KR101895676B1 - 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법에 관한 것이다. 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법은, 비행체의 비행궤적에 따른 상기 비행체의 운동을 조종하는 조종변수를 가시화하는 방법에 있어서, 상기 조종변수 및 비행체의 형상정보를 가시화하기 위한 동적좌표계를 결정하는 단계; 상기 비행체의 상기 형상정보를 간략화하여 상기 동적좌표계에 표시하는 제1 표시단계; 및 상기 비행체의 상기 조종변수 정보를 간략화하여 상기 동적좌표계에 표시하는 제2 표시단계;를 포함한다.

Description

비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법{METHOD OF VISUALIZING CONTROL PARAMETER ACCORDING TO FLIGHT TRAJECTORY}

본 발명은 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법에 관한 것으로, 조종변수를 가시화하기 위한 동적좌표계를 결정하며, 결정된 동적좌표계에서 조종변수를 가시화하여, 공력면의 조종에 따른 비행체의 운동특성을 직관적으로 판단할 수 있는 수단을 제공하는, 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법에 관한 것이다.

유도탄은 사수의 사격에 의해 유도탄 발사 화기로부터 발사된 후, 사수가 표적을 지속적으로 조준하면, 유도탄이 자동적으로 조준선을 따라 표적으로 유도된다. 일반적으로 유도탄은 전차, 장갑 차량 등을 파괴하는 화기이다.

대기 중을 비행하는 유도탄이 기동하기 위해서 일반적으로 공력면을 조종하여 유도탄의 횡축에 대한 회전을 발생시킴으로써 유도탄의 비행 속도벡터와 동체의 종축이 이루는 각(받음각)을 생성한다. 받음각의 크기와 방향에 따라 기동력의 크기와 방향이 결정된다. 따라서 공력면의 조종변위와 이에 따른 받음각의 크기와 방향이 주요한 조종변수가 된다.

공력면의 조종에 따른 유도탄의 운동특성은 유도탄의 비행성능을 결정짓는 요소이며 특히 유도탄의 개발 단계에서 비행시험을 통해 필수적으로 검증되어야 할 성능변수이다. 또한 유도탄의 운용 단계에서도 비행 중 이상 발생 시 원인 규명 및 문제해결을 위해 반드시 필요한 자료이다.

종래에 사용되고 있는 조종변수 가시화 방법은 항공기의 경우 받음각의 크기만을 단순한 게이지의 형태로 가시화하는 데 국한되어 왔다. 유도탄의 경우 받음각의 크기 및 방향과 조종면의 변위 등 주요 조종변수 값의 시간축에 따른 변화를 2차원 그래프로 표현하는 종래의 방법으로는 각 비행 시점에서 공력면의 조종에 따른 유도탄의 운동 특성을 파악하는데 어려움이 있었다. 또한 고정된 3차원 공간좌표계에서 각 비행 시점에서 유도탄의 자세를 3차원 그래픽으로 도시하는 종래의 방법으로는 유도탄의 받음각의 크기와 방향을 직관적으로 표현하는데 한계가 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 조종변수를 가시화하기 위한 동적좌표계를 결정하며, 결정된 동적좌표계에서 조종변수를 가시화하여, 공력면의 조종에 따른 비행체의 운동특성을 직관적으로 판단할 수 있는 수단을 제공하는, 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법은, 비행체의 비행궤적에 따른 상기 비행체의 운동을 조종하는 조종변수를 가시화하는 방법에 있어서, 상기 조종변수 및 비행체의 형상정보를 가시화하기 위한 동적좌표계를 결정하는 단계; 상기 비행체의 상기 형상정보를 간략화하여 상기 동적좌표계에 표시하는 제1 표시단계; 및 상기 비행체의 상기 조종변수 정보를 간략화하여 상기 동적좌표계에 표시하는 제2 표시단계;를 포함한다.

상기 동적좌표계를 결정하는 단계에서, 상기 동적좌표계는 x-y-z 를 축으로 하는 직교좌표계로서, 상기 직교좌표계의 원점은 상기 비행체의 최후방 중심점으로 결정하며, 상기 비행체의 속도벡터방향을 +x 방향으로 결정하며, 지구고정좌표계의 정동향을 +y 방향으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 표시단계는, 상기 동적좌표계에 상기 비행체의 자세를 표시하는 단계; 및 상기 동적좌표계에 상기 비행체의 동체 최후방 단면과 조종면 및 동체의 종축에 대한 회전 기준점을 표시하는 단계;를 포함한다.

상기 제1 표시단계는 2차원적으로 표시되며, 상기 비행체의 형상정보는 상기 비행체와 유사한 형상으로 표시된다.

상기 비행체의 자세는 화살표로 표시되며, 상기 화살표의 단부는 기두부인 것을 특징으로 한다.

