KR102484249B1 - Method and apparatus for improving the accuracy of 6-dof flight simulation using flight test data - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법 및 장치에 관한 것으로, 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법은 비행 시뮬레이션 모델을 구축하는 단계, 종방향 기동 비행시험을 수행하여 비행시험 중에 수집되는 비행시험 데이터로 비행시험 데이터베이스를 구축하기 위한 비행시험 수행 단계, 상기 비행시험 데이터를 이용하여 상기 비행 시뮬레이션 모델의 정확도 향상을 위해 상기 시뮬레이션 모델의 매개변수를 조정하는 예비 모델 튜닝 단계, 공기역학 데이터베이스를 보정하는 공력 DB 보정 단계, 및 상기 비행시험 데이터를 이용한 시뮬레이션 검증을 수행하여 개선된 시뮬레이션 모델을 제공하는 비행시험 검증단계를 포함한다. 따라서, 항공기의 종방향 운동에서 비행 시뮬레이션 모델의 정확도를 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a method and apparatus for improving the accuracy of 6 degree of freedom flight simulation using flight test data. A flight test performance step for building a flight test database with collected flight test data, a preliminary model tuning step for adjusting the parameters of the simulation model to improve the accuracy of the flight simulation model using the flight test data, and aerodynamics An aerodynamic DB correction step of correcting the database, and a flight test verification step of providing an improved simulation model by performing simulation verification using the flight test data. Accordingly, it is possible to improve the accuracy of the flight simulation model in the longitudinal motion of the aircraft.

Description

비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVING THE ACCURACY OF 6-DOF FLIGHT SIMULATION USING FLIGHT TEST DATA}Method and apparatus for improving 6-DOF flight simulation accuracy using flight test data

본 발명은 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비행시험 데이터를 이용한 모델 튜닝 및 공기 역학적 데이터베이스 보정을 구현하여 경항공기 6 자유도 시뮬레이션의 정확도를 향상시킬 수 있는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for improving the accuracy of 6 DOF flight simulation using flight test data, and more particularly, to improve the accuracy of 6 DOF simulation of light aircraft by implementing model tuning and aerodynamic database correction using flight test data. It relates to a method and apparatus for improving the accuracy of 6 degree of freedom flight simulation using flight test data that can be used.

오늘날 비행 시뮬레이션은 항공 우주 공학에서 중요한 역할을 하며 예비 설계부터 인증 준수 및 파일럿 교육에 이르기까지 거의 전체 개발 프로세스에 기여한다.Today, flight simulation plays an important role in aerospace engineering, contributing to nearly the entire development process, from preliminary design to certification compliance and pilot training.

또한 비행 시뮬레이션의 가장 유망한 애플리케이션 중 하나는 VFTC(Virtual Flight Test and Certification)로, 항공기 비행 품질 및 성능 검증을 위한 실제 비행 시험을 부분적으로 대체할 것으로 예상된다.Also, one of the most promising applications of flight simulation is Virtual Flight Test and Certification (VFTC), which is expected to partially replace real-world flight tests for verifying aircraft flight quality and performance.

따라서, VFTC는 실제 비행시험을 통한 인증 단계의 비용과 위험을 크게 줄일 수 있다. 이러한 이유로 시뮬레이터가 실제 비행 궤적을 재현할 수 있는지 확인하기 위해 비행 시뮬레이터의 정확성이 점점 더 중요해지고 있다.Therefore, VFTC can greatly reduce the cost and risk of certification through actual flight testing. For this reason, the accuracy of flight simulators is becoming increasingly important to ensure that the simulators can reproduce real flight trajectories.

일반적으로 비행 시뮬레이션 모델의 정확도는 공기 역학 DB, 추진 DB, 중량 DB 및 제어 시스템 DB와 같은 여러 모델 DB(Database)의 정확도에 영향을 받는다. 정밀도의 수준과 해석을 위해 필요한 시간은 비례하며 해석 범위와 데이터 양에는 반비례한다. 예를 들어, 저 정밀도인 경험식을 이용한 방법은 CFD(Computational Fluid Dynamic) 또는 풍동 시험(Wind Tunnel test, W/T test)를 통한 해석방법에 비해 공기 역학 계수를 훨씬 빠르게 계산하고 더 넓은 범위를 다룰 수 있지만 방법론의 한계상 정확도는 떨어지는 한계가 있다. 따라서 비행 시뮬레이션의 정확도를 향상시키기 위해서는 다양한 해석 방법론에서 획득한 데이터를 융합(Data Fusion)하여 이용할 필요가 있다.In general, the accuracy of a flight simulation model is affected by the accuracy of several model databases such as aerodynamics DB, propulsion DB, weight DB, and control system DB. The level of precision and time required for analysis are proportional and inversely proportional to the scope of analysis and the amount of data. For example, the method using the low-precision empirical formula calculates the aerodynamic coefficient much faster and covers a wider range than the analysis method through CFD (Computational Fluid Dynamic) or Wind Tunnel test (W/T test). It can be dealt with, but due to the limitations of the methodology, the accuracy is limited. Therefore, in order to improve the accuracy of flight simulation, it is necessary to use data obtained from various analysis methodologies through data fusion.

JSBSim, Matlab/Simulink 또는 X-Plane 시뮬레이터와 같은 수많은 비행 시뮬레이션 플랫폼을 기반으로 여러가지 절차 및 검증 방법론이 제안되었다. Leong 등은 빙하의 얼음에 대한 연구에 사용할 UAV 개발을 지원하기 위해 세가지 다른 모델링 및 시뮬레이션 기술에 대한 평가를 설명한 바 있다. 여기서 각 동적 모델의 응답과 비행 시험 데이터를 함께 비교하였다. Cantarelo 등은 JSBSim FDM(Flight Dynamics Model) 환경에서 비행 시험결과 없이 시뮬레이션 파트에 관련된 검증을 하는 특정한 경우에 UAV에 대한 비행 동역학 모델의 검증 프로세스를 제시하였다.Several procedures and validation methodologies have been proposed based on numerous flight simulation platforms such as JSBSim, Matlab/Simulink or X-Plane simulators. Leong et al. described an evaluation of three different modeling and simulation techniques to support the development of UAVs for use in research on glacial ice. Here, the response of each dynamic model and the flight test data are compared together. Cantarelo et al. presented a flight dynamics model verification process for UAVs in a specific case of verification related to simulation parts without flight test results in the JSBSim FDM (Flight Dynamics Model) environment.

이러한 연구에서는 몇 가지 한계가 존재한다. 우선 공력 해석 도구는 대부분 경험식이나 패널법(Panel method)처럼 저 정밀도(Low fidelity) 혹은 중 정밀도(Medium fidelity)에서 얻어진 해석 결과에 기반하므로 높은 정밀도를 보장하지 않는다. 또한 비행 시뮬레이션 검증 목적에 대한 평가 기준을 명확하게 정의할 필요가 있다는 점이다. 따라서 시뮬레이션의 신뢰성에 대한 검증을 위해서는 인증 규정 핸드북에 수록된 규정들을 기반으로 6 DOF 시뮬레이션을 검증하는 절차가 포함될 필요가 있다.There are several limitations in these studies. First of all, since most aerodynamic analysis tools are based on analysis results obtained in low fidelity or medium fidelity, such as empirical formulas or panel methods, they do not guarantee high precision. Also, it is necessary to clearly define the evaluation criteria for the purpose of flight simulation verification. Therefore, in order to verify the reliability of the simulation, it is necessary to include a procedure for verifying the 6 DOF simulation based on the regulations listed in the certification regulation handbook.

한국 등록특허 제10-1744721호 (2017.06.01 등록)Korean Registered Patent No. 10-1744721 (registered on June 1, 2017)

본 발명의 일 실시예는 실제 비행시험 데이터를 사용하여 6 DOF 시뮬레이션을 검증하여 경항공기 시뮬레이션 모델의 정확도를 개선할 수 있는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법 및 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method and apparatus for improving the accuracy of a 6 DOF flight simulation using flight test data that can improve the accuracy of a light aircraft simulation model by verifying a 6 DOF simulation using actual flight test data. .

본 발명의 일 실시예는 가변 정밀도(Variable fidelity) 방법론을 적용한 데이터에 고 정밀도(high fidelity) 비행 시험 데이터를 결합하여 정확한 비행 시뮬레이션 모델 DB를 생성함으로써 비행 시뮬레이션의 정확도를 향상시킬 수 있는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법 및 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is flight test data that can improve the accuracy of flight simulation by generating an accurate flight simulation model DB by combining high fidelity flight test data with variable fidelity methodology applied data. It is intended to provide a method and apparatus for improving the accuracy of flight simulation with 6 degrees of freedom using .

