KR102051098B1 - Fads의 방빙을 위한 능동히터 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 FADS의 능동 히터 제어 장치는, FADS(200)가 비행체(100)에 조립될 수 있고, FADS(200)의 정압 홀(210)의 표면을 결빙 또는 수분을 증발시켜 수분의 유입을 방지하기 위한 히터(500)로 구성된다. 상기 히터는 정압 홀(210) 내측면에 조립되며, 정압 홀(210) 외측면이 가열될 수 있도록 열 에너지를 제공한다. 상기 히터는 히터전원 스위치(600)에 의해 동작하고, 항공기의 전원(28VDC)(630)로부터 전력을 공급받는다. 상기 히터전원 스위치(600)는 외부 장치인 FLCC(640) 제어 신호인 히터 ON/OFF(1), 프로세서(650) 제어 신호인 히터 ON/OFF(2), 프로세서 고장 판별 신호인 Watchdog Timer(620) 히터 ON/OFF(3)에 의해 동작한다. 상기 프로세서(650)는 온도 센서(520)를 이용하여 정압 홀(210)의 온도를 측정하고, 히스테리시트 제어(710)를 적용하여 히터 ON/OFF(3)를 출력하여, 항공기에서 정압 홀이 장착된 외측 면 주변 표면의 얼음 증착 또는 수분을 증발시켜 수분 유입을 방지할 수 있다.

Description

FADS의 방빙을 위한 능동히터 장치 {Active heater control device for Flush port Air Data System anti-icing}

본 발명은 비행체 표면에 장착되어 표면 압력을 측정할 수 있는 정합 홀 주위에 표면이 얼지 않거나 수분이 유입되는 것을 방지하기 위한 능동히터 장치에 관한 것이다.

일반적으로 비행체의 고도를 측정하거나 표면 압력을 측정하기 위해 FADS(Flush port Air Data System)와 같은 정압 홀(Static port) 시스템이 장착된다. FADS는 비행체 표면에 장착되어 표면의 압력을 측정할 수 있다. 이러한 장치에서 측정되는 정보는 비행체 표면의 자유흐름(freestream)에 의한 정압(靜壓, Static Pressure)이다.

상기 장치에 의해 측정된 정보는 항공기의 대기 속도(True Air Speed), 압력 고도(Pressure Altitude), 받음각(AoA, Angle of Attack), 옆미끄럼각(AoS, Angle of Sideslip) 등으로 변환하여 사용된다.

따라서, 자유흐름에 의한 항공기 표면 정압을 측정하는 장치는 항공기 운용에 있어 매우 중요한 요소에 해당한다.

상기의 항공기 표면은 매끄러운 3차원 곡면 형태로서, 이 지점에서의 정압을 측정하는 장치는 항공기 비행중 발생할 수 있는 외부의 결빙 또는 수분이 정압 측정 홀로 유입됨을 방지할 수 있어야 한다. 외부 환경에 의한 결빙 또는 수분은 정압 측정 홀을 막히게 하는 원인을 제공하고 이는 항공기에서의 정압을 측정하는데 치명적인 방해요소에 해당하고, 이러한 막힘 현상이 발생할 경우 항공기 안전 운항에 치명적인 문제를 초래한다.

FADS와 같은 항공기 표면 압력 측정 장치는 외부 환경으로 인해 발생하는 결빙 또는 수분으로 정압 홀이 막히는 문제를 방지하기 위해 Anti-Icing(결빙 방지) 또는 De-Icing(해빙) 장치를 필수적으로 구성하여야 한다. 이러한 장치를 압력 홀의 방빙 히터라고 명칭하며, 특히 항공기에 사용되는 방빙 히터는 항공기에서 제공되는 115VAC 또는 28VDC를 사용한다.

방빙을 위한 히터는 정압 홀의 내 측면 조립되며, 공기 흐름과 직접 맞닿는 정압 홀 외측면에 얼음이 증착 되지 않거나 수분을 증발시킬 수 있도록 온도를 상승시키는 열 에너지를 공급한다.

유사한 장치로써, United States, US 2010/0116806 A1(May 13, 2010)에 기재된 AUTOMATED HEATING SYSTEM FOR PORTS SUSCEPTIBLE TO ICING 이 알려져 있다.

정압 홀 외측 면의 온도를 수분이 증발하는 온도 조건으로 상승시키기 위해 정해진 온도보다 낮을 경우 히터를 작동(히터 ON)시키고, 히스테리시스 제어를 적용하여 증발 온도 조건까지 온도가 상승할 경우 히터 작동(히터 OFF)을 중지한다.

FADS의 고장으로 인해 히터 제어 루틴이 비정상 동작할 경우 과열로 인하여 히터의 파손을 방지하기 위해 정해진 온도 보다 높을 경우 히터의 작동을 중지(히터 OFF)시킨다. 히터 동작의 ON/OFF는 히터 근처에 부착되어 있는 온도 센서에서 측정된 온도에 의해 자동으로 작동된다.

정압 홀을 구성하는 장치에는 히터의 동작을 자동으로 수행하는 프로세서가 포함되어 있으며, 하드웨어와 소프트웨어로 구성된 히터 제어 로직에 의해 히터 ON/OFF를 수행하게 된다.

하지만, 히터 제어 로직에 의해 히터 ON/OFF를 수행하는 경우에도, 히터 동작의 자동화를 담당하는 시스템에 이상이 생겨 그 동작이 정상적이지 못해 히터가 과열되는 문제점이 있다.

