KR20230165423A - 중력모의 사출좌석 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기의 움직임을 재현하여 조종사를 훈련시키는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 훈련을 받는 탑승자가 착석하는 G시트에 헤이브 운동을 가하는 헤이브모듈, 서지, 스웨이 운동을 가하는 등받이모듈 및 헤이브 및 롤링 운동을 가하는 팬모듈이 항공기의 급격한 기동과 중력을 재현하여 항공기 비행훈련의 완성도를 높일 수 있는 중력모의 사출좌석 시스템에 관한 것이다.

Description

중력모의 사출좌석 시스템 {Gravity Simulation Ejection Seat System}

본 발명은 항공기의 움직임을 재현하여 조종사를 훈련시키는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 훈련을 받는 탑승자가 착석하는 G시트에 헤이브 운동을 가하는 헤이브모듈, 서지, 스웨이 운동을 가하는 등받이모듈 및 헤이브 및 롤링 운동을 가하는 팬모듈이 항공기의 급격한 기동과 중력을 재현하여 항공기 비행훈련의 완성도를 높일 수 있는 중력모의 사출좌석 시스템에 관한 것이다.

항공기의 조종 훈련에 있어서 직접 실제 항공기를 가지고 처음부터 훈련에 임하기에는 위험요소가 많이 뒤따르게 된다. 따라서, 위험요소를 줄이고, 항공기의 조종을 익숙하게 하기 위하여 시뮬레이션 장치가 종종 활용되고 있다.

이러한 시뮬레이션 장치는 실제 항공기를 운행하는듯한 감각을 주기 위하여 전방 및 측방에 대형 화면이 구비되고, 조종석과 조종간 등 실제 항공기와 유사한 환경을 사용자에게 제공하게 된다. 실제 항공기에 탑승하여 비행하면서 발생할 수 있는 동일한 조건과 상황이 주어지고 기구적인 장치를 이용하여 현실감을 느끼면서 실제 상황에서의 조작 기술을 연습하게 된다.

상기와 같은 시뮬레이터는 1900년대 초부터 기계적 장치를 통한 시뮬레이터 형태로 개발되어 오다가, 1900년대 중반기부터는 컴퓨터 시스템과 접목되기 시작하였으며, 1900년대 후반부터는 컴퓨터 그래픽의 발달에 따라 현실감을 부여할 수 있는 영상정보까지 함께 제공되는 구성으로 개발되었다.

최근의 시뮬레이션 장치는 실제상황과 유사한 환경을 조성해 현실감을 높이고 있지만, 실제로 다양한 항공기 및 차량의 조종 장치를 시뮬레이터에 적용함에 있어 어려움이 있다.

이중 조종석은 항공기의 상승, 하강 및 진동 등의 실제 감각을 사용자에게 전달하기 위하여 전기식 서보 모터등을 이용하여 시트의 포지션을 변동시키는 방법을 사용하였다.

항공기의 움직임을 더욱 상세히 살펴보면, 항공기의 전진방향을 X축, 측면방향을 Y축, 상승방향을 Z축으로 놓았을 때, 회전 운동은 X축을 중심으로 한 회전운동인 롤링(Rolling) 운동과, Y축을 중심으로 한 회전운동인 피치(Pitch) 운동과, Z축을 중심으로 한 회전운동인 요(Yaw) 운동이 있다.

또한 직선운동은 X축 상에서의 직선운동인 서지(Surge) 운동과, Y축 상의 직선운동인 스웨이(Sway) 운동과, Z축 상의 직선운동인 헤이브(Heave) 운동이 있다.

종래의 시뮬레이터는 항공기의 6DOF 운동을 재현하기 위해 Stewart Platform 방식의 모션시스템을 차용하지만, 이는 운동범위가 제한되어 항공기의 운동을 충분히 재현할 수 없고, 특히 360도 선회기동을 하는 전투기에서는 오히려 이질감을 유발한다.

따라서, 항공기 조종을 훈련하기 위해 제공되는 시뮬레이터에 있어서, 항공기의 운동에서 발생하는 중력가속도를 충분히 재현하여 생동감있고 훈련의 목적을 달성할 수 있는 중력모의 사출좌석 시스템의 개발이 대두된다.

KR 10-1350267 (B1) 2014.01.06. KR 10-1151233 (B1) 2012.05.23.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 훈련을 받는 탑승자가 착석하는 G시트에 헤이브 운동을 가하는 헤이브모듈, 서지, 스웨이 운동을 가하는 등받이모듈 및 헤이브 및 롤링 운동을 가하는 팬모듈이 항공기의 급격한 기동과 중력을 재현하여 항공기 비행훈련의 완성도를 높일 수 있는 중력모의 사출좌석 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 헤이브모터에 의해 회전하는 회전축에 커플링이 결합되며, 커플링이 회전축의 축방향으로 승강하여 지지플레이트를 제어함에 따라 탑승자의 신체길이 차이에 따른 G시트의 포지션을 조절하고 시뮬레이션 상황에서 상하로 승강하는 움직임을 재현하는 중력모의 사출좌석 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 G시트의 등받이부에 노출된 패드를 전후방향으로 이동시키는 서지모터와, 좌우방향으로 이동시키는 스웨이모터가 각각 서지로드와 스웨이로드를 통해 로드블록에 결합되고 각각 독립적이고 복합적으로 작용하여 항공기의 서지 운동 및 스웨이 운동을 하나의 패드로도 재현하는 중력모의 사출좌석 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 착석부에 노출되는 좌측팬 및 우측팬이 전방팬모터 및 후방팬모터에 의해 동시에 승강하거나 좌측팬 또는 우측팬이 서로 독립적으로 승강되어 항공기의 헤이브 운동과 롤링 운동을 재현하는 중력모의 사출좌석 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 탑승자가 착석하는 G시트가 안착되는 정비거치대가 구비되고, 상기 정비거치대가 승강하여 G시트를 콕핏프레임에 결합시키거나 분리시킬 수 있으며, G시트를 쉽게 이동시켜 정비 및 보관의 편의성을 확보할 수 있는 중력모의 사출좌석 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 컴프레셔로 공기를 압축하고, 압축한 공기의 공압을 공압제어랙을 통해 제어한 후 조종사가 착용하는 G슈트에 공급하므로, 항공기의 급격한 기동시에 발생하는 중력가속도를 재현하여 더욱 생동감 있는 중력모의 사출좌석 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 탑승자의 둔부와 접촉되는 착석부(110) 및 등받이부(120)가 구비되어 좌석 형상을 이루는 G시트(100); 상기 등받이부(120)의 배면에 결합된 지지플레이트(121)를 상하로 이동시키는 헤이브모듈(200); 상기 등받이부(120)에 노출된 패드(310)를 전후방향 또는 좌우방향으로 이동시키는 등받이모듈(300); 상기 착석부(110)의 하부에 구비된 팬플레이트(460)를 상하로 이동시키거나 또는 좌우로 기울이는 팬모듈(400); 및 상기 헤이브모듈(200), 등받이모듈(300) 및 팬모듈(400)을 제어하여 항공기의 움직임을 재현하는 컨트롤러(600);를 포함한다.

