KR20160031213A - 중력가속도로 인한 조종사 의식 상실 방지를 위한 agv 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

중력가속도로 인한 조종사 의식 상실 방지를 위한 agv 제어장치 및 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160031213A
KR20160031213A KR1020140120934A KR20140120934A KR20160031213A KR 20160031213 A KR20160031213 A KR 20160031213A KR 1020140120934 A KR1020140120934 A KR 1020140120934A KR 20140120934 A KR20140120934 A KR 20140120934A KR 20160031213 A KR20160031213 A KR 20160031213A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gravitational acceleration
gzstart
agv
ags
air pressure
Prior art date
Application number
KR1020140120934A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101641878B1 (ko
Inventor
김종섭
Original Assignee
한국항공우주산업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국항공우주산업 주식회사 filed Critical 한국항공우주산업 주식회사
Priority to KR1020140120934A priority Critical patent/KR101641878B1/ko
Publication of KR20160031213A publication Critical patent/KR20160031213A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101641878B1 publication Critical patent/KR101641878B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D10/00—Flight suits

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)

Abstract

본 발명은 중력가속도로 인한 조종사 의식 상실 방지를 위한 AGV 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 조종사가 착용하는 항중력가속도 슈트인 AGS(Anti-G Suit)에 최적의 공기압을 제공하도록 AGV(Anti-G Valve)를 제어함으로써 조종사에게 높은 중력가속도가 가해짐에 따른 조종사의 의식 상실(GLOC; Gravity-induced Loss of Consciousness)을 방지할 수 있도록 하는 AGV 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
특히, AGS에 공기압을 채우는데 발생하는 시간지연을 고려하여 선행하여 AGS에 공기압을 제공하도록 하며, 보다 빠른 응답 특성을 가지도록 하는 AGV 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

Description

중력가속도로 인한 조종사 의식 상실 방지를 위한 AGV 제어장치 및 제어방법 {Apparatus and method for controlling Anti-G Valve for Pilot's Gravity-induced Loss Of Consciousness}
본 발명은 중력가속도로 인한 조종사 의식 상실 방지를 위한 AGV 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 조종사가 착용하는 항중력가속도 슈트인 AGS(Anti-G Suit)에 최적의 공기압을 제공하도록 AGV(Anti-G Valve)를 제어함으로써 조종사에게 높은 중력가속도가 가해짐에 따른 조종사의 의식 상실(GLOC; Gravity-induced Loss of Consciousness)을 방지할 수 있도록 하는 AGV 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
특히, AGS에 공기압을 채우는데 발생하는 시간지연을 고려하여 선행하여 AGS에 공기압을 제공하도록 하며, 보다 빠른 응답 특성을 가지도록 하는 AGV 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
전투기 임무 특성을 고려할 때 전투기는 고기동이 요구된다. 그러나 고기동으로 인해 발생하는 고중력가속도는 조종사의 인체 및 인지기능에 많은 영향을 미치며, 심할 경우 조종사는 중력가속도로 인한 의식 상실(GLOC; Gravity-induced Loss Of Consciousness)에 이를 수 있다. 비행 중 조종사가 GLOC에 진입할 경우, 조종사가 항공기를 제어하지 못하기 때문에 항공기 사고로 이어져 인명 및 물질적 피해를 초래할 수 있다.
따라서, 선진항공업체에서는 조종사의 GLOC으로부터 야기되는 항공기 사고 방지를 위해 GLOC 진입 방지 기능, GLOC 자동 감지 기능 및 GLOC 진입 시 자동 항공기 자세 및 고도 회복 기능 등을 포함하는 비행안전시스템에 관한 다양한 연구를 진행하고 있다.
그 중에서, 중력가속도로 인한 조종사의 의식 상실을 자동으로 감지하는 방법에 관한 기술이 한국공개특허공보 제 2013-0026162호("중력가속도로 인한 조종사의 의식 상실 감지 방법")에 기재된 바 있다. 상기 선행기술은 수직 가속도의 추이 및 조종사의 조종간 사용 빈도를 모니터링하는 알고리즘을 통해 GLOC을 감지한다.