본 발명의 일 실시예는 인증 규정 핸드북에 수록된 규정들을 바탕으로 6 DOF 시뮬레이션의 신뢰성을 검증하여 비행 시뮬레이션 모델의 신뢰성을 평가할 수 있는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법 및 장치를 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention provides a method and apparatus for improving the accuracy of 6 DOF flight simulation using flight test data that can evaluate the reliability of a flight simulation model by verifying the reliability of a 6 DOF simulation based on the regulations listed in the certification regulation handbook. want to do

실시예들 중에서, 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법은 비행 시뮬레이션 모델을 구축하는 단계, 종방향 기동 비행시험을 수행하여 비행시험 중에 수집되는 비행시험 데이터로 비행시험 데이터베이스를 구축하기 위한 비행시험 수행 단계, 상기 비행시험 데이터를 이용하여 상기 비행 시뮬레이션 모델의 정확도 향상을 위해 상기 시뮬레이션 모델의 매개변수를 조정하는 예비 모델 튜닝 단계, 공기역학 데이터베이스를 보정하는 공력 DB 보정 단계, 및 상기 비행시험 데이터를 이용한 시뮬레이션 검증을 수행하여 개선된 시뮬레이션 모델을 제공하는 비행시험 검증단계를 포함한다.Among the embodiments, a method for improving the accuracy of flight simulation using flight test data includes building a flight simulation model, performing a longitudinal maneuver flight test, and constructing a flight test database with flight test data collected during the flight test. A flight test performed for the flight test, a preliminary model tuning step of adjusting the parameters of the simulation model to improve the accuracy of the flight simulation model using the flight test data, an aerodynamic DB correction step of correcting the aerodynamics database, and the flight It includes a flight test verification step of providing an improved simulation model by performing simulation verification using test data.

상기 비행시험 수행 단계는 비행 시뮬레이터 평가 핸드북에 수록된 기동 설명을 기반으로 비행조건 및 제어입력에 따라 경량 항공기의 실제 비행시험을 실시하고 비행시험 중에 수집되는 원시 데이터(Raw Data)를 비행 기동 식별을 위해 데이터 처리하는 단계를 포함할 수 있다.The flight test execution step is to conduct an actual flight test of a lightweight aircraft according to flight conditions and control inputs based on the maneuver descriptions contained in the flight simulator evaluation handbook, and to use raw data collected during the flight test to identify flight maneuvers. Data processing may be included.

상기 원시 데이터(Raw Data)는 방향, 속도, 가속도, 제어면 변위 및 스로틀(throttle) 설정의 동작 변수 및 비행 상태와 관련된 매개변수를 포함할 수 있다.The raw data may include direction, speed, acceleration, displacement of the control surface, operation variables of throttle settings, and parameters related to flight conditions.

상기 비행시험 데이터 처리 단계는 상기 원시 데이터를 통해 이동 평균 필터를 통해 필터링한 후 각 기동에 대해 단일 기동 세그먼트로 추출하는 전처리를 수행하고, 상기 추출한 단일 기동 세그먼트들을 신호 패턴 유사성 검색 기법을 사용하여 특정 유형별로 분류할 수 있다.In the flight test data processing step, preprocessing is performed to extract a single maneuver segment for each maneuver after filtering through a moving average filter through the raw data, and the extracted single maneuver segments are specified using a signal pattern similarity search technique. It can be classified by type.

상기 예비 모델 튜닝 단계는 항공기의 형상 DB, 중량 DB, 추진 DB를 토대로 종방향 운동에서 비행 역학의 민감도 분석을 수행하여 매개변수 영향을 제공하는 민감도 분석 단계를 포함할 수 있다.The preliminary model tuning step may include a sensitivity analysis step of performing a sensitivity analysis of flight dynamics in the longitudinal motion based on the shape DB, weight DB, and propulsion DB of the aircraft to provide parameter effects.

상기 예비 모델 튜닝 단계는 비행응답과 시뮬레이션 응답을 비교 분석하여 응답 오류를 제공하고, 민감도 분석 및 비행응답 분석을 토대로 비행 시뮬레이션 환경에서 종방향 운동에 영향을 미치는 민감한 매개변수를 조정하는 튜닝을 수행할 수 있다.In the preliminary model tuning step, a response error is provided by comparing and analyzing the flight response and the simulation response, and tuning is performed to adjust sensitive parameters affecting longitudinal motion in the flight simulation environment based on the sensitivity analysis and the flight response analysis. can

상기 예비 모델 튜닝 단계는 감쇠율 및 고유 진동수를 종방향 운동 특성 매개변수로 하여 하기 수학식 1의 함수로 정의할 수 있다.The preliminary model tuning step may be defined as a function of Equation 1 below using a damping rate and a natural frequency as longitudinal motion characteristic parameters.

[수학식1][Equation 1]

Figure 112020144018150-pat00001
Figure 112020144018150-pat00001

여기에서,

Figure 112020144018150-pat00002
는 감쇠율(ζ) 및 고유 진동수(ωn)에 대한 운동 특성 매개변수,
Figure 112020144018150-pat00003
는 무게중심(CG)의 종방향 위치(XCG), 공력 중심(AC)의 종방향 위치(XAG) 및 y축에 대한 관성 모멘트(Iyy)와 같은 민감도 매개변수를 의미한다.From here,
Figure 112020144018150-pat00002
is the motion characteristic parameter for the damping rate (ζ) and natural frequency (ω n ),
Figure 112020144018150-pat00003
Means sensitivity parameters such as the longitudinal position of the center of gravity (CG) (X CG ), the longitudinal position of the center of aerodynamics (AC) (X AG ), and the moment of inertia about the y-axis (Iyy).

상기 예비 모델 튜닝 단계는 상기 민감도 매개변수를 하기 수학식 2를 적용하여 튜닝할 수 있다.In the preliminary model tuning step, the sensitivity parameter may be tuned by applying Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020144018150-pat00004
Figure 112020144018150-pat00004

여기에서, 윗첨자 “tuned”는 튜닝 매개변수를 나타내고, “init”는 초기 매개변수를 나타내고, “test” 및 “sim”은 각각 비행시험 및 시뮬레이션 데이터로부터 얻어진 매개변수를 나타낸다.Here, the superscript “tuned” denotes tuning parameters, “init” denotes initial parameters, and “test” and “sim” denote parameters obtained from flight test and simulation data, respectively.

상기 공력 DB 보정 단계는 비행시험 데이터 중 제어입력 및 비행조건에서 최대 가능도(ML) 추정을 통해 매개변수를 추정하고, 추정된 매개변수에서 관련 공기 역학적 계수를 계산하여 선형 보정 기법을 통해 기존 공력DB의 보정을 수행할 수 있다.The aerodynamic DB correction step estimates parameters through maximum likelihood (ML) estimation in control inputs and flight conditions among flight test data, calculates related aerodynamic coefficients from the estimated parameters, and uses the existing aerodynamics through a linear correction technique. DB correction can be performed.

상기 비행시험 검증 단계는 인증 규정 핸드북에 수록된 규정들을 바탕으로 6 자유도 시뮬레이션을 수행하고, 실제 비행응답과 시뮬레이션 응답을 비교하여 응답 오류를 계산하고, 계산된 응답 오류가 허용 오차를 충족하는 경우에 해당 시뮬레이션 모델의 신뢰성을 인증할 수 있다.In the flight test verification step, a 6 degree of freedom simulation is performed based on the regulations listed in the certification regulation handbook, a response error is calculated by comparing the actual flight response and the simulated response, and the calculated response error meets the tolerance. The reliability of the corresponding simulation model can be verified.