또한 본 발명의 상기 헤이브모듈(200)은 상기 지지플레이트(121)의 후방에 구비되는 헤이브프레임(220); 상기 헤이브프레임(220)의 하부에 고정결합되며, 수직으로 배치된 회전축(211)을 회전시키는 헤이브모터(210); 상기 지지플레이트(121)와 고정 결합되며, 상기 회전축(211)의 회전이동에 의해 승강되는 커플링(230); 상기 헤이브프레임(220)에 수직으로 배치되어 상기 지지플레이트(121)의 왕복이동을 가이드하는 메인가이드레일(240); 및 보조가이드레일(250);을 포함한다.

또한 본 발명의 상기 등받이모듈(300)은 서지로드(321)를 전후방향으로 왕복이동시키는 서지모터(320); 스웨이로드(331)를 좌우방향으로 왕복이동시키는 스웨이모터(330); 상기 서지로드(321)와 스웨이로드(331)의 일단부가 결합되며, 커넥터(311)를 통해 상기 패드(310)와 결합되는 로드블록(340); 상기 로드블록(340)의 좌우이동을 가이드하는 스웨이가이드레일(370); 및 전면부에 상기 스웨이가이드레일(370)가 결합되며, 상기 로드블록(340)이 전후로 이동하면서 서지가이드레일(360)를 따라 전후로 이동하는 보조블록(350);을 포함한다.

또한 본 발명의 팬모듈(400)은 상기 착석부(110)의 하부에 배치되며, 우측 단부에 전방구동휠(411)이 구비되고, 좌측 단부에 전방아이들휠(412)이 구비되는 전방팬모터(410); 상기 전방팬모터(410)의 후방에 배치되며, 우측 단부에 후방아이들휠(422)이 구비되고, 좌측 단부에 후방구동휠(421)이 구비되는 후방팬모터(420); 상기 전방구동휠(411)과 후방아이들휠(422)을 연결하는 우측연동링크(440); 상기 전방아이들휠(412)과 후방구동휠(421)을 연결하는 좌측연동링크(430); 일단부가 상기 전방구동휠(411), 전방아이들휠(412), 후방아이들휠(422) 및 후방구동휠(421)에 각각 결합되며, 상기 전방구동휠(411) 또는 후방구동휠(421)의 회전에 의해 승강하는 승강링크(450); 및 상기 팬플레이트(460)의 상부에 결합되되 상기 착석부(110)에 노출되고, 상기 승강링크(450)의 이동에 의하여 승강하는 좌측팬(461); 및 우측팬(462);을 포함한다.

또한 본 발명은 상기 G시트(100)가 상부에 안착되며, 상기 G시트(100)를 승강 또는 이동시키는 정비거치대(700);를 더 포함한다.

또한 본 발명은 공기를 압축하여 공압을 형성하는 컴프레셔(510); 및 상기 컴프레셔(510)의 압축공기를 공급받고 공압을 제어하여 탑승자가 착용한 G슈트에 공급하는 공압제어랙(520);을 포함하는 공압부(500)가 더 구비된다.

본 발명에 따른 중력모의 사출좌석 시스템은 훈련을 받는 탑승자가 착석하는 G시트에 헤이브 운동을 가하는 헤이브모듈, 서지, 스웨이 운동을 가하는 등받이모듈 및 헤이브 및 롤링 운동을 가하는 팬모듈이 항공기의 급격한 기동과 중력을 재현하여 항공기 비행훈련의 완성도를 높인 장점이 있다.