또한, GLOC 방지 기능을 위해 기본적으로 중력가속도 내성 훈련 장비(centrifuge)에서 중력가속도 대응 근육긴장법인 AGSM(Anti-G Straining Maneuver)과 같은 지속적인 훈련을 통해 조종사가 중력가속도에 견딜 수 있는 내성(G tolerance)을 향상시킨다. 그러나, 이러한 훈련만으로 고성능 전투기의 기동 시에 발생하는 +9Gz에 달하는 중력가속도를 견딜 수 있는 것은 한계가 있다. 따라서 조종사가 착용하는 AGS에 중력가속도에 따라 적절한 공기압을 제공함으로써 GLOC을 방지하는 방법이 적용된다. 여기서 AGS는 조종사가 하반신에 착용하는 슈트로 고중력가속도에서 하반신으로 혈액의 쏠림을 방지하고 복부에 압력을 가하여 혈액의 심장으로의 복귀를 증가시키는 역할을 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 중력가속도 증감에 대해 중력감소밸브(AGV; Anti-G Valve)를 이용하여 AGS에 적절한 공기압을 제공하게 되는데, 기존 항공기에 탑재된 AGS에 공기압을 제공하는 방법은 질량-스프링 구조로 된 기계식 AGV(Mechanical Anti-G Valve)를 적용하여 중력가속도에 따라 기계적으로 상기 AGV를 개폐하여 공기압을 AGS에 제공하도록 되어있다. 그러나 이러한 기계식 방식은 느린 응답특성을 보유하고 있으므로 고기동으로 인한 급격한 중력가속도 증가에 대해 최적의 공기압을 AGS에 제공할 수 없고, 또한, 기대하는 공기압에 오차가 발생하기 때문에 정확한 공기압을 제공하지 못하는 단점이 있다.
따라서 최근에는 솔레노이드 방식의 전기식 AGV(Electrical Anti-G Valve)를 기반으로 공압탱크로부터 제공되는 공기압을 중력가속도의 급격한 증감에 따라 AGS에 빠르고 정확하게 제공하는 방법이 개발되고 있다. 그러나 공기주머니(bladder)로 이루어진 AGS에 공기압을 채우는데 발생되는 시간지연(time delay) 문제는 여전히 발생되고 있다. 따라서 이러한 시간지연을 고려하여 급격히 변화하는 중력가속도에 대해 보다 빠른 응답 특성이 요구되고 있는 실정이다.
한국공개특허공보 제 2013-0026162호("중력가속도로 인한 조종사의 의식 상실 감지 방법")
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 급격한 중력가속도의 증감에 따라 AGS에 정확한 공기압을 제공하면서 빠른 응답 특성을 나타낼 수 있는 AGV를 제어하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 AGS에 공기압을 채우는데 발생하는 시간지연을 고려하여 AGS에 공기압을 선행하여 제공할 수 있는 AGV 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 항공기에 가해지는 중력가속도(Gz)에 따라 조종사가 착용하는 항중력가속도 슈트(이하, AGS(Anti-G Suit))의 공기압을 가감하는 AGV(Anti-G Valve)를 제어하는 장치에 있어서, 항공기에서 제공하는 상태 정보를 입력받아 상기 AGS에 공기압을 제공하기 위한 중력가속도 기준값(Gzstart)을 산출하는 스케줄러; 및 상기 중력가속도(Gz)가 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)에 도달하면 상기 AGS에 공기압이 제공되도록 하고, 상기 중력가속도(Gz)에 따라 상기 AGS의 공기압이 가감되도록 상기 AGV를 제어하는 제 1컨트롤러;를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제어장치는 상기 AGS의 공기압 정보를 피드백 받아 진동(oscillation)이 발생되지 않도록 보상 값을 산출하여 상기 AGV를 제어하는 제 2컨트롤러;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 상태 정보는 상기 중력가속도(Gz), 조종간 입력(Stick), 항공기의 속도 및 롤각 중 어느 하나 이상을 포함하는 정보일 수 있다.
또, 상기 스케줄러는 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00001
)을 산출하며, 산출된 상기 중력가속도(Gz) 변화율(
Figure pat00002
)이 미리 결정된 값 이상일 경우에 중력가속도 기준값(Gzstart)을 산출할 수 있다.
또한, 상기 스케줄러는 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00003
)을 이용하여 중력가속도 기준값(Gzstart)을 산출하되, 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00004
)이 미리 결정된 범위 내의 값일 때 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00005
)에 반비례하는 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출될 수 있다.
또는 상기 속도가 미리 결정된 값 이상일 때 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)을 산출하며, 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
Figure pat00006
)을 이용하여 중력가속도 기준값(Gzstart)을 산출하되, 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
Figure pat00007
)이 미리 결정된 범위 내의 값일 때 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
Figure pat00008
)에 반비례하는 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출될 수 있다.
