KR20110125994A - Automatic attitude recovery system for aircraft - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 항공기의 자동 제어 시스템에 관한 것으로서, 기상악화로 조종사의 계기비행이 불가능하거나 항공기의 자세를 적절히 파악할 수 없는 경우 등 비정상적인 비행 상황에서 항공기의 자세를 안전한 비행영역으로 자동으로 회복시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic control system of an aircraft, which can automatically recover the attitude of the aircraft to a safe flight area in abnormal flight situations, such as when the pilot flight is impossible due to bad weather or unable to properly grasp the attitude of the aircraft. Relates to a device.
종래 항공기의 비정상적인 자세 회복은 조종사의 조작에 의해 수행되었다. 야간비행 및 기상악화로 인해 시계가 확보되지 않는 비행 시에 조종사는 비행을 돕는 각종 센서, 경보장치 및 계기시스템에 의존하여 운항하게 되는데, 이러한 비행에서 항공기의 자세가 비정상적으로 되어 잘못된 상황에 빠지게 되면 조종사는 경보장치의 경보나 계기시스템을 통해 이를 인지하고 정상적인 상태로 회복하도록 항공기를 조종하게 된다. 다만 이러한 경보장치나 계기시스템에 고장이 발생하거나 과도한 비행조종에 따른 조종사의 주위 산만으로 인해 항공기의 자세를 적절히 파악할 수 없는 경우가 발생하면 항공기를 잃는 사고가 발생할 수 있기 때문에 문제가 된다.Abnormal posture recovery of the conventional aircraft was performed by the pilot's operation. In the case of a flight where the clock is not secured due to night flight and bad weather, the pilot relies on various sensors, alarms, and instrument systems to assist the flight. The pilot recognizes this via an alarm system or instrument system and steers the aircraft to recover to normal conditions. However, if the warning device or instrument system breaks down, or if the aircraft's posture due to excessive flight control cannot be properly determined, the aircraft may be lost.
본 발명은 조종사가 항공기의 자세를 적절히 파악할 수 없는 상황에서 운항하는 경우에 자동으로 항공기의 자세를 회복시켜서 안전한 비행영역으로 자동 순항시켜 위험한 비행 상황을 사전에 제거하고 안전을 향상시키는 항공기 자동 자세 회복 시스템을 제공한다.The present invention automatically recovers the attitude of the aircraft when the pilot is unable to properly grasp the attitude of the aircraft to automatically cruise to the safe flight area to eliminate the dangerous flight situation in advance to improve the safety of the aircraft automatic attitude Provide a system.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 피치자세각(θ)을 포함하는 항공기의 정보를 측정하여 제공하는 측정부; 및 상기 측정부에서 제공된 상기 정보를 이용하여 상기 항공기를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는 상기 피치자세각(θ)에 따라 제어 영역을 설정하고 설정된 상기 영역에 대응하는 자세회복명령을 생성하는 자세회복명령 생성기를 포함하고, 상기 자세회복명령은 피치회복명령과 롤회복명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템을 제공한다.The present invention has been made in order to solve the above problems, the measuring unit for measuring and providing information of the aircraft including a pitch attitude (θ); And a control unit for controlling the aircraft using the information provided by the measuring unit, wherein the control unit sets a control area according to the pitch attitude angle θ, and the attitude recovery command corresponding to the set area. And a posture recovery command generator for generating a posture recovery command, wherein the posture recovery command includes a pitch recovery command and a roll recovery command.
여기서, 상기 제어부는, 상기 자세회복명령에 따라 상기 항공기의 자세회복 후 상기 항공기가 소정의 고도를 유지하여 비행하도록 고도회복명령을 생성하는 고도회복명령 생성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control unit may further include an altitude recovery command generator configured to generate an altitude recovery command such that the aircraft maintains a predetermined altitude after the attitude recovery of the aircraft according to the attitude recovery command. .
여기서, 상기 제어부는, 상기 자세회복명령에 따라 상기 항공기의 자세회복 후 상기 항공기가 소정의 속도를 유지하여 비행하도록 속도회복명령을 생성하는 속도회복명령 생성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control unit may further include a speed recovery command generator configured to generate a speed recovery command so that the aircraft may fly at a predetermined speed after the attitude recovery of the aircraft according to the posture recovery command. .
여기서, 상기 측정부에서 측정되는 상기 정보에는 상기 항공기의 고도, 속도, 비행경로각 및 롤각 중 어느 하나 이상이 포함되며, 상기 자세회복명령 생성기는 상기 정보를 반영하여 상기 자세회복명령을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the information measured by the measuring unit includes any one or more of the altitude, speed, flight path angle and roll angle of the aircraft, the posture recovery command generator to reflect the information to generate the posture recovery command It can be characterized.