또한 본 발명은 헤이브모터에 의해 회전하는 회전축에 커플링이 결합되며, 커플링이 회전축의 축방향으로 승강하여 지지플레이트를 제어함에 따라 탑승자의 신체길이 차이에 따른 G시트의 포지션을 조절하고 시뮬레이션 상황에서 상하로 승강하는 움직임을 재현할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 G시트의 등받이부에 노출된 패드를 전후방향으로 이동시키는 서지모터와, 좌우방향으로 이동시키는 스웨이모터가 각각 서지로드와 스웨이로드를 통해 로드블록에 결합되고 각각 독립적이고 복합적으로 작용하여 항공기의 서지 운동 및 스웨이 운동을 하나의 패드로도 재현할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 착석부에 노출되는 좌측팬 및 우측팬이 전방팬모터 및 후방팬모터에 의해 동시에 승강하거나 좌측팬 또는 우측팬이 서로 독립적으로 승강되어 항공기의 헤이브 운동과 롤링 운동을 재현할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 탑승자가 착석하는 G시트가 안착되는 정비거치대가 구비되고, 상기 정비거치대가 승강하여 G시트를 콕핏프레임에 결합시키거나 분리시킬 수 있으며, G시트를 쉽게 이동시켜 정비 및 보관의 편의성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 컴프레셔로 공기를 압축하고, 압축한 공기의 공압을 공압제어랙을 통해 제어한 후 조종사가 착용하는 G슈트에 공급하므로, 항공기의 급격한 기동시에 발생하는 중력가속도를 재현하여 더욱 큰 생동감을 제공하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 중력모의 사출좌석 시스템의 전체 사시도.
도 2는 본 발명의 중력모의 사출좌석 시스템에서 G시트를 도시한 전면 사시도.
도 3은 본 발명의 중력모의 사출좌석 시스템에서 G시트를 도시한 후면 사시도.
도 4는 본 발명의 중력모의 사출좌석 시스템에서 헤이브모듈을 도시한 것으로, a)는 지지플레이트를 분리 도시한 후면 사시도, (b)는 도 4(a)의 전면 사시도.
도 5는 본 발명의 중력모의 사출좌석 시스템에서 등받이모듈을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 중력모의 사출좌석 시스템에서 등받이모듈의 동작을 나타낸 것으로, (a)는 서지모터에 의해 로드블록이 전방으로 이동한 상태의 평면도, (b)는 도 6(a)에서 로드블록이 후방으로 이동한 상태의 평면도, (c)는 스웨이모터에 의해 로드블록이 좌측으로 이동한 상태의 평면도, (d)는 스웨이모터에 의해 로드블록이 우측으로 이동한 상태의 평면도.
도 7은 본 발명의 중력모의 사출좌석 시스템에서 팬모듈을 도시한 것으로, (a)는 전면사시도, (b)는 후면사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

본 발명에서 전후좌우 방향의 기준은 G시트(100)에 착석한 탑승자가 기준이 되어, 전방은 탑승자가 전면을 바라보는 방향이 되고, 후방은 상기 전방과 반대방향이며, 좌측은 탑승자의 왼쪽이 되고 우측은 탑승자의 오른쪽이 된다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 중력모의 사출좌석 시스템은 조종사가 실제 항공기를 운행하기 전에 시뮬레이션을 통해 항공기의 움직임에 따른 감각과 대응하기 위한 조작법을 익히기 위해 항공기의 움직임을 재현하는 시뮬레이터 시스템으로서,

탑승자의 둔부와 접촉되는 착석부(110) 및 등받이부(120)가 구비되어 좌석 형상을 이루는 G시트(100);

상기 등받이부(120)의 배면에 결합된 지지플레이트(121)를 상하로 이동시키는 헤이브모듈(200);

상기 등받이부(120)에 노출된 패드(310)를 전후방향 또는 좌우방향으로 이동시키는 등받이모듈(300);

상기 착석부(110)의 하부에 구비된 팬플레이트(460)를 상하로 이동시키거나 또는 좌우로 기울이는 팬모듈(400); 및

상기 헤이브모듈(200), 등받이모듈(300) 및 팬모듈(400)을 제어하여 항공기의 움직임을 재현하는 컨트롤러(600);를 포함한다.

실제 항공기는 공중을 비행하면서 3차원으로 운동하며, 이에 따른 6DOF(Six Degree Of Freedom)가 형성된다. 이러한 특성을 시뮬레이션을 통해 조종사가 항공기가 움직이는 감각을 익히고 상황에 따라 대응할 수 있는 조작을 훈련함으로써 항공기 조종이 숙달되며, 안전하고 능숙한 비행 실력을 가질 수 있다.

항공기의 전진방향을 X축, 측면방향을 Y축, 상승방향을 Z축으로 하고 3개의 회전운동과 3개의 직선운동으로 분류되는 상기 6DOF에 대해 더욱 상세히 살펴보면, 상기 회전운동은 회전 운동은 X축을 중심으로 한 회전운동인 롤링(Rolling) 운동과, Y축을 중심으로 한 회전운동인 피치(Pitch) 운동과, Z축을 중심으로 한 회전운동인 요(Yaw) 운동이 있다.

또한 직선운동은 X축 상에서의 직선운동인 서지(Surge) 운동과, Y축 상의 직선운동인 스웨이(Sway) 운동과, Z축 상의 직선운동인 헤이브(Heave) 운동이 있다.

이러한 6DOF 운동을 본 발명의 시스템를 통해 재현함으로써 조종사는 비행훈련의 완성도를 높일 수 있다.

본 발명에서 구비되는 G시트(100)는 헤이브모듈(200)과, 등받이모듈(300), 그리고 팬모듈(400)을 통해 항공기의 움직임을 제공하며, G시트(100)의 움직임 동작을 컨트롤러(600)가 시뮬레이션에서의 항공기 상황과 조건에 맞추어 적절히 제어된다.

또한 항공기의 급격한 기동으로 발생하는 중력을 본 발명의 공압부(500)에서 형성하여 조종사가 착용한 G슈트로 제공하여 재현할 수 있으므로 더욱 생동감 있는 시뮬레이션의 연출이 가능하다.

더불어, 본 발명은 시뮬레이션을 사용하지 않을 때 또는 정비할 때에 G시트(100)를 콕핏에서 탈장착할 수 있도록 승강되는 정비거치대(700)가 구비되며, 상기 정비거치대(700)에 안착된 G시트(100)가 정비수행을 위한 별도의 장소로 쉽게 이동시킬 수 있고 보관도 가능하다.

