KR20160126225A

KR20160126225A - 비행제어를 위한 전기작동기 구동 시스템

Info

Publication number: KR20160126225A
Application number: KR1020150057046A
Authority: KR
Inventors: 김재만; 송재우
Original assignee: 한국항공우주산업 주식회사
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-11-02
Also published as: KR101704406B1

Abstract

비행제어를 위한 전기작동기 구동 시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 전기작동기 구동 시스템은 입력되는 조종입력신호에 따라 내부에 탑재된 비행제어소프트웨어를 구동하여 각 전기작동기 구동장치(Electro-Mechanical Actuator : EMA)들에 대한 구동 명령을 ARINC429 신호로 제공하는 복수 개의 비행조정컴퓨터(Flight Control Computer : FLCC)들과, 상기 FLCC들로부터 제공되는 상기 각 EMA들에 대한 구동 명령에 따라 상기 각 EMA들의 동작시키는 구동 제어신호들을 생성하여 상기 각 EMA들로 제공하고, 상기 각 EMA들로부터 전송되는 홀(Hall) 신호 및 RVDT(Rotary Variable Differential Transformers) 신호를 입력받아 상기 FLCC들로 상기 각 EMA들에 대한 상태정보를 ARINC429 신호로 제공하는 EMA 제어기를 포함한다.

Description

비행제어를 위한 전기작동기 구동 시스템{ELECTRO - MECHANICAL ACTUATOR SYSTEM FOR FLIGHT CONTROL}

본 발명은 비행제어를 위한 전기작동기 구동 시스템에 관한 것으로, 비행조정컴퓨터(Flight Control Computer : FLCC)로부터 비행 구동 명령을 입력받아 전기 작동기 구동장치(Electro-Mechanical Actuator : EMA)를 구동시키는 비행제어를 위한 전기작동기 구동 시스템에 관한 것이다.

비행제어시스템은 항공기 및 조종사 안전의 영향을 줄 수 있는 안전 중시 시스템이다. 이러한 헬리콥터의 핵심 시스템인 비행조종컴퓨터(Flight Control Computer : FLCC)는 다양한 센서 신호 및 대기 자료를 획득하여 안전한 비행을 위한 항공기 운용을 수행한다.

도 1을 참고하여 종래 FBW(Fly-By-Wire) 비행제어시스템을 살펴보면, 조종 입력을 아날로그 신호와 디스크리트 신호를 통해 입, 출력시키는 데이터 입출력모듈(10)과, 상기 데이터입출력모듈(10)을 통해 입력되는 조종입력신호에 따라 내부에 탑재된 비행제어소프트웨어를 구동하여 EMA들(Pitch EMA, Yaw EMA, Roll EMA, Collective EMA)의 동작을 제어하는 구동 제어신호를 출력시킴과 더불어 그 응답신호 및 상기 EMA들로부터 그들의 상태정보들을 수신받아 처리하는 FLCC(20)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 형태의 FBW 비행제어시스템의 동작은 조종자가 조종기를 통해 조종 데이터를 입력할 경우 이 조종데이터가 FBW 비행제어시스템의 데이터입출력모듈(10)에 의해 아날로그 신호와 디스크리트(discrete) 신호로 처리되어 FLCC(20)로 입력된다.

상기 FLCC(20)는 상기 데이터입출력모듈(10)을 통해 입력되는 조종입력신호에 따라 내부에 탑재된 비행제어소프트웨어를 구동하여 EMA들(Pitch EMA, Yaw EMA, Roll EMA, Collective EMA)(30)의 동작을 제어하기 위한 구동 제어신호를 출력시키고, 상기 EMA들(30)이 상기 입력받은 구동 제어신호에 따라 동작한 후 전송하는 응답신호들 및 상태정보들을 수신받는다. 그리고, 상기 FLCC(20)는 상기 수신한 상기 EMA들(30)의 응답신호 및 상태정보들을 처리한 후 상기 데이터입출력모듈(10)을 통해 조종자에게 알려주어 적절한 비행제어명령을 받을 수 있도록 한다.