또한, 히터가 과열됨에 따라 기준 전력 이상으로 열이 공급되는 문제점이 있다.

미국 공개특허 공보 US 2010/0116806 A1(May 13, 2010)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 항공기에 장착된 압력 홀 표면에 얼음 결정이 증착되지 않거나 수분이 유입되지 않도록 표면을 수분 증발 온도까지 가열시키고, 수분 증발 온도에 도달하면 히터를 OFF 한다. 이러한 과정은 히스테리시스가 적용된 루틴에 의해 자동으로 반복하게 된다.

항공기에 장착되는 정압 홀 외측 면 온도는 수분이 증발하는 온도 범위내에서 히터의 동작을 자동화하고 정해진 공급 전력을 넘지 않도록 유지할 수 있게 된다.

또한, 히터 동작의 자동화를 담당하는 시스템에 이상이 생겨 그 동작이 정상적이지 못해 히터가 과열되고 기준 전력 이상으로 열이 공급됨을 방지하기 위한 안전 제어 로직을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 FADS 방빙 히터 능동제어 장치는, 비행체 표면(100)의 곡면을 유지하면서 항공기 표면에 고정되고, FADS 모듈은 비행체 표면에 장착할 수 있는 표면(200)과 몸체(500)로 구성되어 장착된다. 정압 홀(210)이 구성된 FADS의 표면(200)은 항공기 표면(100) 형상을 그대로 유지할 수 있어야 하므로 항공기에 따라 그 표면 형상(200)이 각각 다르게 설계된다. 이와 같은 FADS는 항공기 표면에 장착하기 위한 장착용 고정홀(220)을 이용한다. 또한 히터 제어용 모듈 몸체와 연결되는 (FADS 몸체) 고정 홀(230)이 제공된다.

항공기 표면에 적용하기 위한 FADS의 정압 홀 (210) 표면의 방빙은 표면 내부에 장착되는 히터(500)에 의해 열 에너지를 공급받게 된다. 히터를 작동시키는 열에너지는 전원 공급 포트(520)를 통해 전달되며 항공기에서 사용 가능한 28VDC를 사용한다. 또한 히터를 동작시켜 정압 홀 (210) 주변의 표면 온도를 일정범위 내에서 유지하기 위해 능동 히터 로직이 수행되고 이를 위한 온도 측정 센서(510)가 포함된다.

FADS의 정압 홀(210)은 히터(500)가 장착되는 도면[3]의 FADS 표면 내측면(200)과 발열되어야 하는 도면[2]의 FADS 표면 외측면(200)으로 구분된다. 도면[4]에서는 FADS의 정압 홀 내측면에 장착된 히터(500)가 전기 에너지를 공급받아 온도가 상승할 때 외측면(200)의 온도가 상승하는 과정을 보여준다. FADS 정압 홀(210)이 구성된 재질의 열전도율 특성에 따라 열 전달은 매우 다르다. 즉, 히터가 부착된 내측면의 온도와 공기 대류가 발생하는 외측면의 온도는 서로 다르며, 특히, 정압 홀(210) 외측면을 기준으로 얼음이 증착되지 않도록 수분을 완전 증발시키기 위한 조건을 만족시키기 위해서는 히터(500) 제어가 매우 중요하다.

정압 홀(210) 외측면을 발열시키는 장치는, FADS 내측면에 조립된 히터(500); 히터에 전원을 공급하는 전원 연결 포트(520); 상기 히터 제어를 위한 온도 센서(510)이 조립된다.

FADS 내측면에 조립된 히터(500)를 동작 시키기 위해서는 항공기 전원(28VDC)(630)이 제공되고; 히터 전원 스위치(600)에 의해 전원 공급 ON/OFF를 수행한다. 히터 전원 스위치(600)를 ON/OFF 하는 신호는 히터 제어 로직(610)의 신호에 따라 동작하고, 상기 장치는 별도의 장치로 구성된 FLCC(640); 프로세서(650); Watchdog Timer(620) 로 구성된 회로에 의한다.

한편, 본 발명의 일 양상에 따른 FADS (Flush port Air Data System)의 방빙을 위한 능동히터 장치가 제공된다. 상기 능동히터 장치는 FADS(200)의 압력 홀(210)의 외측 면을 가열하기 위해 상기 압력 홀(210)의 내측 면에 조립된 히터(500); 상기 압력 홀(210)의 내측 면에 조립된 온도 센서(520); 히터(500)를 제어하기 위한 FET 타입의 히터 전원 스위치(600); 및 상기 히터 전원 스위치를 제어하는 히터 제어 로직(610)을 포함하도록 구성 가능하다. 또한, 상기 능동히터 장치는 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 이용하여 상기 히터를 제어하는 프로세서(650); 및 상기 프로세서의 고장을 감지하고 상기 히터를 제어하는 Watchdog Timer(620)을 더 포함하도록 구성 가능하다.

일 실시 예에서, 상기 FADS(200)는 상기 FADS를 항공기 표면에 장착하기 위한 장착 홀(220); 및 상기 히터의 몸체와 고정하기 위한 고정 홀(230)을 포함하도록 구성 가능하다.