본 발명에 따른 중력모의 사출좌석 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 탑승자가 착석하는 G시트(100)와, 조종사가 착용한 G슈트에 공압을 공급하는 공압부(500)와, 상기 G시트(100) 및 공압부(500)를 제어하는 컨트롤러(600)와, 상기 G시트(100)를 보관 및 이동할 수 있는 정비거치대(700)로 이루어진다.

상기 G시트(100)는 훈련을 받고자 하는 조종사가 착석하여 비행 시뮬레이션을 진행하는 구성이며, 시뮬레이션 속의 비행상황과 조건에 따라서 탑승자에게 모션을 가한다. 구체적 동작과 구성구조는 후술한다.

상기 공압부(500)는 조종사에게 실제 항공기의 비행시에 발생하는 중력가속도를 재현한다. 컴프레셔(510)에 의하여 공기가 압축되고 공압제어랙(520)으로 연결되며, 상기 공압제어랙(520)에서 상기 컨트롤러(600)의 제어에 따라 압축공기가 적절한 공압으로 형성되고 조종사가 착용한 G슈트로 보낸다.

상기 G슈트는 조종사가 착용하는 것으로, 항공기의 급격한 선회시에 조종사의 신체에서 피가 아래로 쏠리는 것을 방지하기 위해 공압으로 조종사의 신체에 압박을 가하는 장치이다.

본 발명에서 조종사에게 가해지는 중력가속도의 변화에 따라 컨트롤러(600)의 제어에 의해 상기 공압제어랙(520)에서 시뮬레이션 속의 상황과 조건에 알맞도록 G슈트의 압력을 조절한다.

중력가속도가 약해지거나 음의 중력이 가해질 때는 상기 공압제어랙(520)에서 신속하게 공압을 배출하여 진공상태로 변환할 수 있다.

도 1에 도시된 상기 정비거치대(700)는 G시트(100)를 이동시키기 위한 구성이다. 하부에 바퀴가 구비되어 캐리어 형태를 갖추고 이동이 가능하며, 상기 G시트(100)가 안착되는 부분은 승강되도록 이루어진다. 따라서 G시트(100)를 콕핏프레임의 높이까지 상승시키거나, 또는 G시트(100)를 콕핏프레임에서 분리하여 지상으로 하강시킬 수 있다. 분리된 G시트(100)는 정비 및 보관하기 위해 상기 정비캐리어를 통해 이동된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 G시트(100)는 실제 항공기의 움직임을 재현하여 탑승자에게 전달하는 구성이다. 상기 G시트(100)는 비행훈련을 위해 마련된 콕핏프레임에 장착되며, 조종사는 상기 콕핏프레임의 내부에 배치된 G시트(100)에 착석하고, 전면에 비행상황을 연출한 화면을 보면서 훈련을 진행할 수 있다.

상기 G시트(100)는 좌석 형상으로 형성되며, 탑승자의 둔부와 접촉되는 착석부(110)와, 탑승자의 등과 접촉되는 등받이부(120)가 구비된다. 상기 착석부(110)에는 후술할 팬모듈(400)에 의하여 움직여 탑승자에게 모션을 가하는 좌측팬(461) 및 우측팬(462)이 노출되어 있고, 상기 등받이부(120)에는 후술할 등받이모듈(300)에 의하여 움직여 탑승자의 신체에 모션을 가하는 패드(310)가 노출된다.

상기 G시트(100)의 후면에는 도 3에 도시된 바와 같이, 진동발생부(130)가 구비된다. 상기 진동발생부(130)는 고진동을 생성하여 상기 G시트(100) 전체가 흔들리도록 한다. 실제 항공기의 무기 발사, 이착륙시의 고진동상황을 재현할 수 있다.

상기 등받이부(120)는 후방에서 도 4에 도시된 지지플레이트(121)에 결합되어 있고, 상기 지지플레이트(121)는 헤이브모듈(200)에 의하여 동작이 제어된다.

도 3 내지 도 4에 도시된 상기 헤이브모듈(200)은 상기 지지플레이트(121)를 승강시켜서 헤이브(Heave) 운동을 재현하기 위한 모듈이다. 상기 헤이브모듈(200)은 상기 G시트(100)에서 등받이부(120)의 후방에 배치된다.

상기 헤이브모듈(200)은 상기 G시트(100)의 후면에서 뼈대를 이루는 헤이브프레임(220)과, 상기 헤이브프레임(220)의 하부에 배치되고 회전축(211)을 회전시키는 헤이브모터(210)와, 상기 회전축(211)의 회전에 의하여 상하로 승강하는 커플링(230)과, 상기 헤이브프레임(220)에 구비되어 상기 커플링(230)과 결합된 지지플레이트(121)의 승강이동을 가이드하는 메인가이드레일(240) 및 보조가이드레일(250)로 구성된다.

상기 헤이브프레임(220)은 상기 G시트(100)의 후방에서 수직으로 배치되고 상기 G시트(100)와 탑승자의 하중을 지지한다. 또한 상기 헤이브프레임(220)은 승강되지 않고 고정된다.

상기 헤이브프레임(220)의 하부에 배치된 헤이브모터(210)는 상기 컨트롤러(600)의 제어를 따라 정회전 또는 역회전 되도록 작동한다. 상기 헤이브모터(210)가 회전시키는 회전축(211)은 상기 헤이브프레임(220)의 배치방향과 동일하게 수직으로 축이 배치되고 상기 헤이브프레임(220)의 중심을 가로지르도록 놓인다.

