KR20190072747A

KR20190072747A - 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템

Info

Publication number: KR20190072747A
Application number: KR1020170173778A
Authority: KR
Inventors: 권순열
Original assignee: (주)아레스
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-06-26
Also published as: KR102032831B1

Abstract

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 본 발명은 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템은 항공기에 탑승한 조종사들이 상공에서 비상탈출을 시도하는 과정을 모의로 체험하고 훈련할 수 있게 하고, 훈련생이 비상 사출(射出)부에 의한 비상탈출부터 낙하산에 의한 자유낙하까지 항공기 비상탈출의 전 과정을 한 번에 체험하고, 상공에서 자유낙하에 의한 낙하산의 비행 동역학 특성이 반영된 모델링과 시뮬레이터 기술이 적용되고 3차원 영상 렌더링에 의한 가상현실 구현과 정밀한 센서 제어에 의해, 훈련생에게 최대한 실제와 유사한 상황을 체험하게 하고, 항공기의 비상탈출 시에 발생 가능한 다양한 상황에 대한 훈련 시나리오 설정이 가능하고, 실시한 훈련에 대한 평가를 위한 다양한 기능을 제공하는 낙하산 시뮬레이터 시스템에 관한 발명이다.

Description

낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템{Simulator system for emergency escape training of pilot by using parachute}

본 발명은 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게 본 발명은 항공기에 탑승한 조종사들이 상공에서 비상탈출을 시도하는 과정을 모의로 체험하고 훈련할 수 있게 하는 비상탈출 시뮬레이터 시스템이다.

또한, 본 발명은 훈련생이 사출좌석부에 의한 비상탈출부터 낙하산에 의한 자유낙하까지 항공기 비상탈출의 전 과정을 한 번에 체험하게 하는 비상탈출 시뮬레이터 시스템이다.

또한, 본 발명은 상공에서 자유낙하에 의한 낙하산의 비행 동역학 특성이 반영된 모델링과 시뮬레이션 기술이 적용되고 3차원 영상 렌더링에 의한 가상현실 구현과 정밀한 센서 제어에 의해, 훈련생에게 최대한 실제와 유사한 상황을 체험하게 하는 낙하산을 이용한 비상탈출 시뮬레이터 시스템이다.

또한, 본 발명은 항공기의 비상탈출 시에 발생 가능한 다양한 상황에 대한 훈련 시나리오 설정이 가능하고, 실시한 훈련에 대한 평가를 위한 다양한 기능을 제공하는 낙하산 시뮬레이터 시스템이다.

현재 조종사 양성에 많은 시간이 소요되며, 사고로 조종사를 잃게 되면 단순한 인명적 손실뿐만 아니라 국가적으로도 큰 손실이다.

국내에서 조종사 양성은 공군과 민간 항공사에서만 제한적으로 이루어지고 있는 실정이며, 그 중에서도 공군에서 실시하는 조종사 훈련이 질적인 면과 양적인 면에서 가장 체계적이다.

이때, 조종사 양성 훈련에서 항공기를 운전하는 조종술을 습득하는 것 못지않게 중요한 것이 비상탈출에 관한 것이다.

현재 공군에서 운용하고 있는 비상탈출 훈련시스템은 해외에서 도입한 사출좌석(Ejection Seat)을 이용한 사출 체험과 낙하산 조종술 훈련으로 기능이 제한되어 있는 낙하산 조종훈련으로 양분된다.

그러나 상기 낙하산 조종훈련에 이용되는 시뮬레이터는 조종사 임무수행 중에 항공기 비상상황 발생에 대비하여 비상탈출, 낙하산 강하, 착륙단계까지의 절차훈련을 실제 사출이 아닌 3차원 가상현실 기반의 모의훈련 시스템이다.

또한, 자유낙하에 의한 낙하산 조종 시뮬레이터는 국내에 존재하지만 자유낙하 및 낙하산 비행 동특성 모델링의 충실도가 미흡한 수준이라 훈련 효과가 떨어지고, 가상현실 환경을 이용한 비상탈출 훈련을 위한 시뮬레이터 시스템은 국내에 존재하지 않는다.

따라서 실제 항공기의 비상상황이 아니면 경험할 수 없는 비상탈출 훈련을 조종사 양성기간에 실시함으로서, 조종사의 낙하산 조종술 향상에 의한 생존성 강화를 목적으로 여러 가지 기술들이 개발되게 되었다. 다음은 이와 관련한 종래의 선행기술들이다.

