KR102369169B1 - 항공기 조종면 관성 모사 장치 - Google Patents

항공기 조종면 관성 모사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 항공기의 조종면을 구동하기 위한 구동부와 일측이 연결되어 동력을 전달받는 레버암, 일측이 레버암의 타측과 연결되도록 구성되며, 소정길이로 연장되어 형성되는 토션바, 토션바의 타측에 구비되며, 조종면을 모사하여 관성모멘트를 갖는 관성 디스크 및 관성 디스크에 장착가능하며, 관성 디스크와 함께 관성모멘트가 조절되고, 고유진동수가 조절될 수 있도록 구성되는 조절 관성 디스크를 포함하는 항공기 조종면 관성 모사 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치는 실제 항공기의 조종면 모사의 유사도를 높일 수 있으므로 항공기의 초도비행 전 동적시험의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

항공기 조종면 관성 모사 장치{Apparatus of Inertial simulator for Aircraft Control Surface}
본 발명은 항공기 조종면 관성 모사 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 실제 항공기의 조종면의 관성에 상응하는 관성을 가지며, 관성과 고유진동수를 조절할 수 있는 항공기 조종면 관성 모사 장치에 관한 것이다.
현대의 항공기는 과거의 기계식 항공기에서 볼 수 없는 고성능 기동
및 정밀제어가 이루어지고 있으며, 지속적으로 발전하고 있다. 이러한 발전은 디지털 전자식 비행제어의 적용으로 가능하게 되었으며, 디지털 전자식 비행제어의 구현은 비행제어계통, 유압계통 및 전기계통의 통합으로 가능하게 되었다. 특히 비행제어계통은 항공기의 두뇌라 할 수 있는 비행제어 컴퓨터를 중심으로 항공기의 손과 발에 해당하는 조종면을 구동하여 원하는 항공기의 기동을 만들어내는 항공기의 핵심 시스템이다.
디지털 전자식 비행제어로 구현된 비행제어계통은 항공기 계통 중에서 비행 안전에 직결된 매우 중요한 분야로서 항공기의 가용성, 임무수행 가능성 등을 결정한다. 따라서 항공기의 초도 비행 전 비행안전 보장을 위한 비행안전항목을 확인하고 검증하며, 실제 항공기 탑재장비와 비행운용프로그램을 적용하여 시스템, 서브시스템간의 연동 및 보완성을 검증하기 위한 시험장치가 필요하다. 이러한 초도 비행 전 비행안전항목을 확인하고 검증하기 위해 실제 항공기의 조종면을 모사한 장치의 필요성이 대두된다. 한편, 초도 비행 전 적용되는 검사와 관련하여 미국 등록특허 US8,392,046호가 개시되어 있다.
미국 등록특허 US8,392,046호
본 발명은 종래의 항공기 조종면을 모사한 장치에서 관성을 조절하고 고유진동수를 조절하여 실제 항공기의 조종면과 동적 특성의 유사성을 높일 수 있는 항공기 조종면 관성 모사 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 항공기의 조종면을 구동하기 위한 구동부와 일측이 연결되어 동력을 전달받는 레버암, 일측이 레버암의 타측과 연결되도록 구성되며, 소정길이로 연장되어 형성되는 토션바, 토션바의 타측에 구비되며, 조종면을 모사하여 관성모멘트를 갖는 관성 디스크 및 관성 디스크에 장착가능하며, 관성 디스크와 함께 관성모멘트가 조절될 수 있도록 구성되는 조절 관성 디스크를 포함하는 항공기 조종면 관성 모사 장치가 제공될 수 있다.
한편, 관성 디스크는 토션바의 고유진동수를 조절할 수 있도록 토션바의 길이방향으로 이동가능하게 연결될 수 있다.
또한, 관성 디스크의 토션바의 길이방향 위치를 선택적으로 고정할 수 있도록 구성되는 디스크 락을 더 포함할 수 있다.
그리고, 관성 디스크의 관성모멘트를 조절할 수 있도록 관성 디스크의 양측면에 연결가능하게 구성되는 조절 관성 디스크를 더 포함할 수 있다.
나아가, 관성 디스크에 인접한 토션바의 일단에 구비되며, 토션바의 회전각을 측정할 수 있도록 구성되는 회전각센서를 더 포함할 수 있다.
한편, 토션바의 타단에 구비되며, 토션바가 회전가능하게 외부와 고정될 수 있도록 구성되는 베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치는 실제 항공기의 조종면 모사의 유사도를 높일 수 있으므로 항공기의 초도비행 전 동적시험의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 관성 디스크가 나타난 부분 단면도이다.