상기 회전축(211)의 외주연에는 나사산이 연속으로 형성되고, 상기 회전축(211)에 끼워져 나사산과 접촉되는 커플링(230)이 구비된다. 상기 회전축(211)과 커플링(230)은 볼 스크류로 구성될 수 있다.

상기 커플링(230)은 회전축(211)의 정,역회전에 따라 상기 회전축(211)의 축방향으로 승강하고, 상기 커플링(230)과 고정 결합된 지지플레이트(121)도 상하로 승강한다. 또한, 상기 지지플레이트(121)는 상기 헤이브프레임(220)을 제외한 다른 G시트(100)의 구성과 직,간접적으로 결합된다. 즉, 상기 커플링(230)이 상기 회전축(211)을 따라 승강하면 지지플레이트(121)도 승강하며, 상기 지지플레이트(121)와 결합된 상기 G시트(100)가 전체적으로 승강하게 되는 것이다.

상기 헤이브프레임(220)의 전면측에는 상기 지지플레이트(121)의 승강이동을 가이드하는 메인가이드레일(240)이 구비되며, 상기 헤이브프레임(220)의 내측에는 상기 메인가이드레일(240)과 동일한 기능을 수행하는 보조가이드레일(250)이 구비된다.

상기 메인가이드레일(240)과 보조가이드레일(250)이 상기 지지플레이트(121)가 유격없이 승강될 수 있도록 가이드하며, 상기 지지플레이트(121)를 통해 가해지는 상기 G시트(100)와 탑승자의 하중을 분산하여 지지할 수 있다.

상기 헤이브모듈(200)에 의하여 상기 G시트(100)를 상하로 직선이동시킴으로써, 실제 항공기가 상하로 움직이는 헤이브(Heave) 운동을 재현할 수 있다. 또한, 상기 G시트(100)의 우측에 구비된 높이조절스위치(140)를 통하여 탑승자의 신체조건에 맞도록 G시트(100)의 포지션을 조절할 수 있다. 상기 높이조절스위치(140)를 통하여 헤이브모터(210)가 정회전 또는 역회전하여 상기 G시트(100)의 높이가 조절된다.

또한, 상기 착석부(110)의 전면부에 구비된 사출핸들(150)을 통하여서 비상사출 모의훈련을 수행할 수 있다. 상기 사출핸들(150)을 잡아당기면 상기 헤이브모터(210)가 빠르게 작동하여 상기 G시트(100)를 강하게 상승시키도록 동작하여 비상사출 상황을 재현할 수 있다.

도 3 및 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 등받이부(120)의 후방에 배치되는 등받이모듈(300)은 상기 등받이부(120)에 노출된 패드(310)를 전후방향 또는 좌우방향으로 이동시켜서 항공기의 서지(Surge) 운동과 스웨이(Sway) 운동을 재현하는 구성이다.

상기 등받이모듈(300)은 상기 지지플레이트(121)에 결합되어 있으며, 상기 헤이브모듈(200)의 동작으로 상기 지지플레이트(121)가 승강하면 상기 등받이모듈(300)도 함께 승강된다.

상기 등받이모듈(300)은 상기 패드(310)를 전후방향으로 이동시키도록 동작하는 서지모터(320)와, 상기 패드(310)를 좌우방향으로 이동시키도록 동작하는 스웨이모터(330)가 구비되며, 상기 서지모터(320)의 회전을 전후 직선이동으로 변환하는 서지로드(321)와 상기 스웨이모터(330)의 회전을 좌우 직선이동으로 변환하는 스웨이로드(331)가 구비되고, 상기 서지로드(321) 및 스웨이로드(331)가 결합되어 상기 서지로드(321) 및 스웨이로드(331)의 이동을 상기 패드(310)로 전달하는 로드블록(340)이 구비된다.

상기 서지모터(320)와 스웨이모터(330)는 각각 단일로 구비되어 상호 독립적으로 동작한다. 일단부가 상기 서지모터(320)에 결합된 서지로드(321)는 전후방향으로 배치되어 상기 서지모터(320)의 정역회전에 따라 전후방향으로 움직이도록 동작된다. 그리고 일단부가 상기 스웨이모터(330)에 결합된 스웨이로드(331)는 좌우방향으로 배치되며, 상기 스웨이모터(330)의 정역회전에 따라 좌우방향으로 움직이도록 동작된다.

상기 서지로드(321)와 스웨이로드(331)는 각각 로드블록(340)에 결합되어 있고, 양단부는 베어링이 구비되어 약간의 회전이 이루어질 수 있다. 즉, 상기 서지로드(321)의 경우에 상기 서지모터(320)와 결합된 일단부와 로드블록(340)과 결합된 타단부가 베어링 등을 통해 약간의 회전이 가능하게 결합된다. 상기 서지로드(321)는 전후방향으로 이동하는 구성이지만 베어링 등을 통해 회전이 발생할 수 있으므로 상기 로드블록(340)이 좌우로 이동하는 동작에 간섭하지 않고 독립적으로 구동될 수 있다. 상기 스웨이로드(331)도 동일한 결합구조로 이루어지므로 자세한 설명을 생략한다. 도 5(a) 및 도 5(b)에서 서지모터(320)의 구동에 의해 서지로드(321)가 이동함에 반해 정지해있는 스웨이모터(330)에 결합된 스웨이로드(331)의 회전을 확인할 수 있다. 또한 도 5(c) 및 도 6(d)에서 스웨이모터(330)의 구동에 의해 스웨이로드(331)가 이동함에 반해 정지해있는 서지모터(320)에 결합된 서지로드(321)의 회전을 확인할 수 있다.