본 발명의 항공기에 가해지는 중력가속도(Gz)에 따라 조종사가 착용하는 항중력가속도 슈트(이하, AGS(Anti-G Suit))의 공기압을 가감하는 AGV(Anti-G Valve)를 제어하는 방법에 있어서, a) 스케줄러에서 항공기에서 제공하는 상태 정보를 입력받아 상기 AGS에 공기압이 제공되기 위한 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출되는 단계; b) 상기 중력가속도(Gz)가 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)에 도달하면 상기 제 1컨트롤러에 의해 상기 AGS에 공기압이 제공되도록 상기 AGV가 제어되는 단계; 및 c) 상기 제 1컨트롤러에 의해 상기 중력가속도(Gz)에 따라 상기 AGS의 공기압이 가감되도록 상기 AGV가 제어되는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제어방법은 d) 제 2컨트롤러에서 상기 AGS의 공기압 정보를 피드백 받아 진동(oscillation)이 발생되지 않도록 하는 보상 값이 산출되어 상기 보상 값이 AGV에 제어에 이용되는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 상태 정보는 상기 중력가속도(Gz), 조종간 입력(Stick), 항공기의 속도 및 롤각 중 어느 하나 이상을 포함하는 정보일 수 있다.
이 때, 상기 a)단계는 상기 스케줄러에 의해 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00009
)이 산출되며, 상기 중력가속도(Gz) 변화율(
Figure pat00010
)이 미리 결정된 값 이상일 경우에 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출되도록 할 수 있다.
한편, 상기 a)단계는 a-1) 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00011
)이 산출되는 단계; 및 a-2) 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00012
)이 미리 결정된 범위 내의 값일 때 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00013
)에 반비례하는 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출되는 단계;로 이루어질 수 있다.
또는 a-1′) 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
Figure pat00014
)이 산출되는 단계; 및 a-2′) 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
Figure pat00015
)이 미리 결정된 범위 내의 값일 때 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
Figure pat00016
)에 반비례하는 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출되는 단계;로 이루어질 수 있다.
본 발명의 AGV 제어장치 및 AGV 제어방법은 폐루프 제어 구조를 가지며 선행해서 AGS에 공기압 제공하는 중력가속도 최적화 알고리즘을 적용함에 따라 종래의 제어장치보다 초기의 응답 특성이 향상되어 급격한 중력가속도 기동 시에 조종사의 의식 상실을 방지하는 효과가 매우 뛰어나다.
아울러, 제 2컨트롤러를 통해 AGS에 보다 정확한 공기압을 제공할 수 있으며, 응답 추종 시 진동(oscillation)이 발생되지 않아 빠른 응답 특성을 나타내는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 항중력가속도 장비를 나타낸 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치의 구성도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치 및 제어방법의 시뮬레이션 결과(ROR)
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치 및 제어방법의 시뮬레이션 결과(SOR)
고기동 전투기의 급선회 시 고중력가속도가 발생하게 되고, 이러한 중력가속도는 비행체뿐만 아니라 조종사에게도 동일하게 작용된다. 일반적으로 +5Gz 이상이면 뇌와 시신경에 혈액공급이 이루어지지 않아 시야협소 현상이 나타나는 주변시야 상실현상(greyout)이 발생하며, 이 단계를 넘어 안구에 혈액이 공급되지 않아 눈앞이 까맣게 보이는 블랙아웃(blackout)에 진입하게 되고, 회복하지 못하면 완전히 의식을 상실하는 단계인 GLOC에 빠진다. 일반적으로 GLOC은 12초 동안 완전무의식상태(absolute incapacitation)와 12초 동안의 반무의식상태(relative incapacitation)로 24초 정도의 회복시간이 필요한 것으로 알려져 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 항중력가속도 장비는 공압탱크(10), AGV(20) 및 공기주머니(bladder)로 구성되는 항중력가속도 슈트(이하, AGS(Anti-G Suit))(40) 및 공압탱크(10)로부터 AGS(40)를 연결하는 공압호스(30)로 이루어진다. AGS(40)에 공기압을 채우는데 발생하는 시간지연은 크게 공압호스(30)에서 발생하는 운송지연(transport delay)과 AGS(40)의 공기주머니를 채우는데 발생하는 지연(lag)로 나눌 수 있다. 통상 AGS(40)에 공기압을 채우는데 0.5초 정도의 시간지연이 발생한다고 알려져 있다.