도 4는 관성 디스크의 부분확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치의 작동상태도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치(1)의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치(1)의 분해 사시도이며, 도 3은 관성 디스크가 나타난 부분 단면도이고, 도 4는 관성 디스크(400)의 부분확대도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치(1)는 구동부와 연결되며 실제 항공기의 조종면의 구동시의 동적특성이 재현될 수 있도록 실제 항공기의 조종면과 동등한 관성을 갖는 요소로 모사하여 구성된다.
항공기 조종면 관성 모사 장치(1)는 토션바(100), 레버암(200), 관성디스크(400) 회전각센서(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
토션바(100)는 일측이 레버암(200)과 연결되어 외부로부터 동력을 전달받고 관성 디스크(400)에 회전력을 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 토션바(100)는 길이방향으로 소정길이로 연장되어 형성되며, 레버암 연결부(120)와 관성부(110)로 구성될 수 있다.
토션바의 레버암 연결부(120)는 외부로부터 동력이 전달받아 회전력을 전달받을 수 있도록 구성된다. 레버암 연결부(120)는 일측이 레버암(200)과 고정되어 레버암(200)의 위치가 변화되는 경우 토션바(100)가 회전할 수 있도록 구성된다. 레버암 연결부(120)의 일측단부에는 항공기 조종면 관성 모사 장치(1)가 고정되면서 회전될 수 있도록 베어링(600)이 구비될 수 있다. 베어링(600)은 외부의 구조물과 연결될 수 있다.
토션바의 관성부(110)는 레버암 연결부(120)의 타측으로 연장되어 형성되며 관성 디스크(400)와 같은 조종면의 동적특성을 모사할 수 있는 구성요소가 구비될 수 있다. 관성부(110)는 레버암 연결부(120)보다 작은 직경으로 구성될 수 있다. 관성부(110)는 관성 디스크(400)가 장착될 수 있다.
레버암(200)은 일측이 토션바(100)의 레버암 연결부(120)와 연결될 수 있으며, 타측은 외부의 엑추에이터(10)와 연결될 수 있도록 구성된다. 레버암(200)은 토션바(100)와는 고정될 수 있으며, 엑추에이터(10)와는 핀결합으로 연결되어 엑추에이터(10)의 구동에 따라 피벗 동작이 수행될 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서 엑추에이터(10)의 작동에 의해 레버암(200)이 피벗 되고, 최종적으로 레버암(200)과 과정되어 있는 샤프트가 회전될 수 있도록 구성된다.
관성 디스크(400)는 토션바(100)의 고유진동수를 조절할 수 있도록 구성된다. 토션바(100)에서 고유진동수는 길이에 의존한다. 특히 토션바의 관성부(100)에 장착된 관성 디스크(400)의 위치가 고유진동수를 결정하는 중요한 요소가 된다. 따라서 고유진동수가 조절하기 위하여 관성 디스크의 위치를 토션바의 관성부(110)의 길이방향으로 조절하게 된다. 토션바의 고유진동수는 관성 디스크(400)가 토션바의 리미터(300)에 가까워질수록 고유진동수가 높아지고, 그 반대 방향으로 이동하면 고유진동수는 높아지게 된다. 따라서 모사하고자 하는 조종면의 동적특성을 근거로 고유진동수의 위치를 결정하게 된다.
관성 디스크(400)는 실제 항공기에서 토션바(100) 이후에 연결된 구성요소들의 관성을 모사하여 토션바(100)에 회전관성을 전달할 수 있도록 구성된다. 실제 조종면과 연결되어 있는 구동요소, 즉 조종면 모듈의 모멘트와 등가인 회전관성모멘트를 가질 수 있도록 구성되며, 토션바(100)의 회전각에 따라 균일한 관성이 적용될 수 있도록 디스크로 구성될 수 있다. 관성 디스크(400)는 소정두께로 구성되며, 토션바(100)의 관성부(110)와 고정될 수 있도록 디스크 락(420)에 의해 토션바(100)와 연결될수 있다. 디스크 락은 관성 디스트(400)의 양측에서 서로 결합하여 토션바와 고정될 수 있도록 구성될 수 있다. 일 예로 디스크 락(420)은 토션바를 감싸는 한쌍의 링의 형상으로 구성되어 서로 결합가능하게 구성될 수 있다. 디스크 락을 체결 해제한 뒤 관성 디스크의 위치를 조절하고, 다시 디스크 락을 체결하여 관성 디스크를 고정할 수 있게 된다.
