KR20110026625A - 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 기상조건과 헬리콥터 특성(상기 헬리콥터의 중량 및 성능을 포함함)에 따른 비행 위험 영역이 x축(속도축)과 y축(고도축) 상에 표시되도록 H-V Diagram을 생성하고 상기 H-V Diagram 상에서의 상기 헬리콥터에 대한 속도 및 고도 좌표를 실시간으로 계산하는 실시간 데이터 처리부와; 상기 헬리콥터의 실시간 속도 및 고도가 속도계 및 고도계에 별도로 표시되고 상기 속도계 및 고도계에 상기 헬기의 실시간 속도 및 고도에 따른 위험 영역이 다른 영역과 구별되어 표시되도록 하는 조종 계기부;를 포함하도록 구성함으로써, 헬리콥터의 비행 위험 영역에 진입 여부를 조종사가 실시간으로 쉽게 파악할 수 있도록 하는 효과가 있다.

실시간 데이터 처리부, H-V Diagram 생성부, 연산 처리부, 조종 계기부, 속도계, 고도계

Description

속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템 및 그 방법{Helicopter Warning System Using H-V Diagram and The Method For The Same}

본 발명은 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 H-V Diagram(Height-Velocity Daigram)을 이용하여 헬리콥터의 비행 위험 영역 진입 여부를 사전에 실시간으로 쉽게 파악하도록 하는 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 H-V Diagram(Height-Velocity Daigram)은 헬리콥터 고유의 운용성능 특성을 나타내는 것으로서 동력상실 시 Autorotation을 통해 안전하게 착륙할 수 있는 고도/속도의 운영범위를 나타내는 데 사용된다.

종래의 헬리콥터 비행경고 시스템은 조종사에게 상기 H-V Diagram을 시각적으로 나타내주지 않고 있으며, 단지 사용자 매뉴얼에 그래프형태로 존재할 뿐이다.

특히, 기존의 저고도/고고도 경고, 저속/고속 경고 시스템은 상기 H-V Diagram과 관계없이 작동하는 실정이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 헬리콥터 비행경고 시스템은 헬리콥터의 현재 고도 및 속도가 비행 안전 영역에 있는지 여부를 조종사가 실시간으로 쉽게 파악하기 곤란하고, 비상상황 발생시 조종사가 제대로 대처하기 어려운 문제가 있다.

또한, 조종사가 사전에 비행 위험 영역을 감지하기 어려워 안전 비행을 보장하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, H-V Diagram(Height-Velocity Diagram) 및 헬리콥터의 현재 속도 및 고도를 실시간으로 생성하고 측정하는 실시간 데이터 처리부와 헬리콥터의 비행 위험 영역과 현재 헬리콥터의 속도 및 고도를 표시해 주는 조종 계기부 및 헬리콥터가 비행 위험 영역에 진입한 경우 경고 등을 발생하는 경고 알림부를 포함함으로써, 조종사가 헬리콥터의 현재 고도 및 속도가 비행 안전 영역에 있는지 여부를 실시간으로 쉽게 파악할 수 있는 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 H-V Diagram(Height-Velocity Diagram) 및 헬리콥터의 현재 속도 및 고도를 실시간으로 생성/측정하고, 헬리콥터가 비행 위험 영역의 진입 여부에 대해 조종사가 실시간으로 쉽게 파악할 수 있는 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템은 특허청구범위 제 1 항에 기재된 바와 같이, 기상조건과 헬리콥터 특성(상기 헬리콥터의 중량 및 성능을 포함함)에 따른 비행 위험 영역이 x축(속도축)과 y축(고도축) 상에 표시되도록 H-V Diagram을 생성하고 상기 H-V Diagram 상에서의 상기 헬리콥터에 대한 속도 및 고도 좌표를 실시간으로 계산하는 실시간 데이터 처리부와; 상기 헬리콥터의 실시간 속도 및 고도가 속도계 및 고도계에 별도로 표시되고 상기 속도계 및 고도계에 상기 헬기의 실시간 속도 및 고도에 따른 위험 영역이 다른 영역과 구별되어 표시되도록 하는 조종 계기부;를 포함한다.