일 실시 예에서, 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 상기 히터 제어 로직으로 전달하여 상기 히터를 제어하도록 구성된 FLCC(640)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 히터 제어 로직(610)은 상기 FLCC로부터 상기 제1 제어 신호, 상기 프로세서로부터 전달되는 히터 ON/OFF를 위한 제2 제어 신호 및 상기 Watchdog Timer로부터 전달되는 히터 ON/OFF를 위한 제3 제어 신호에 따라 히터 ON/OFF에 대한 최종 출력을 결정할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 히터 제어 로직(610)은 상기 온도 센서를 이용하여 온도를 측정하고, 상기 측정된 온도를 히터 차단 온도 및 히터 동작 온도와 비교하여, 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 상기 히터 제어 로직(610)은 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있지 않으면, 상기 히터를 ON 또는 OFF할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 히터의 ON/OFF는 상기 히터 차단 온도 및 상기 히터 동작 온도와 연관된 히스테리시스 곡선에 의해 제어될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 히스테리시스 곡선의 제어를 구성하는 온도의 범위는 상기 FADS 표면의 재질과 상기 온도 센서의 부착 위치에 따라 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 히터 제어 로직(610)은 상기 히터 전원 스위치(600)를 ON/OFF 시키는 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 히터 제어 로직(610)은 외부 장치인 FLCC(640)로부터 제1 히터 ON/OFF 신호를 수신하고, 상기 온도 센서(520)를 이용하여 상기 히터를 자동으로 제어하는 상기 프로세서(650)로부터 제2 히터 ON/OFF 신호를 수신할 수 있다. 또한, 상기 히터 제어 로직(610)은 상기 프로세서의 고장을 자동으로 감지하여 상기 히터를 제어하는 Watchdog Timer(620)로부터 제3 히터 ON/OFF 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 상기 히터 제어 로직(610)은 상기 제1 히터 ON/OFF 신호 내지 상기 제3 히터 ON/OFF 신호를 입력으로 하는 특정 로직을 이용하여, 상기 히터의 동작에 고장 발생 시 상기 히터에 과전류에 의한 과도 전력 공급을 방지하도록 상기 히터를 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 FADS (Flush port Air Data System)의 방빙을 위한 능동히터 장치의 제어 방법이 제공된다. 상기 방법은 히터 제어부에 의해 수행되고, 상기 능동히터 장치는 FADS의 압력 홀의 외측 면을 가열하기 위해 상기 압력 홀의 내측 면에 조립된 히터, 상기 압력 홀의 내측 면에 조립된 온도 센서, 상기 히터를 제어하기 위한 히터 전원 스위치, 상기 히터 전원 스위치를 제어하는 상기 히터 제어부를 포함하도록 구성 가능한다. 한편, 상기 히터 제어부는 상기 온도 센서를 이용하여 온도를 측정하는 온도 측정 단계; 상기 측정된 온도를 히터 차단 온도 및 히터 동작 온도와 비교하여, 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 온도 비교 단계; 및 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있지 않으면, 상기 히터를 ON 또는 OFF하는 히터 ON/OFF 단계를 수행할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 히터 제어부는, 상기 히터 전원 스위치를 제어하는 히터 제어 로직, 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 이용하여 상기 히터를 제어하는 프로세서, 상기 프로세서의 고장을 감지하고 상기 히터를 제어하는 Watchdog Timer, 및 상기 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 상기 히터 제어 로직으로 전달하여 상기 히터를 제어하도록 구성된 FLCC를 포함하도록 구성된다.

일 실시 예에서, 상기 히터 제어부는 외부 장치인 FLCC(640)로부터 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 수신하는 단계; 상기 온도 센서(520)를 이용하여 상기 히터를 자동으로 제어하는 상기 프로세서(650)로부터 히터 ON/OFF를 위한 제2 제어 신호를 수신하는 단계; 및 상기 프로세서의 고장을 자동으로 감지하여 상기 히터를 제어하는 Watchdog Timer(620)로부터 히터 ON/OFF를 위한 제3 제어 신호를 수신하는 단계를 수행할 수 있다. 또한, 상기 히터 제어부는 상기 제1 제어 신호 내지 상기 제3 제어 신호를 입력으로 하는 특정 로직을 이용하여, 상기 히터의 동작에 고장 발생 시 상기 히터에 과전류에 의한 과도 전력 공급을 방지하도록 상기 히터를 제어하는 과도 전력 공급 방지 단계를 더 수행할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 과도 전력 공급 방지 단계에서, 상기 제1 제어 신호가 LOW 값이면 최종 출력을 히터 OFF command로 결정할 수 있다. 또한, 상기 제1 제어 신호가 HIGH 값이고, 상기 제2 제어 신호가 LOW 값이면 상기 최종 출력을 히터 OFF command로 결정할 수 있다. 또한, 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호가 모두 HIGH 값이고 상기 제3 제어 신호가 LOW 값이면, 상기 최종 출력을 히터 OFF command로 결정할 수 있다. 또한, 상기 제1 제어 신호 내지 상기 제3 제어 신호가 모두 HIGH 값이면, 상기 최종 출력을 ON command로 결정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 온도를 자동으로 제어함으로써 항공기에서 정압 홀이 장착된 외측 면 주변 표면의 얼음 증착 또는 수분을 증발시켜 수분 유입을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, FADS의 능동 히터 제어를 적용함으로써, 정압 홀 외측 면의 온도가 수분이 증발하는 온도 범위 내에서 유지될 수 있도록 자동화 히팅 시스템이 동작하여, 히터 장치에 공급되는 전력을 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 구성 장치의 고장에 대해 자동 히터 시스템이 정상동작 하지 않을 경우 히터 오동작에 의한 과열과 과 전력 공급을 방지하기 위한 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 FADS가 항공기에 설치됨을 설명하기 위한 도면으로서, FADS 모듈 전체를 보인 도면이다.
도 2는 FADS를 구성하는 구성품을 나타내는 것으로 항공기 표면에 장착되는 정압 홀의 외측면을 보인 도면이다.
도 3은 FADS를 구성하는 구성품을 나타내는 것으로 항공기 표면에 장착되는 정압 홀의 내측면을 보인 것으로 히터와 온도센서의 설치를 보인 도면이다.
도 4는 FADS의 정압 홀의 외측 면을 가열하기 위해 정압 홀 내측 면에 설치된 히터가 동작할 경우 열이 전달되는 현상을 보인다.
도 5는 정압 홀 내측 면의 히터를 동작시키기 위해 구성된 제어장치를 보인 도면이다.
도 6은 히터 제어 로직의 동작을 나타내는 진리표와 구성을 보인 도면이다.
도 7은 프로세서에 프로그램으로 구성된 히터 제어의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 히터 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시할 수 있다.