여기서, 상기 영역은 설정각 t1, t2 및 t3 (90°> t1 > t2 > 0°> t3 > -90°)에 의하여 3 개의 영역(영역1, 영역2, 영역3)으로 구분되며, 상기 영역1은 상기 피치자세각(θ)이 t3 ≤ θ < t2에 속하는 영역이고, 상기 영역2는 상기 피치자세각(θ)이 t2 ≤ θ ≤ t1에 속하는 영역이며, 상기 영역3은 상기 피치자세각(θ)이 t1 < θ ≤ 90° 및 -90°≤ θ < t3에 속하는 영역인 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the region is divided into three regions (
여기서, (a) 상기 영역1에 대응하는 상기 자세회복명령은, 상기 롤회복명령으로 상기 항공기의 롤 자세를 회복한 후 상기 피치회복명령으로 기수 들기 또는 기수 내리기를 실시하여 피치 자세를 회복하도록 하는 명령이고, (b) 상기 영역2에 대응하는 상기 자세회복명령은, 배면 비행으로 전환 후 상기 피치회복명령으로 기수 들기를 실시하여 피치 자세를 회복하고 상기 영역1로 진입 후 상기 영역1의 상기 자세회복명령을 따르도록 하는 명령이며, (c) 상기 영역3에 대응하는 상기 자세회복명령은, 상기 피치회복명령으로 기수 들기를 실시하여 상기 영역1 또는 상기 영역2에 진입한 후 상기 영역1 또는 상기 영역2에 대응하는 상기 자세회복명령을 따르도록 하는 명령인 것을 특징으로 할 수 있다.Here, (a) the posture recovery command corresponding to the
여기서, 상기 자세회복명령에 따라 상기 영역이 영역2에서 영역1로 전환되는 경우, 소정의 전환조건을 설정하여 상기 전환조건을 만족할 때까지는 상기 영역2에 대응하는 상기 자세회복명령을 따르도록 하는 영역전환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, when the area is switched from the
여기서, 상기 비행경로각에서 상기 항공기의 상기 속도에 따른 영향성을 보정하여 상기 비행경로각을 재 생성하는 비행경로각 생성부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the flight path angle generating unit for re-generating the flight path angle by correcting the influence according to the speed of the aircraft in the flight path angle; may further comprise a.
여기서, 상기 자세회복명령과 상기 속도회복명령에 범위를 설정하여 상기 범위 내에서 상기 항공기의 자세 회복 및 속도 회복을 실시하도록 하는 명령제한부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control unit may further include a command limiting unit configured to set a range of the posture recovery command and the speed recovery command so as to perform posture recovery and speed recovery of the aircraft within the range.
여기서, 상기 명령제한부는, 상기 피치회복명령을 제한하는 피치 명령제한기;와 상기 롤회복명령을 제한하는 롤 명령제한기; 및 상기 속도회복명령을 제한하는 속도 명령제한기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The command limiting unit may include a pitch command limiter limiting the pitch recovery command and a roll command limiter limiting the roll recovery command; And a speed command limiter for limiting the speed recovery command.
여기서, 상기 자세회복명령에 따라 상기 영역이 일 영역에서 타 영역으로 전환되는 경우 그에 따른 급격한 자세회복명령의 전환을 방지하는 지연필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The method may further include a delay filter for preventing a sudden change of the posture recovery command when the area is switched from one area to another area according to the posture recovery command.
여기서, 상기 지연필터는, 상기 피치회복명령의 급격한 전환을 방지하는 피치 명령 지연필터;와 상기 롤회복명령의 급격한 전환을 방지하는 롤 명령 지연필터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the delay filter may include a pitch command delay filter for preventing a sudden change of the pitch recovery command and a roll command delay filter for preventing a sudden change of the roll recovery command.
본 발명에 따르면 야간 비행이나 기상이 악천후 조건일 경우와 같이 외부의 상황을 조종사가 판단하지 못하는 상황에서 각종 센서 및 계기시스템의 고장으로 인해 항공기의 자세를 적절히 파악할 수 없는 경우에도 항공기의 비정상 자세를 자동으로 회복시켜 조종사와 항공기를 보호할 수 있다.According to the present invention, even when the pilot cannot determine the external situation, such as when the night flight or the weather is bad weather conditions, even if the attitude of the aircraft due to the failure of various sensors and instrument system can not properly determine the attitude of the aircraft It can automatically recover to protect pilots and aircraft.
또한, 본 발명은 항공기의 비정상적인 자세를 회복시킨 후에 항공기를 자동으로 안전한 고도 및 속도로 회복시켜 운항함으로써 조종사와 항공기를 보호한다.In addition, the present invention protects the pilot and the aircraft by recovering the aircraft at a safe altitude and speed automatically after recovering the abnormal attitude of the aircraft.