조종사의 GLOC은"1초 이내의 급격한 최대 중력각속도의 변화"와 " 음의 중력가속도에서 양의 중력가속도로 급격히 변화하는 상황(push-pull effect)"에 주로 발생된다고 한다. 따라서, 전술한 바와 같은 짧은 시간지연도 조종사의 GLOC 진입에 영향을 미칠 수 있기 때문에, AGV 제어장치의 응답 특성을 최대한 빠르게 하고, 안정성을 확보하는 것이 필요하다.
본 발명은 AGS(40)에 최적의 공기압을 제공하기 위해 전기식 AGV(20)를 제어하는 PI 개념의 폐루프 제어 구조를 갖으며, 또한, 고중력가속도가 발생하는 급격한 고기동 시 시간지연을 고려하여 AGS(40)에 선행(advanced)해서 공기압을 채워줄 수 있도록 하는 중력가속도 최적화 알고리즘을 제시하며, 상기 알고리즘이 적용된 AGV 제어장치 및 제어방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 AGV 제어장치의 구성도를 나타낸다. 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치는 항공기에 가해지는 중력가속도(Gz)에 따라 조종사가 착용하는 항중력가속도 슈트(AGS)의 공기압을 가감하는 AGV(Anti-G Valve)를 제어하는 장치에 관한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 스케줄러(100) 및 제 1컨트롤러(200)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 스케줄러(100)는 항공기에서 제공하는 상태 정보를 입력받아 AGS(40)에 공기압을 제공하기 위한 중력가속도 기준값(이하, Gzstart)을 산출하는 역할을 담당하는 것으로, 여기서 Gzstart란 AGS(40)에 공기압을 제공하는 시점의 중력가속도(Gz)를 의미한다.
즉, 스케줄러(100)는 고기동으로 인해 급격한 중력가속도 증가 시 AGS(40)에 선행하여 공기압을 제공할 수 있도록 초기에 AGS(40)에 압력 제공을 시작하는 중력가속도의 기준을 최적화하는 알고리즘을 적용하여 설계된다(Initial Operating G Scheduler).
이 때, 스케줄러(100)에 제공되는 상태 정보는 항공기의 중력가속도(Gz), 조종간 입력(Stick), 항공기의 속도(Vd) 및 롤각 중 어느 하나 이상을 포함하는 정보일 수 있다.
상기 제 1컨트롤러(200)는 중력가속도(Gz)가 증감에 따라 AGS(40)에 공기압을 채우거나 빼내도록 AGV(20)를 제어하는 역할을 담당한다. 구체적으로, 현재 중력가속도(Gz)가 스케줄러(100)에서 산출된 Gzstart에 도달하면 AGS(40)에 공기압이 제공되도록 AGV(20)를 제어하며, 이후 중력가속도(Gz)에 따라 AGS(40)의 공기압이 가감되도록 AGV(20)를 제어한다.
또, 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치는 폐루프 제어기의 구조를 가진다. 따라서, 도 2에 도시된 것처럼 AGS(40)의 공기압 정보를 센서(미도시)로 측정하고 측정된 공기압 정보를 피드백 받아 진동(oscillation)이 발생되지 않도록 하는 보상 값을 산출하며, 산출한 보상 값을 AGV(20) 제어에 이용하는 제 2컨트롤러(300)를 더 포함한다. 제 2컨트롤러(300)를 통해 AGS(40)에 보다 정확한 공기압을 제공할 수 있으며, 응답 추종 시 진동(oscillation)이 발생되지 않아 빠른 응답 특성을 나타내는 장점이 있다.
또한, 상기와 같은 구성의 본 발명의 일실시예에 따른 AGV 제어방법은 스케줄러(100)에서 항공기에서 제공하는 상태 정보를 입력받아 AGS(40)에 공기압이 제공되기 위한 Gzstart가 산출되는 a)단계(S100), 중력가속도(Gz)가 Gzstart에 도달하면 제 1컨트롤러(200)에 의해 AGS(40)에 공기압이 제공되도록 AGV(20)가 제어되는 b)단계(S200), 제 1컨트롤러(200)에 의해 중력가속도(Gz)에 따라 AGS(40)의 공기압이 가감되도록 AGV(20)가 제어되는 c)단계(S300)를 포함하여 이루어진다.