따라서, 종래의 상기 FLCC(20)는 상기 EMA들(30)과 직접적으로 연결되어 있으면서 상기 데이터입출력모듈(10)을 통해 입력된 조종입력신호에 따라 각 EMA들(30)의 동작을 제어하기 위한 구동 제어신호를 아날로그 신호로 발생시켜 출력해 준다. 그러므로, 상기 FLCC(20)는 상기 각 EMA들(30)과의 매우 복잡한 인터페이스를 가지고 있을 뿐만 아니라 ARINC429 신호 통신과 아날로그 신호 통신의 모든 연동이 불가피하게 적용되고 있다.

그러므로, 상기 FLCC(20)가 각 EMA들(30)과 단순한 인터페이스를 가지면서 상기 각 EMA들(30)을 고속으로 작동시킬 수 있는 전기작동기 구동 시스템의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

한국특허등록공보 제1418488호 (공고일 : 2014.07.14)

본 발명은 FLCC에서 ARINC429 통신 신호만을 통하여 각 EMA들을 구동시킬 수 있는 비행제어를 위한 전기작동기 구동 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 비행제어를 위한 전기작동기 구동 시스템은 입력되는 조종입력신호에 따라 내부에 탑재된 비행제어소프트웨어를 구동하여 각 전기작동기 구동장치(Electro-Mechanical Actuator : EMA)들에 대한 구동 명령을 ARINC429 신호로 제공하는 복수 개의 비행조정컴퓨터(Flight Control Computer : FLCC)들; 및 상기 FLCC들로부터 제공되는 상기 각 EMA들에 대한 구동 명령에 따라 상기 각 EMA들의 동작시키는 구동 제어신호들을 생성하여 상기 각 EMA들로 제공하고, 상기 각 EMA들로부터 전송되는 홀(Hall) 신호 및 RVDT(Rotary Variable Differential Transformers) 신호를 입력받아 상기 FLCC들로 상기 각 EMA들에 대한 상태정보를 ARINC429 신호로 제공하는 EMA 제어기를 포함한다.

여기서, 상기 EMA 제어기는, ARINC429 통신부, 디지털 신호 처리부, 및 EMA 구동부를 포함하며, 상기 ARINC429 통신부는, 상기 FLCC들과 상기 디지털 신호 처리부 간의 ARINC429 신호 통신을 수행하고, 상기 디지털 신호 처리부는, 상기 ARINC429 통신부를 통해 상기 FLCC들에서 전송하는 상기 각 EMA들에 대한 구동 명령을 입력받으며 그 입력된 상기 EMA들에 대한 구동 명령에 따라 상기 EMA 구동부가 상기 각 EMA들을 동작시키는 구동 제어신호를 출력하도록 제어하는 한편 상기 EMA 구동부를 통해 입력되는 상기 각 EMA들에 대한 상태정보를 상기 ARINC429 통신부를 통해 상기 FLCC들로 제공하고, 상기 EMA 구동부는 상기 디지털 신호 처리부의 제어에 따라 상기 각 EMA들의 구동 명령에 대응하는 상기 각 EMA들에 대한 구동 제어신호를 발생시켜 출력하고 상기 각 EMA들로부터 전송되는 상기 홀 신호 및 RVDT 신호를 입력받아 상기 각 EMA들에 대한 상태정보를 상기 디지털 신호 처리부에 제공할 수 있다.

또한, 상기 EMA 제어기는, 상기 EMA 제어기 자체의 동작 점검 및 디버깅을 위하여 상기 디지털 신호 처리부와 외부 TEST 장치 간의 RS422 신호 통신을 수행하는 RS422통신부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 FLCC에서 ARINC429 통신 신호만을 통하여 각 EMA들을 구동시킬 수 있는 전기작동기 구동 시스템을 제공하여, 상기 FLCC의 통신 인터페이스를 단순화 및 경량화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 제안하는 전기작동기 구동 시스템은 항공기뿐만 아니라 장치 내 구동제어컴퓨터의 제어에 따라 EMA를 구동시키는 자동차, 또는 선박용으로도 통신 환경만 달라질 뿐 서브 시스템으로써 응용되어 사용 가능할 것이다.