상기 화살표의 방향은 받음각의 방향과 일치하며, 상기 화살표의 길이는 상기 받음각의 크기와 비례하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 표시단계는, 상기 동적좌표계에 각 조종면 변위의 크기와 방향, 상기 비행체에 작용하는 공력의 크기와 방향을 표시하는 단계; 및 상기 비행체에 인가되는 기동명령의 크기와 방향을 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 조종면 변위의 변위각의 방향은 받음각 0 도 조건에서 해당 변위각에서 발생되는 공력의 방향이며, 상기 조종면 변위의 크기는 상기 변위각의 크기에 비례하여 표시되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 공력면의 조종에 따른 비행체의 운동 특성을 비행 궤적의 각 시점에서 직관적으로 판단할 수 있어, 비행체를 적절하게 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 유도탄과 같은 비행체의 개발 단계에서 비행시험을 통한 성능 분석 시 성능분석작업의 효율성을 제고시킬 수 있고, 비행체의 운용단계에서도 비행 중 이상 발생 시 원인 규명 및 문제 해결능력을 제고시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법의 개략적인 순서도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법의 순서도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적좌표계 및 동적좌표계에 표시되는 형상정보를 나타내는 개략도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적좌표계에 표시되는 조종변수 정보를 나타내는 개략도이다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법은 유도탄과 같은 비행체의 형상정보를 데이터 저장부(미도시)에 저장하고, 비행체의 비행궤적에 따른 실시간 조종변수 정보를 무선 신호 송수신부가 각 센서(예를 들어, 관성 센서, 가속도 센서, 받음각 센서 등)로부터 수신하여 형상정보 생성부(미도시)에 의해 비행체의 형상정보를 생성하게 된다. 이후, 가시화 장치를 이용하여, 유도탄과 같은 비행체의 형상정보 및 조종변수 정보를 표시함으로써, 공력면의 조종에 따른 비행체의 운동특성을 직관적으로 판단할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법의 개략적인 순서도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법의 순서도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법은, 비행체의 비행궤적에 따른 상기 비행체의 운동을 조종하는 조종변수를 가시화하는 방법에 있어서, 상기 조종변수 및 비행체의 형상정보를 가시화하기 위한 동적좌표계를 결정하는 단계(S100); 상기 비행체의 상기 형상정보를 간략화하여 상기 동적좌표계에 표시하는 제1 표시단계(S200); 및 상기 비행체의 상기 조종변수 정보를 간략화하여 상기 동적좌표계에 표시하는 제2 표시단계(S300);를 포함한다.

상기 동적좌표계를 결정하는 단계(S100)에서, 상기 동적좌표계(100)는 x-y-z 를 축으로 하는 직교좌표계로서, 상기 직교좌표계의 원점은 상기 비행체의 최후방 중심점으로 결정하며, 상기 비행체의 속도벡터방향을 +x 방향으로 결정하며, 지구고정좌표계의 정동향을 +y 방향으로 결정하게 된다. 또한, z축은 x-y 축에 대해 오른손법칙을 만족하는 축으로 결정된다.

지구고정좌표계는 뉴턴의 제2법칙을 적용할 수 있는 좌표계로, 지구의 비행체의 비행특성을 직관적으로 해석하기 위해 지구중심에 원점을 두고 회전하는 좌표계이다.

이에 본 발명에 따른 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법은 동적좌표계(100)가 x-y-z 축으로 결정되어, 공력면의 조종에 따른 비행체의 운동 특성을 직관적으로 판단할 수 있게 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적좌표계 및 동적좌표계에 표시되는 형상정보를 나타내는 개략도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적좌표계에 표시되는 조종변수 정보를 나타내는 개략도이다.

상기 제1 표시단계(S200)는 상기 동적좌표계(100)에 상기 비행체의 자세(200)를 표시하는 단계(S210); 및 상기 동적좌표계(100)에 상기 비행체의 동체 최후방 단면(300)과 조종면(400) 및 동체의 종축에 대한 회전 기준점(500)을 표시하는 단계(S220);를 포함한다.

비행체의 자세(200)는 비행체와 유사한 형상으로 형성되며, 본 실시예에서는 굵은 화살표로 비행체의 동체 자세를 2차원적으로 표시하며, 비행체와 유사한 형상을 직관적으로 표시하기 위한 것이라면 굵은 화살표에 제한되지 않는다.

본 실시예에서, 상기 화살표의 단부는 기두부이며, 상기 화살표의 방향은 받음각의 방향과 일치하며, 상기 화살표의 길이는 상기 받음각의 크기와 비례하도록 형성된다.

비행체의 동체 최후방 단면(300)은 일반적으로 원형, 타원형 등으로 형성될 수 있으며, 본 발명에 일 실시예에 따른 비행체의 동체 최후방 단면(300)은 원형으로 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다.

조종면(400)은 비행체를 세 개의 축에 대해서 운동하도록 하기 위해서 조종실에서 움직일 수 있는 항공역학적 표면이다. 유도탄과 같은 비행체는 조종면을 사용하여 양력을 발생시켜 수평비행을 하거나 원하는 임의의 방향으로 유도할 수 있게 된다.