한편, 상기 서술된 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

다른 한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 FADS의 능동 히터 제어 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 FADS(200)가 항공기(100)에 장치되는 것을 설명하는 도면으로, FADS는 항공기의 곡선 표면을 유지할 수 있어야 한다. FADS는 압력 측정을 위해 정압 홀이 가장 중요한 요소에 해당하며, 항공기에 장착된 표면에 얼음 결정이 생기거나 수분이 유입됨을 방지하기 위해 정압 홀 내측면에 히터를 장착하여 외측면 표면을 수분이 증발할 수 있는 온도인 수분 증발온도로 가열한다.

도 2는 FADS 표면을 보인 도면으로, 항공기 표면에 장착하기 위한 (비행체) 장착 홀(220)과 정압 홀(210)을 보인 도면이다. FADS는 항공기 표면에 장착되어 자유흐름에서의 정압을 측정하기 위한 목적으로 다수의 정압 홀(210)을 구성하고 있다. 상기 설명된 정압 홀은 항공기 안전 운항에 매우 중요한 장치에 해당하고, 여기에서의 고장 발생은 항공기 추락의 원인을 제공할 수 있다. 주요한 고장의 원인으로는 정압 홀(210) 외측면에 얼음 결정이 착상되어 바람의 특성을 회손 시키거나 정압 홀을 막는 경우, 수분이 유입되어 정압 홀을 막는 경우 등으로 이를 방지하기 위해 수분이 증발할 수 있는 온도까지 표면을 가열하여 고장의 원인을 미연에 방지하여야 한다.

상기의 이유로 정압 홀(210) 외측면을 가열하여야 하나, 이 표면에 히터를 직접 조립할 수 없으므로 정압 홀(210) 내측면에 히터(500)를 조립하고 FADS 표면(200)을 구성하는 금속 물체에 열을 전도하여 가열하는 방식을 사용한다. 한편, 도 2를 참조하면, FADS(200)는 다수의 정압 홀(210)과 (비행체) 장착 홀(220) 이외에 다른 홀을 더 포함하도록 구성 가능하다. 구체적으로, FADS(200)는 (FADS 몸체) 고정 홀(230)과 시험용 어댑터 고정 홀(280)을 더 포함할 수 있다.

도 3은 상기 금속 전도 방식을 사용하기 위해 정압 홀(210) 내측부에 조립된 히터(500)를 보인 도면이다. 히터는 정압 홀 내측부에 조립되고 가열되어야 할 표면은 정압 홀 외측부에 해당하므로 금속 전도 방식에 의한 열 전달 비율을 적용하고 이에 따른 온도 예측 제어 방식을 적용하여야 한다. 도 4는 금속 재질을 적용하였을 때 정압 홀 외측면까지 열이 전달되는 현상을 보여준다. 정압 홀 외측면에서 수분을 증발시키기 위한 조건으로 가열하기 위해 필요한 발열량은 FADS 표면을 구성하는 재질에 따라 매우 상이할 수 있으며, 200 내지 500W 정도를 예상할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 FADS (Flush port Air Data System)의 방빙을 위한 능동히터 장치의 상세한 구성을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 능동 히터 장치 구성을 위한 히터(500), 온도 측정을 위한 온도 센서(510), 히터 전원을 작동시키는 히터 전원 스위치(600), 항공기에서 히터 전력을 공급하는 28VDC 항공기 전원(630), 히터전원 스위치의 동작 신호를 생성하는 히터 제어 로직(610), 온도 센서에서 측정된 온도를 이용하여 히터를 제어하는 프로세서(650), 외부 장치에서 히터를 제어하는 FLCC(640), 프로세서의 고장을 감지하고 히터를 제어하는 Watchdog Timer(620)를 포함한다. 상기 기술된 히터(200)와 온도 센서(520)는 정압 홀(210) 내측면에 조립되고, 히터 전원 스위치(600), 항공기 전원(630), 히터 제어 로직(610), FLCC(640), Watchdog Timer(620), 프로세서(650)는 인쇄회로기판에 조립된다.

