	30	주3일이상	30
	경취	60	반갑이상	60	1~3년	60	중피로	60	주1~3일	60
	만취	100	한갑이상	100	3년이상	100	과피로	100	거의안함	100

한편, 상리변수의 값 설정의 일례를 다음 표에 도시하였다.

종류	최고혈압		최저혈압		근력
	범위	값	범위	값	범위		값
값	150~160	100	100~110	100	상		0
	140~149	60	90~99	50	중		50
	130~139	30	80~89	0	하		100
	120~129	0	70~79	0
	110~119	0	60~69	50
	100~109	30	50~59	100

또한, 생활변수 및 생리변수들은 그 중요도에 따라 가중치가 설정되는데, 이때 설정되는 가중치는 생활변수 및 생리변수 모두의 가중치를 합한 값이 1.0이 되도록 적절히 조정된다.

이러한 바이오 내성치는 표 1 및 표 2에 도시된 바와 같이, 신체 능력의 저하를 야기하는 항목일수록 높은 값이 적용된 것을 알 수 있다. 즉, 바이오 내성치가 증가할수록 상대적 G값이 증가하여 동일 조건에서 G-LOC에 빠지기 쉬운 상태가 된다.

바이오 내성치의 계산식은 다음과 같이 정의된다.

바이오 내성치의 최대값을 k_BIOmax, 각 생활변수의 값에 각 생활변수의 가중치를 곱한 결과값의 합을 k_Lm_L, 각 생리변수의 값에 각 생리변수의 가중치를 곱한 결과값의 합을 k_Pm_P라 할 때, 바이오 내성치 k_BIO는,

로 정의된다.

즉, 바이오 내성치는 각 생활변수의 값과 각 생활변수의 가중치를 곱한 결과값에 비례하고, 각 생리변수의 값과 각 생리변수의 가중치를 곱한 결과값의 합에 비례하게 되는 것이다.

한편, L-1호흡 내성치의 계산을 위하여 제어부는 센서를 통해 실시간으로 사용자의 L-1호흡 유무 및 호흡량을 입력받는다. 이때 입력받은 정보를 토대로 L-1호흡 내성치를 계산하게 되는데, L-1호흡 내성치의 정의는 다음과 같다.

L-1호흡에 의해 센서에 측정되는 호흡량을 S_L1(t), L-1호흡 실시 중 현재 시간을 t_now, L-1호흡이 내성 변화에 영향을 미치는 시간을 t_old라 할 때, L-1호흡에 의한 내성치 B_L1은,

로 정의되며, B_L1의 값은 1.0 이상 1.5 이하의 값을 갖는 것이 바람직하다.

한편, 조종사가 충실히 L-1호흡을 실시할 경우 G-LOC에 빠지기까지의 시간이 지연되게 되며, 즉, L-1호흡 내성치가 증가할수록 상대적 G값이 감소하여 동일 조건에서 G포스에 견디기 쉬운 상태가 된다. 따라서, 체감비는 L-1호흡 내성치에 반비례하게 된다.

이러한 바이오 내성치 및 L-1호흡 내성치와 상대적 G값의 상관관계를 토대로 절대적 G값(G_A)에 대한 상대적 G값(G_R)의 계산은 다음과 같다.

즉, 상대적 G값은 바이오 내성치에 비례하고, L-1호흡 내성치에 반비례하게되며, 이러한 정보를 토대로, 사용자별 동일한 G포스의 체감을 위해서는 상대적 G값을 통일해야 하므로, 결과적으로 제어부의 최초 제어 신호에 체감비의 역수, 즉, 바이오 내성치의 역수 및 L-1호흡 내성치를 곱하여 최종 제어 신호를 생성함으로써 상대적 중력 체감이 이루어질 수 있도록 한다.

이러한 제어 신호의 값은, 최초 제어 신호의 값을 C_S, 최종 제어 신호의 값을 C_E라 할 때,

와 같이 정의될 수 있다.

따라서, 이러한 방법으로 제어부의 액츄에이터 구동력을 조절하게 되며, 사용자들이 L-LOC에 빠지는 시간을 피드백하여 각 변수들의 가중치 및 값을 상세 조정함으로써 시뮬레이션이 진행될수록 더욱 정확한 상대적 G값을 제공할 수 있게 된다.

이러한 피드백에 의한 변수들의 상세 조정이 이루어질수록 사용자별 상대적G 값이 높에 설정되는 원인이 되는 변수의 캐치가 가능해지며, 이를 통해 사용자별로 어느 생활 습관을 개선해야 하는지, 어느 신체 훈련을 강화해야 하는지 등의 처방이 가능해지게 된다.

상술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 사용자에 따라 동일한 G포스의 체감이 가능하도록 함으로써, G-LOC에 빠져드는 감각을 단계별로 체험할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 사용자별로 G-LOC에서 빠져나오는 타이밍을 동일하게 설정할 수 있으므로, G-LOC에서 빠져나오는 감각을 단계적으로 체험할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 사용자별로 G-LOC에 빠져드는 시간이 동일하도록 상대적G 값을 제공함으로써, 훈련 중 무리한 G값의 제공으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 피드백에 의한 변수들의 값 및 변수들의 가중치가 상세 조정되므로, 사용자별 상대적G 값을 낮출 수 있는 변수의 지목이 가능하며, 이를 통한 생활습관 개선 및 신체 훈련 방향의 제시가 가능한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 사용자가 착석하는 G시트;
   상기 G시트의 일측에 결합되어 상기 G시트를 전, 후, 좌, 우, 상, 하 중 어느 하나 이상의 방향으로 이동시켜 상기 G시트에 착석한 사용자에게 G포스를 제공하는 액츄에이터;
   사전에 입력된 상기 사용자의 개인 정보를 기반으로 사용자별 체감비를 계산하고, 계산된 체감비를 토대로 상기 액츄에이터의 구동력을 제어하는 제어부;
   를 포함하되,
   상기 체감비는 바이오 내성치에 비례하며,
   상기 바이오 내성치는,
   음주 정도, 흡연량, 흡연 기간, 피로도, 운동량 중 하나 이상을 포함하는 생활변수와, 혈압, 근력 중 하나 이상을 포함하는 생리변수에 의해 결정되되, 상기 각 생활변수의 값과 상기 각 생활변수의 가중치를 곱한 결과값의 합에 비례하고, 상기 각 생리변수의 값과 상기 각 생리변수의 가중치를 곱한 결과값의 합에 비례하며,
   바이오 내성치의 최대값을 k_BIOmax,
   상기 각 생활변수의 값에 각 생활변수의 가중치를 곱한 결과값의 합을 k_Lm_L,
   상기 각 생리변수의 값에 각 생리변수의 가중치를 곱한 결과값의 합을 k_Pm_P라 할 때,
   상기 바이오 내성치 k_BIO는,
   

   

   
   인 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 각 생활변수의 가중치와 상기 각 생리변수의 가중치를 모두 합한 값은 1.0 이하이며, 상기 생활변수의 값 및 상기 생리변수의 값 각각은 0 이상 100 이하인 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 체감비는 L-1호흡 내성치에 반비례하며,
   L-1호흡에 의해 센서에 측정되는 호흡량을 S_L1(t),
   L-1호흡 실시 중 현재 시간을 t_now,
   L-1호흡이 내성 변화에 영향을 미치는 시간을 t_old라 할 때,
   L-1호흡에 의한 내성치 B_L1은,
   

   

   
   인 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 L-1호흡에 의한 내성치 B_L1은, 1.0 이상 1.5 이하인 상대적 중력 체감형 비행 시뮬레이터.
8. 삭제

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