도1은 본 발명 항공기 자동 자세 제어 시스템의 구성을 도시한 도면,
도2는 피치자세각(θ)에 따라 제어 영역을 설정한 예를 도시한 도면,
도3은 피치자세각(θ)이 영역1에 속하는 예를 도시한 도면,
도4는 피치자세각(θ)이 영역2의 속하는 예를 도시한 도면,
도5는 피치자세각(θ)이 영역3의 속하는 예를 도시한 도면,
도6은 항공기의 자동 자세 회복 과정을 도시한 도면.1 is a view showing the configuration of the present invention automatic aircraft attitude control system,
Fig. 2 is a diagram showing an example in which a control region is set according to the pitch posture angle [theta];
3 is a view showing an example in which the pitch posture angle θ belongs to
Fig. 4 is a diagram showing an example in which the pitch posture angle θ belongs to
Fig. 5 shows an example in which the pitch posture angle θ belongs to area 3;
6 is a diagram illustrating the automatic posture recovery process of the aircraft.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
도1은 본 발명인 항공기 자동 자세 제어 시스템의 각 구성 부분을 나타내는 도면으로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 측정부(100), 제어부(200), 영역전환부(300), 비행경로각 생성부(400), 명령제한부(500) 및 지연필터(600)를 포함하여 구성된다. 1 is a view showing each component of the present invention automatic aircraft attitude control system, as shown in the present invention is a
도2는 자세회복명령 생성기(210)에서 피치자세각(θ)에 따라 제어 영역을 영역1(R1), 영역2(R2) 및 영역3(R3)의 3 개의 영역으로 설정한 것을 도시한 도면으로서 이러한 영역의 설정은 비행 시험 데이터에 따른 하나의 실시 예이므로 상황에 따라서 다양하게 설정 가능하다. 또한 도2에서는 영역을 3개로 설정하기 위하여 설정각을 t1=80°, t2=40°, t3=-80°로 설정하였으나 이러한 설정각 역시 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 것으로서 이에 한정되는 것은 아니므로 상황에 따라 다양하게 설정할 수 있다. FIG. 2 is a view showing that the posture
본 발명은 피치자세각(θ)을 포함하는 항공기의 정보를 측정하여 제공하는 측정부(100); 및 상기 측정부(100)에서 제공된 상기 정보를 이용하여 상기 항공기를 제어하는 제어부(200);를 포함하여 구성되며, 상기 제어부(200)는 상기 피치자세각(θ)에 따라 제어 영역을 설정하고 설정된 각 영역에 대응하는 자세회복명령을 생성하는 자세회복명령 생성기(210)를 포함하고, 상기 자세회복명령은 피치회복명령과 롤회복명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템에 관한 것이다. 이를 도2의 실시예를 통해서 보게 되면 항공기의 피치자세각(θ)에 따라 항공기의 상태는 영역1(R1), 영역2(R2) 또는 영역3(R3)에 포함되게 되고 영역마다 각기 다른 자세회복명령이 생성되어 항공기의 자세 회복을 수행하게 된다. 예를 들어 항공기의 현재 피치자세각(θ)이 -50°라면 영역1(R1)에 해당하는 자세회복명령으로 항공기의 자세를 회복하게 된다.The present invention provides a
이하에서는 도1과 도2에서 나타나는 실시예를 기준으로 하여 구체적으로 본 발명의 각 구성을 설명한다. Hereinafter, each configuration of the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2.
우선, 측정부(100)는 항공기의 피치자세각(θ), 롤각, 비행경로각, 속도, 고도, 받음각 등을 포함하는 항공기의 자세 및 상태에 대한 다양한 정보를 측정하여 제공하는 역할을 하는 부분이다. 본 발명에서는 피치자세각(θ)에 따라 제어 영역이 바뀌게 되므로 피치자세각(θ)의 정확한 측정 및 제공은 특히 중요하다. 피치자세각(θ)은 지면 등 기준면에 대한 항공기의 동체 중심선과의 각도를 의미하는 것으로서 피치각이라고도 한다. 일반적으로 항공기는 피치자세각(θ)이 0°일 때 기준면에 대하여 항공기 동체가 수평이 되고, 90°일 때 수직으로 기수가 올라간 형태가 되며, -90°일 때 수직으로 기수가 내려간 형태가 된다.First, the
제어부(200)는 측정부(100)에서 제공된 정보를 토대로 항공기를 제어하는 부분으로서 본 발명에서는 도1에 도시된 바와 같이 자세회복명령 생성기(210), 고도회복명령 생성기(220), 속도회복명령 생성기(230)를 포함하여 구성된다. The
여기서, 자세회복명령 생성기(210)는 피치자세각(θ)에 따라 영역을 설정하고 각 영역별로 자세회복명령을 생성하는 부분으로서, 실시 예에서는 설정각을 t1=80°, t2=40°, t3=-80°로 설정하고 이에 따라 영역을 3 개로 구분하여 각 영역에 대한 자세회복명령을 설정하였다. 이러한 설정은 실제 항공기의 다양한 비행 시험 결과 및 조종사 평가를 반영하여 설정된 것이나 이 방법에 한정되는 것은 아니다. 자세회복명령은 크게 항공기의 피치 자세를 제어하는 피치회복명령과 항공기의 롤 자세를 회복하는 롤회복명령으로 구분할 수 있다.Here, the posture
영역1(R1)은 피치자세각(θ)이 -80°에서 40°사이에 존재하는 영역으로서, 도3에 도시된 바와 같이 항공기의 자세가 (1) 수평에서 20° 기울기로 기수가 올라간 형태 또는 (2) 수평에서 -50° 기울기로 기수가 내려간 형태 등을 생각할 수 있으며, 이에 대응하는 자세회복명령은 롤회복명령으로 항공기의 롤 자세를 회복한 후 피치회복명령으로 항공기의 기수 들기 또는 기수 내리기를 실시하여 피치 자세를 회복하도록 하는 것이다. 즉 (1) 항공기의 피치자세각(θ)이 20°인 경우에는 롤 자세를 회복한 후 기수 내리기를 통해 항공기의 자세를 수평으로 회복하게 되고, (2) 항공기의 피치자세각(θ)이 -50°인 경우에는 롤 자세를 회복한 후 기수 들기를 실시하여 항공기의 피치 자세를 수평으로 회복하게 된다.Area 1 (R1) is a region in which the pitch posture angle θ exists between -80 ° and 40 °. As shown in FIG. Or (2) a form in which the nose is lowered by -50 ° from the horizontal, and the corresponding posture recovery command is a roll recovery command to recover the aircraft's roll posture and then lift or nose the aircraft by a pitch recovery command. It is to lower the pitch to restore the pitch posture. That is, (1) when the aircraft's pitch posture angle (θ) is 20 °, the posture of the aircraft is restored horizontally by lowering the nose after recovering the roll posture, and (2) the pitch posture angle (θ) of the aircraft is In the case of -50 °, after the roll posture is restored, the nose posture is lifted to restore the aircraft's pitch posture horizontally.