도 1은 종래 FBW 비행제어시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기작동기 구동 시스템의 모습을 도시한 블럭도이다.
도 3은 도 2에 도시된 EMA 제어기의 세부 구성을 도시한 블럭도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기작동기 구동 시스템의 모습을 도시한 블럭도이고, 도 3은 도 2에 도시된 EMA 제어기의 세부 구성을 도시한 블럭도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기작동기 구동 시스템의 구성을 상세히 살펴보도록 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전기작동기 구동 시스템은 비행조정컴퓨터(Flight Control Computer : FLCC)들(200-1,200-2)과의 ARINC429 통신을 통해 비행조정명령을 입력받고 전기작동기 구동장치(Electro-Mechanical Actuator : EMA)들(220)을 구동시키는 시스템이다.

FLCC는 safety system으로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 복수로 구현되어 있는 것이 일반적이다.

그리고, 여기서, 상기 EMA들(220)은 메인 로터와 테일 로터에 연결되어 헬기 FBW(Fly-By- Wire)비행 제어가 가능토록 해 주는 장치들로, 상기 EMA들(220)은 FBW 시스템의 정밀한 제어 능력을 확보하기 위해 전기기계식 작동 및 제어 방식을 채택하고 있으며, 정격출력이 50N인 선형 작동식 작동기이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기작동기 구동 시스템은 EMA 제어기(210)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 EMA 제어기(210)는 복수 개의 FLCC들(200-1,200-2)로부터 ARINC 429 통신을 통해 EMA 4조(Pitch EMA, Yaw EMA, Roll EMA, Collective EMA)(220) 각각에 대한 구동 명령 및 EMA Engagement 신호(EN)를 입력받고, 그 입력받은 각 구동 명령에 따라 상기 각 EMA들(220)의 동작을 제어하는 구동 제어신호를 발생시켜 출력한다. 그리고, 상기 EMA 제어기(210)는 FLCC들(200-1,200-2)로부터 입력된 각 EMA 구동 명령에 따른 동작에 있어서 Fault 상황이 발생하였는지 여부를 식별하여 Fault 상황이 발생한 경우, Fail 신호(EMAS FAIL)를 FLCC들(200-1,200-2) 및 디스플레이 패널(미도시)로 전송할 수 있다.

상기 EMA 제어기(210)는 전원공급장치(240) 28VDC를 통해 상기 EMA용 전원공급과 별도로 전원을 입력받으며, MIL-STD-704F에서 규정한 전원 요구조건을 만족한다.

그리고, 참고적으로, 도 2에 도시되지는 않았으나, 상기 EMA 제어기(210)는 Pitch trim Actuator(미도시) 및 Roll trim Actuator(미도시)로부터 오버라이드(override) 신호를 디스크리트 신호로 입력받아서 상기 EMA들(220)의 구동을 해제하는 기능을 수행할 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여, 상기 EMA 제어기(210)의 세부 구성을 좀 더 살펴보면,상기 EMA 제어기(210)는 ARINC429 통신부(211), RS422통신부(212), 디지털 신호 처리부(213), EMA 구동부(214), 및 DC/DC 컨버터(215)를 포함하여 구성될 수 있다.

ARINC429 통신부(211)는 복수 개의 FLCC들(200-1,200-2)과의 통신을 담당하는 구성요소로, 상기 FLCC들(200-1,200-2)과 상기 EMA 제어기(210) 내에 디지털 신호 처리부(213) 간의 ARINC429 신호 통신을 담당한다. 그에 따라, 상기 디지털 신호 처리부(213)는 상기 ARINC429 통신부(211)를 통해 상기 FLCC들(200-1,200-2)에서 전송하는 ARINC429 신호 형태인 각 EMA들(220)에 대한 구동 명령들을 입력받는 한편, 상기 EMA 구동부(214)를 통해 입력되는 상기 EMA들(220)의 상태정보(각 EMA들의 작동에 따른 위치값, 속도값 등을 포함)를 상기 ARINC429 통신부(211)를 통해 ARINC429 신호 형태로 상기 FLCC들(200-1,200-2)로 전송할 수 있다.

그리고, 상기 FLCC들(200-1,200-2)은 상기 EMA 제어기(210)와의 ARINC429 신호 통신을 통해 상기 EMA들(220)의 상태정보를 피드백 받으며, 이를 처리하여 조종자에게 알려줌으로써, 적절한 조종입력신호를 전달받게 된다.