1. 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0066934호 낙하 훈련 시뮬레이터 및 그의 동작 방법 상기 선행기술문헌 1의 발명은 실제와 동일하게 지상에서 낙하산 강하 훈련을 할 수 있는 낙하 훈련 시뮬레이터 및 그의 동작 방법에 관한 것이다. 하지만, 상기 선행기술문헌 1의 발명은 낙하산 탈출에 의한 낙하산 조종 훈련은 가능한데 비해 항공기 조종석에서 사출하는 기능이 없어 조종사의 비상탈출 훈련으로 사용하기에는 기능이 제한되는 단점이 있다. 2. 대한민국 등록특허공보 제10-156408호 낙하산 조종 모의 훈련장치 상기 선행기술문헌 2의 발명은 낙하산의 조정 모의 훈련시 운전자가 비행과정에서 발생될 수 있는 외부환경과 가장 유사한 형태의 환경을 제공하고 이에 따른 적절하고 정교한 낙하산 조종을 훈련할 수 있는 훈련장치에 관한 것이다. 하지만, 상기 선행기술문헌 2의 발명도 낙하산 탈출에 의한 낙하산 조종 훈련은 가능한데 비해 항공기 조종석에서 사출하는 기능이 없어 조종사의 비상탈출 훈련으로 사용하기에는 기능이 제한되는 단점이 있다. 3. 대한민국 등록특허공보 제10-1483105호 낙하산강하 훈련모드기능이 구비된 비행시뮬레이터장치 및 그 제어방법 상기 선행기술문헌 3의 발명은 훈련효과를 극대화시키는 낙하산강하 훈련모드기능이 구비된 비행시뮬레이터장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 하지만, 상기 선행기술문헌 3의 발명은 디스플레이가 제공하는 영상화면에 의존하여 훈련을 진행하기 때문에 훈련생이 얻게 되는 실제적인 체험효과가 적다는 단점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 항공기에 탑승한 조종사들이 상공에서 비상탈출을 시도하는 과정을 모의로 체험하고 훈련할 수 있게 하는 낙하산 시뮬레이터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 훈련생이 사출좌석부에 의한 비상탈출부터 낙하산에 의한 자유낙하까지 항공기 비상탈출의 전 과정을 한 번에 체험하게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상공에서 자유낙하에 의한 낙하산의 비행 동역학 특성이 반영된 모델링과 시뮬레이터 기술이 적용되고 3차원 영상 렌더링에 의한 가상현실 구현과 정밀한 센서 제어에 의해, 훈련생에게 최대한 실제와 유사한 상황을 체험하게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 항공기의 비상탈출 시에 발생 가능한 다양한 상황에 대한 훈련 시나리오 설정이 가능하게 하고, 실시한 훈련에 대한 평가를 위한 다양한 기능을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템은,

교육훈련생에게 훈련 공간을 제공하고, 기타 장치들을 지탱해주는 구조물인 프레임부(100)와;

교육훈련생에게 비상탈출 상황을 제공하기 위한 비상 사출(射出)부(200)와;

교육훈련생에게 낙하 상황에 따른 영상화면을 제공하기 위해 훈련생이 착용하는 HMD(300)와;

교육훈련생이 착용하는 낙하산 하네스(400)와;

교육훈련생에게 낙하산 강하 상황을 느끼도록 하기 위해 구동제어 시스템에 의해 움직임이 제어되는 모션 제어줄(500)과;

비상탈출 후 낙하산 조종 신호를 구동제어 시스템(800)에 제공하기 위한 낙하산 조종줄(600)과;

낙하산 강하 훈련생의 자세 추출을 위한 모션 센서부(700)와;

교육훈련생의 비상탈출 효과를 제공하기 위해 상기 비상 사출(射出)부(200)를 슬라이딩 제어하고, 교육훈련생에게 낙하산 강하 상황을 느끼도록 하기 위해 모의엔진/영상발생기 컴퓨터(900)로부터 제공된 제어신호에 따라 모션 제어줄(500)과 낙하산 조종줄(600)의 움직임을 제어하는 구동제어 시스템(800)과;

자유낙하 및 낙하산 동특성 등의 모델링 및 시뮬레이션 기능과 3차원 영상을 생성하는 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900);

훈련 전 다양한 훈련 시나리오 생성 및 편집 기능과 훈련 중 훈련상황 설정에 의한 시뮬레이터 제어기능과 훈련 후 훈련결과 디브리핑(데이터 저장/재생에 의한 평가) 기능을 수행하는 교관통제 컴퓨터를 포함하는 교관통제부(1000);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템은 항공기에 탑승한 조종사들이 상공에서 비상탈출을 시도하는 과정을 모의로 체험하고 훈련할 수 있게 하여, 조종사가 항공기에서 비상탈출을 시도할 때 성공률을 높여 조종사의 인명손실을 감축한다.