상기 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템은 특허청구범위 제 2 항에 기재된 바와 같이, 상기 실시간 데이터 처리부에서 실시간으로 계산된 상기 헬리콥터의 속도 및 고도 중 어느 하나라도 상기 비행 위험 영역에 속하게 되는 경우, 상기 헬리콥터 조종사에게 시각적 또는 청각적으로 상기 비행 위험 영역 내 비행을 경고하는 경고 알림부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 방법은 특허청구범위 제 3 항에 기재된 바와 같이, (a) 기상조건 및 상기 헬리콥터의 특성에 따른 비행 위험 영역이 x축(속도축)과 y축(고도축) 상에 나타나도록 H-V Diagram을 생성하는 단계와; (b) 상기 H-V Diagram 상에서 상기 헬리콥터의 실시간 속도 및 고도에 따른 좌표값을 계산하는 단계와; (c) 상기 (b) 단계에서 계산된 좌표값이, 상기 H-V Diagram 상의 비행 위험 영역 내가 아닌 경우는 상기 (a) 단계로 돌아가고, 상기 비행 위험 영역 내인 경우는 상기 비행 위험 영역 진입에 대한 경고를 생성하는 단계;를 포함한다.

상기 구성을 갖는 본 발명에 의한 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템 및 그 방법은, 헬리콥터의 비행 위험 영역에 진입 여부를 조 종사가 실시간으로 쉽게 파악하여 비행 위험 영역에 대한 사전 회피 비행이 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 헬리콥터가 비행 위험 영역에 진입한 경우 이 사실을 조종사에게 즉시 경고하여 필요한 조치를 취할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 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. 또한 도면에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 본 발명의 실시예를 설명할 때 동일한 기능 및 작용을 하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템의 구성도이다.

본 발명에 의한 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템은, 조종 계기부(100), 실시간 데이터 처리부(200) 및 경고 알림부(300)를 포함한다.

상기 조종 계기부(100)는 헬리콥터의 비행 자세 등이 표시되는 조종 계기판의 양쪽에 별도의 속도계(110)와 고도계(120)가 표시되도록 구성된다.

상기 실시간 데이터 처리부(200)는 상기 헬리콥터 비행시 상기 헬리콥터의 비행속도 및 비행고도에 따른 비행 안정성을 실시간으로 측정할 수 있는 기능을 수행한다.

이때, 상기 실시간 데이터 처리부(200)는 H-V Diagram 생성부(210)와 연산 처리부(220)를 포함한다.

이때, 상기 실시간 데이터 처리부(200)에서의 상기 헬리콥터에 대한 비행 안정성 측정은, 상기 H-V Diagram 생성부(210)에서 상기 헬리콥터의 속도 및 고도를 각각 x축 및 y축으로 한 H-V Diagram(속도 및 고도 다이어그램, Height-Velocity Diagram, 이하 같다)을 생성하고, 상기 연산 처리부(220)에서 상기 헬리콥터의 실시간 속도 및 고도를 상기 H-V Diagram 상 좌표로 실시간 계산함으로써 측정된다.

이때, 상기 H-V Diagram에는 상기 헬리콥터의 특성(상기 헬리콥터의 각종 비행성능 및 중량 등을 포함함)과 상기 헬리콥터가 비행하는 지역의 기상상태(풍속, 풍향 등을 포함함)에 따른 비행 위험 영역이 상기 헬리콥터의 속도축(x축) 및 고도축(y축) 상에 나타나도록 작성된다.

상기 경고 알람부(300)는 상기 실시간 데이터 처리부(200)에서 실시간 측정되는 상기 헬리콥터의 속도 및 고도가 상기 H-V Diagram 상 위험 영역에 속하게 되는 경우, 그 사실을 상기 헬리콥터의 조종사에게 비행 위험 영역 내에서의 비행 사실을 인식시키고 신속한 후속 조치를 취할 수 있도록 하기 위해 시각적 또는 청각적 경고 신호 발생의 기능을 수행한다.

상기 경고 알림부(300)의 신호에는, 상기 H-V Diagram 상에서 상기 헬리콥터의 속도 및 고도에 따라 다양한 종류의 경고 신호를 발생하게 된다.