조종면(400)의 변위에 따라 비행체의 자세(200)가 변경되며, 예를 들어 조종면의 앞전(leading edge)을 아랫방향으로 내린 경우에는 공기가 조종면(400)의 윗면에 부딪히게 되어 아랫방향으로의 조종력이 발생하게 된다.

본 실시예에서는 조종면이 4 개인 유도탄과 같은 비행체에 대하여 실물을 대변하는 도형으로 yz 평면에 2차원적으로 표현하였으나, 조종면의 개수 및 형상은 이에 한정되지 않는다.

또한, 본 실시예에서는 yz 평면에 비행체의 자세, 동체 및 동체의 종축에 대한 회전 기준점을 표시하였으나, xy 평면 및 xz 평면에 비행체의 자세를 표시하는 것도 물론 가능하다.

상기 제2 표시단계(S300)는, 상기 동적좌표계(100)에 각 조종면 변위(600)의 크기와 방향, 상기 비행체에 작용하는 공력(700)의 크기와 방향을 표시하는 단계(S310); 및 상기 비행체에 인가되는 기동명령(800)의 크기와 방향을 표시하는 단계(S320);를 포함한다.

상기 조종면 변위(600)의 변위각의 방향은 받음각 0 도 조건에서 해당 변위각에서 발생되는 공력의 방향이며, 상기 조종면 변위(600)의 크기는 상기 변위각의 크기에 비례하여 표시된다.

공력(700)의 크기와 방향은 화살표 등의 길이와 방향으로 표시되며, 기동명령(800)의 크기와 방향 역시 화살표 등의 길이와 방향으로 표시될 수 있다.

기동명령(800)은 주로 비행체의 속도벡터를 변경하는 것이다.

전술한 비행체의 형상정보 및 조종변수 정보는 액정 표시 장치와 같은 화면에 표시되며, 비행체의 운동 특성을 비행 궤적의 각 시점에서 판단할 수 있다.

이에 본 발명에 따르면, 공력면의 조종에 따른 비행체의 운동 특성을 비행 궤적의 각 시점에서 직관적으로 판단할 수 있어, 비행체를 적절하게 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 유도탄과 같은 비행체의 개발 단계에서 비행시험을 통한 성능 분석 시 성능분석작업의 효율성을 제고시킬 수 있고, 비행체의 운용단계에서도 비행 중 이상 발생 시 원인 규명 및 문제 해결능력을 제고시킬 수 있다.

앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

100: 동적좌표계
200: 비행체의 자세
300: 동체 최후방 단면
400: 조종면
500: 회전 기준점
600: 조종면의 변위
700: 공력
800: 기동명령

Claims (8)

1. 비행체의 비행궤적에 따른 상기 비행체의 운동을 조종하는 조종변수를 가시화하는 방법에 있어서,
   상기 조종변수 및 비행체의 형상정보를 가시화하기 위한 동적좌표계를 결정하는 단계;
   상기 비행체의 상기 형상정보를 간략화하여 상기 동적좌표계에 표시하는 제1 표시단계; 및
   상기 비행체의 상기 조종변수 정보를 간략화하여 상기 동적좌표계에 표시하는 제2 표시단계;를 포함하고
   상기 동적좌표계를 결정하는 단계에서,
   상기 동적좌표계는 x-y-z 를 축으로 하는 직교좌표계로서, 상기 직교좌표계의 원점은 상기 비행체의 최후방 중심점으로 결정하며, 상기 비행체의 속도벡터방향을 +x 방향으로 결정하며, 지구고정좌표계의 정동향을 +y 방향으로 결정하는 것을 특징으로 하는 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법. 는 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 표시단계는,
   상기 동적좌표계에 상기 비행체의 자세를 표시하는 단계; 및
   상기 동적좌표계에 상기 비행체의 동체 최후방 단면과 조종면 및 동체의 종축에 대한 회전 기준점을 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 표시단계는 2차원적으로 표시되며, 상기 비행체의 형상정보는 상기 비행체와 유사한 형상으로 표시되는 것을 특징으로 하는 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법.
5. 제3항에 있어서,
   상기 비행체의 자세는 화살표로 표시되며, 상기 화살표의 단부는 기두부인 것을 특징으로 하는 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 화살표의 방향은 받음각의 방향과 일치하며, 상기 화살표의 길이는 상기 받음각의 크기와 비례하는 것을 특징으로 하는 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2 표시단계는,
   상기 동적좌표계에 각 조종면 변위의 크기와 방향, 상기 비행체에 작용하는 공력의 크기와 방향을 표시하는 단계; 및
   상기 비행체에 인가되는 기동명령의 크기와 방향을 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 조종면 변위의 변위각의 방향은 받음각 0 도 조건에서 해당 변위각에서 발생되는 공력의 방향이며, 상기 조종면 변위의 크기는 상기 변위각의 크기에 비례하여 표시되는 것을 특징으로 하는 비행체의 비행궤적에 따른 조종변수 가시화 방법.

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