영역2(R2)는 피치자세각(θ)이 40°에서 80°사이에 존재하는 영역으로서, 도4에 도시된 바와 같이 항공기의 자세가 수평에서부터 60°정도 기울기로 기수가 올라간 형태 등을 생각할 수 있으며, 이에 대응하는 자세회복명령은 항공기를 정립 비행에서 배면 비행으로 전환한 후에 피치회복명령으로 기수 들기를 실시하여 피치 자세를 회복하고 상기 영역1(R1)로 진입 후 상기 영역1(R1)의 상기 자세회복명령을 따르는 것이다. 피치자세각(θ)이 작은 영역1(R1)과 달리 피치자세각(θ)이 큰 영역2(R2)의 경우에는 정립비행 상태에서 바로 기수 내리기를 실시하게 되면 음(negative)의 수직가속도가 조종사에게 크게 가해지게 되어 조종사의 머리쪽으로 피가 크게 쏠리는 현상이 발생하므로 위험하다. 따라서 영역2(R2)의 경우는 우선 정립 비행에서 롤 회전으로 배면 비행으로 전환한 후에 기수 들기를 실시하여 피치 자세를 수평으로 회복하도록 자세회복명령이 설정된다. 배면 비행 상태에서 피치자세각(θ)이 감소하여 40°보다 작게 되면 영역1(R1)에 속하게 되고, 원칙적으로 이때부터는 영역1(R1)의 자세회복명령을 따라야 한다. 하지만 위와 같이 영역2(R2)에서 영역1(R1)로 전환되는 경우에는 영역전환부(300) 및 비행경로각 생성부(400) 등의 정보를 참고하여 영역을 판단하게 되는데 이에 대해서는 하기의 영역전환부(300)와 비행경로각 생성부(400)에서 설명한다.Area 2 (R2) is a region in which the pitch posture angle θ is between 40 ° and 80 °, and as shown in FIG. The posture recovery command corresponding to this may be performed by lifting the nose with a pitch recovery command after the aircraft is converted from the upright flight to the rear flight to recover the pitch posture and enter the area 1 (R1), and then enter the area 1 (R1). Follow the posture recovery command. Unlike the region 1 (R1) where the pitch attitude angle θ is small, in the region 2 (R2) where the pitch attitude angle θ is large, when the nose is lowered in the upright flight state, the negative vertical acceleration is increased. This is dangerous because it causes a large amount of blood on the pilot, causing a large amount of blood to be drawn toward the pilot's head. Therefore, in the case of region 2 (R2), the posture recovery command is set so as to recover the pitch posture horizontally by first performing a nose lift after switching from the upright flight to the back flight from roll rotation. When the pitch posture angle θ decreases to less than 40 ° in the rear flight state, it belongs to the region 1 (R1), and in this case, the attitude recovery command of the region 1 (R1) must be followed. However, when the area 2 (R2) is switched to the area 1 (R1) as described above, the area is determined by referring to the information such as the
영역3(R3)은 피치자세각(θ)이 80°보다 크거나 -80°보다 작은 영역으로서, 도5에 도시된 바와 같이 항공기의 자세가 거의 (1) 수직으로 기수가 올라가거나 (2) 수직으로 기수가 내려간 형태가 되며, 이에 대응하는 자세회복명령은 피치회복명령으로 기수 들기를 실시하여 상기 영역1(R1) 또는 상기 영역2(R2)에 진입한 후 상기 영역1(R1) 또는 상기 영역2(R2)에 대응하는 상기 자세회복명령을 따르는 것이다. (1) 피치자세각(θ)이 85°인 경우에는 영역3(R3)의 자세회복명령에 따라 기수 들기를 실시하게 되는데 피치자세각(θ)이 증가하여 항공기는 90°를 넘어서 뒤집히며 배면 비행으로 진행하게 된다. 배면 비행상태에서 기수 들기에 의해 피치자세각(θ)이 감소하여 80°이하로 내려오게 되면 영역2(R2)에 속하게 되고 영역2(R2)의 자세회복명령을 따르게 된다. 다만 이 경우는 상기에서 검토한 영역2(R2)와 달리 이미 배면 비행 상태에 있으므로 정립 비행에서 배면 비행으로 전환하는 절차 없이 바로 기수 들기를 실시하게 된다. 배면 비행에서 기수 들기로 피치자세각(θ)이 계속 감소되어 40°미만이 되면 영역1(R1)에 속하게 되고, 원칙적으로 이때부터는 영역1(R1)의 자세회복명령을 따라야 한다. 하지만 위와 같이 영역2(R2)에서 영역1(R1)로 전환되는 경우에는 영역전환부(300) 및 비행경로각 생성부(400) 등의 정보를 참고하여 영역을 판단하게 되는데 이에 대해서는 하기의 영역전환부(300)와 비행경로각 생성부(400)에서 설명한다. (2) 피치자세각(θ)이 -85°인 경우에는 영역3(R3)의 자세회복명령에 따라 기수 들기를 실시하면 피치자세각(θ)의 절대값은 점점 작아지게 되고, -80°의 절대값 보다 작아지게 되면 영역1(R1)에 속하게 된다. 