즉, 저고도 경고, 고고도 경고, 저속 경고, 지상충돌 경고, 테일 로토 스트라이크(Tail Rotor Strike) 경고 등을 발생할 수 있고, 상기 경고 수준은 경고(Warning, Low Altitude)와 주의(Caution, Autorotate Danger Zone)로 구별될 수 있으며, 상기 각각의 경고들은 상기 헬리콥터의 속도 및 고도와 상기 H-V Diagram의 관계에 의해 결정되며, 이에 관한 설명은 도 2 및 도 3에 대한 설명 부분에서 하기로 한다.

상기 H-V Diagram은 헬리콥터 개발시 성능해석 등을 통해 얻어지게 되며 그 결과는 관련문서(항공기 메뉴얼) 등에 명시되고 있으나, 본 발명은 이를 항공전자컴퓨터에 장착된 프로그램에 의해 구현될 수 있도록 구성된 것이다.

또한, 헬리콥터 조종 계기판에 속도계 및 고도계 시현장치가 구현된 상기 조종계기부(100)와 상기 H-V diagram이 실시간으로 생성되고 상기 H-V Diagram 상에서 상기 헬리콥터의 실시간 속도 및 고도 값을 측정하며 상기 비행 위험 영역에 속하는 지를 계산하는 상기 실시간 데이터 처리부(200)와 상기 헬리콥터의 조종 계기판에 속도계 및 고도계가 함께 시현 되는 상기 조종 계기부(100)를 통합함으로써, 상기 실시간 데이터 처리부(200) 에서의 H-V Diagram 상의 속도 밀 고도 범위를 상기 조종 계기부(100)의 조종 계기판에서 구현되는 속도계 및 고도계에 시현되도록 한다.

즉, 두 가지의 서로 다른 수단(H-V Diagram 계산 수단과 속도계 및 고도계 시현 수단)을 통합시켜 헬리콥터에 대한 비행 위험 영역 경고 기능을 구현한 것이다.

상기 H-V Diagram(Height-Velocity Diagram)은 소위 Dead Man's Curve라고 불리우기도 하는 것으로, 헬리콥터의 특성 및 기상조건에 따른 안전비행영역을 실시간으로 계산 및 위험 상태를 판단하고 조종사에게 비행 위험 영역에 속한 사실을 조종사에게 효과적으로 알리고 조취를 취할 수 있도록 하기 위한 종합적인 경고 처리 기술이다.

즉, 상기 H-V Diagram은 상기 헬리콥터 고유의 운용성능 특성을 나타내는 것으로서, 동력상실 시 Autorotation을 통해 안전하게 착륙할 수 있는 고도 및 속도에 대한 운용범위를 나타내는 데 사용되고, 주식회사 한국항공우주산업의 KUH 사업으로 개발되는 기동형 헬리콥터에도 그 적용이 가능하다.

따라서 이를 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템은 주로 현대화된 Glass Cockpit을 갖춘 헬리콥터 시스템에 이용되고, 상기 헬리콥터 종합 경고 시스템을 통해 조종사는 현재의 고도 및 속도가 안전영역에 속하고 있는지를 실시간으로 정확하게 판단할 수 있다.

상기 H-V Diagram은 현재의 대기 조건 및 헬리콥터 중량 등에 따라 다이나믹(Dynamic)하게 변화한다. 따라서 지속적인 계산을 통해 현재 상황(즉, 대기조건이나 헬리콥터 중량 등)에 맞는 비행 위험 영역을 실시간으로 계산해야 한다.

도 2는 Bell 204B 기종의 헬리콥터에 대한 상기 H-V Diagram에 대한 예시도이다.

도 2에서 빗금친 어두운 부분이 상기 비행 위험 영역에 해당되고, 현재의 헬리콥터 속도와 지상으로부터의 고도를 상기 H-V Diagram에 적용하면 현재 상기 헬 리콥터가 상기 비행 위험 영역에 있는지 여부와 상기 비행 위험 영역에 속하는 고도영역 및 속도영역을 알 수 있다.

예컨대, 도 2의 경우, 현재 속도가 50킬로노트(knots)이면 비행 위험 영역의 고도는 약 30피트(feet)에서 140피트(feet)까지이다.