또한, 제 2컨트롤러(300)에서 AGS(40)의 공기압 정보를 피드백 받아 진동(oscillation)이 발생되지 않도록 하는 보상 값이 산출되어 보상 값이 AGV(20)에 제어에 이용되도록 하는 d)단계(S400)를 더 포함한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치 및 제어방법에 적용된 최적화 알고리즘을 구체적으로 설명한다. 이 때 언급되는 수치는 본 발명에 따른 일실시예를 설명하기 위해 제시한 임의의 값일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 제 1컨트롤러(200)는 단위 중력가속도(Gz)의 계단입력(unit step G)에 대해 1.8psi의 정상상태(steady-state)의 출력압력을 갖도록 하고, AGS(40)에 제공되는 압력을 제 2컨트롤러(300)가 피드백받아 최소의 상승시간(rise time)으로 빠른 응답 특성을 갖도록 AGV(20)를 제어하여 출력압력을 제어한다.
이 때, 스케줄러(100)에서는 완만하게 증가하는 중력가속도 기동 시(SOR; Slow Onset Rate)에는 중력가속도 2Gz 이하에서는 조종사에게 불쾌감을 주지 않도록 AGS(40)에 공기압을 제공하지 않으며(Gzstart 산출하지 않음), 중력가속도가 2Gz를 초과하면 압력을 제공하도록 하고, 급격하게 증가하는 중력가속도 기동 시(ROR; Rapid Onset Rate)에는 스케줄러(100)가 중력가속도의 증가율에 따라 스케줄링하여 1G 내지 2G까지 기준에 따라 선행하여 압력을 제공할 수 있도록 한다.
이 때, SOR 및 ROR을 구분하는 기준은 스케줄러(100)에 입력된 항공기의 중력가속도(Gz)의 변화율(dGz/dt,
Figure pat00017
)을 기준으로 구분한다.
즉, 스케줄러(100)가 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00018
)을 산출하며, 산출된 중력가속도(Gz) 변화율(
Figure pat00019
)이 미리 결정된 값 이상일 경우에만 Gzstart를 산출하는 것이다.
이 때, 스케줄러(100)에서 Gzstart를 산출하는 중력가속도 최적화 알고리즘의 매개변수로 2가지 예를 제시한다.
첫번째, 항공기의 상태 정보인 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00020
)을 이용하여 Gzstart를 산출할 수 있다.
예를 들어, 스케줄러(100)가 중력가속도 변화율(
Figure pat00021
)을 산출하고, 산출된 중력가속도 변화율(
Figure pat00022
)이 2g/sec 이하이면 2g부터 압력을 제공하도록 Gzstart값을 2Gz로, 3g/sec 이상이면 Gzstart값을 1Gz로, 2g/sec에서 2g/sec 사이에서는 내삽 기법으로 스케줄링하여 Gzstart값을 결정한다. 즉, 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00023
)이 미리 결정된 범위 내의 값일 때(2g/sec에서 3g/sec 사이) 중력가속도(Gz)의 변화율(
Figure pat00024
)에 반비례하는 Gzstart값이 산출된다.
두번째, 조종간 입력(Stick)의 변화율(dStick/dt,
Figure pat00025
)을 이용하여 Gzstart를 산출할 수 있다.
예를 들어, 스케줄러(100)가 조종사의 조종간 입력의 변화율(
Figure pat00026
)을 산출하고, 조종간 입력의 변화율(
Figure pat00027
)이 3g/sec 이하일 경우에는 2g부터 압력을 제공하도록 Gzstart값을 2Gz로, 4g/sec 이상일 경우에는 1g부터 압력을 제공하도록 Start값을 1Gz로, 3g/sec에서 4g/sec 사이일 경우에는 내삽 기법으로 스케줄링하여 Gzstart값을 결정한다. 첫번째 예와 마찬가지로 조종간 입력의 변화율(
Figure pat00028
)이 미리 결정된 범위 내의 값일 때(3g/sec에서 4g/sec 사이) 조종간 입력의 변화율(
Figure pat00029
)에 반비례하는 Gzstart값이 산출된다.
단, 상기 두번째 예에 있어서, 통상적으로 고중력가속도는 항공기 속도(Vd)가 300knots 이상일 경우에 발생하기 때문에 스케줄러(100)는 속도(Vd)가 미리 결정된 값 이상일 때 작동하도록 한다. 즉, 항공기 속도가 300knot 미만이면 스케줄러(100)는 Gzstart 값을 산출하지 않는다.
전술한 2가지의 예를 표 1에 정리하였다.
SOR(Slow Onset Rate) ROR(Rapid Onset Rate)
Design Objective 부드러운 중력가속도 증가에 따른 부드러운 AGS 압력 제공 급격한 중력가속도 증가에 따른 AGS 압력 선행 제공
Case #1
조종간 명령 변화율
(
Figure pat00030
,
Figure pat00031
), 속도(Vd)		 1. 2g 이하, 압력 미제공
2.