또한, 상기 등받이모듈(300)에서 상기 로드블록(340)의 전후좌우 이동을 보조하는 보조블록(350)이 더 구비된다. 상기 보조블록(350)의 전면에는 스웨이가이드레일(370)이 좌우방향으로 배치되며, 상기 로드블록(340)은 상기 스웨이가이드레일(370)에 결합된다. 상기 로드블록(340)이 상기 스웨이모터(330)와 스웨이로드(331)에 의해 좌우로 이동할 시에 상기 스웨이가이드레일(370)을 따라 좌우이동이 가이드된다.

상기 서지모터(320)와 스웨이모터(330)를 고정시키는 블록의 양측면에는 서지가이드레일(360)이 구비되며, 상기 서지가이드레일(360)에 상기 보조블록(350)이 슬라이드되도록 결합된다.

상기 서지가이드레일(360)은 전후방향으로 배치되어 있으며, 상기 보조블록(350)이 상기 서지모터(320)와 서지로드(321)에 의하여 전후방향으로 이동할 시에 상기 서지가이드레일(360)을 따라 그 이동이 가이드된다.

여기서, 상기 로드블록(340)은 보조블록(350)의 전면에 배치된 스웨이가이드레일(370)와 결합되어 있으므로 상기 로드블록(340)이 전후이동함에 따라 상기 보조블록(350)도 도 6(a)와 같이 함께 전후이동하게 된다. 반면에 상기 로드블록(340)이 좌우로 이동하면 상기 보조블록(350)의 전면에 배치된 스웨이가이드레일(370)을 따라 이동하므로 상기 보조블록(350)은 도 6(c) 및 도 6(d)와 같이 좌우로 이동되지 않는다.

항공기의 서지 운동과 스웨이 운동을 재현하기 위해 본 발명의 등받이모듈(300)은 서지모터(320)와 스웨이모터(330)를 이용해 패드(310)를 전후방향 및 좌우방향으로 이동시킴으로써 탑승자에게 모션을 전달한다.

상기 서지모터(320)에 결합된 서지로드(321)와, 스웨이모터(330)에 결합된 스웨이로드(331)는 상호간에 간섭하지 않으며 독립적으로 움직일 수 있다.

서지 운동을 재현하기 위해 서지모터(320)가 정,역회전하면 상기 서지로드(321)가 전후로 왕복이동 하고 상기 서지로드(321)와 결합된 로드블록(340)이 상기 서지가이드레일(360)을 따라 전후방향으로 이동한다. 이때, 상기 스웨이모터(330)가 회전없이 정지상태이더라도 상기 스웨이로드(331)가 약간 회전하면서 상기 로드블록(340)의 서지 이동에 간섭하지 않는다.

또한, 스웨이 운동을 재현하고자 하는 경우 스웨이모터(330)가 정,역회전하면서 상기 스웨이로드(331)가 좌우방향으로 왕복이동하고 상기 스웨이로드(331)와 결합된 로드블록(340)이 상기 스웨이가이드레일(370)을 따라 좌우방향으로 이동한다. 이때, 상기 서지모터(320)가 회전없이 정지되어 있어도 상기 서지로드(321)가 약간 회전하면서 상기 로드블록(340)의 스웨이 이동에 간섭하지 않는다.

이처럼, 상기 서지로드(321)와 스웨이로드(331)가 같이 로드블록(340)에 결합되어 있더라도 상기 로드블록(340)은 서지 운동과 스웨이 운동을 각각 독립적으로 수행할 수 있다. 더불어, 상기 서지 운동이 일어나는 중간에 스웨이 운동이 발생하더라도 두 가지 운동을 복합적으로 일어날 수 있다.

예를 들어, 서지 운동을 재현하는 서지로드(321)에 의해 로드블록(340)이 도 6(a)와 같이 전방으로 이동한 상태에서는 상기 스웨이모터(330)는 정지된 상태에서 스웨이로드(331)가 약간 회전되나 상기 로드블록(340)의 좌우방향으로 이동시키지 않는다. 이 상태에서 스웨이 운동의 일환으로 스웨이모터(330)가 동작하여 스웨이로드(331)를 좌측으로 이동시키면 상기 로드블록(340)은 전방으로 이동한 상태에서 좌측으로 이동되는 것이다.

상기 로드블록(340)은 전면에 탑승자의 등과 접촉되는 패드(310)가 배치되고, 상기 로드블록(340)과 패드(310)는 커넥터(311)를 통해 결합된다. 상기 로드블록(340)이 상기 서지모터(320) 및 스웨이모터(330)의 정,역회전에 의해 전후좌우 이동하고, 이러한 로드블록(340)의 모션을 커넥터(311)를 통해 패드(310)에 전달할 수 있게 되는 것이다.

도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 착석부(110)의 하부에 배치되는 팬모듈(400)은 항공기의 운동 중, 헤이브 운동과 롤링 운동을 재현하기 위한 구성이다. 상기 팬모듈(400)의 상부에 배치된 좌측팬(461)과 우측팬(462)을 동시에 승강하거나, 어느 일측의 팬을 승강시킴으로써 헤이브 운동과 롤링 운동을 재현할 수 있다.

본 발명에서 팬모듈(400)에 대해 설명할 때 방향의 기준이 되는 것은 탑승자가 되며, 좌측방향은 탑승자의 왼쪽이 되고 우측방향은 탑승자의 오른쪽이 된다. 도 7를 참고하면 좌측은 도 7(a)에서 오른쪽, 도 7(b)에서 왼쪽이며, 우측은 도 7(a)에서 왼쪽, 도 7(b)에서 오른쪽이 된다.