즉, 상기 H-V Diagram 상의 정보를 이용하면 조종석 고도계의 해당 범위에 위험 영역임을 표시할 수 있고, 이와 같은 방법으로 고도 및 속도에 대한 비행 위험 영역을 조종사에게 알려줄 수 있다.

뿐만 아니라 낮은고도 및 높은 속도에서는 도 2에서 도시하는 바와 같이, Tail Rotor Strike 경고를 발생시킬 수도 있다.

도 3은 도 2와 동일한 H-V Diagram 상에 각 구역별 설명을 위한 예시도이다.

도 3에 표시된 ① 부분은 헬리콥터의 동력상실 시 비상착륙 위험 영역이고, ② 부분은 헬리콥터의 고속 비행 시 지형충돌위험 영역에 해당한다.

이때, 상기 헬리콥터의 속도 및 고도가 상기 H-V Diagram 상에서 'A'값의 위치에 있을 때, 상기 헬리콥터의 속도 또는 고도가 줄어드는 경우(즉, 도 3에 표시된 'A'의 화살표 방향으로 속도 및 고도 값이 변화하는 경우)저고도 또는 저속 경고가 발생 된다.

또한, 상기 헬리콥터의 속도 및 고도가 상기 H-V Diagram 상에서 'B'값의 위치에 있을 때는 상기 헬리콥터의 고도가 증가하는 경우(즉, 도 3에 표시된 'B'의 화살표 방향으로 속도 및 고도 값이 변화하는 경우) 고고도 경고가 발생 되고, 'C'값의 위치에 있을 때는 상기 헬리콥터의 고도가 줄어드는 경우(즉, 도 3에서 표시 된 'C'의 화살표 방향으로 속도 및 고도 값이 변화하는 경우) 저고도 경고 또는 지상충돌 경고가 발생 된다.

도 4는 상기 H-V Diagram 상에 헬리콥터의 현재 속도 및 고도 값(P)이 나타난 예시도이다.

현재 상기 헬리콥터의 속도 및 고도 값(P)은 도 4에서 도시하는 바와 같이, 각각 50킬로노트(knots)와 220피트(feet)로 비행하고 있는 상태이다.

도 5는 도 4에서 도시된 H-V Diagram에 대응되는 실제 헬리콥터 조종 계기판을 나타낸다.

상기 조종 계기부(100)은 도 5에서 도시하는 바와 같이, 중앙에 자세 시현계, 좌측에 속도계(110) 및 우측에 고도계(120)로 구성될 수 있으며, 상기 속도계(110)와 고도계(120)의 위치는 상기 위치에 국한되는 것은 아니다.

상기 헬리콥터의 현재 속도 및 고도 값은 도 5에서 도시하는 바와 같이 속도 값은 50(111), 고도 값(121)을 나타내고 있다.(도 4에서 표시된 'P'의 좌표 값)

또한, 도 4에서 '고도유지' 선 상에서 비행 위험 영역의 경계선에 표시된 'X'값, '속도유지' 선 상에 표시된 'Y' 및 'Z'값은, 도 5의 상기 속도계(110) 또는 고도계(120)에 표시된 'X', 'Y', 'Z'과 각각 대응되고, 도 4에서 도시된 비행 위험 영역(빗금친 어두운 영역)은 도 5의 상기 속도계(110) 및 고도계(120)에서 다른 색상 배경이나 텍스트 또는 선 종류 등으로 표현되어 있다.

즉, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 헬리콥터의 현재 비행 상태는 속도 50킬로노트(knots)이고 고도는 220피트(feet)로서 비행 위험 영역 밖에 있으므로 상기 경고는 발생 되지 않는다.

다만, 상기 헬리콥터가 현재 상태에서 고도를 유지하며 속도를 40킬로노트(knots) 이하로 감속하는 경우 위험 영역에 진입하게 되고 저속 경고가 발생 된다.

만일, 상기 헬리콥터가 현재 상태에서 속도를 유지하며 고도를 130피트(feet)에 도달하게 되면 비행 위험 영역에 진입하게 되고 저고도 경고가 발생 된다. 그러나 40피트(feet) 아래에서는 다시 안정 영역에 들어가는 것을 알 수 있다.(도 4 및 도 5 참조)

상기 비행 위험 영역 진입에 대한 경고 발생 신호는 각종 시각적 또는 청각적 방법이 사용될 수 있다.(예컨대, 경고음, 경고등)

도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명에 의한 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 경고 방법은 도 6에서 도시하는 바와 같은 단계를 거치도록 프로그램된다.