따라서 영역1(R1)의 자세회복명령에 따라 롤 자세를 회복한 후 기수 들기를 계속 실시하여 자세를 수평으로 회복하게 된다.Area 3 (R3) is an area where the pitch posture angle θ is larger than 80 ° or smaller than -80 °, and as shown in FIG. 5, the attitude of the aircraft is approximately (1) the nose is raised vertically (2). The nose is vertically lowered. The posture recovery command corresponding to the posture is a pitch recovery command to lift the nose to enter the area 1 (R1) or the area 2 (R2) and then the area 1 (R1) or the The posture recovery command corresponding to the area 2 (R2) is followed. (1) When the pitch posture angle (θ) is 85 °, the nose lift is performed according to the posture recovery command of the area 3 (R3) .The pitch posture angle (θ) increases, so that the aircraft is turned over 90 ° and turned over. Proceed by flight. When the pitch posture angle θ decreases due to the nose lift in the rear flight state and falls below 80 °, it belongs to the area 2 (R2) and follows the posture recovery command of the area 2 (R2). However, in this case, unlike the area 2 (R2) discussed above, since the aircraft is already in the rear flight state, the nose lift is performed without the procedure of switching from the upright flight to the rear flight. If the pitch posture angle θ is continuously decreased by the nose lift in the rear flight and falls below 40 °, it belongs to the area 1 (R1), and in this case, the attitude recovery command of the area 1 (R1) must be followed. However, when the area 2 (R2) is switched to the area 1 (R1) as described above, the area is determined by referring to the information such as the
상기에서 살펴본 자세회복명령 생성기(210)의 경우 피치자세각(θ)을 기준으로 하여 설정되지만 항공기의 고도나 속도, 비행경로각 및 받음각 등과 같은 정보들도 자세회복명령에 반영될 수 있다. 이러한 정보들이 반영되어야 다양한 상황에 대응 가능한 자세회복명령이 생성될 수 있기 때문이다. 예를 들어 영역1(R1)에 속하여 자세회복명령에 따라 롤 자세를 회복한 후 기수 들기를 실시하는 경우에도 만약 고도가 더 낮은 상황이라면 이러한 고도 정보를 반영하여 더 큰 힘으로 기수 들기를 실시하도록 자세회복명령을 설정할 수 있다. In the posture
또한, 이러한 자세회복명령 생성기(210)는 디지털 제어기술이 적용되는 모든 유인항공기(경항공기, 민항기, 전투기 등) 및 무인항공기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)의 자세 회복에 적용될 수 있다. In addition, the posture
고도회복명령 생성기(220)는 자세회복명령에 따라 항공기의 자세회복 후 항공기가 소정의 고도를 유지하여 비행하도록 하는 장치이다. 도6에 나타나있는 바와 같이 자세회복명령에 따라 항공기의 피치 자세 및 롤 자세가 회복된 경우에도 항공기의 고도가 낮다면 지형지물과 충돌할 위험이 있으므로 기 설정된 안전 고도까지 항공기를 유도하는 역할을 하게 된다.The altitude
속도회복명령 생성기(230)도 고도회복명령 생성기(220)와 마찬가지로 자세회복명령에 따라 항공기의 자세회복 후에 항공기가 안전한 속도를 회복하여 비행하도록 하는 장치이다. 자세회복명령에 따라 항공기의 자세가 회복되는 과정에서 속도의 손실이 발생할 수 있고, 또 속도의 손실이 큰 경우에는 항공기 추락의 위험이 있으므로 항공기의 속도를 기 설정된 안전 속도로 회복시키는 것이다.Similar to the altitude
도6에서는 본 발명에 따라 항공기가 비정상 자세로부터 자동으로 자세를 회복한 후에 고도와 속도를 회복하여 안전한 비행 영역으로 회복하는 일련의 과정을 도시하였다.FIG. 6 illustrates a series of processes for recovering altitude and speed after the aircraft automatically recovers its posture from an abnormal posture to a safe flight area.