Figure pat00032
< 3, 2g부터 압력 제공
3. Vd > 300knots 작동		 1.
Figure pat00033
> 4, 1g부터 압력 제공
2. 3 <
Figure pat00034
< 4, 2->1g 스케줄링
3. Vd > 300knots 작동
Case #2
중력가속도 변화율
(
Figure pat00035
,
Figure pat00036
)		 1. 2g 이하, 압력 미제공
2.
Figure pat00037
< , 2g부터 압력 제공		 1.
Figure pat00038
> 3, 1g부터 압력 제공
2. 2 <
Figure pat00039
< 3, 2->1g 스케줄링
전술한 바와 같이 항공기의 중력가속도(Gz), 조종간 입력(Stick) 및 항공기 속도를 바탕으로 Gzstart값을 산출하는 알고리즘을 제시하였으나, 이외에도 롤각 등의 추가적인 상태 정보가 이용될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치 및 제어방법의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 속도 500knots, 고도 20Kft에서 중력가속도 최적화 알고리즘이 적용된 제어장치의 조종사의 수직가속도 명령에 대한 시뮬레이션 결과를 그래프로 나타내었다. 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 폐루프 제어 구조를 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치가 개루프 제어 구조를 갖는 종래의 기계식 AGV를 이용하는 것보다 빠른 응답 특성으로 AGS(40)에 공기압을 제공하는 것을 볼 수 있다.
또, 도 3 및 하기의 표 2를 참고하면, 급격한 중력가속도(Gz)의 증가(ROR)시에, 선행해서 공기압을 제공하는 방식으로 중력가속도의 변화율(
Figure pat00040
)을 이용하여 공기압의 제공 시점을 채택할 경우(Case #2)에 빠른 과도 응답 특성으로 정상상태에 도달하는 시간을 단축시키는 장점이 있으나, 이미 어느 정도의 중력가속도가 증가한 이후 스케줄링하게 되므로 시간적인 선행 효과는 크지 않은 것으로 판단된다. 반면 조종사의 조종간 입력의 변화율(
Figure pat00041
)을 이용할 경우(Case #1), 중력가속도가 증가하기 전 요구되는 공기압을 선행하여 제공해주도록 AGV(20)를 제어함으로써 기본 제어장치(중력가속도 최적화 알고리즘이 적용되지 않은 폐루프 제어기)보다 0.3초 정도 빠른 응답 특성을 보였다. 그러나 정상상태에 도달하는 시간은 기존 제어장치와 동일하였다.
장점 단점
Case #1
조종간 명령 변화율
(
Figure pat00042
,
Figure pat00043
), 속도(Vd)		 중력가속도가 증가하기 전 0.3초 정도 선행해서 압력 제공하며 과도 응답 특성이 개선됨. 정상상태의 압력을 추종하는 성능은 기본 제어기와 동일함.
Case #2
중력가속도 변화율
(
Figure pat00044
,
Figure pat00045
)		 압력의 제공시점은 기본 제어기와 동일하나 과도 응답으로 정상상태에 도달하는 시간이 단축됨. 과도 응답 특성이 증가하여 기본 제어기가 보유하고 있는 동특성에 영향을 미침.
결론적으로, 상기 2가지 경우(Case #1, Case #2)를 적절히 조합하여 스케줄러(100)의 Gzstart를 산출하며, 보다 빠르게 정상상태에 도달하도록 AGV 제어장치를 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 4를 참고하면 완만한 중력가속도(Gz)의 증가(SOR)시에, AGS(40)에 공기압을 제공하는 시기가 2g 이상으로 부드러운 선회기동에서 빈번한 AGS(40) 압력 변화로 인한 조종사의 불쾌감을 제거한다는 것을 나타낸다.