이와 관련하여, 히터(500)는 FADS(200)의 압력 홀(210)의 외측 면을 가열하기 위해 상기 압력 홀(210)의 내측 면에 조립되어 구성된다. 온도 센서(520)는 상기 압력 홀(210)의 내측 면에 조립되어 구성된다. 히터 전원 스위치(600)는 히터(500)를 제어하기 위한 FET 타입의 스위치로 구성된다. 히터 제어 로직(610)은 히터 전원 스위치(600)를 제어하도록 구성된다. 프로세서(650)는 온도 센서(520)에서 측정된 온도를 이용하여 히터(500)를 제어하도록 구성된다. 한편, Watchdog Timer(620)는 프로세서(650)의 고장을 감지하고 히터(500)를 제어하도록 구성된다.

한편, FADS(200)는 전술한 바와 같이, FADS(200)를 항공기 표면에 장착하기 위한 장착 홀(220), 및 히터(500)의 몸체와 고정하기 위한 고정 홀(230)을 포함한다.

또한, FLCC(640)는 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 히터 제어 로직(610)으로 전달하여 히터(500)를 제어하도록 구성된다. 이에 따라, 히터 제어 로직(610)은 FLCC(640)로부터 제1 제어 신호, 프로세서(650)로부터 전달되는 히터 ON/OFF를 위한 제2 제어 신호 및 Watchdog Timer(620)로부터 전달되는 히터 ON/OFF를 위한 제3 제어 신호에 따라 히터 ON/OFF에 대한 최종 출력을 결정할 수 있다.

도 6은 히터 제어 로직(610)을 동작시키는 회로의 구성과 동작에 대한 진리표이다. 히터 제어 로직은 외부 장비인 FLCC의 히터 제어 신호인 히터 ON/OFF(1), 온도 센서를 이용하여 히터를 제어하는 프로세서 제어 신호인 히터 ON/OFF(2), 프로세서의 정상상태를 모니터링 하여 고장 발생시 히터를 제어하는 신호인 히터 ON/OFF(3)에 따라 최종 출력을 결정하는 구조이다. 도 6에 표현된 진리표에 따라 최종 신호를 출력한다. 진리표에 정리된 바와 같이 3가지 신호 중에서 하나 이상의 신호에 의해서 히터 동작을 원활히 수행할 수 있다.

구체적으로, 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호 내지 제3 제어 신호의 값에 따라 히터 ON/OFF에 대한 최종 출력을 결정할 수 있다. 제1 제어 신호가 LOW 값이면 최종 출력은 히터 OFF command일 수 있다. 한편, 제1 제어 신호가 HIGH 값이면, 제2 제어 신호 및/또는 제3 제어 신호를 더 기반하여 최종 출력을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 제어 신호가 HIGH 값이고, 제2 제어 신호가 LOW 값이면 최종 출력은 히터 OFF command일 수 있다. 반면에, 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호가 모두 HIGH 값이면, 제3 제어 신호를 더 고려할 수 있다. 구체적으로, 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호가 모두 HIGH 값이고 제3 제어 신호가 LOW 값이면, 최종 출력은 히터 OFF command일 수 있다. 반면에, 제1 제어 신호 내지 제3 제어 신호가 모두 HIGH 값이면, 최종 출력은 ON command일 수 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 외부 장치에서 히터를 제어하는 FLCC(640)에서의 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 우선적으로 고려하여 히터 동작을 제어할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, FLCC(640)에서 대략적으로 히터 과열 또는 이상 여부를 판단하고, 히터 과열 또는 이상 여부의 상세한 판단은 프로세서(650)와 온도 센서와 연결된 Watchdog Timer(620)에 의해 단계적으로 수행될 수 있다는 장점이 있다.

상기 기술된 내용에 따라 외부 장치인 FLCC(640)에서 직접 히터 제어 신호를 인가할 수 있다. 만약, 프로세서가 비정상 동작할 경우 히터 전원을 외부에서 강제로 차단할 수 있다. 히터를 차단하는 이유는 비정상 동작으로 인해 히터가 과열되어 과도한 전력이 공급되거나 화재가 발생할 요소를 방지하기 위한 목적에 해당한다.

상기 기술된 내용에 따라 Watchdog Timer는 프로세서의 동작 상태를 지속적으로 모니터링 하고 있고, 만약, 프로세서가 비정상 동작할 경우 히터 전원을 자동으로 차단할 수 있다. 히터를 차단하는 이유는 비정상 동작으로 인해 히터가 과열되어 과도한 전력이 공급되거나 화재가 발생할 요소를 방지하기 위한 목적에 해당한다.

상기 기술된 내용에 따라 프로세서는 정압 홀(210) 내측면에 조립된 히터를 정상 범위 내에서 동작시키는 역할을 수행한다. 도 7은 프로세서(650)와 연동하여 동작하는 히터 제어 로직(610)의 흐름도를 도시한다. 이때, 정압 홀 내측면에 조립된 온도 센서(520)를 이용하여 온도를 측정(700)하고, 설정된 온도의 범위에서 히터를 ON 또는 OFF 하게 된다. 히터의 ON/OFF는 히스테리시스(710)에 의해 제어되며, 히스테리시스 제어를 구성하는 온도의 범위는 재질에 따른 열전달 율이 상이하므로 FADS 표면의 재질과 온도 센서의 부착 위치에 따라 결정된다.