영역전환부(300)는 자세회복명령에 따라 영역이 영역2(R2)에서 영역1(R1)로 전환되는 경우, 소정의 전환조건을 설정하여 상기 전환조건을 만족할 때까지는 상기 영역2(R2)에 대응하는 상기 자세회복명령을 따르도록 하는 역할을 한다. 예를 들어 영역전환부(300)에서는 항공기의 비행경로각이 0° 즉, 항공기가 수평비행인 상태에서 영역2(R2)에서 영역1(R1)로 전환되도록 피치자세각(θ) 전환조건을 설정할 수 있다. 상기 실시예에서 피치자세각(θ)이 42°이면 이는 영역2(R2)에 속하는 데, 이때 영역2(R2)의 자세회복명령에 따르면 항공기를 배면 비행으로 전환한 다음 기수 들기를 실시하여 피치자세각(θ)을 감소시키게 된다. 이 경우 피치자세각(θ)이 감소하여 39°가 되면 영역1(R1)에 속하게 되고 영역1(R1)의 자세회복명령에 따라 롤을 회복하여 다시 정립 비행으로 바로 전환하게 된다. 이렇게 될 경우 정립 비행에서 배면 비행으로 전환한 후 곧바로 다시 정립 비행으로 원상회복되므로 의미가 없는 전환이 반복되고, 또 39°부분에서 배면 비행으로부터 정립비행으로 전환되는 경우 항공기가 기울어진 상태에서 전환되는 것이므로 수평 상태에서 전환되는 것에 비하여 고도 및 속도에서 손실이 발생하게 된다. 따라서 영역2(R2)에서 영역1(R1)로 전환되는 경우에는 항공기의 비행경로각이 수평 상태에서 배면 비행에서 정립 비행으로 전환되도록 하는 전환조건을 설정할 수 있다. 이렇게 전환조건이 설정되면 항공기의 비행경로각이 수평이 되기 전까지는 영역1(R1)이 아닌 영역2(R2)의 자세회복명령에 따라 배면 비행 상태를 유지하게 되고, 수평이 되면 비로소 영역1(R1)의 자세회복명령에 의해 정립 비행으로 전환되므로 고도 및 속도에서 손실을 줄이게 된다.When the area is switched from the area 2 (R2) to the area 1 (R1) according to the posture recovery command, the
비행경로각 생성부(400)는 상기 영역전환부(300)와 밀접한 관계가 있는 것으로서 측정된 비행경로각에서 항공기의 속도에 따른 영향성을 보정하여 비행경로각을 재 생성하는 역할을 한다. 일반적으로 항공기에는 FPM(Flight Path Mark)이라고 하는 비행경로각을 표시하는 부분이 존재하는데, 여기서 표시되는 비행경로각은 항공기의 속도에 따른 영향성을 고려하지 않은 것으로서, 속도의 영향으로 인해 실제 항공기는 수평으로 진행하고 있지 아니한 데도 FPM(Flight Path Mark)에서의 표시는 0°로 나타날 수 있다. 비행경로각 생성부(400)는 이러한 문제를 개선하고 속도의 영향성을 보정하여 항공기의 실제 비행경로각을 재 생성한다. 상기 영역전환부(300)에서 검토한 바와 같이 항공기가 배면 비행에서 정립 비행으로 전환되는 경우 실제 항공기의 비행경로각이 0°인 수평 상태에서 전환되는 것이 고도와 속도의 손실을 최소화할 수 있기 때문에, 비행경로각 생성부(400)에서 속도의 영향을 고려하여 실제 비행경로각을 재 생성하는 것은 영역전환부(300)와 관련해서 매우 중요하다. The flight
명령제한부(500)는 상기 제어부(200)에서 생성된 자세회복명령 및 속도회복명령에 범위를 설정하여 설정된 범위 내에서 상기 항공기의 자세 회복 및 속도회복을 실시하도록 하는 역할을 한다. 자세회복명령 및 속도회복명령에 제한을 두지 않을 경우 이러한 명령이 조종사나 항공기가 견딜 수 있는 한계를 넘어서 생성될 수 있다. 이렇게 될 경우 조종사의 생명이 위태롭게 되거나 항공기 자체가 파손될 수 있는 위험이 있기 때문에 명령제한부(500)를 두어 자세회복명령 및 속도회복명령에 일정한 범위를 정하는 것이다. The
명령제한부(500)는 피치회복명령을 제한하는 피치 명령제한기(510)와 롤회복명령을 제한하는 롤 명령제한기(520) 및 속도회복명령을 제한하는 속도 명령제한기(530)로 구성될 수 있다. 피치회복명령에 의해 항공기의 기수 들기 또는 기수 내리기를 하는 경우 조종사와 항공기에는 양 또는 음의 중력가속도가 작용하게 된다. 예를 들어 기수 들기에 의해 중력가속도의 8배 이상의 힘이 조종사와 항공기에 작용하게 되면 일반적으로 조종사와 항공기는 이를 견딜 수 없다. 따라서 피치 명령제한기(510)를 통해 그 이하의 힘이 작용하도록 제한하는 것이 필요하다. 롤 명령제한기(520)도 이와 마찬가지로 롤회복명령으로부터 조종사나 항공기를 보호하기 위하여 롤회복명령에 제한을 가한다. 속도 명령제한기(530) 역시 속도회복명령에 의해 순간적으로 조종사나 항공기에 큰 가속도가 가해지지 않도록 일정한 제한을 가하는 것이다. 이러한 피치 명령제한기(510), 롤 명령제한기(520) 및 속도 명령제한기(530)의 제한 값은 항공기의 종류나 상태 등을 고려하여 설정할 수 있다.The
지연필터(600)는 피치자세각(θ)이 속하는 영역이 일 영역에서 타 영역으로 전환되는 경우에 그에 따른 급격한 자세회복명령의 전환을 방지하는 역할을 한다. 예를 들어 영역3(R3)에서 자세회복명령에 의해 피치자세각(θ)의 절대값이 감소하여 영역1(R1)로 전환되는 경우 자세회복명령 역시 영역1(R1)의 자세회복명령으로 전환되는데 이때 급격하게 자세회복명령이 전환되면 조종사와 항공기에 갑작스런 충격이 가해져 위험하므로, 생성된 자세회복명령의 출력을 지연시키는 것이다. 지연필터(600)는 항공기의 고도나 속도 등 상황에 따라 다양한 값으로 설정할 수 있다. 일 예로 고도가 낮은 상황에서는 자세회복명령의 출력이 지연되면 항공기가 추락할 위험이 있기 때문에 조종사에게 충격이 있더라도 지연시간을 최소화할 필요가 있으나, 높은 고도에서는 지연시간을 크게 하여 부드러운 전환을 유도할 수 있다.The
지연필터(600)는 상기 피치회복명령의 급격한 전환을 방지하는 피치 명령 지연필터(610)와 상기 롤회복명령의 급격한 전환을 방지하는 롤 명령 지연필터(620)로 구성될 수 있다. The
100:측정부 200:제어부
210자세회복명령 생성기 220:고도회복명령 생성기
230:속도회복명령 생성기 300:영역전환부
400:비행경로각 생성부 500:명령제한기
510:피치 명령제한기 520:롤 명령제한기
530:속도 명령제한기 600:지연필터
610:피치 명령 지연필터 620:롤 명령 지연필터100: measuring unit 200: control unit