실시예들 중에서, 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 장치는 비행시험 동안 측정된 비행시험 데이터가 기록된 비행시험 DB부, 풍동(W/T)시험, CFD 분석 및 실증적 계산을 통해 구성된 공력(공기역학) DB, 추진 DB, 중량 DB를 포함하는 항공기 DB부, 시뮬레이션 모델의 정확도를 예비적으로 높이기 위해 상기 비행시험 데이터를 이용하여 매개변수에 대한 민감도 분석을 하여 모델 매개변수를 조정하는 예비 모델 튜닝부, 상기 비행시험 데이터에서 매개변수를 추정하고 추정한 매개변수와 상기 공력 DB를 선형 보정을 통해 결합하여 상기 공력 DB를 보정하는 공력 DB 보정부, 및 시뮬레이션 모델의 비행 응답과 비행시험 데이터를 평가 기준과 관련하여 비교하여 시뮬레이션 검증을 수행하는 비행시험 검증부를 포함한다.Among the embodiments, the 6-degree-of-freedom flight simulation accuracy improvement device using flight test data is a flight test DB unit in which the flight test data measured during the flight test is recorded, through a wind tunnel (W / T) test, CFD analysis and empirical calculation. In order to preliminarily increase the accuracy of the aircraft DB including the configured aerodynamics (aerodynamics) DB, propulsion DB, and weight DB, and the simulation model, the model parameters are adjusted by analyzing the sensitivity of the parameters using the flight test data. A preliminary model tuning unit that estimates parameters from the flight test data and combines the estimated parameters with the aerodynamic DB through linear correction to correct the aerodynamic DB; and the flight response and flight of the simulation model. It includes a flight test verification unit that performs simulation verification by comparing test data with respect to evaluation criteria.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, it does not mean that a specific embodiment must include all of the following effects or only the following effects, so it should not be understood that the scope of rights of the disclosed technology is limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따른 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법 및 장치는 실제 비행시험 데이터를 사용하여 예비 모델 튜닝 및 공기 역학 DB 보정을 하여 시뮬레이션 모델의 정밀도(Fidelity)를 높일 수 있고 6 DOF 시뮬레이션을 검증하여 경항공기를 위한 비행 시뮬레이션 모델의 정확도를 개선할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method and apparatus for improving the accuracy of 6 degree of freedom flight simulation using flight test data can improve the fidelity of the simulation model by performing preliminary model tuning and aerodynamic DB correction using actual flight test data. The accuracy of flight simulation models for light aircraft can be improved by verifying 6 DOF simulations.

본 발명의 일 실시예에 따른 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법 및 장치는 가변 정밀도(Variable fidelity) 방법론을 적용한 데이터에 고 정밀도(high fidelity) 비행 시험 데이터를 결합하여 정확한 비행 시뮬레이션 모델 DB를 생성함으로써 비행 시뮬레이션의 정확도를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method and apparatus for improving the accuracy of flight simulation with 6 degrees of freedom using flight test data is an accurate flight simulation by combining high fidelity flight test data with variable fidelity methodology applied data. The accuracy of flight simulation can be improved by creating a model DB.

본 발명의 일 실시예에 따른 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법 및 장치는 인증 규정 핸드북에 수록된 규정들을 바탕으로 6 DOF 시뮬레이션의 신뢰성을 검증하여 비행 시뮬레이션 모델의 신뢰성을 평가할 수 있다. The method and apparatus for improving the accuracy of 6 DOF flight simulation using flight test data according to an embodiment of the present invention can evaluate the reliability of the flight simulation model by verifying the reliability of the 6 DOF simulation based on the regulations contained in the certification regulation handbook. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 2에 있는 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법의 상세 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 있는 비행시험 수행 단계의 비행시험 데이터 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 시뮬레이션 검증 결과를 나타낸 도면이다.
1 is a diagram showing an apparatus for improving the accuracy of a 6 DOF flight simulation using flight test data according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for improving the accuracy of a 6-DOF flight simulation using flight test data according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a detailed process of a method for improving the accuracy of a 6 degree of freedom flight simulation in FIG. 2 .
FIG. 4 is a diagram for explaining a process of processing flight test data in the flight test execution step in FIG. 2 .
5 is a diagram showing simulation verification results according to an embodiment.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiment can be changed in various ways and can have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in this application should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions in the singular number should be understood to include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as “comprise” or “having” refer to an embodied feature, number, step, operation, component, part, or these. It should be understood that it is intended to indicate that a combination exists, and does not preclude the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with meanings in the context of the related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application.

본 발명은 시뮬레이션 모델 향상 및 검증 절차에 대한 것으로, 6 자유도 시뮬레이션 정확도 향상 절차는 예비 모델 튜닝, 공기 역학적 DB 보정 및 비행시험 검증의 3가지 단계로 구성될 수 있다.The present invention relates to a simulation model improvement and verification procedure, and the 6 DOF simulation accuracy improvement procedure can be composed of three steps: preliminary model tuning, aerodynamic DB correction, and flight test verification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 장치를 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing an apparatus for improving the accuracy of a 6 DOF flight simulation using flight test data according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 장치(이하, '6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 장치' 라 함)(100)는 비행시험 DB부(110), 항공기 DB부(120), 예비 모델 튜닝부(130), 공력 DB 보정부(140), 비행시험 검증부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the 6 degree of freedom flight simulation accuracy improvement device using flight test data (hereinafter referred to as '6 degree of freedom flight simulation accuracy improvement device') 100 includes a flight test DB unit 110 and an aircraft DB unit. 120, a preliminary model tuning unit 130, an aerodynamic DB correction unit 140, a flight test verification unit 150, and a control unit 160 may be included.

비행시험 DB부(110)는 온보드(onboard) 획득 시스템을 사용하여 비행시험 동안 측정된 원시 데이터(raw data)로부터 처리된 비행 기동이 포함된다. 일 실시예에서, 비행시험 DB부(110)에는 적어도 종방향 거동에서 제어입력, 비행조건, 비행응답을 포함할 수 있다.The flight test DB section 110 contains flight maneuvers processed from raw data measured during flight tests using an onboard acquisition system. In one embodiment, the flight test DB unit 110 may include control inputs, flight conditions, and flight responses at least in longitudinal motion.

항공기 DB부(120)는 풍동(W/T) 시험, CFD 분석 및 실증적 계산과 같은 여러 분석 방법을 사용하여 구성된 다중 모듈 데이터베이스이다. 일 실시예에서, 항공기 DB부(120)에는 적어도 형상 DB, 공기역학 DB, 추진 DB, 질량 및 균형 DB를 포함할 수 있다.The aircraft DB unit 120 is a multi-module database constructed using various analysis methods such as wind tunnel (W/T) testing, CFD analysis and empirical calculations. In one embodiment, the aircraft DB unit 120 may include at least a shape DB, an aerodynamics DB, a propulsion DB, and a mass and balance DB.

예비 모델 튜닝부(130)는 시뮬레이션 모델의 정확도를 예비적으로 높이기 위해 비행시험 데이터를 이용하여 모델 매개변수를 조정할 수 있다. 일 실시예에서, 예비 모델 튜닝부(130)는 시뮬레이션 모델의 관련 매개변수가 종방향 운동에 미치는 영향에 따라 조정될 수 있다. 여기에서, 예비 모델 튜닝부(130)는 매개변수에 대한 민감도를 분석하여 매개변수를 조정한다.The preliminary model tuning unit 130 may adjust model parameters using flight test data in order to preliminary increase the accuracy of the simulation model. In one embodiment, the preliminary model tuning unit 130 may be adjusted according to the effect of the relevant parameter of the simulation model on the longitudinal motion. Here, the preliminary model tuning unit 130 adjusts the parameters by analyzing the sensitivity of the parameters.

민감도 분석은 일반적으로 검증 및 검증 목적을 참조하는 모델 매개변수의 영향을 결정하는데 사용된다. 검증의 맥락에서 민감도 분석은 모델의 입력에 대한 시뮬레이션 반응에 대한 체계적인 조사로 정의할 수 있다.Sensitivity analysis is commonly used to determine the influence of model parameters referring to validation and validation purposes. In the context of validation, sensitivity analysis can be defined as a systematic examination of the response of a simulation to the inputs of a model.

비행 시뮬레이션 환경에서 비행 응답의 동작은 특성 방정식의 근(root) 위치에 따라 달라지며 이는 진동수 및 감쇠비와 같은 특성 매개변수의 값으로 변환된다. In the flight simulation environment, the behavior of the flight response depends on the location of the root of the characteristic equation, which is converted into values of characteristic parameters such as frequency and damping ratio.

예비 모델 튜닝부(130)는 종방향 운동에서 비행 역학의 민감도 분석을 제공할 수 있고, 이는 단주기 근사에 대한 상태 방정식과 특성 방정식으로 하기 수학식1로 정의될 수 있다. The preliminary model tuning unit 130 may provide sensitivity analysis of flight dynamics in longitudinal motion, which may be defined as Equation 1 below as a state equation and a characteristic equation for short-period approximation.

[수학식1][Equation 1]

Figure 112020144018150-pat00005
Figure 112020144018150-pat00005

Figure 112020144018150-pat00006
Figure 112020144018150-pat00006

여기에서, α는 받음각(Angle of attack), q는 피치속도, u0는 전진속도, Zα는 받음각에 의한 종방향 미분계수, Mα는 받음각 단위 피칭 모멘트, M는 받음각의 변화율 단위 피칭 모멘트, Mq는 피치속도 단위 피칭 모멘트, λ는 특성방정식의 근(Characteristic Root)을 의미한다.Here, α is the angle of attack, q is the pitch speed, u 0 is the forward speed, Z α is the longitudinal derivative due to the angle of attack, M α is the pitching moment in units of the angle of attack, and M is the pitching moment in units of the rate of change of the angle of attack , M q is the pitching moment in pitch velocity units, and λ means the characteristic root of the characteristic equation.