RS422 통신부(212)는 상기 EMA 제어기(210) 자체의 동작 점검 및 디버깅을 위하여 상기 디지털 신호 처리부(213)와 외부 TEST 장치(230) 간의 RS422 신호 통신을 담당하는 구성요소이다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 EMA 제어기(210)는 자체 점검을 위하여 상기 RS422 통신부(212)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

디지털 신호 처리부(213)는 앞서 살펴 본 바와 같이, 상기 ARINC429 통신부(211)를 통해 상기 FLCC들(200-1,200-2)로부터 전송되는 ARINC429 신호 형태의 각 EMA들(220)에 대한 구동 명령을 입력받는다. 그리고, 상기 디지털 신호 처리부(213)는 상기 입력받은 각 EMA들(220)에 대한 구동 명령을 신호 처리하여 EMA 구동부(214)를 통해 상기 각 EMA들(220)로 모터 구동을 위한 구동 제어신호들이 출력되도록 제어한다.

그리고, 상기 디지털 신호 처리부(213)는 상기 EMA 구동부(214)를 통해 입력되는 상기 EMA들(220)의 상태정보(각 EMA들의 작동에 따른 위치값, 속도값 등을 포함)를 상기 ARINC429 통신부(211)를 통해 ARINC429 신호 형태로 상기 FLCC들(200-1,200-2)로 전송되도록 동작한다. 또한, 상기 디지털 신호 처리부(213)는 앞서 살펴본 바와 같이 상기 RS422통신부(212)를 통해 외부 TEST 장치(230)와 신호 통신을 수행하여 EMA 제어기(210) 자체 동작 점검 및 디버깅이 수행되게 할 수 있다.

EMA 구동부(214)는 내부에 BLDC 모터를 구동시킬 수 있는 모터 드라이버 모듈(미도시)을 포함하며, 상기 디지털 신호 처리부(213)의 제어에 따라 상기 각 EMA들(220) 내에 포함된 BLDC 모터를 동작시키는 3상 모터 구동 제어신호를 발생시켜 출력한다.

그리고, 상기 EMA 구동부(214)는 상기 각 EMA들(220)로 상기 3상 모터 구동 제어신호들을 각각 출력시켜 구동시킨 후, 그 구동된 각 EMA들(220)로부터 전송되는 홀(Hall) 신호 및 RVDT(Rotary Variable Differential Transformers) 신호를 전송받는다. 이때에, 상기 EMA 구동부(214)는 상기 각 EMA들(220)로부터 전송받은 상기 홀 신호 및 RVDT 신호를 입력받아 상기 각 EMA들(220)의 상태정보를 상기 디지털 신호 처리부(213)로 제공해 줌으로써, 상기 디지털 신호 처리부(213)가 상기 각 EMA들(220)의 상태정보를 FLCC들(200-1,200-2)로 제공할 수 있도록 해준다.

또한, 상기 EMA 구동부(214)는 상기 모터 드라이버 모듈에서 출력되는 모터 구동 전류를 센싱하고 이를 상기 디지털 신호 처리부(213)로 제공하도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 상기 EMA 구동부(214)는 Close Loop Control 및 과전류에 대하여 감시 동작이 이루어질 수 있도록 해 주어, 상기 EMA 구동부(214)의 정밀한 제어 및 안정성을 도모할 수 있다.

한편, 상기 EMA 구동부(214)는 상기 디지털 신호 처리부(213)의 제어에 따라 상기 각 EMA들(220)의 구동을 중지시키는 브레이크(Brake) 신호를 제공할 수 있으며, 상기 각 EMA들(220)에게 전원을 공급하는 동작을 수행할 수 있다.

DC/DC 컨버터(215)는 전원공급장치(240)로부터 공급되는 전원과 절연 분리를 위하여 절연형으로 DC-DC 컨버팅 동작을 수행하는 구성요소로, 상기 디지털 신호 처리부(213)에 필요로 하는 크기의 DC 전원을 제공한다. 그리고, 도 3에 도시되어 있지는 않으나 상기 DC/DC 컨버터(215) 전단에는 향후 EMI 성능 개선점을 위한 EMI 필터를 적용할 수 있다.