또한, 본 발명은 훈련생이 사출좌석부에 의한 비상탈출부터 낙하산에 의한 자유낙하까지 항공기 비상탈출의 전 과정을 한 번에 체험하게 하므로, 낙하산 훈련에만 제한되는 종래 기술에 비해 항공기 조종사의 비상탈출 훈련에 더욱 적합하다.

또한, 본 발명은 상공에서 자유낙하에 의한 낙하산의 비행 동역학 특성이 반영된 모델링과 시뮬레이터 기술이 적용되고 3차원 영상 렌더링에 의한 가상현실 구현과 정밀한 센서 제어에 의해, 훈련생에게 최대한 실제와 유사한 상황을 체험하게 하므로 훈련 효과를 높여 조종사의 생존율을 높여 인명손실을 감축한다.

또한, 본 발명은 항공기의 비상탈출 시에 발생 가능한 다양한 상황에 대한 훈련 시나리오 설정이 가능하고, 실시한 훈련에 대한 평가를 위한 다양한 기능을 제공하기 때문에 훈련생에게 높은 훈련 효과를 제공할 뿐만 아니라 개인별 맞춤 훈련도 가능해진다.

도 1은 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 구성 예시도이다.
도 2는 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 비상사출부 예시도이다.
도 4는 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 비상사출부 작동 순서도이다.
도5는 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 사출조종석 작동 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 3차원 조종석 탑승화면 예시도이다.
도 7은 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 3차원 지형 DB 렌더링 화면 예시도이다.
도 8은 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 구동제어 시스템의 구성 블록도이다.
도 9는 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 구동제어 시스템의 제어 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 반력 생성부 사시도이다.
도 11은 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 반력 생성부 측면도 및 부품도이다.
도 12는 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 모의엔진/영상발생 컴퓨터 구성 블록도이다.
도 13은 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 낙하산 동력학 좌표 시스템을 나타낸 그림이다.
도 14는 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 낙하산 특성 데이터를 나타낸 그림이다.
도 15는 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템의 송풍장치의 제어용 인버터를 나타낸 그림이다.

상기와 같은 본 발명의 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 15를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템은 항공기에 탑승한 조종사들이 상공에서 비상탈출을 시도하는 과정을 모의로 체험하고 훈련할 수 있게 하여, 조종사가 항공기에서 비상탈출을 시도할 때 성공률을 높여 조종사의 인명손실을 감축시킬 수 있는 효과를 제공하는 발명이다.

따라서 본 발명은 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 본 발명의 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템(이하 '시스템')은 프레임부(100), 비상 사출(射出)부(200), HMD(300), 낙하산 하네스(400), 모션 제어줄(500), 낙하산 조종줄(600), 모션 센서부(700), 구동제어 시스템(800), 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900), 교관통제부(1000)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 시스템(10)은 종래 기술의 제한적인 항공기 비상탈출 훈련 시스템을 개선하기 위해 개발되었으며, 본 발명의 상기 구성들은 유기적으로 결합 및 시뮬레이터의 요소 기술들을 융합하고 응용하여 항공기 조종사의 비상탈출 훈련 효과를 극대화하기 위해 각각 기능하며, 다음과 같은 핵심 기술들이 적용되었다.

1) 현실감 있는 3차원 영상 정보를 제공하는 가상현실(Virtual Reality) 기술

2) 낙하산의 자유낙하 및 낙하산의 동역학 특성 모델링, 시뮬레이션 기술

3) HMD에 자이로 센서(Gyro sensor)를 접목하고, 훈련생의 낙하산 조종술 및 훈련생의 강하 자세를 측정하는 모션 센서 기술

4) 조종사의 조종석 비상탈출부터 낙하산을 조종하여 탈출하는 과정까지 구현하는 구동제어 기술

5) 훈련 시나리오 설정 및 훈련 결과 분석 및 평가 기술

도 1을 참조하면, 상기 프레임부(100)는 교육훈련생에게 훈련 공간을 제공하고, 기타 장치들을 지탱해주는 구조물로서 복수의 지지프레임(110), 상부프레임(120), 하부프레임(130)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 복수의 지지프레임(110)들의 일측은 상부프레임(120)에 연결되어 상부프레임(120)을 지지하고, 타측은 하부프레임(130)에 연결된다.

상기 복수의 지지프레임(110)들은 지지봉 기능을 하는 것으로 적어도 4개 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 상부프레임(120)은 복수의 지지프레임(110)에 연결되고 일측에 구동제어 시스템(800)이 형성된다.