단주기 근은 상기의 특성 방정식으로부터 얻어질 수 있고, 이는 하기 수학식 2로 정의될 수 있다.The short-period root can be obtained from the above characteristic equation, which can be defined as Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020144018150-pat00007
Figure 112020144018150-pat00007

여기에서, 아래첨자 “sp”는 SPPO(단주기 피칭 진동, Short Period Pitching Oscillation)를 나타낸다.Here, the subscript “sp” represents SPPO (Short Period Pitching Oscillation).

진동수(

Figure 112020144018150-pat00008
) 및 감쇠율(
Figure 112020144018150-pat00009
)은 하기 수학식 3으로 계산되어질 수 있다.frequency (
Figure 112020144018150-pat00008
) and decay rate (
Figure 112020144018150-pat00009
) can be calculated by Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112020144018150-pat00010
Figure 112020144018150-pat00010

여기에서,

Figure 112020144018150-pat00011
는 받음각 단위 피칭 모멘트를 의미한다. From here,
Figure 112020144018150-pat00011
denotes the pitching moment per angle of attack.

종방향 운동의 이전 모델링에서 단주기 운동에 대한 특성 매개변수는 매우 큰 매개변수 집합의 함수이다. 이러한 매개변수 중 일부는 항공기 형상 치수와 같은 초기 설계 단계에서 고정 수량으로 간주되는 반면, 일부 다른 매개변수는 무게 중심(CG) 위치와 같은 항공기 비행 범위에 따라 명목상 변경되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 단주기 운동에 대한 민감도 분석은 하기 표 1에 있는 매개변수 목록의 변동과 관련된 효과에 중점을 둔다. In previous modeling of longitudinal motion, the characteristic parameters for short-period motion are functions of very large parameter sets. It is known that some of these parameters are considered fixed quantities in the initial design phase, such as the dimensions of the aircraft shape, while some others change nominally over the flight range of the aircraft, such as the center of gravity (CG) position. Therefore, the sensitivity analysis for short-period motion focuses on effects related to variations in the list of parameters in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112020144018150-pat00012
Figure 112020144018150-pat00012

예를 들면, 상기 수학식 3은

Figure 112020144018150-pat00013
(받음각 단위 피칭 모멘트)에 직접적인 의미를 갖는 받음각으로 인한 피칭 모멘트 계수의 변화
Figure 112020144018150-pat00014
에 포함된 1차 공기 역학적 계수를 나타낸다. 무게중심(CG) 및 공력 중심(AC)의 종방향 위치는 종방향 동적 안정성에 큰 영향을 미친다. 유사한 방식으로, 이 분석은 영향을 받는 모든 매개변수에 적용될 수 있다. For example, Equation 3 above
Figure 112020144018150-pat00013
Change in the pitching moment coefficient due to the angle of attack, which has a direct meaning in (pitching moment per angle of attack)
Figure 112020144018150-pat00014
represents the primary aerodynamic coefficient included in The longitudinal position of the center of gravity (CG) and center of aerodynamics (AC) has a great influence on longitudinal dynamic stability. In a similar way, this analysis can be applied to all affected parameters.

예비 모델 튜닝부(130)는 특성 매개변수(

Figure 112020144018150-pat00015
,
Figure 112020144018150-pat00016
)에서 영향을 받은 매개변수
Figure 112020144018150-pat00017
의 영향을 운동 특성 방정식에 기반하여 구분할 수 있다. 가장 민감한 매개변수는 특정 동작에 영향을 미치는 매개변수의 효과를 기반으로 선택될 수 있다. 운동 특성이 하기 수학식 4와 같이, 영향을 받는 매개변수의 함수로 설명될 수 있다고 가정하면, The preliminary model tuning unit 130 has a characteristic parameter (
Figure 112020144018150-pat00015
,
Figure 112020144018150-pat00016
) parameters affected by
Figure 112020144018150-pat00017
The effect of can be distinguished based on the motion characteristic equation. The most sensitive parameter can be selected based on the parameter's effect on a particular behavior. Assuming that the motion characteristics can be described as a function of the affected parameter, as shown in Equation 4 below,

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112020144018150-pat00018
Figure 112020144018150-pat00018

여기에서,

Figure 112020144018150-pat00019
는 감쇠율(ζ) 및 고유 진동수(ωn)와 같은 운동 특성 매개변수이고,
Figure 112020144018150-pat00020
는 무게중심(CG)의 종방향 위치(XCG), 공력 중심(AC)의 종방향 위치(XAG) 및 y축에 대한 관성 모멘트(Iyy)와 같은 튜닝 매개변수이다. 민감도 매개변수는 하기 수학식 5를 적용하여 튜닝될 수 있다.From here,
Figure 112020144018150-pat00019
is a motion characteristic parameter such as damping rate (ζ) and natural frequency (ω n ),
Figure 112020144018150-pat00020
is a tuning parameter such as the longitudinal position of the center of gravity (CG) (X CG ), the longitudinal position of the aerodynamic center (AC) (X AG ), and the moment of inertia about the y-axis (Iyy). The sensitivity parameter can be tuned by applying Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112020144018150-pat00021
Figure 112020144018150-pat00021

여기에서, 윗첨자 “tuned”는 튜닝된 매개변수를 나타내고, “init”는 초기 매개변수를 나타내고, “test” 및 “sim”은 각각 비행시험 및 시뮬레이션 데이터로부터 얻어진 매개변수이다.Here, the superscript “tuned” indicates tuned parameters, “init” indicates initial parameters, and “test” and “sim” are parameters obtained from flight test and simulation data, respectively.

공력 DB 보정부(140)는 비행시험 DB부(110)에 저장된 비행시험 데이터를 입력받아 매개변수를 추정하고, 추정한 매개변수 및 항공기 DB부(120)를 토대로 공력 DB 생성을 위한 선형 보정을 수행한다. 일 실시예에서, 공력 DB 보정부(140)는 최대 가능도(Maximum Likelihood, ML) 방법을 사용하여 비행시험 데이터에서 매개변수 추정을 수행할 수 있다.The aerodynamic DB correction unit 140 receives the flight test data stored in the flight test DB unit 110, estimates parameters, and performs linear correction for aerodynamic DB generation based on the estimated parameters and the aircraft DB unit 120. carry out In one embodiment, the aerodynamic DB corrector 140 may perform parameter estimation from the flight test data using a Maximum Likelihood (ML) method.

ML 방법은 어떤 확률변수에서 표집한 값들을 토대로 그 확률변수의 매개변수를 구하는 방법이다. 어떤 매개변수가 주어졌을 때 원하는 값들이 나올 가능도를 최대로 만드는 매개변수를 선택하는 방법이다.The ML method is a method of obtaining parameters of a random variable based on values sampled from a certain random variable. It is a method of selecting a parameter that maximizes the likelihood of a desired value given a given parameter.

공력 DB 보정부(140)는 기본적으로 조사중인 시스템은 알 수 없는 매개변수를 포함하는 일련의 동적 방정식으로 모델링된 것으로 간주된다. 알려지지 않은 매개변수의 값을 결정하기 위해 시스템은 적절한 입력에 의해 여기된 다음 실제 시스템 응답이 측정된다. 측정된 응답과 예상 응답의 차이(이하, 응답 오류)는 ML 비용 함수 모듈에 있다. 가우시안-뉴턴(GN) 계산 알고리즘을 적용하여 측정된 시간 이력과 계산된 시간 이력의 차이 함수인 비용함수를 최소화한다. 항공기 응답 시간 이력이 관찰된 값 근처의 값에 도달할 확률은 알려지지 않은 매개변수의 각 추정치에 대해 정의된다. ML 추정치는 이 확률을 최대화하는 추정값으로 정의된다. 알려지지 않은 매개변수의 값은 수학적 모델이 주어진 조건에 응답해야 한다는 요구사항을 기반으로 추론된다. 입력은 실제 비행 시험 응답과 일치한다. 항공기는 연속 시간 동적 시스템이므로, 측정이 불연속적인 시간 간격으로 이루어지면 시스템 방정식은 하기 수학식 6으로 정의될 수 있다.The aerodynamic DB compensator 140 basically assumes that the system under investigation is modeled as a series of dynamic equations including unknown parameters. To determine the value of an unknown parameter, the system is excited by the appropriate input and then the actual system response is measured. The difference between the measured response and the expected response (hereafter referred to as response error) is in the ML cost function module. A Gaussian-Newton (GN) calculation algorithm is applied to minimize the cost function, which is a function of the difference between the measured time history and the calculated time history. The probability that the aircraft response time history will reach a value near the observed value is defined for each estimate of the unknown parameter. The ML estimate is defined as the estimate that maximizes this probability. The values of the unknown parameters are inferred based on the requirement that the mathematical model respond to a given condition. Inputs correspond to actual flight test responses. Since an aircraft is a continuous-time dynamic system, if measurements are made at discrete time intervals, the system equation can be defined as Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112020144018150-pat00022
Figure 112020144018150-pat00022