위와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기작동기 구동 시스템은 복수 개의 FLCC들(200-1,200-2)과 상기 EMA 제어기(210) 간에 ARINC429 통신 신호 인터페이스만을 가지도록 구성되고, 상기 EMA 제어기(210)가 상기 FLCC들(200-1,200-2)로부터 제공받은 ARINC429 신호인 상기 각 EMA들(220)에 대한 구동 명령에 따라 상기 각 EMA들(220)로 아날로그 신호인 구동 제어신호들을 발생시켜 출력하도록 구성된다.

그에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기작동기 구동 시스템은 기존에 FLCC들(200-1,200-2)이 상기 각 EMA들(220)과 직접 연결되어 상기 각 EMA들(220)로 상기 구동 제어신호들을 제공하였던 것과는 달리, 상기 FLCC들(200-1,200-2)의 인터페이스를 ARINC429 신호 통신만을 수행하는 인터페이스로 보다 단순하고 경량화시킬 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기작동기 구동 시스템은 상기 EMA 제어기(210)라는 별도의 구성을 통하여 상기 EMA들(220)과의 아날로그 신호 통신이 수행되도록 구성되어, 상기 FLCC들(200-1,200-2)의 구동 명령에 따라 보다 정확하고 정밀하게 상기 EMA들(220)에 대한 구동 제어가 가능하도록 해 준다.

본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

200-1,200-2 : FLCC 210 : EMA 제어기
211 : ARINC429 통신부 212 : RS422 통신부
213 : 디지털 신호 처리부 214 : EMA 구동부
215 : DC/DC 컨버터 220 : EMA들
230 : TEST 장치 240 : 전원공급장치

Claims

입력되는 조종입력신호에 따라 내부에 탑재된 비행제어소프트웨어를 구동하여 각 전기작동기 구동장치(Electro-Mechanical Actuator : EMA)들에 대한 구동 명령을 ARINC429 신호로 제공하는 복수 개의 비행조정컴퓨터(Flight Control Computer : FLCC)들; 및
상기 FLCC들로부터 제공되는 상기 각 EMA들에 대한 구동 명령에 따라 상기 각 EMA들의 동작시키는 구동 제어신호들을 생성하여 상기 각 EMA들로 제공하고, 상기 각 EMA들로부터 전송되는 홀(Hall) 신호 및 RVDT(Rotary Variable Differential Transformers) 신호를 입력받아 상기 FLCC들로 상기 각 EMA들에 대한 상태정보를 ARINC429 신호로 제공하는 EMA 제어기를 포함하는 비행제어를 위한 전기작동기 구동 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 EMA 제어기는,
ARINC429 통신부, 디지털 신호 처리부, 및 EMA 구동부를 포함하며,
상기 ARINC429 통신부는, 상기 FLCC들과 상기 디지털 신호 처리부 간의 ARINC429 신호 통신을 수행하고,
상기 디지털 신호 처리부는, 상기 ARINC429 통신부를 통해 상기 FLCC들에서 전송하는 상기 각 EMA들에 대한 구동 명령을 입력받으며, 그 입력된 상기 EMA들에 대한 구동 명령에 따라 상기 EMA 구동부가 상기 각 EMA들을 동작시키는 구동 제어신호를 출력하도록 제어하는 한편, 상기 EMA 구동부를 통해 입력되는 상기 각 EMA들에 대한 상태정보를 상기 ARINC429 통신부를 통해 상기 FLCC들로 제공하고,
상기 EMA 구동부는 상기 디지털 신호 처리부의 제어에 따라 상기 각 EMA들의 구동 명령에 대응하는 상기 각 EMA들에 대한 구동 제어신호를 발생시켜 출력하고 상기 각 EMA들로부터 전송되는 상기 홀 신호 및 RVDT 신호를 입력받아 상기 각 EMA들에 대한 상태정보를 상기 디지털 신호 처리부에 제공하는, 비행제어를 위한 전기작동기 구동 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 EMA 제어기는,
상기 EMA 제어기 자체의 동작 점검 및 디버깅을 위하여 상기 디지털 신호 처리부와 외부 TEST 장치 간의 RS422 신호 통신을 수행하는 RS422통신부를 더 포함하는, 비행제어를 위한 전기작동기 구동 시스템.