상기 하부프레임(130)은 복수의 지지프레임(110)에 연결되고 사출 슬라이딩부(220)가 슬라이딩 이동할 수 있는 사출 안내홈(131)이 형성된다.

상기와 같이 복수의 지지프레임(110), 상부프레임(120), 하부프레임(130)을 포함하여 구성된 상기 프레임부(100)는 교육훈련생에게 훈련 공간을 제공하고, 기타 장치들을 지탱해주는 구조물로서 기능하게 된다.

상기 복수의 지지프레임(110), 상부프레임(120), 하부프레임(130)은 훈련생과 기타 장치들의 하중을 지지하면서 훈련 중 발생되는 진동과 충격에 충분히 견딜 수 있는 기계적 성질이 우수한 금속재질을 적용하는 것이 바람직하다.

도 3, 4를 참조하면, 상기 비상 사출(射出)부(200)는 항공기 조종사가 실제 상황에서 비상탈출을 시도할 때 가장 먼저 수행하는 좌석 사출 작동을 본 발명의 낙하산 시뮬레이터 시스템에서 구현하기 위한 구성으로, 사출 조종석(210)과 사출 슬라이딩부(220)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 사출 조종석(210)은 항공기 조종석과 같은 모양으로 형성되어 훈련생이 착석하는 공간을 제공하고, 사출 슬라이딩부(220)상에서 승,하강 하여 착석한 훈련생을 일정 높이로 상승시키는 사출 사전 동작을 수행하는 구성으로 도 3에 도시된 바와 같이 비상탈출 스위치(211)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 사출 슬라이딩부(220)는 상기 사출 조종석(210)의 승,하강을 안내하는 승,하강 안내홈(221)이 도 1에 도시된 바와 같이 형성되고, 훈련생의 비상탈출 선택 시(예: 비상탈출 스위치(211) 누름) 하부프레임(130)에 형성된 사출 안내홈(131) 상에서 후진 슬라이딩 이동하여 훈련생에게 비상탈출 효과를 제공한다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 사출 조종석(210)은 도 4의 좌측 그림에 도시된 바와 같이 사출 사전 동작을 통해 훈련생을 일정 높이 상승시킨다. 즉, 사출 조종석(210)은 사출 슬라이딩부(220)에 형성된 승,하강 안내홈(221)을 따라 승강 이동함으로 훈련생을 일정 높이 상승시킨다. 이후, 훈련생이 비상탈출을 선택하면(비상탈출 스위치(211)를 누르면) 도 4의 우측 그림에 도시된 바와 같이 사출 슬라이딩부(220)는 하부프레임(130)에 형성된 사출 안내홈(131) 상에서 후진 슬라이딩 이동하여 일정 높이로 상승한 훈련생을 사출 조종석(210)으로부터 이탈시켜 훈련생에게 비상탈출 효과를 제공하는 것이다.

이때, 상기 사출 슬라이딩부(220)를 하부프레임(130)에 형성된 사출 안내홈(131) 상에서 후진 슬라이딩 이동시키는 구동력은 후술 할 구동제어 시스템(800)의 사출 구동부(840)가 제공하게 된다.

도 1을 참조하면, 상기 HMD(300)는 시각적 효과를 통해 실제 상황과 유사한 상황을 훈련생이 느끼도록 하기 위해 훈련생이 착용하는 일종의 훈련용 고글(Head mounted Display)이다.

여기서, 상기 HMD(300)를 통해 훈련생이 제공받는 영상 정보는 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900)에서 생성하며, 상기 영상 정보는 공중에서 조종사의 시선(Line Of Sight)과 낙하산의 비행 동역학이 결합된 3차원 영상 정보로서 훈련생에서 낙하산을 통한 강하관련 가상현실을 체험하게 한다.

또한, 상기 HMD(300)는 3차원 영상 정보뿐만 아니라 청각 정보도 제공하기 위한 스피커 또는 이어폰 기능이 내장되어 있어, 훈련에 관련한 효과음을 삽입하여 훈려의 몰입도를 높이거나 훈련 교관의 안내 또는 지시 음성을 들으면서 훈련을 실시할 수 있게 한다.

따라서 훈련생이 훈련을 위해 HMD(300)를 착용하고 비상 사출(射出)부(200)에 착석하면 먼저 도 6과 같은 3차원 조종석 탑승화면을 제공받아 항공기에 탑승한 것처럼 느끼게 하고 조종석 사출 후에 낙하산 강하 훈련 중일 때는 도 7과 같은 3차원 지형 DB 렌더링 화면이 제공되어 훈련생에게 훈련 몰입도를 높이는 것이다.