종래의 제어장치는 AGS(40)가 공기주머니로 구성됨에 따라 공기압을 채우고 빼는 방식으로 되어있기 때문에 발생되는 약 0.5초의 시간지연에 의해 빠른 중력가속도 증가 기동 시 빠른 대처를 하지 못하는 문제가 있었지만, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 AGV 제어장치는 폐루프 제어 구조를 가지며 선행해서 AGS(40)에 공기압 제공하는 중력가속도 최적화 알고리즘을 적용하였으므로 상기한 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 종래의 제어장치보다 초기의 응답 특성이 향상되어 급격한 중력가속도 기동 시에 조종사의 의식 상실을 방지하는 효과가 매우 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 공압탱크 20 : AGV
30 : 공압호스 40 : AGS
100 : 스케줄러
200 : 제 1컨트롤러
300 : 제 2컨트롤러

Claims (12)

  1. 항공기에 가해지는 중력가속도(Gz)에 따라 조종사가 착용하는 항중력가속도 슈트(이하, AGS(Anti-G Suit))의 공기압을 가감하는 AGV(Anti-G Valve)를 제어하는 장치에 있어서,
    항공기에서 제공하는 상태 정보를 입력받아 상기 AGS에 공기압을 제공하기 위한 중력가속도 기준값(Gzstart)을 산출하는 스케줄러; 및
    상기 중력가속도(Gz)가 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)에 도달하면 상기 AGS에 공기압이 제공되도록 하고, 상기 중력가속도(Gz)에 따라 상기 AGS의 공기압이 가감되도록 상기 AGV를 제어하는 제 1컨트롤러;
    를 포함하여 이루어지는 AGV 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 AGS의 공기압 정보를 피드백 받아 진동(oscillation)이 발생되지 않도록 보상 값을 산출하여 상기 AGV를 제어하는 제 2컨트롤러;
    를 더 포함하여 이루어지는 AGV 제어장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상태 정보는,
    상기 중력가속도(Gz), 조종간 입력(Stick), 항공기의 속도 및 롤각 중 어느 하나 이상을 포함하는 정보인 것을 특징으로 하는 AGV 제어장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스케줄러는,
    상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
    Figure pat00046
    )을 산출하며, 산출된 상기 중력가속도(Gz) 변화율(
    Figure pat00047
    )이 미리 결정된 값 이상일 경우에 중력가속도 기준값(Gzstart)을 산출하는 것을 특징으로 하는 AGV 제어장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 스케줄러는,
    상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
    Figure pat00048
    )을 이용하여 중력가속도 기준값(Gzstart)을 산출하되, 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
    Figure pat00049
    )이 미리 결정된 범위 내의 값일 때 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
    Figure pat00050
    )에 반비례하는 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출되는 것을 특징으로 하는 AGV 제어장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 스케줄러는,
    상기 속도가 미리 결정된 값 이상일 때 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)을 산출하며,
    상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
    Figure pat00051
    )을 이용하여 중력가속도 기준값(Gzstart)을 산출하되, 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
    Figure pat00052
    )이 미리 결정된 범위 내의 값일 때 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
    Figure pat00053
    )에 반비례하는 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출되는 것을 특징으로 하는 AGV 제어장치.
  7. 항공기에 가해지는 중력가속도(Gz)에 따라 조종사가 착용하는 항중력가속도 슈트(이하, AGS(Anti-G Suit))의 공기압을 가감하는 AGV(Anti-G Valve)를 제어하는 방법에 있어서,
    a) 스케줄러에서 항공기에서 제공하는 상태 정보를 입력받아 상기 AGS에 공기압이 제공되기 위한 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출되는 단계;
    b) 상기 중력가속도(Gz)가 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)에 도달하면 상기 제 1컨트롤러에 의해 상기 AGS에 공기압이 제공되도록 상기 AGV가 제어되는 단계; 및
    c) 상기 제 1컨트롤러에 의해 상기 중력가속도(Gz)에 따라 상기 AGS의 공기압이 가감되도록 상기 AGV가 제어되는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 AGV 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어방법은,
    d) 제 2컨트롤러에서 상기 AGS의 공기압 정보를 피드백 받아 진동(oscillation)이 발생되지 않도록 하는 보상 값이 산출되어 상기 보상 값이 AGV에 제어에 이용되는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 AGV 제어방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 상태 정보는,
    상기 중력가속도(Gz), 조종간 입력(Stick), 항공기의 속도 및 롤각 중 어느 하나 이상을 포함하는 정보인 것을 특징으로 하는 AGV 제어방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    상기 스케줄러에 의해 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
    Figure pat00054
    )이 산출되며, 상기 중력가속도(Gz) 변화율(
    Figure pat00055
    )이 미리 결정된 값 이상일 경우에 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출되도록 하는 것을 특징으로 하는 AGV 제어방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    a-1) 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
    Figure pat00056
    )이 산출되는 단계; 및
    a-2) 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
    Figure pat00057
    )이 미리 결정된 범위 내의 값일 때 상기 중력가속도(Gz)의 변화율(
    Figure pat00058
    )에 반비례하는 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출되는 단계;
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 AGV 제어방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    a-1′) 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
    Figure pat00059
    )이 산출되는 단계; 및
    a-2′) 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
    Figure pat00060
    )이 미리 결정된 범위 내의 값일 때 상기 조종간 입력(Stick)의 변화율(
    Figure pat00061
    )에 반비례하는 상기 중력가속도 기준값(Gzstart)이 산출되는 단계;
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 AGV 제어방법.