여기에서, x(t)는 상태, u(t)는 입력 및 z(t)는 동적 시스템의 응답이다. 측정 노이즈(ηi)가 평균과 공분산(GG*)이 0인 독립적인 가우스 랜덤 벡터의 시퀀스라고 가정하면, f 및 g 함수의 형태는 잘 알려져 있다. 매개변수 추정 작업은 잘 알려지지 않은 매개변수

Figure 112020144018150-pat00023
의 값을 추정한다. 잘 알려지지 않은 매개변수
Figure 112020144018150-pat00024
의 ML 추정은 하기 수학식 7의 비용함수 최소 값이다. where x(t) is the state, u(t) is the input and z(t) is the response of the dynamic system. Assuming that the measurement noise (η i ) is a sequence of independent Gaussian random vectors with zero mean and covariance (GG*), the shapes of the f and g functions are well known. The parameter estimation task is for unknown parameters.
Figure 112020144018150-pat00023
estimate the value of unknown parameters
Figure 112020144018150-pat00024
The ML estimate of is the minimum value of the cost function of Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112020144018150-pat00025
Figure 112020144018150-pat00025

여기에서,

Figure 112020144018150-pat00026
는 알려지지 않은 매개변수 벡터
Figure 112020144018150-pat00027
의 주어진 값에 대해 ti에서 z의 예측된 응답 추정이다. From here,
Figure 112020144018150-pat00026
is the unknown parameter vector
Figure 112020144018150-pat00027
is the predicted response estimate of z at t i for a given value of

공력 DB 보정부(140)는 기존의 공기 역학 DB를 비행시험 데이터에서 추정한 매개변수와 결합한다. 처음에는 다른 분석 소스에서 얻은 공기 역학 DB의 데이터 형식이 유사하지 않다. 예를 들어, 기준 공기 역학적 계수는 대부분 3D 및 2D 테이블 형식인 반면, 비행 시험 추정 계수는 모두 선형 형식이다. 따라서, 공력 DB 보정부(140)는 기존의 공기 역학 DB를 업데이트 하기 위해 데이터의 선형 영역을 수정하는 보정 기법이 적용된다. 공력 DB 보정부(140)는 하기 수학식 8을 통해 2D 형식 계수는 2개의 선형 계수에 의해 다시 계산된다.The aerodynamic DB compensator 140 combines the existing aerodynamic DB with parameters estimated from the flight test data. Initially, the data format of the aerodynamics DB obtained from different analytical sources is not similar. For example, reference aerodynamic coefficients are mostly in 3D and 2D tabular form, whereas flight test estimate coefficients are all in linear form. Accordingly, the aerodynamic DB corrector 140 applies a correction technique for correcting the linear region of data in order to update the existing aerodynamic DB. In the aerodynamic DB corrector 140, the 2D form coefficient is recalculated by two linear coefficients through Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112020144018150-pat00028
Figure 112020144018150-pat00028

여기에서, 윗첨자 “mod”는 변경된 계수를 나타내고, “init”는 항공기 모델 데이터베이스의 초기 계수를 나타내고, “est”는 비행시험 데이터로부터 추정(estimated)된 값을 나타낸다.Here, the superscript “mod” represents the modified coefficient, “init” represents the initial coefficient of the aircraft model database, and “est” represents the value estimated from the flight test data.

비행시험 검증부(150)는 비행시험 데이터를 이용해 시뮬레이션 검증을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 비행시험 검증부(150)는 시뮬레이션 모델의 비행 응답과 비행시험 데이터를 평가 기준과 관련하여 비교한다. 평가 핸드북의 비행 품질 섹션에 따라, 검증 절차는 종방향 운동의 단기간 동역학에 적용된다. 비행시험 검증부(150)는 1단계의 조정된 매개변수와 2단계의 공기 역학적 DB 보정을 사용하여 수정된 시뮬레이션 모델이 JSBSim FDM에서 수행된다. The flight test verification unit 150 may perform simulation verification using flight test data. In one embodiment, the flight test verification unit 150 compares the flight response of the simulation model and the flight test data with respect to evaluation criteria. According to the Flight Quality section of the Assessment Handbook, validation procedures are applied to the short-term dynamics of longitudinal motion. In the flight test verification unit 150, a modified simulation model is performed in JSBSim FDM using the adjusted parameters in step 1 and aerodynamic DB correction in step 2.

제어부(160)는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어하며, 비행시험 DB부(110), 항공기 DB부(120), 예비 모델 튜닝부(130), 공력 DB 보정부(140) 및 비행시험 검증부(150) 간의 데이터의 흐름을 제어 및 관리할 수 있다.The control unit 160 controls the overall operation of the six degree of freedom flight simulation accuracy improving device 100 using flight test data, and controls the flight test DB unit 110, the aircraft DB unit 120, and the preliminary model tuning unit 130. ), the flow of data between the aerodynamic DB correction unit 140 and the flight test verification unit 150 may be controlled and managed.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 도 2에 있는 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법의 상세 과정을 설명하기 위한 도면이다.2 is a flowchart illustrating a method for improving the accuracy of 6-DOF flight simulation using flight test data according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a detailed process of the method for improving the accuracy of the 6-DOF flight simulation shown in FIG. It is a drawing for explanation.

도 2을 참조하면, 먼저 비행 시뮬레이션 모델을 구축한다(단계 S210).Referring to FIG. 2 , first, a flight simulation model is built (step S210).

그런 다음, 종방향 기동 비행시험을 수행하여 비행시험 중에 수집되는 비행시험 데이터로 비행시험 DB부를 구축한다(단계 S220).Then, a longitudinal maneuvering flight test is performed to build a flight test DB unit with flight test data collected during the flight test (step S220).

실제 비행시험 데이터를 이용하여 비행 시뮬레이션 모델의 정확도를 향상시키기 위해, 시뮬레이션 모델의 매개변수를 조정하는 예비 모델 튜닝을 수행한다(단계 S230). In order to improve the accuracy of the flight simulation model using actual flight test data, preliminary model tuning for adjusting parameters of the simulation model is performed (step S230).

도 3을 참조하면, 예비 모델 튜닝 단계 S230은 민감도 분석 단계, 비행응답 분석 단계 및 매개변수 튜닝 단계로 이루어질 수 있다. 민감도 분석 단계는 비행 동작에서 매개변수의 영향을 분석한다. 일 실시예에서, 민감도 분석 단계는 항공기 DB부(120)에 기록된 항공기 형상, 중량, 추진 등에 연관된 데이터를 토대로 종방향 운동에서 비행 역학의 민감도 분석을 수행하여 매개변수 영향을 제공한다. 비행응답 분석 단계는 비행시험 DB부(110)에 기록된 비행응답과 시뮬레이션 응답을 비교 분석하여 응답 오류를 제공한다. 여기에서, 시뮬레이션 응답은 비행 시험 검증 단계에서 얻어질 수 있다. 매개변수 튜닝 단계는 민감도 분석 및 비행응답 분석을 토대로 민감한 매개변수를 조정한다. 일 실시예에서, 매개변수 튜닝 단계는 초기 매개변수와 비행시험 및 시뮬레이션 데이터로부터 얻어진 매개변수에 대해 감쇠율 또는 고유 진동수와 같은 운동 특성 매개변수를 가지고 종방향 운동에 영향을 미치는 민감한 매개변수를 튜닝하여 제공할 수 있다.Referring to FIG. 3 , preliminary model tuning step S230 may include a sensitivity analysis step, a flight response analysis step, and a parameter tuning step. The sensitivity analysis step analyzes the influence of parameters on flight behavior. In one embodiment, the sensitivity analysis step provides parameter effects by performing sensitivity analysis of flight dynamics in longitudinal motion based on data related to aircraft shape, weight, propulsion, etc. recorded in the aircraft DB unit 120. In the flight response analysis step, a response error is provided by comparing and analyzing the flight response recorded in the flight test DB unit 110 and the simulation response. Here, the simulation response can be obtained in the flight test verification step. The parameter tuning step adjusts sensitive parameters based on sensitivity analysis and flight response analysis. In one embodiment, the parameter tuning step is to tune sensitive parameters that affect longitudinal motion with motion characteristic parameters such as damping rates or natural frequencies for initial parameters and parameters obtained from flight test and simulation data. can provide

다시, 도 2로 돌아가서, 공력 DB 보정을 수행한다(단계 S240).Again, returning to FIG. 2, aerodynamic DB correction is performed (step S240).