한편, 상기 HMD(300)는 복수의 자이로센서(Gyro sensor)를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 낙하 상황에 따른 영상 정보에 따라 훈련생이 공중 비행 자세를 교정하고 유지하기 위해 필요한 훈련생의 자세 정보를 감지하고 생성한다.

상기 낙하산 하네스(400)는 낙하산 훈련을 위해 훈련생이 착용하며, 실제 하네스가 조종사와 낙하산을 연결해주는 장비인 것처럼 본 발명의 낙하산 하네스(400)도 훈련생이 착용하고, 상기 낙하산 하네스(400)에는 도 1에 도시된 바와 같이 모션 제어줄(500)이 연결되어, 구동제어 시스템(800)에 의한 모션 제어줄(500) 움직임 제어에 따라 교육훈련생에게 낙하산 강하 상황을 느끼도록 하게 된다.

상기 모션 제어줄(500)은 일측이 낙하산 하네스(400)에 연결되고 타측은 구동제어 시스템(800)에 연결되기 때문에, 구동제어 시스템(800)에 의한 모션 제어줄(500) 움직임 제어는 그대로 낙하산 하네스(400)에 전달되어 교육훈련생에게 낙하산 강하 상황을 느끼도록 하게 된다.

상기 낙하산 조종줄(600)은 도 1에 도시된 바와 같이 좌우 2개로 구성되어 낙하산 조종을 위해 훈련생이 양손에 하나씩 붙잡으며, 훈련생이 낙하산 조종줄(600)을 잡아당기는 힘의 강도에 따라 낙하 상황(낙하 방향)이 변경되는 영상정보를 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900)가 HMD(300)에 제공하여 훈련생은 낙하산 조종줄(600) 조정에 따른 낙하 상황 변경을 느끼도록 하는 것이다.

또한, 실제 낙하산을 통한 공중 강하 상황에서는 낙하산 조종줄(600)을 통해 당기는 제어를 하게 되면 낙하산으로부터 전달되는 반력을 느끼게 된다. 본 발명도 이러한 실제 상황에서 느낄 수 있는 반력을 훈련생에게 제공하기 위해 구동제어 시스템에 조종줄 센서(820)와 반력 생성부(830)를 구성하여 훈련생이 낙하산 조종줄(600)을 잡아당기는 힘의 강도에 따른 반력을 생성하여 낙하산 조종줄(600)에 제공한다.

상기 모션 센서부(700)는 교육훈련생의 강하 자세 정보를 추출하여 교관통제 컴퓨터로 전송한다. 전송된 교육훈련생의 강하 자세 정보는 훈련생의 강하훈련 평가자료로 활용된다.

상기 구동제어 시스템(800)는 교육훈련생의 비상탈출 효과를 제공하기 위해 상기 비상 사출(射出)부(200)를 슬라이딩 제어하고, 교육훈련생에게 낙하산 강하 상황을 느끼도록 하기 위해 모션 제어줄(500)과 낙하산 조종줄(600)의 움직임을 제어한다.

이를 위해, 상기 구동제어 시스템(800)은 도 2, 8에 도시된 바와 같이, 훈련생의 자세를 상하/전후로 이동시킴으로 비상탈출 한 훈련생이 낙하산 강하 상황을 느끼도록 하기 위해 모션 제어줄(500)의 움직임을 제어하는 훈련생 모션제어부(810)와,

훈련생이 낙하산 조종줄을 당길 때 당김을 감지하고, 당김 감지 시 감지신호를 반력 생성부(820)와 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900)로 제공하는 조종줄 센서(820)와,

조종줄 센서(830)로부터 감지신호 제공시 훈련생이 낙하산 조종줄을 당길 때 당기는 힘과 반대방향으로 발생하는 반력을 생성하여 낙하산 조종줄에 제공하는 반력 생성부(830)와,

훈련생의 비상탈출 선택 시 상기 비상 사출(射出)부(200)의 사출 슬라이딩부(220)를 하부 프레임(130)의 사출 안내홈(131) 상에서 후진 슬라이딩 이동시켜 훈련생에게 비상탈출 효과를 제공하기 위한 사출 구동부(840)를 포함하여 구성된다.

도 10를 참조하면, 상기 훈련생 모션제어부(810)는 상부 프레임(120)상에 복수개로 형성되며, 각각의 상기 훈련생 모션제어부(810)는 낙하산 모션 제어줄(500)에 연결되고, 서보모터, 감속기, 베어링, 카풀링 등을 포함하며 정회전, 역회전에 의해 낙하산 모션 제어줄(420)을 상승 또는 하강 운동시켜 훈련생에게 낙하산 강하 상황을 느끼게 하는 것이다.