이와 관련하여, 히터 제어 로직(610)은 온도 센서를 이용하여 온도를 측정(700)하고, 상기 측정된 온도를 히터 차단 온도 및 히터 동작 온도와 비교하여, 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있는지 여부를 판단(710)할 수 있다. 또한, 히터 제어 로직(610)은 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있지 않으면, 상기 히터를 ON 또는 OFF(720a, 720b)할 수 있다. 구체적으로, 상기 측정된 온도가 상기 히터 차단 온도 이상이면 히터가 OFF(720a)되도록 제어할 수 있다. 반면에, 상기 측정된 온도가 상기 히터 동작 온도 이하이면 히터가 ON(720b)되도록 제어할 수 있다.

여기서, 상기 히터의 ON/OFF는 상기 히터 차단 온도 및 상기 히터 동작 온도와 연관된 히스테리시스 곡선에 의해 제어될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 상기 히스테리시스 곡선의 제어를 구성하는 온도의 범위는 상기 FADS 표면의 재질과 상기 온도 센서의 부착 위치에 따라 결정될 수 있다.

이에 따라, 히터 제어 로직 (610)은 히터 전원 스위치(600)를 ON/OFF 시키는 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 히터 제어 로직 (610)은 외부 장치인 FLCC(640)로부터 제1 히터 ON/OFF 신호를 수신하고, 온도 센서(520)를 이용하여 상기 히터를 자동으로 제어하는 프로세서(650)로부터 제2 히터 ON/OFF 신호를 수신할 수 있다. 또한, 히터 제어 로직 (610)은 프로세서(650)의 고장을 자동으로 감지하여 히터(500)를 제어하는 Watchdog Timer(620)로부터 제3 히터 ON/OFF 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 히터 제어 로직 (610)은 제1 히터 ON/OFF 신호 내지 제3 히터 ON/OFF 신호를 입력으로 하는 특정 로직을 이용하여, 히터의 동작에 고장 발생 시 히터에 과전류에 의한 과도 전력 공급을 방지하도록 히터를 제어할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 FADS (Flush port Air Data System)의 방빙을 위한 능동히터 장치에 대해 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 다른 양상에 따른 FADS의 방빙을 위한 능동히터 장치의 제어 방법에 대해 살펴보기로 한다.

이러한 능동히터 장치의 제어 방법과 관련하여, 도 6 및 7을 참조하면, 상기 방법은 히터 제어부에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 히터 제어부는 히터 제어 로직(610), Watchdog Timer(620), FLCC(640) 및 프로세서(650)를 포함하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 능동히터 장치는 FADS의 압력 홀의 외측 면을 가열하기 위해 상기 압력 홀의 내측 면에 조립된 히터(500), 상기 압력 홀의 내측 면에 조립된 온도 센서(520), 상기 히터를 제어하기 위한 히터 전원 스위치(600), 상기 히터 전원 스위치를 제어하는 히터 제어부(610, 620, 640, 650)를 포함할 수 있다.

여기서, 히터 제어부(610, 620, 640, 650)는 도 7에 도시된 바와 같이, 온도 측정 단계(700), 온도 비교 단계(710) 및 히터 ON/OFF 단계(720a, 720b)를 수행할 수 있다.

구체적으로, 온도 측정 단계(700)에서, 온도 센서를 이용하여 온도를 측정할 수 있다. 여기서, 온도 센서는 압력 홀의 내측 면에 조립되도록 구성되어 FADS의 압력 홀의 내측 면과 그 주변의 온도를 측정할 수 있다. 다음으로, 온도 비교 단계(710)에서, 상기 측정된 온도를 히터 차단 온도 및 히터 동작 온도와 비교하여, 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 히터 ON/OFF 단계(720a, 720b)에서, 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있지 않으면, 상기 히터를 ON 또는 OFF할 수 있다.

이와 관련하여, 히터 제어부(610, 620, 640, 650)는 히터 전원 스위치를 제어하는 히터 제어 로직(610), 및 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 이용하여 상기 히터를 제어하는 프로세서(650)를 포함하도록 구성 가능하다. 또한, 히터 제어부(610, 620, 640, 650)는 상기 프로세서의 고장을 감지하고 상기 히터를 제어하는 Watchdog Timer(620) 및 상기 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 상기 히터 제어 로직으로 전달하여 상기 히터를 제어하도록 구성된 FLCC(640)를 포함하도록 구성 가능하다.

한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 히터 제어 과정을 나타내는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 온도 센서를 이용하여 히터를 자동으로 제어하는 과정을 나타낸다. 반면에, 도 8을 참조하면, 온도 센서 이외에 외부 장치인 FLCC와 Watchdog Timer로부터 히터 ON/OFF를 위한 별도의 제어 신호를 수신하는 점에서 차이점이 있다.

이와 관련하여, 도 7의 각 단계를 실시하는 것과 독립적으로 또는 종속적으로 도 8의 각 단계를 실시할 수 있다. 구체적으로, 온도 비교 단계(710)에서 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있는 경우에도 도 8의 각 단계를 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 측정된 온도가 히터 차단 온도에 도달하지 않은 경우에도 제1 내지 제3 제어 신호에 따라 히터 OFF가 가능하다는 장점이 있다. 또한, 온도 비교 단계(710)에서 상기 측정된 온도가 제2 차단 온도에 도달한 경우에 제1 내지 제3 제어 신호에 따라 히터 OFF가 가능하다는 장점이 있다. 이와 관련하여, 제2 차단 온도는 상기 히터 차단 온도보다 낮은 값으로 설정 가능하다.