210 posture recovery command generator 220: advanced recovery command generator
230: speed recovery command generator 300: area switching unit
400: flight path angle generation unit 500: command limit
510: pitch command limiter 520: roll command limiter
530: speed command limiter 600: delay filter
610: pitch command delay filter 620: roll command delay filter
Claims (12)
상기 측정부에서 제공된 상기 정보를 이용하여 상기 항공기를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되며,
상기 제어부는 상기 피치자세각(θ)에 따라 제어 영역을 설정하고 설정된 상기 영역에 대응하는 자세회복명령을 생성하는 자세회복명령 생성기를 포함하고,
상기 자세회복명령은 피치회복명령과 롤회복명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.A measuring unit measuring and providing information of the aircraft including the pitch posture angle θ; And
And a control unit for controlling the aircraft using the information provided by the measuring unit.
The control unit includes a posture recovery command generator for setting a control area according to the pitch posture angle θ and generating a posture recovery command corresponding to the set area.
And the posture recovery command includes a pitch recovery command and a roll recovery command.
상기 제어부는,
상기 자세회복명령에 따라 상기 항공기의 자세회복 후 상기 항공기가 소정의 고도를 유지하여 비행하도록 고도회복명령을 생성하는 고도회복명령 생성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.The method of claim 1,
The control unit,
And an altitude recovery command generator for generating an altitude recovery command so that the aircraft maintains a predetermined altitude after the attitude recovery of the aircraft according to the attitude recovery command.
상기 제어부는,
상기 자세회복명령에 따라 상기 항공기의 자세회복 후 상기 항공기가 소정의 속도를 유지하여 비행하도록 속도회복명령을 생성하는 속도회복명령 생성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.The method of claim 1,
The control unit,
And a speed recovery command generator for generating a speed recovery command so that the aircraft maintains a predetermined speed after the attitude recovery of the aircraft according to the attitude recovery command.
상기 측정부에서 측정되는 상기 정보에는 상기 항공기의 고도, 속도, 비행경로각 및 롤각 중 어느 하나 이상이 포함되며,
상기 자세회복명령 생성기는 상기 정보를 반영하여 상기 자세회복명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.The method of claim 1,
The information measured by the measuring unit includes any one or more of the altitude, speed, flight path angle and roll angle of the aircraft,
And the posture recovery command generator generates the posture recovery command by reflecting the information.
상기 영역은 설정각 t1, t2 및 t3 (90°> t1 > t2 > 0°> t3 > -90°)에 의하여 3 개의 영역(영역1, 영역2, 영역3)으로 구분되며,
상기 영역1은 상기 피치자세각(θ)이 t3 ≤ θ < t2에 속하는 영역이고,
상기 영역2는 상기 피치자세각(θ)이 t2 ≤ θ ≤ t1에 속하는 영역이며,
상기 영역3은 상기 피치자세각(θ)이 t1 < θ ≤ 90° 및 -90°≤ θ < t3에 속하는 영역인 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.The method of claim 1,
The region is divided into three regions (region 1, region 2, region 3) by setting angles t1, t2, and t3 (90 °>t1>t2> 0 °>t3> -90 °),
The area 1 is an area in which the pitch posture angle θ belongs to t3 ≤ θ <t2,
The area 2 is an area in which the pitch posture angle θ belongs to t2 ≦ θ ≦ t1,
And the area 3 is an area in which the pitch posture angle θ belongs to t1 <θ ≤ 90 ° and -90 ° ≤ θ <t3.