관성 디스크(400)는 사용자의 필요에 따라 관성이 조절되도록 구성될 수 있다. 관성 디스크(400)는 양측면에 조절 관성 디스크(410)이 연결될 수 있다. 조절 관성 디스크(410)는 고리형 평판으로 구성되며 관성 디스크(400)에 밀착되어 연결될 수 있다. 그 고리는 반원의 조합으로 구성될 수 있다. 도 4에는 한 쌍의 조절 관성 디스크(410)이 관성 디스크(400)에 연결된 구성이 도시되어 있으나, 이는 일 예일 뿐 각각 다른 관성값을 갖는 다양한 조합으로 연결될 수 있다.
한편, 항공기 조종면 모사 장치가 작동함에 따라 최종적으로 발생하는 토션바(100)의 회전을 측정할 수 있도록 토션바(100)의 일단, 즉 관성부(110) 측에 회전각 센서(angular sensor)가 구비될 수 있다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치(1)의 작동에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치(1)의 작동상태도이다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이 먼저 엑추에이터(10)가 전진하는 경우 레버암(200)에 동력을 전달하며, 레버암(200)에 힘이 전달됨에 따라 토션바(100)에서는 회전력으로 전환된다. 토션바(100)가 회전하는 경우 관성 모사부의 회전 관성에 의해 즉각적으로 이루어지나, 미세한 시간차이, 즉 회전관성에 의해 토션바(100)의 비틀림이 발생하는 움직임에 의해 관성 디스크(400)의 회전시간에 다소 지연이 발생하게 된다. 이러한 움직임은 최종적으로 회전각 센서에 의해 실시간으로 측정하면서 구동요소 및 제어법칙을 평가하게 된다.
반대로 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 엑추에이터(10)가 후퇴하는 경우 레버암(200)을 잡아당기게 되며, 레버암(200)은 도 5(a)와 반대방향으로 당겨진다. 따라서 레버암(200)에 고정되어 있는 토션바(100)가 회전하게 되며, 이 경우에도 관성 디스크(400)의 회전관성에 의해 즉각적으로 반응이 이루어지나, 미세한 시간차이가 발생하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 항공기 조종면 관성 모사 장치(1)는 실제 항공기의 조종면 모듈의 관성과 등가인 관성 디스크(400)가 구비되므로, 조종면의 조작을 하기 위한 엑추에이터(10)의 작동에 따른 응답을 초도비행 전 확인할 수 있으며, 이를 이용하여 제어법칙의 평가를 수행할 수 있다. 또한 조절 관성 디스크(410)이 착탈가능하게 구성되며, 토션바(100)의 고유진동수를 조절할 수 있으므로 실제 조종면 모듈과 등가의 동적특성을 모사할 수 있게 된다.
1: 항공기 조종면 관성 모사 장치
10: 엑추에이터
100: 토션바
110: 관성부
120: 레버밤 연결부
200: 레버암
300: 리미터
400: 관성 디스크
410: 조절 관성 디스크
420: 디스크 락
500: 회전각센서
600: 베어링

Claims (6)

  1. 항공기의 조종면을 구동하기 위한 구동부와 일측이 연결되어 동력을 전달받는 레버암;
    일측이 상기 레버암의 타측과 연결되는 레버암 연결부 및 상기 레버암 연결부의 일측 단부에서 상기 레버암 연결부보다 작은 직경으로 연장되는 관성부를 포함하는 토션바;
    상기 관성부 상에 구비되며, 상기 조종면을 모사하여 관성모멘트를 갖는 관성 디스크; 및
    상기 관성 디스크의 양측면에 장착가능하며, 상기 관성 디스크와 함께 관성모멘트가 조절될 수 있도록 구성되는 조절 관성 디스크를 포함하며,
    상기 관성 디스크는 상기 관성 모멘트를 유지하면서 상기 토션바의 비틀림에 대한 고유진동수를 조절할 수 있도록 상기 관성부 상에서 길이방향으로 이동가능하게 연결되며,
    상기 조절 관성 디스크는 고리형 평판으로 구성되는 항공기 조종면 관성 모사 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 관성 디스크의 상기 토션바의 길이방향 위치를 선택적으로 고정할 수 있도록 구성되는 디스크 락을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 조종면 관성 모사 장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 관성 디스크에 인접한 상기 관성부의 일단에 구비되며, 상기 토션바의 회전각을 측정할 수 있도록 구성되는 회전각센서를 더 포함하는 항공기 조종면 관성 모사 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 토션바의 타단에 구비되며, 상기 토션바가 회전가능하게 외부와 고정될 수 있도록 구성되는 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 조종면 관성 모사 장치.
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