도 3을 참조하면, 공력 DB 보정 단계 S240은 ML 추정 단계, 공기 역학 계수 계산 단계 및 공력 DB 보정 단계로 이루어질 수 있다. ML 추정 단계는 최대 가능도(Maximum Likelihood) 추정을 통해 비행시험 데이터에서 매개변수를 추정할 수 있다. 일 실시예에서, ML 추정 단계는 비행시험 DB부(110)에 기록된 제어입력, 비행조건을 입력받아 매개변수를 추정할 수 있다. 공기 역학 계수 계산 단계는 추정된 매개변수로부터 관련된 공기 역학적 계수를 계산할 수 있다. 계산된 공기 역학적 계수는 하기 표 2와 같다.Referring to FIG. 3 , the aerodynamic DB correction step S240 may include an ML estimation step, an aerodynamic coefficient calculation step, and an aerodynamic DB correction step. In the ML estimation step, parameters can be estimated from flight test data through maximum likelihood estimation. In one embodiment, the ML estimation step may estimate parameters by receiving control inputs and flight conditions recorded in the flight test DB unit 110 . The step of calculating aerodynamic coefficients may calculate related aerodynamic coefficients from the estimated parameters. The calculated aerodynamic coefficients are shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112020144018150-pat00029
Figure 112020144018150-pat00029

공력 DB 보정 단계는 선형 보정 기법을 사용하여 공력 DB 보정을 수행한다. 일 실시예에서, 공력 DB 보정 단계는 기존 공력 DB를 비행시험 데이터로부터 추정된 매개변수와 결합하여 보정을 수행할 수 있다. 여기에서, 공력 DB 보정 단계는 선형 보정 기법을 사용하여 공기 역학적 계수를 업데이트할 수 있다. The aerodynamic DB correction step performs aerodynamic DB correction using a linear correction technique. In one embodiment, the aerodynamic DB correction step may perform correction by combining the existing aerodynamic DB with parameters estimated from flight test data. Here, the aerodynamic DB correction step may update the aerodynamic coefficient using a linear correction technique.

다시, 도 2로 돌아가서, 비행시험 데이터를 이용한 시뮬레이션 검증을 수행하여 개선된 시뮬레이션 모델을 제공한다(단계 S250). Again, returning to FIG. 2, simulation verification using flight test data is performed to provide an improved simulation model (step S250).

도 3을 참조하면, 비행시험 검증단계 S250은 6 자유도 시뮬레이션 단계, 응답 오류 계산 단계, 신뢰성 검증 단계로 이루어질 수 있다. 6 자유도 시뮬레이션 단계는 인증 규정 핸드북에 수록된 규정들을 바탕으로 6 자유도 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 6 자유도(DOF)는 항공기의 여섯 개의 운동방향을 말한다. 항공기는 무게중심을 중심으로 세개의 축을 중심으로 운동하게 된다. 비행중 항공기의 자세가 변하는 것은 3개 축을 중심으로 회전하고 있는 것이다. 3개의 축은 중심 위치에서 다른 축과 상호 직각으로 교차하고 있다. 따라서, 항공기의 세 개의 축을 중심으로 좌우상하 운동을 하는데 가로축과 수직축은 각각 우측방향과 상방향 운동을 양(positive)의 방향 운동이라 하고, 그 반대를 음(negative)의 방향 운동으로 할 때 항공기에는 여섯 개의 운동방향이 형성된다. 6 자유도 시뮬레이션 단계는 인증 규정 핸드북에 수록된 규정들을 바탕으로 비행 시뮬레이션을 수행한다. 여기에서, 비행 시뮬레이션 모델은 튜닝된 매개변수와 보정된 공력 DB를 사용하여 수정된 모델을 실제 비행시험과 동일한 제어입력 및 비행조건을 사용하여 JSBSim FDM에서 수행된다.Referring to FIG. 3 , the flight test verification step S250 may include a 6 degree of freedom simulation step, a response error calculation step, and a reliability verification step. In the 6 degree-of-freedom simulation step, 6-degree-of-freedom simulation can be performed based on the regulations listed in the certification regulation handbook. The six degrees of freedom (DOF) are the six directions of motion of an aircraft. The aircraft moves around three axes centered on the center of gravity. The change in attitude of an aircraft in flight is that it rotates around three axes. The three axes intersect each other at right angles to each other at the center position. Therefore, when the aircraft moves left and right and up and down around the three axes, the rightward and upward motions of the horizontal and vertical axes, respectively, are called positive direction motions, and the opposite is called negative direction motions. There are six directions of motion. In the 6 degree of freedom simulation step, flight simulation is performed based on the regulations listed in the certification regulation handbook. Here, the flight simulation model is performed in JSBSim FDM using the same control input and flight conditions as the actual flight test with the modified model using the tuned parameters and the calibrated aerodynamic DB.

응답 오류 계산 단계는 비행시험 DB부(110)에 기록된 실제 비행응답과 시뮬레이션 응답을 비교하여 응답 오류를 계산한다. 신뢰성 검증 단계는 계산된 응답 오류가 허용 오차를 충족할 경우에는 해당 시뮬레이션 모델이 신뢰성 있다고 판단하고, 허용 오차를 충족하지 않을 경우에는 시뮬레이션 응답을 단계 S230의 예비 모델 튜닝 단계로 피드백하여 단계 S230부터 단계를 반복 수행하도록 한다. 인증 규정 핸드북에 수록된 규정에 따르면, 단주기 운동에 적용할 경우 피치 속도에 대한 허용 오차는

Figure 112020144018150-pat00030
, 피치 자세에 대한 허용 오차는
Figure 112020144018150-pat00031
이다.In the response error calculation step, a response error is calculated by comparing an actual flight response recorded in the flight test DB unit 110 with a simulated response. In the reliability verification step, if the calculated response error satisfies the tolerance, it is determined that the corresponding simulation model is reliable, and if it does not meet the tolerance, the simulation response is fed back to the preliminary model tuning step of step S230, and steps from step S230 to be repeated. According to the regulations contained in the Certification Regulations Handbook, when applied to short cycle motion, the tolerance for pitch speed is
Figure 112020144018150-pat00030
, the tolerance for the pitch attitude is
Figure 112020144018150-pat00031
to be.

도 4는 도 2에 있는 비행시험 수행 단계의 비행시험 데이터 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a diagram for explaining a process of processing flight test data in the flight test execution step in FIG. 2 .

도 4를 참조하면, 비행시험을 실시한다(단계 S410). 일 실시예에서, 비행시험(Flight Testing)은 경량 항공기인 KLA-100의 성능 검증 및 인증 준수 목적으로 제작한 실물 크기의 시제품을 사용하였다. 여기에서, KLA-100은 항공 레저 및 조종사 훈련을 위한 2인승 경항공기이다.Referring to FIG. 4, a flight test is performed (step S410). In one embodiment, the flight test (Flight Testing) used a full-size prototype manufactured for the purpose of performance verification and certification compliance of the light aircraft KLA-100. Here, the KLA-100 is a two-seater light aircraft for aviation leisure and pilot training.

비행시험 운영팀은 비행 시뮬레이터 평가 핸드북의 기동 설명을 기반으로 비행 조건(Flight condition) 및 제어 입력(control input)을 결정한다(단계 S420).The flight test operation team determines flight conditions and control inputs based on the maneuvering description in the flight simulator evaluation handbook (step S420).

비행 시험 중에, 온보드 데이터 수집 시스템을 통해 수집되는 원시 데이터(Raw Data)를 기록한다(단계 S430). 여기에서, 원시 데이터에는 방향, 속도, 가속도, 제어면 변위 및 스로틀(throttle) 설정과 같은 동작 변수 및 비행 상태와 관련된 모든 매개변수가 포함될 수 있다.During the flight test, raw data collected through the on-board data collection system is recorded (step S430). Here, the raw data may include all parameters related to operational variables and flight conditions, such as direction, speed, acceleration, control surface displacement, and throttle setting.

비행 동작을 식별하기 위해 데이터 전처리를 수행한다(단계 S440). 일 실시예에서, 데이터 전처리를 통해 노이즈 필터링 및 비행시험 기동을 포함하는 세그먼트를 추출할 수 있다. 여기에서, 데이터 전처리는 이동 평균 필터(Moving average filter)를 사용하여 각 데이터 포인트를 범위 내에서 정의된 인접 데이터 포인트의 평균으로 대체하여 원시 데이터를 평활화한다. 그런 다음, 부하 계수 또는 제어 입력과 같은 각 기동에 대해 지정된 추출 규칙을 사용하여 전체 데이터를 여러 단일 기동 세그먼트로 추출하고 추출한 단일 기동 세그먼트들을 기록한다.Data pre-processing is performed to identify the flight motion (step S440). In one embodiment, segments including noise filtering and flight test maneuvers may be extracted through data preprocessing. Here, the data pre-processing uses a moving average filter to smooth the raw data by replacing each data point with the average of adjacent data points defined within the range. The entire data is then extracted into multiple single maneuver segments using extraction rules specified for each maneuver, such as load factor or control input, and the extracted single maneuver segments are recorded.