(a) 상기 영역1에 대응하는 상기 자세회복명령은, 상기 롤회복명령으로 상기 항공기의 롤 자세를 회복한 후 상기 피치회복명령으로 기수 들기 또는 기수 내리기를 실시하여 피치 자세를 회복하도록 하는 명령이고,
(b) 상기 영역2에 대응하는 상기 자세회복명령은, 배면 비행으로 전환 후 상기 피치회복명령으로 기수 들기를 실시하여 피치 자세를 회복하고 상기 영역1로 진입 후 상기 영역1의 상기 자세회복명령을 따르도록 하는 명령이며,
(c) 상기 영역3에 대응하는 상기 자세회복명령은, 상기 피치회복명령으로 기수 들기를 실시하여 상기 영역1 또는 상기 영역2에 진입한 후 상기 영역1 또는 상기 영역2에 대응하는 상기 자세회복명령을 따르도록 하는 명령인 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.The method of claim 5, wherein
(a) The posture recovery command corresponding to the area 1 is a command for restoring a pitch posture by restoring a nose or descending with the pitch recovery command after restoring the roll posture of the aircraft by the roll recovery command. ,
(b) The posture recovery command corresponding to the area 2 recovers a pitch posture by lifting the nose with the pitch recovery command after switching to the back flight, and enters the posture recovery command of the area 1 after entering the area 1. Command to follow,
(c) The posture recovery command corresponding to the area 3 is a posture recovery command corresponding to the area 1 or the area 2 after entering the area 1 or the area 2 by lifting a nose with the pitch recovery command. Air vehicle automatic posture recovery system, characterized in that the command to follow.
상기 자세회복명령에 따라 상기 영역이 영역2에서 영역1로 전환되는 경우, 소정의 전환조건을 설정하여 상기 전환조건을 만족할 때까지는 상기 영역2에 대응하는 상기 자세회복명령을 따르도록 하는 영역전환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템. The method according to claim 6,
When the area is switched from the area 2 to the area 1 according to the posture recovery command, an area switching unit for setting a predetermined switching condition and following the posture recovery command corresponding to the area 2 until the switching condition is satisfied. Aircraft automatic posture recovery system characterized in that it further comprises.
상기 비행경로각에서 상기 항공기의 상기 속도에 따른 영향성을 보정하여 상기 비행경로각을 재 생성하는 비행경로각 생성부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.The method of claim 4, wherein
And a flight path angle generation unit for regenerating the flight path angle by correcting the influence according to the speed of the aircraft at the flight path angle.
상기 자세회복명령과 상기 속도회복명령에 범위를 설정하여 상기 범위 내에서 상기 항공기의 자세 회복 및 속도 회복을 실시하도록 하는 명령제한부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.The method of claim 3, wherein
And a command limiting unit configured to set a range of the posture recovery command and the speed recovery command to perform posture recovery and speed recovery of the aircraft within the range.
상기 명령제한부는,
상기 피치회복명령을 제한하는 피치 명령제한기;와
상기 롤회복명령을 제한하는 롤 명령제한기; 및
상기 속도회복명령을 제한하는 속도 명령제한기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.The method of claim 9,
The command limiting unit,
A pitch command limiter for limiting the pitch recovery command; and
A roll command limiter for limiting the roll recovery command; And
And a speed command limiter for limiting the speed recovery command.
상기 자세회복명령에 따라 상기 영역이 일 영역에서 타 영역으로 전환되는 경우 그에 따른 급격한 자세회복명령의 전환을 방지하는 지연필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.The method of claim 1,
And a delay filter for preventing a sudden change of the posture recovery command when the area is changed from one area to the other area according to the posture recovery command.
상기 지연필터는,
상기 피치회복명령의 급격한 전환을 방지하는 피치 명령 지연필터;와
상기 롤회복명령의 급격한 전환을 방지하는 롤 명령 지연필터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항공기 자동 자세 회복 시스템.The method of claim 11,
The delay filter,
A pitch command delay filter for preventing sudden switching of the pitch recovery command; and
Automatic roll attitude recovery system comprising a; roll command delay filter for preventing a sudden change of the roll recovery command.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101379092B1 (en) * | 2012-04-09 | 2014-03-28 | 한국항공우주산업 주식회사 | The airspeed control module based on height deviation and method for controlling the airspeed based on height deviation using the same module |
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2010
- 2010-05-14 KR KR1020100045665A patent/KR20110125994A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101379092B1 (en) * | 2012-04-09 | 2014-03-28 | 한국항공우주산업 주식회사 | The airspeed control module based on height deviation and method for controlling the airspeed based on height deviation using the same module |
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