도 11을 참조하면, 상기 반력 생성부(830)는 훈련생이 낙하산 조종줄(600)을 잡아당기는 힘을 감지한 조종줄 센서(820)로부터 감지신호를 수신하면 상기 훈련생이 낙하산 조종줄(600)을 잡아당기는 힘에 반작용하는 반력을 생성하는 구성으로, 반력 생성장치, 반응센서, 조종줄 연결고리를 포함하여 구성된다.

상기 반력생성장치는 내장되는 태엽스프링의 스프링 밸런스를 통해 변위센서(LVDT : Linear variable differential transformer)에 해당되는 반응센서와의 길이를 고정하여, 조종줄 연결고리에 연결되는 낙하산 조종줄(600)을 잡아당기는 훈련생의 힘에 반대로 작용하는 반력을 생성하는 것이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900)는 낙하산의 자유낙하 및 동특성의 모델링 값을 계산하여 구동제어 시스템(800)에 제공하고, 상기 모델링 값에 따른 3차원 가상 영상을 생성하여 HMD(300)에 전송하여 낙하산 강하 훈련을 진행시키기 위해, 시뮬레이션 엔진부(910), 영상생성부(920), 데이터베이스부(930)를 포함하여 구성된다.

상기 시뮬레이션 엔진부(910)는 도 13, 14에 도시된 낙하산의 자유낙하 및 낙하산의 동특성 모델링값, 바람과 같은 환경모의 모델링값, 낙하산 기능고장과 같은 모의 상황을 처리하는 연산장치로서, 모의 상황 처리에 따른 제어신호를 구동제어 시스템(800)으로 제공한다.

상기 영상생성부(920)는 시뮬레이션 엔진부(910)의 처리 상황에 따라 낙하산, 항공기, 캐릭터와 같은 3차원 객체 모델과 지형정보로 구성된 영상 데이터를 데이터베이스부(930)에서 불러와 렌더링처리하고, 렌더링 처리된 영상데이터에 주간과 야간으로 변하는 영상, 눈, 구름, 비와 폭풍과 같은 기상 효과, 여러 가지 예상 가능한 특수 효과를 반영하고 훈련생의 시선 변화와 낙하산 조종에 따라 변화되는 3차원 영상 정보를 실시간으로 생성하여 훈련생이 착용한 HMD(300)에 제공하는 그래픽 처리 모듈이다.

또한, 상기 영상생성부(920)는 고용량의 그래픽 처리를 해야 하기 때문에 일반 PC용 그래픽 모듈 보다 성능이 우수한 고가의 그래픽 모듈을 복수로 적용해야 한다.

상기 데이터베이스부(930)는 상기 시뮬레이션 엔진부(910)와 영상생성부(920)에서 생성한 모델링값과 영상정보를 저장되는 저장장치이며, 3차원 모델링값과 영상정보는 고용량이기 때문에 가급적 서버 PC에 사용되는 고용량 저장장치를 사용해야 한다.

도 1을 참조하면, 상기 교관 통제부(1000)는 훈련생이 아닌 교관이 사용하는 훈련 통제석으로, 교관 통제컴퓨터(1010), 교관 모니터(1020)를 포함하고, 교관 마이크(1030)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 교관통제 컴퓨터(1010)는 훈련생이 실시하는 다양한 훈련 시나리오를 생성하거나 불러오며, 생성하거나 불러온 훈련 시나리오의 세부 설정을 편집하는 기능을 제공한다.

한편, 교관은 교관통제 컴퓨터(1010)를 통해 실시 중인 훈련을 급하게 정지시켜 훈련생을 보호할 수 있다.

상기 교관통제 컴퓨터(1010)는 훈련 중에 모션 센서부(700)를 통해 획득한 훈련생 낙하 자세 추출 데이터와 훈련생이 훈련 시간 경과에 따라 낙하산 조종줄(600)을 잡아 당겨 조종한 낙하산의 동역학 데이터를 기반으로 훈련생의 훈련 결과를 평가하고 분석하는 기능을 제공하기 때문에, 훈련생에게 높은 훈련 효과를 제공할 뿐만 아니라 개인별 맞춤 훈련도 가능해진다.

상기 교관 모니터(1020)는 교관이 보는 모니터로서 HMD(300)에 제공되는 영상정보, 훈련생이 공중에서 낙하산 강하하는 3차원 공간상의 영상정보, 주변 카메라에서 촬영하는 훈련생의 실제 모습을 교관이 교관 모니터(1020)로 시청하면서 훈련생의 훈련 상태를 종합적이고 객관적으로 파악할 수 있게 하는 구성수단이다.