추출한 단일 기동 세그먼트들은 특정 유형별로 분류한다(단계 S450). 일 실시예에서, 추출된 기동은 신호 패턴 유사성 검색 기법을 사용하여 특정 유형의 기동으로 자동 분류될 수 있다. 신호 패턴 유사성 검색 기법은 거리 행렬을 사용하여 샘플 신호와 밀접하게 일치하는 시변(time-varying) 세그먼트를 인식한다. 이 방법의 기본 개념은 데이터 전체에서 샘플 신호를 스위핑(sweep) 한 다음 각 위치에서 로컬로 샘플 신호와 데이터 간의 가장 낮은 차이를 찾는 것이다. 유클리드 거리는 차이를 측정하는 데 사용되었으며, 또한 신호 시퀀스는 서로 일치하도록 비선형 방식으로 왜곡되어야 한다. 워핑 알고리즘은 특정 제한 하에서 두 개의 주어진 시간 의존성 시퀀스 간의 최적 정렬을 찾는 데 사용되었다. 샘플 신호는 일반적인 특성 설명과 관련하여 생성된다. 예를 들어, 단시간 모션은 엘리베이터 또는 기타 세로 제어 입력을 적용하여 수평 레벨 비행에서 시작되는 빠르게 응답하는 세로 모드이며, 휴고이드(fugoid, 장주기) 모드는 엘리베이터 펄스 또는 추력 변동을 통해 여기 될 수 있다. 이 경우 단주기 종방향 운동을 위해 엘리베이터 단일 이중선(elevator single doublet)이 적용되었다.The extracted single maneuver segments are classified according to specific types (step S450). In one embodiment, the extracted maneuver may be automatically classified as a specific type of maneuver using a signal pattern similarity search technique. Signal pattern similarity search techniques use distance matrices to recognize time-varying segments that closely match sample signals. The idea behind this method is to sweep the sample signal through the data and then find the lowest difference between the sample signal and the data locally at each location. Euclidean distance was used to measure the difference, and also signal sequences must be distorted in a non-linear way to match each other. A warping algorithm was used to find the optimal alignment between two given time-dependent sequences under certain constraints. A sample signal is created with respect to a general characteristic description. For example, short-time motion is a fast-responding longitudinal mode that is initiated in level level flight by applying an elevator or other longitudinal control input, while a fugoid (long-period) mode can be excited through elevator pulses or thrust fluctuations. In this case, an elevator single doublet was applied for short-period longitudinal motion.

비행시험 DB부(110)는 원시 데이터를 필터링하고 단일 기동으로 분류하여 유효성 검사 및 식별 목적으로 적용할 수 있는 형태로 비행시험 데이터가 기록되어 구축될 수 있다. 일 실시예에서, 비행시험 DB부(110)에는 종방향 운동 및 횡방향 운동 각각에 대해 제어입력, 비행조건 및 비행응답을 포함하는 비행시험 데이터가 기록될 수 있다.The flight test DB unit 110 may be constructed by recording flight test data in a form that can be applied for validation and identification purposes by filtering raw data and classifying it into a single maneuver. In one embodiment, the flight test DB unit 110 may record flight test data including control inputs, flight conditions, and flight responses for longitudinal motion and lateral motion, respectively.

도 5는 일 실시예에 따른 시뮬레이션 검증 결과를 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing simulation verification results according to an embodiment.

도 5에서, 음영 처리된 영역은 비행 측정에서 얻어진 허용 대역을 보여준다. 도 5을 보면, 향상된 모델의 응답이 허용 범위 내에 있음을 알 수 있다. 즉, 개선된 시뮬레이션 모델의 경우 실제 비행 시험의 비행응답에 근접함을 알 수 있다.In Fig. 5, the shaded area shows the acceptable band obtained from flight measurements. Referring to Figure 5, it can be seen that the response of the improved model is within the acceptable range. That is, it can be seen that the improved simulation model is close to the flight response of the actual flight test.

시뮬레이션 모델에 따른 시뮬레이션 결과 비교는 하기 표 3과 같다.Comparison of simulation results according to simulation models is shown in Table 3 below.

[표 3][Table 3]

Figure 112020144018150-pat00032
Figure 112020144018150-pat00032

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 초기 모델, 모델을 튜닝한 1단계의 모델, 공력 DB을 보정한 2단계의 모델 각각의 시뮬레이션 검증을 비교한 결과 1단계와 2단계에서 실제 비행시험과 개선된 시뮬레이션 모델 사이의 오차가 규정 요구 사항을 충족했음을 알 수 있다. 결론적으로, 일 실시예에 따른 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법을 통해 개선된 시뮬레이션 모델은 종방향 운동에서 지정된 정확도 요구 사항을 충족한다.As shown in Table 3 above, as a result of comparing the simulation verification of each of the initial model, the first-stage model tuned model, and the second-stage model after correcting the aerodynamic DB, the actual flight test and the improved simulation in the first and second stages It can be seen that the error between the models met the regulatory requirements. In conclusion, the simulation model improved through the six degree of freedom flight simulation accuracy improvement method using flight test data according to an embodiment satisfies the specified accuracy requirements in longitudinal motion.

일 실시예에 따른 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법 및 장치는 관련된 운동에 대한 민감한 관련 매개변수를 수정하여 그 불일치를 효율적으로 감소시킬 수 있고, 비행시험으로부터 얻어진 데이터의 적용을 통해 시뮬레이션 모델의 정확도를 향상시킬 수 있다.A method and apparatus for improving the accuracy of a 6 degree of freedom flight simulation using flight test data according to an embodiment can efficiently reduce the inconsistency by modifying sensitive parameters related to related motion, and apply the data obtained from the flight test. Through this, the accuracy of the simulation model can be improved.

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present application, those skilled in the art will variously modify the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. And it will be understood that it can be changed.

100: 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 장치
110: 비행시험 DB부 120: 항공기 DB부
130: 예비 모델 튜닝부 140: 공력 DB 보정부
150: 비행시험 검증부 160: 제어부
100: 6 degree of freedom flight simulation accuracy improvement device using flight test data
110: flight test DB unit 120: aircraft DB unit
130: preliminary model tuning unit 140: aerodynamic DB correction unit
150: flight test verification unit 160: control unit

Claims (11)

비행 시뮬레이션 모델을 구축하는 단계;
종방향 기동 비행시험을 수행하여 비행시험 중에 수집되는 비행시험 데이터로 비행시험 데이터베이스를 구축하기 위한 비행시험 수행 단계;
상기 비행시험 데이터를 이용하여 상기 비행 시뮬레이션 모델의 정확도 향상을 위해 상기 시뮬레이션 모델의 매개변수를 조정하는 예비 모델 튜닝 단계;
공기역학 데이터베이스를 보정하는 공력 DB 보정 단계; 및
상기 비행시험 데이터를 이용한 시뮬레이션 검증을 수행하여 개선된 시뮬레이션 모델을 제공하는 비행시험 검증단계를 포함하되,
상기 예비 모델 튜닝 단계는
항공기의 형상 DB, 중량 DB, 추진 DB를 토대로 종방향 운동에서 비행 역학의 민감도 분석을 수행하여 매개변수 영향을 제공하는 민감도 분석 단계;
비행응답과 시뮬레이션 응답을 비교 분석하여 응답 오류를 제공하는 비행응답 분석 단계; 및
민감도 분석 및 비행응답 분석을 토대로 비행 시뮬레이션 환경에서 종방향 운동에 영향을 미치는 민감한 매개변수를 조정하는 튜닝을 수행하는 매개변수 튜닝 단계로 이루어지는 것를 특징으로 하는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법.
Building a flight simulation model;
A flight test performance step for establishing a flight test database with flight test data collected during the flight test by performing a longitudinal maneuver flight test;
a preliminary model tuning step of adjusting parameters of the simulation model to improve accuracy of the flight simulation model using the flight test data;
an aerodynamic DB correction step of correcting the aerodynamic database; and
Including a flight test verification step of providing an improved simulation model by performing simulation verification using the flight test data,
The preliminary model tuning step is
A sensitivity analysis step of performing a sensitivity analysis of flight dynamics in longitudinal motion based on the shape DB, weight DB, and propulsion DB of the aircraft to provide parameter effects;
A flight response analysis step of providing a response error by comparing and analyzing the flight response and the simulated response; and
Based on sensitivity analysis and flight response analysis, six degrees of freedom flight simulation accuracy using flight test data, characterized in that it consists of a parameter tuning step that performs tuning to adjust sensitive parameters that affect longitudinal motion in the flight simulation environment. How to improve.
제1항에 있어서, 상기 비행시험 수행 단계는
비행 시뮬레이터 평가 핸드북에 수록된 기동 설명을 기반으로 비행조건 및 제어입력에 따라 경량 항공기의 실제 비행시험을 실시하고 비행시험 중에 수집되는 원시 데이터(Raw Data)를 비행 기동 식별을 위해 데이터 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법.
The method of claim 1, wherein the flight test is performed
Based on the maneuver descriptions in the flight simulator evaluation handbook, actual flight tests of lightweight aircraft are conducted according to flight conditions and control inputs, and raw data collected during the flight tests are processed to identify flight maneuvers. A method for improving the accuracy of 6 degree of freedom flight simulation using flight test data, characterized in that.
제2항에 있어서, 상기 원시 데이터(Raw Data)는
방향, 속도, 가속도, 제어면 변위 및 스로틀(throttle) 설정의 동작 변수 및 비행 상태와 관련된 매개변수를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법.
The method of claim 2, wherein the raw data (Raw Data)
A method for improving the accuracy of six degrees of freedom flight simulation using flight test data, characterized in that it includes parameters related to direction, speed, acceleration, control surface displacement, and motion variables of throttle setting and flight conditions.
제2항에 있어서, 상기 비행시험 수행 단계는
상기 원시 데이터를 통해 이동 평균 필터를 통해 필터링한 후 각 기동에 대해 단일 기동 세그먼트로 추출하는 전처리를 수행하고, 상기 추출한 단일 기동 세그먼트들을 신호 패턴 유사성 검색 기법을 사용하여 특정 유형별로 분류하는 것을 특징으로 하는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법.
The method of claim 2, wherein the flight test is performed
After filtering through the moving average filter through the raw data, preprocessing is performed to extract a single maneuver segment for each maneuver, and the extracted single maneuver segments are classified into specific types using a signal pattern similarity search technique. A method for improving the accuracy of 6 degree of freedom flight simulation using flight test data.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 예비 모델 튜닝 단계는
감쇠율 및 고유 진동수를 종방향 운동 특성 매개변수로 하여 하기 수학식 1의 함수로 정의하는 것을 특징으로 하는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법.
[수학식1]
Figure 112022072469208-pat00033