먼저, 현재의 대기조건 및 헬리콥터의 특성에 따른 비행 위험 영역이 나타나는 H-V Diagram을 생성한다.(S10)

그 다음, 상기 H-V Diagram 상에서 상기 헬리콥터의 현재 속도 및 고도 값 좌표를 측정한다.

이때, 상기 헬리콥터의 현재 속도 및 고도 값과 상기 H-V Diagram 상의 비행 위험 영역 조종 계기판의 속도계 및 고도계에 실시간으로 시현 된다.(S20)

그 다음, 상기 헬리콥터의 현재 속도 및 고도 값이 상기 비행 위험 영역에 진입여부를 실시간으로 자동 판별(S30)하여, 만일 상기 비행 위험 영역에 진입하지 않은 경우는 상기 S10 단계로 돌아가고, 상기 비행 위험 영역에 진입한 경우는 해당 경고를 발생(S40)하고 상기 S10 단계로 돌아간다.

이때, 상기 S40 단계는 도 7에서 도시하는 바와 같이, 경고 수준 및 경고 종류 선택 단계(S41)와 경고생성 단계(S42)를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 경고 수준 및 경고 종류에 관해서는 상술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템의 블록 구성도

도 2 내지 도 4는 H-V Diagram에 대한 예시 설명도

도 5는 조종 계기부에 대한 예시도

도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 방법에 대한 순서도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 조종 계기부(계기판) 110 : 속도계

111 : 현재 속도 값 120 : 고도계

121 : 현재 고도 값 200 : 실시간 데이터 처리부

210 : H-V Diagram 생성부 220 : 연산 처리부

300 : 경고 알림부

S10 : H-V Diagram 생성 단계

S20 : 비행 위험 영역 시현 단계

S30 : 비행 위험 영역 진입 판단 단계

S40 : 경고 생성 단계

S41 : 경고 수준 및 경고 종류 선택 단계

Claims (3)

1. 기상조건과 헬리콥터 특성(상기 헬리콥터의 중량 및 성능을 포함함)에 따른 비행 위험 영역이 x축(속도축)과 y축(고도축) 상에 표시되도록 H-V Diagram을 생성하고 상기 H-V Diagram 상에서의 상기 헬리콥터에 대한 속도 및 고도 좌표를 실시간으로 계산하는 실시간 데이터 처리부와;

   상기 헬리콥터의 실시간 속도 및 고도가 속도계 및 고도계에 별도로 표시되고 상기 속도계 및 고도계에 상기 헬기의 실시간 속도 및 고도에 따른 위험 영역이 다른 영역과 구별되어 표시되도록 하는 조종 계기부;

   를 포함하는 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템은,

   상기 실시간 데이터 처리부에서 실시간으로 계산된 상기 헬리콥터의 속도 및 고도 중 어느 하나라도 상기 비행 위험 영역에 속하게 되는 경우,

   상기 헬리콥터 조종사에게 시각적 또는 청각적으로 상기 비행 위험 영역 내 비행을 경고하는 경고 알림부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 시스템.
3. 헬리콥터의 비행 위험 영역 경고 방법에 있어서,

   (a) 기상조건 및 상기 헬리콥터의 특성에 따른 비행 위험 영역이 x축(속도축)과 y축(고도축) 상에 나타나도록 H-V Diagram을 생성하는 단계와;

   (b) 상기 H-V Diagram 상에서 상기 헬리콥터의 실시간 속도 및 고도에 따른 좌표값을 계산하는 단계와;

   (c) 상기 (b) 단계에서 계산된 좌표값이, 상기 H-V Diagram 상의 비행 위험 영역 내가 아닌 경우는 상기 (a) 단계로 돌아가고, 상기 비행 위험 영역 내인 경우는 상기 비행 위험 영역 진입에 대한 경고를 생성하는 단계;

   를 포함하는 속도 및 고도 다이어그램을 이용한 헬리콥터 종합 경고 방법.

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