또한, 교관은 교관 마이크(1030)를 사용하여 HMD(300)에 의해 가상현실에 몰입하여 훈련하는 훈련생에게 훈련 상황을 설명하거나 적절한 지시 또는 안내를 하여 훈련생이 훈련 과정에 더욱더 집중해서 훈련할 수 있게 한다.

상기 훈련 모니터(1040)는 훈련생이 시청하는 것이 아니고, 훈련 교관을 포함한 비 훈련생들이 시청하는 모니터로, 훈련 모니터(1040)는 현재 시스템(10)에서 훈련중인 훈련생의 HMD(300)에 제공되는 영상정보를 비 훈련생들에게도 제공하여 훈련생의 훈련 시선을 참관하고 훈련이 종료되면 훈련생의 훈련 결과에 대한 분석과 평가에 도움을 주기 위함이다.

이때, 상기 훈련생은 착용한 HMD(300)로부터 가상의 영상정보만을 시청하기 때문에 자신의 낙하산 강하 자세에 대한 객관적인 정보를 얻기 어려우므로, 본 발명의 시스템(10) 주변에 훈련생을 촬영하는 카메라를 설치하면, 훈련 종료 후의 훈련 결과에 대한 분석과 평가에 도움을 줄 수 있다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 낙하산 시뮬레이터 시스템은 도 1에 도시된 송풍장치(1100)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이는 훈련생이 낙하산 강하 훈련 시에 공중에서 맞게 되는 바람에 의한 체험효과를 높이기 위한 바람을 생성하는 일종의 선풍기로서, 효과적인 송풍 효과를 위해 복수로 설치된다.

여기서, 상기 송풍장치(1100)는 시간이 경과되면서 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900)가 처리하는 낙하산의 비행 동역학 시뮬레이션에 따라 송풍의 세기와 방향이 실시간으로 변경되어 훈련자가 체험하는 낙하산 강하 훈련 효과를 높이는 구성이다.

특히, 상기 송풍장치(1100)는 단독으로 작동하기 보다는 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900)가 제공하는 훈련 시나리오의 흐름과 훈련생의 낙하산 조종줄 조종에 연동하여 작동하게 되면 훈련자의 낙하산 강하 훈련 효과를 증가시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 낙하산 시뮬레이터 시스템(10)은 훈련생이 비상 사출(射出)부(200)에 의한 비상탈출부터 낙하산에 의한 낙하까지 항공기 비상탈출의 전 과정을 한 번에 체험하게 하므로, 낙하산 훈련에만 제한되는 종래 기술에 비해 항공기 조종사의 비상탈출 훈련에 더욱 적합하고 항공기 조종사의 비상탈출 훈련에 효과적이어서 조종사의 실제 비상탈출 시 생존률을 높이는 발명이기 때문에, 많은 훈련비용과 훈련기간을 들여 양성한 조종사의 인명을 보호하여 국가적인 인적 자원 손실을 방지할 수 있어 산업상 이용가능성이 높은 발명이다.

10 : 시스템
100 : 프레임부
200 : 비상 사출(射出)부
300 : HMD
400 : 낙하산 하네스
500 : 모션 제어줄
600 : 낙하산 조종줄
700 : 모션 센서부
800 : 구동제어 시스템
900 : 모의엔진/영상발생 컴퓨터
1000 : 교관통제부
1100 : 송풍장치