이에 따라, 히터 제어부는 상기 측정된 온도가 히터 차단 온도에 도달하지 않은 경우에도 제1 제어 신호 수신 단계(810) 내지 제3 제어 신호 수신 단계(830)와 과도 전력 공급 방지 단계(840)를 수행할 수 있다. 대안으로, 히터 제어부는 상기 측정된 온도가 히터 차단 온도에 도달하지 않았지만 제2 차단 온도에 도달한 경우, 제1 제어 신호 수신 단계(810) 내지 제3 제어 신호 수신 단계(830)와 과도 전력 공급 방지 단계(840)를 수행할 수 있다. 여기서, 제1 제어 신호 수신 단계(810) 내지 제3 제어 신호 수신 단계(830)가 반드시 순차적으로 이루어져야 하는 것은 아니다. 구체적으로, 제1 제어 신호 수신 단계(810) 내지 제3 제어 신호 수신 단계(830)의 순서는 이에 한정되지 않고 제어 신호가 수신되는 순서대로 이루어질 수 있다. 한편, 제1 제어 신호 내지 제3 제어 신호 중에서 수신되어 판별된 신호에만 기반하여 과도 전력 공급 방지 단계(840)가 수행될 수 있다.

히터 제어부는 제1 제어 신호 수신 단계(810)에서, 외부 장치인 FLCC(640)로부터 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 수신할 수 있다. 또한, 제2 제어 신호 수신 단계(820)에서, 온도 센서를 이용하여 상기 히터를 자동으로 제어하는 상기 프로세서로부터 히터 ON/OFF를 위한 제2 제어 신호를 수신할 수 있다. 또한, 제3 제어 신호 수신 단계(830)에서, 상기 프로세서의 고장을 자동으로 감지하여 상기 히터를 제어하는 Watchdog Timer(620)로부터 히터 ON/OFF를 위한 제3 제어 신호를 수신할 수 있다.

또한, 히터 제어부는 과도 전력 공급 방지 단계(840)에서, 상기 제1 제어 신호 내지 상기 제3 제어 신호를 입력으로 하는 특정 로직을 이용하여, 상기 히터의 동작에 고장 발생 시 상기 히터에 과전류에 의한 과도 전력 공급을 방지하도록 상기 히터를 제어할 수 있다.

한편, 과도 전력 공급 방지 단계(840)에서, 히터 제어부는 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 히터 제어부는 과도 전력 공급 방지 단계(840)에서 상기 제1 제어 신호가 LOW 값이면 최종 출력을 히터 OFF command로 결정할 수 있다. 또한, 상기 제1 제어 신호가 HIGH 값이고, 상기 제2 제어 신호가 LOW 값이면 상기 최종 출력을 히터 OFF command로 결정할 수 있다. 또한, 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호가 모두 HIGH 값이고 상기 제3 제어 신호가 LOW 값이면, 상기 최종 출력을 히터 OFF command로 결정할 수 있다. 또한, 상기 제1 제어 신호 내지 상기 제3 제어 신호가 모두 HIGH 값이면, 상기 최종 출력을 ON command로 결정할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 외부 장치에서 히터를 제어하는 FLCC(640)에서의 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 우선적으로 고려하여 히터 동작을 제어할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, FLCC(640)에서 대략적으로 히터 과열 또는 이상 여부를 판단하고, 히터 과열 또는 이상 여부의 상세한 판단은 프로세서(650)와 온도 센서와 연결된 Watchdog Timer(620)에 의해 단계적으로 수행될 수 있다는 장점이 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

한편, 본 발명에 따르면, 온도를 자동적으로 제어함으로써 항공기에서 정압 홀이 장착된 외측 면 주변 표면의 얼음 증착 또는 수분을 증발시켜 수분 유입을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, FADS의 능동 히터 제어를 적용함으로써, 정압 홀 외측 면의 온도가 수분이 증발하는 온도 범위내에서 유지될 수 있도록 자동화 히팅 시스템이 동작하여, 히터 장치에 공급되는 전력을 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 구성 장치의 고장에 대해 자동 히터 시스템이 정상동작 하지 않을 경우 히터 오동작에 의한 과열과 과 전력 공급을 방지하기 위한 장치를 제공할 수 있다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 FADS의 능동 히터 제어장치는 무인항공기에 설치되어 안전하게 비행체의 표면 압력을 측정하고자 하는데 이용할 수 있다.

100: 비행체
200: FADS
210: 정압 홀 220: (비행체) 장착 홀
230: (FADS 몸체) 고정 홀 280: 시험용 어댑터 고정 홀
500: 히터 510: 온도 센서
520: 히터 전원 포트
600: 히터전원 스위치 610: 히터 제어 로직
620: Watchdog Timer 630: 항공기 전원
640: FLCC 650: 프로세서
700: 온도 측정부 710: 히터 제어부

Claims (10)