KR1020140120934A 2014-09-12 2014-09-12 중력가속도로 인한 조종사 의식 상실 방지를 위한 agv 제어장치 및 제어방법 KR101641878B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140120934A KR101641878B1 (ko) 2014-09-12 2014-09-12 중력가속도로 인한 조종사 의식 상실 방지를 위한 agv 제어장치 및 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140120934A KR101641878B1 (ko) 2014-09-12 2014-09-12 중력가속도로 인한 조종사 의식 상실 방지를 위한 agv 제어장치 및 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160031213A true KR20160031213A (ko) 2016-03-22
KR101641878B1 KR101641878B1 (ko) 2016-07-29

Family

ID=55644702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140120934A KR101641878B1 (ko) 2014-09-12 2014-09-12 중력가속도로 인한 조종사 의식 상실 방지를 위한 agv 제어장치 및 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101641878B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010086300A (ko) * 2000-01-18 2001-09-10 추후제출 에어맨이 착용한 안티-ｇ 복장의 압력을 조절하는 장치 및방법, 그리고 안티-ｇ 복장의 압력을 조절하기 위한시스템
KR20130026162A (ko) 2011-09-05 2013-03-13 한국항공우주산업 주식회사 중력 가속도로 인한 조종사의 의식 상실 감지 방법
KR20140094787A (ko) * 2013-01-23 2014-07-31 한국항공우주산업 주식회사 항공기의 운항 제어 방법 및 이러한 방법을 수행하는 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010086300A (ko) * 2000-01-18 2001-09-10 추후제출 에어맨이 착용한 안티-ｇ 복장의 압력을 조절하는 장치 및방법, 그리고 안티-ｇ 복장의 압력을 조절하기 위한시스템
KR20130026162A (ko) 2011-09-05 2013-03-13 한국항공우주산업 주식회사 중력 가속도로 인한 조종사의 의식 상실 감지 방법
KR20140094787A (ko) * 2013-01-23 2014-07-31 한국항공우주산업 주식회사 항공기의 운항 제어 방법 및 이러한 방법을 수행하는 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Aerospace and Electronics Conference Proceeding(1988.05., pp.868-873)* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR101641878B1 (ko) 2016-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11767102B2 (en) Aircraft, systems, and methods for trim control in fly-by-wire aircraft systems
EP2142427B1 (en) Attitude and acceleration command velocity hold algorithm for rotorcraft with large center of gravity range
US8016232B2 (en) Aircraft cabin pressure descent detection and control system and method
EP3444187B1 (en) System and method for rotorcraft collective power hold
US4546491A (en) Device for protection against accelerations
EP2506107B1 (en) System for controlling the speed of an aircraft
US20160342159A1 (en) Method and system to control emergency descent of aircraft
BRPI1002884B1 (pt) método e sistema de controle de velocidade de cruzeiro de aeronave
US9481472B2 (en) Energy protection device for an aircraft
US9126685B2 (en) Regulating system for the cabin pressure of an airplane and method for regulating the cabin pressure of an airplane
US2549690A (en) Cabin pressure control
US20160137307A1 (en) Device for controlling a thrust of at least one aircraft engine
KR101641878B1 (ko) 중력가속도로 인한 조종사 의식 상실 방지를 위한 agv 제어장치 및 제어방법
CA2330066C (en) An apparatus for and method of combating the gravity push-pull effect experienced by an airman wearing a flight suit
WO2010127562A3 (zh) 客舱可逃逸飞机
US9849997B2 (en) Method for synchronising the engines of an airplane with dual intermediate state
US20210178196A1 (en) Regulating device, apparatus and method for generating breathing gas
CN205837207U (zh) 一种高可靠性飞行器高空下落缓降系统
CN109144104B (zh) 一种用于飞机复飞的方法和装置
ES237785A1 (es) APARATO PARA AJUSTAR AUTOMáTICAMENTE LA PRESION DE FRENO APLICADA A UNA RUEDA DE ATERRIZAJE DE UN AVION
USRE24900E (en) Cabin pressure control
US5961442A (en) Control device for admitting pressure into anti-g pilot
RU2457156C1 (ru) Способ и система высотной стабилизации катапультного кресла
US20200262381A1 (en) Systems and methods for controlling airbags
Ping et al. Failure analysis of aircraft cabin pressure control system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190621

Year of fee payment: 4