Claims

낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템에 있어서,
교육훈련생에게 훈련 공간을 제공하고, 기타 장치들을 지탱해주는 구조물인 프레임부(100)와;
교육훈련생에게 비상탈출 상황을 제공하기 위한 비상 사출(射出)부(200)와;
교육훈련생에게 낙하 상황에 따른 영상화면을 제공하기 위해 훈련생이 착용하는 HMD(300)와;
교육훈련생이 착용하는 낙하산 하네스(400)와;
교육훈련생에게 낙하산 강하 상황을 느끼도록 하기 위해 구동제어 시스템에 의해 움직임이 제어되는 모션 제어줄(500)과;
비상탈출 후 낙하산 조종 신호를 구동제어 시스템(800)에 제공하기 위한 낙하산 조종줄(600)과;
낙하산 강하 훈련생의 자세 추출을 위한 모션 센서부(700)와;
교육훈련생의 비상탈출 효과를 제공하기 위해 상기 비상 사출(射出)부(200)를 슬라이딩 제어하고, 교육훈련생에게 낙하산 강하 상황을 느끼도록 하기 위해 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900)로부터 제공된 제어신호에 따라 모션 제어줄(500)과 낙하산 조종줄(600)의 움직임을 제어하는 구동제어 시스템(800)과;
자유낙하 및 낙하산 동특성 등의 모델링 및 시뮬레이션 기능과 3차원 영상을 생성하는 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900);
훈련 전 다양한 훈련 시나리오 생성 및 편집 기능과 훈련 중 훈련상황 설정에 의한 시뮬레이터 제어기능과 훈련 후 훈련결과 디브리핑(데이터 저장/재생에 의한 평가) 기능을 수행하는 교관통제 컴퓨터를 포함하는 교관 통제부(1000);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 프레임부(100)는,
일측이 상부프레임(120)에 연결되어 상부프레임(120)을 지지하고, 타측은 하부프레임(130)에 연결되는 복수의 지지프레임(110)과,
복수의 지지프레임(110)에 연결되고 일측에 구동제어 시스템(800)이 형성되는 상부프레임(120)과,
복수의 지지프레임(110)에 연결되고 사출 안내홈(131)이 형성되는 하부프레임(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 비상 사출(射出)부(200)는,
항공기 조종석과 같은 모양으로 형성되어 훈련생이 착석하는 공간을 제공하고, 사출 슬라이딩부(220)상에서 승,하강 하며, 착석한 훈련생을 일정 높이로 상승시키는 사출 조종석(210)과,
상기 사출 조종석(210)의 승,하강을 안내하는 승,하강 안내홈(221)이 형성되고, 훈련생의 비상탈출 선택 시 하부프레임(130)에 형성된 사출 안내홈(131) 상에서 후진 슬라이딩 이동하여 훈련생에게 비상탈출 효과를 제공하기 위한 사출 슬라이딩부(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 HMD(300)는,
훈련생이 공중 공중 비행 자세를 유지하기 위해 연동되는 자이로센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템
청구항 1에 있어서,
훈련생이 비상탈출 낙하산 강하 체험 효과를 높이기 위한 바람을 생성하는 복수의 송풍장치(1100);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 모의엔진/영상발생 컴퓨터(900)는,
낙하산의 자유낙하 및 낙하산의 동특성 모델링값, 바람과 같은 환경모의 모델링값, 낙하산 기능고장과 같은 모의 상황을 처리하고 모의 상황 처리에 따른 제어신호를 구동제어 시스템에 제공하는 시뮬레이션 엔진부(910)와,
상기 시뮬레이션 엔진부(910)의 처리 상황에 따라 낙하산, 항공기, 캐릭터와 같은 3차원 객체 모델과 지형정보로 구성된 영상 데이터를 데이터베이스부(930)에서 불러와 렌더링처리하고, 렌더링 처리된 영상데이터에 주간과 야간으로 변하는 영상, 눈, 구름, 비, 폭풍과 같은 기상 효과, 여러 가지 예상 가능한 특수 효과를 구현하고 훈련생의 시선 변화와 낙하산 조종에 따라 변화되는 3차원 영상 정보를 실시간으로 생성하여 훈련생이 착용한 HMD(300)에 제공하는 영상생성부(920)와,
상기 시뮬레이션 엔진부(910)와 영상생성부(920)에서 생성한 모델링값과 영상정보를 저장되는 데이터베이스부(930)를 포함하는 것을 특징으로 하는 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 교관 통제부(1000)는,
훈련생이 실시하는 다양한 훈련 시나리오를 생성하거나 불러오며, 생성하거나 불러온 훈련 시나리오를 편집하는 기능을 제공하고, 훈련생이 훈련 시나리오에 따라 실제 훈련을 실시하기 전에 컴퓨터 시뮬레이터에 의한 모의 훈련 기능(preview)을 제공하고, 훈련 중에 모션 센서부(700)를 통해 획득한 훈련생 낙하 자세 추출 데이터와 훈련생이 훈련 시간 경과에 따라 낙하산 조종줄(600)을 잡아 당겨 조종한 낙하산의 동역학 데이터를 기반으로 훈련생의 훈련 결과를 평가하고 분석하는 기능을 제공하는 교관통제 컴퓨터(1010)와,
HMD(300)에 제공되는 영상정보, 훈련생이 공중에서 낙하산 강하하는 3차원 공간상의 영상정보, 주변 카메라에서 촬영한 훈련생의 실제 모습을 교관이 시청하면서 훈련생의 훈련 상태를 종합적이고 객관적으로 파악할 수 있게 하는 교관 모니터(1020)와
HMD(300)에 의해 가상현실에 몰입하여 훈련하는 훈련생에게 훈련 상황을 설명하거나 적절한 지시 또는 안내를 하는 교관 마이크(1030)를 포함하는 것을 특징으로 하는 낙하산을 이용한 항공기 조종사 비상탈출 훈련용 시뮬레이터 시스템