상기 팬모듈(400)은 전방팬모터(410)와 상기 전방팬모터(410)에 의해 회전하는 전방구동휠(411)이 구비되며, 상기 전방팬모터(410)의 후방에 배치되는 후방팬모터(420)와 상기 후방팬모터(420)에 의해 회전하는 후방구동휠(421)이 구비되고, 상기 전방구동휠(411)과 후방구동휠(421)의 회전에 의해 승강하는 승강링크(450)가 팬플레이트(460)를 승강시키며, 상기 팬플레이트(460)의 승강이동을 좌측팬(461)과 우측팬(462)을 통해 탑승자에게 전달한다.

상기 전방팬모터(410)는 상기 탑승자를 기준으로 전방에 배치되고, 상기 후방팬모터(420)는 상기 전방팬모터(410)의 후방에 배치된다. 전방팬모터(410) 및 후방팬모터(420)는 좌우방향으로 축이 놓인다.

상기 전방팬모터(410)의 우측에는 전방구동휠(411)이 배치되고 좌측에는 전방아이들휠(412)이 배치된다. 그리고 상기 후방팬모터(420)의 우측에는 후방아이들휠(422)이 배치되고 좌측에는 후방구동휠(421)이 배치된다.

좌측에는 상기 전방아이들휠(412)과 후방구동휠(421)이 배치되며 좌측연동링크(430)에 의해 결합된다. 상기 후방구동휠(421)이 후방팬모터(420)의 동력을 받아 회전하면 상기 좌측연동링크(430)에 의해 상기 전방아이들휠(412)도 회전된다.

우측에는 상기 전방구동휠(411)과 후방아이들휠(422)이 배치되며 우측연동링크(440)에 의해 결합된다. 상기 전방구동휠(411)이 전방팬모터(410)의 동력을 받아 회전하면 우측연동링크(440)에 의해 상기 후방아이들휠(422)도 회전된다.

상기 전방구동휠(411), 전방아이들휠(412), 후방구동휠(421) 및 후방아이들휠(422)에는 수직방향으로 배치되는 승강링크(450)가 구비된다. 상기 승강링크(450)의 상단은 팬플레이트(460)와 결합된다.

상기 승강링크(450)는 좌측에 2개 우측에 2개 구비되어 있으며, 또한 상기 팬모듈(400)의 전면측과 후면측에 각각 하나씩 구비된다.

좌측과 우측에 구비된 승강링크(450)는 후방팬모터(420) 및 전방팬모터(410)의 구동에 의하여 승강한다. 승강링크(450)가 승강함에 따라 상기 팬플레이트(460)도 같이 승강한다.

상기 팬모듈(400)을 통해 헤이브 운동을 재현하고자 하는 경우, 상기 전방팬모터(410) 및 후방팬모터(420)가 상기 승강링크(450)가 승강하는 방향으로 구동되고, 좌측과 우측에 구비된 승강링크(450)가 상기 팬플레이트(460)를 승강시킴으로써 탑승자에게 상하 움직임을 전달할 수 있다.

상기 팬모듈(400)을 통해 롤링 운동을 재현하고자 하는 경우, 좌측과 우측에 구비된 승강링크(450)중, 어느 일측의 승강링크(450)가 승강하도록 하고 타측의 승강링크(450)는 정지하거나 또는 반대방향으로 승강하도록 하여 상기 팬플레이트(460)를 좌우로 기울일 수 있다.

예를 들어 일실시예로서 롤링 운동을 재현하기 위해서, 상기 팬플레이트(460)를 좌측으로 기울이고자 하는 경우에는 전방팬모터(410)의 구동으로 우측에 배치된 승강링크(450)가 상승하도록 하며, 후방팬모터(420)가 정지하여 좌측에 배치된 승강링크(450)가 움직이지 않도록 하거나 또는 후방팬모터(420)가 좌측에 배치된 승강링크(450)를 하강하도록 구동한다.

따라서 우측의 승강링크(450)는 상승하고 좌측의 승강링크(450)는 정지하거나 하강하므로 팬플레이트(460)는 좌측으로 기울어지게 되고, 좌우로 요동치는 항공기의 롤링 운동을 탑승자에게 전달할 수 있다. 다른 실시예로써 좌측의 승강링크(450)를 하강시키고 우측의 승강링크(450)를 정지 또는 상승시킬 수 있다.

상기 팬플레이트(460)의 상부에는 탑승자의 둔부와 접촉되는 좌측팬(461) 및 우측팬(462)이 구비된다. 상기 좌측팬(461)은 탑승자 신체의 왼쪽부분과 접촉되며, 상기 우측팬(462)은 오른쪽 부분과 접촉된다.

상기 좌측팬(461)은 상기 착석부(110)에서 앞뒤로 각각 구비되어 탑승자의 둔부 및 허벅지와 접촉되고 상기 우측팬(462)도 이와 동일하다.

상기 팬플레이트(460)의 헤이브 및 롤링운동시에 상기 좌측팬(461)과 우측팬(462)을 통하여 탑승자에게 항공기의 움직임을 재현한 모션을 전달한다.

또한, 상기 팬모듈(400)은 상기 헤이브모듈(200)과 연동되어 동작할 수 있다. 상하방향의 중력가속도를 재현하기 위해 상기 헤이브모듈(200)을 통해 G시트(100)를 승강시키게 되면 조종사도 함께 승강되므로 탑승자의 눈높이가 변화되어 시뮬레이션 상황을 띄운 화면을 바라보는 각도가 가변된다.

따라서, 상하방향의 중력가속도를 재현하고자 할 경우에 상기 팬모듈(400)의 팬플레이트(460)를 상하방향으로 승강시키되 헤이브모듈(200)은 상기 G시트(100)를 반대방향으로 승강시킴으로써 탑승자에게 가해지는 중력가속도를 재현하되 탑승자의 눈높이를 동일 높이로 유지한다.