1. FADS (Flush port Air Data System)의 방빙을 위한 능동히터 장치에 있어서,
   FADS(200)의 압력 홀의 외측 면을 가열하기 위해 상기 압력 홀의 내측 면에 조립된 히터;
   상기 압력 홀의 내측 면에 조립된 온도 센서;
   상기 히터를 제어하기 위한 FET 타입의 히터 전원 스위치;
   상기 히터 전원 스위치를 제어하는 히터 제어 로직;
   상기 온도 센서에서 측정된 온도를 이용하여 상기 히터를 제어하는 프로세서; 및
   상기 프로세서의 고장을 감지하고 상기 히터를 제어하는 Watchdog Timer를 포함하고,
   히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 상기 히터 제어 로직으로 전달하여 상기 히터를 제어하도록 구성된 FLCC를 더 포함하고,
   상기 히터 제어 로직은,
   상기 FLCC로부터 상기 제1 제어 신호, 상기 프로세서로부터 전달되는 히터 ON/OFF를 위한 제2 제어 신호 및 상기 Watchdog Timer로부터 전달되는 히터 ON/OFF를 위한 제3 제어 신호에 따라 히터 ON/OFF에 대한 최종 출력을 결정하는 것을 특징으로 하는, FADS 능동 히터 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 FADS는,
   상기 FADS를 항공기 표면에 장착하기 위한 장착 홀; 및
   상기 히터의 몸체와 고정하기 위한 고정 홀을 포함하는, FADS 능동 히터 제어 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 히터 제어 로직은,
   상기 온도 센서를 이용하여 온도를 측정하고,
   상기 측정된 온도를 히터 차단 온도 및 히터 동작 온도와 비교하여, 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있는지 여부를 판단하고,
   상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있지 않으면, 상기 히터를 ON 또는 OFF하는 것을 특징으로 하는, FADS 능동 히터 제어 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 히터의 ON/OFF는 상기 히터 차단 온도 및 상기 히터 동작 온도와 연관된 히스테리시스 곡선에 의해 제어되며, 상기 히스테리시스 곡선의 제어를 구성하는 온도의 범위는 상기 FADS의 표면 재질과 상기 온도 센서의 부착 위치에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, FADS 능동 히터 제어 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 히터 제어 로직은,
   상기 히터 전원 스위치를 ON/OFF 시키는 신호를 출력하도록 구성되고,
   외부 장치인 FLCC로부터 제1 히터 ON/OFF 신호를 수신하고,
   상기 온도 센서를 이용하여 상기 히터를 자동으로 제어하는 상기 프로세서로부터 제2 히터 ON/OFF 신호를 수신하고,
   상기 프로세서의 고장을 자동으로 감지하여 상기 히터를 제어하는 Watchdog Timer로부터 제3 히터 ON/OFF 신호를 수신하고,
   상기 제1 히터 ON/OFF 신호 내지 상기 제3 히터 ON/OFF 신호를 입력으로 하는 특정 로직을 이용하여, 상기 히터의 동작에 고장 발생 시 상기 히터에 과전류에 의한 과도 전력 공급을 방지하도록 상기 히터를 제어하는, FADS 능동 히터 제어 장치.
7. FADS (Flush port Air Data System)의 방빙을 위한 능동히터 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 방법은 히터 제어부에 의해 수행되고,
   FADS의 압력 홀의 외측 면을 가열하기 위해 상기 압력 홀의 내측 면에 조립된 히터, 상기 압력 홀의 내측 면에 조립된 온도 센서, 상기 히터를 제어하기 위한 히터 전원 스위치, 상기 히터 전원 스위치를 제어하는 상기 히터 제어부를 포함하고,
   상기 히터 제어부는,
   상기 온도 센서를 이용하여 온도를 측정하는 온도 측정 단계;
   상기 측정된 온도를 히터 차단 온도 및 히터 동작 온도와 비교하여, 상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 온도 비교 단계; 및
   상기 측정된 온도가 설정된 온도 범위 내에 있지 않으면, 상기 히터를 ON 또는 OFF하는 히터 ON/OFF 단계를 수행하고,
   상기 히터 제어부는,
   상기 히터 전원 스위치를 제어하는 히터 제어 로직, 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 이용하여 상기 히터를 제어하는 프로세서, 상기 프로세서의 고장을 감지하고 상기 히터를 제어하는 Watchdog Timer, 및 상기 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 상기 히터 제어 로직으로 전달하여 상기 히터를 제어하도록 구성된 FLCC를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, FADS 능동히터 장치 제어 방법.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 히터 제어부는,
   외부 장치인 FLCC로부터 히터 ON/OFF를 위한 제1 제어 신호를 수신하는 단계;
   상기 온도 센서를 이용하여 상기 히터를 자동으로 제어하는 상기 프로세서로부터 히터 ON/OFF를 위한 제2 제어 신호를 수신하는 단계;
   상기 프로세서의 고장을 자동으로 감지하여 상기 히터를 제어하는 Watchdog Timer로부터 히터 ON/OFF를 위한 제3 제어 신호를 수신하는 단계; 및
   상기 제1 제어 신호 내지 상기 제3 제어 신호를 입력으로 하는 특정 로직을 이용하여, 상기 히터의 동작에 고장 발생 시 상기 히터에 과전류에 의한 과도 전력 공급을 방지하도록 상기 히터를 제어하는 과도 전력 공급 방지 단계를 수행하는, FADS 능동 히터 장치 제어 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 과도 전력 공급 방지 단계에서,
    상기 제1 제어 신호가 LOW 값이면 최종 출력을 히터 OFF command로 결정하고,
    상기 제1 제어 신호가 HIGH 값이고, 상기 제2 제어 신호가 LOW 값이면 상기 최종 출력을 히터 OFF command로 결정하고
    상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호가 모두 HIGH 값이고 상기 제3 제어 신호가 LOW 값이면, 상기 최종 출력을 히터 OFF command로 결정하고,
    상기 제1 제어 신호 내지 상기 제3 제어 신호가 모두 HIGH 값이면, 상기 최종 출력을 ON command로 결정하는 것을 특징으로 하는, FADS 능동 히터 장치 제어 방법.

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