여기에서,
Figure 112022072469208-pat00034
는 감쇠율(ζ) 및 고유 진동수(ωn)에 대한 운동 특성 매개변수,
Figure 112022072469208-pat00035
는 무게중심(CG)의 종방향 위치(XCG), 공력 중심(AC)의 종방향 위치(XAG) 및 y축에 대한 관성 모멘트(Iyy)와 같은 민감도 매개변수를 의미한다.
The method of claim 1, wherein the preliminary model tuning step
A method for improving the accuracy of 6-degree-of-freedom flight simulation using flight test data, characterized in that the damping rate and natural frequency are defined as a function of Equation 1 below using longitudinal motion characteristic parameters.
[Equation 1]
Figure 112022072469208-pat00033

From here,
Figure 112022072469208-pat00034
is the motion characteristic parameter for the damping rate (ζ) and natural frequency (ω n ),
Figure 112022072469208-pat00035
Means sensitivity parameters such as the longitudinal position of the center of gravity (CG) (X CG ), the longitudinal position of the center of aerodynamics (AC) (X AG ), and the moment of inertia about the y-axis (Iyy).
제7항에 있어서, 상기 예비 모델 튜닝 단계는
상기 민감도 매개변수를 하기 수학식 2를 적용하여 튜닝하는 것을 특징으로 하는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법.
[수학식 2]
Figure 112020144018150-pat00036

여기에서, 윗첨자 “tuned”는 튜닝 매개변수를 나타내고, “init”는 초기 매개변수를 나타내고, “test” 및 “sim”은 각각 비행시험 및 시뮬레이션 데이터로부터 얻어진 매개변수를 나타낸다.
The method of claim 7, wherein the preliminary model tuning step
A method for improving the accuracy of 6 degree of freedom flight simulation using flight test data, characterized in that the sensitivity parameter is tuned by applying Equation 2 below.
[Equation 2]
Figure 112020144018150-pat00036

Here, the superscript “tuned” denotes tuning parameters, “init” denotes initial parameters, and “test” and “sim” denote parameters obtained from flight test and simulation data, respectively.
제1항에 있어서, 상기 공력 DB 보정 단계는
비행시험 데이터 중 제어입력 및 비행조건에서 최대 가능도(ML) 추정을 통해 매개변수를 추정하고, 추정된 매개변수에서 관련 공기 역학적 계수를 계산하여 선형 보정 기법을 통해 하기 수학식 3을 적용하여 기존 공력DB의 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법.
[수학식 3]
Figure 112022072469208-pat00042

여기에서, 윗첨자 “mod”는 변경된 계수를 나타내고, “init”는 항공기 모델 데이터베이스의 초기 계수를 나타내고, “est”는 비행시험 데이터로부터 추정(estimated)된 값을 나타낸다.
The method of claim 1, wherein the aerodynamic DB correction step
Among the flight test data, parameters are estimated through maximum likelihood (ML) estimation in control inputs and flight conditions, and related aerodynamic coefficients are calculated from the estimated parameters, and Equation 3 below is applied through a linear correction technique to determine the existing A method for improving the accuracy of 6 degree of freedom flight simulation using flight test data, characterized in that the correction of the aerodynamic DB is performed.
[Equation 3]
Figure 112022072469208-pat00042

Here, the superscript “mod” represents the modified coefficient, “init” represents the initial coefficient of the aircraft model database, and “est” represents the value estimated from the flight test data.
제1항에 있어서, 상기 비행시험 검증 단계는
인증 규정 핸드북에 수록된 규정들을 바탕으로 6 자유도 시뮬레이션을 수행하고, 실제 비행응답과 시뮬레이션 응답을 비교하여 응답 오류를 계산하고, 계산된 응답 오류가 허용 오차를 충족하는 경우에 해당 시뮬레이션 모델의 신뢰성을 인증하는 것을 특징으로 하는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 방법.
The method of claim 1, wherein the flight test verification step
6 degree of freedom simulation is performed based on the regulations listed in the certification regulation handbook, the response error is calculated by comparing the actual flight response with the simulated response, and the reliability of the simulation model is verified when the calculated response error meets the tolerance. A method for improving the accuracy of 6 degree of freedom flight simulation using flight test data, characterized in that for authentication.
비행시험 동안 측정된 비행시험 데이터가 기록된 비행시험 DB부;
풍동(W/T)시험, CFD 분석 및 실증적 계산을 통해 구성된 공력 DB, 추진 DB, 중량 DB를 포함하는 항공기 DB부;
시뮬레이션 모델의 정확도를 예비적으로 높이기 위해 상기 비행시험 데이터를 이용하여 매개변수에 대한 민감도 분석을 하여 모델 매개변수를 조정하는 예비 모델 튜닝부;
상기 비행시험 데이터에서 매개변수를 추정하고 추정한 매개변수와 상기 공력 DB를 선형 보정을 통해 결합하여 상기 공력 DB를 보정하는 공력 DB 보정부; 및
시뮬레이션 모델의 비행 응답과 비행시험 데이터를 평가 기준과 관련하여 비교하여 시뮬레이션 검증을 수행하는 비행시험 검증부를 포함하되,
상기 예비 모델 튜닝부는
비행응답과 시뮬레이션 응답을 비교 분석하여 응답 오류를 제공하고, 민감도 분석 및 비행응답 분석을 토대로 비행 시뮬레이션 환경에서 종방향 운동에 영향을 미치는 민감한 매개변수를 조정하는 튜닝을 수행하는 것을 특징으로 하는 비행시험 데이터를 이용한 6 자유도 비행 시뮬레이션 정확도 향상 장치.
a flight test DB unit in which flight test data measured during the flight test are recorded;
An aircraft DB including an aerodynamic DB, a propulsion DB, and a weight DB configured through wind tunnel (W/T) tests, CFD analysis, and empirical calculations;
a preliminary model tuning unit adjusting model parameters by performing sensitivity analysis on parameters using the flight test data in order to preliminary increase the accuracy of the simulation model;
an aerodynamic DB corrector for correcting the aerodynamic DB by estimating parameters from the flight test data and combining the estimated parameters with the aerodynamic DB through linear correction; and
Including a flight test verification unit that performs simulation verification by comparing the flight response and flight test data of the simulation model in relation to the evaluation criteria,
The preliminary model tuning unit
Flight test, characterized by providing a response error by comparing and analyzing flight response and simulation response, and performing tuning to adjust sensitive parameters affecting longitudinal motion in a flight simulation environment based on sensitivity analysis and flight response analysis 6 degree of freedom flight simulation accuracy improvement device using data.
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