예로써, 양의 중력가속도가 가해질 때 팬플레이트(460)는 상승하고 G시트(100)는 하강하며, 음의 중력가속도가 가해질 때 팬플레이트(460)는 하강하고 G시트(100)는 상승하여 탑승자의 눈높이를 동일 높이로 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 중력모의 사출좌석 시스템은 탑승자가 착석하고 항공기의 움직임을 재현하는 G시트(100)와, 적절한 공압을 형성하여 조종사가 착용한 G슈트에 공급하는 공압부(500)와, 상기 G시트(100)와 공압부(500)를 시뮬레이션 상황과 조건에 맞추어 적절히 제어하는 컨트롤러(600)로 이루어져 더욱 생동감 있는 훈련을 진행할 수 있으므로 탑승자의 훈련효과를 극대화할 수 있다.

또한, 상기 G시트(100)는 헤이브 운동을 재현하는 헤이브모듈(200), 서지 및 스웨이 운동을 재현하는 등받이모듈(300) 및 헤이브와 롤링 운동을 재현하는 팬모듈(400)이 장착되어 있어 비행 시뮬레이션 상황을 재현할 수 있다.

더불어, G시트(100)를 승강 및 운반할 수 있는 정비거치대(700)가 구비되어 콕핏프레임으로부터 탈착 및 장착이 용이하며 쉽게 보관 및 정비를 위한 장소로 이동할 수 있다.

100:G시트
110:착석부 120:등받이부 121:지지플레이트
130:진동발생부 140:높이조절수위치 150:사출핸들
200:헤이브모듈
210:헤이브모터 211:회전축 220:헤이브프레임 230:커플링
240:메인가이드레일 250:보조가이드레일
300:등받이모듈
310:패드 311:커넥터 320:서지모터 321:서지로드
330:스웨이모터 331:스웨이로드 340:로드블록 350:보조블록
360:서지가이드레일 370:스웨이가이드레일
400:팬모듈
410:전방팬모터 411:전방구동휠 412:전방아이들휠
420:후방팬모터 421:후방구동휠 422:후방아이들휠
430:좌측연동링크 440:우측연동링크 450:승강링크
460:팬플레이트 461:좌측팬 462:우측팬
500:공압부 510:컴프레셔 520:공압제어랙
600:컨트롤러 700:정비거치대

Claims (6)

1. 탑승자의 둔부와 접촉되는 착석부(110) 및 등받이부(120)가 구비되어 좌석 형상을 이루는 G시트(100);
   상기 등받이부(120)의 배면에 결합된 지지플레이트(121)를 상하로 이동시키는 헤이브모듈(200);
   상기 등받이부(120)에 노출된 패드(310)를 전후방향 또는 좌우방향으로 이동시키는 등받이모듈(300);
   상기 착석부(110)의 하부에 구비된 팬플레이트(460)를 상하로 이동시키거나 또는 좌우로 기울이는 팬모듈(400); 및
   상기 헤이브모듈(200), 등받이모듈(300) 및 팬모듈(400)을 제어하여 항공기의 움직임을 재현하는 컨트롤러(600);를 포함하는
   중력모의 사출좌석 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 헤이브모듈(200)은
   상기 지지플레이트(121)의 후방에 구비되는 헤이브프레임(220);
   상기 헤이브프레임(220)의 하부에 고정결합되며, 수직으로 배치된 회전축(211)을 회전시키는 헤이브모터(210);
   상기 지지플레이트(121)와 고정 결합되며, 상기 회전축(211)의 회전이동에 의해 승강되는 커플링(230);
   상기 헤이브프레임(220)에 수직으로 배치되어 상기 지지플레이트(121)의 왕복이동을 가이드하는 메인가이드레일(240); 및 보조가이드레일(250);을 포함하는
   중력모의 사출좌석 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 등받이모듈(300)은
   서지로드(321)를 전후방향으로 왕복이동시키는 서지모터(320);
   스웨이로드(331)를 좌우방향으로 왕복이동시키는 스웨이모터(330);
   상기 서지로드(321)와 스웨이로드(331)의 일단부가 결합되며, 커넥터(311)를 통해 상기 패드(310)와 결합되는 로드블록(340);
   상기 로드블록(340)의 좌우이동을 가이드하는 스웨이가이드레일(370); 및
   전면부에 상기 스웨이가이드레일(370)가 결합되며, 상기 로드블록(340)이 전후로 이동하면서 서지가이드레일(360)를 따라 전후로 이동하는 보조블록(350);을 포함하는
   중력모의 사출좌석 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   팬모듈(400)은
   상기 착석부(110)의 하부에 배치되며, 우측 단부에 전방구동휠(411)이 구비되고, 좌측 단부에 전방아이들휠(412)이 구비되는 전방팬모터(410);
   상기 전방팬모터(410)의 후방에 배치되며, 우측 단부에 후방아이들휠(422)이 구비되고, 좌측 단부에 후방구동휠(421)이 구비되는 후방팬모터(420);
   상기 전방구동휠(411)과 후방아이들휠(422)을 연결하는 우측연동링크(440);
   상기 전방아이들휠(412)과 후방구동휠(421)을 연결하는 좌측연동링크(430);
   일단부가 상기 전방구동휠(411), 전방아이들휠(412), 후방아이들휠(422) 및 후방구동휠(421)에 각각 결합되며, 상기 전방구동휠(411) 또는 후방구동휠(421)의 회전에 의해 승강하는 승강링크(450); 및
   상기 팬플레이트(460)의 상부에 결합되되 상기 착석부(110)에 노출되고, 상기 승강링크(450)의 이동에 의하여 승강하는 좌측팬(461); 및 우측팬(462);을 포함하는
   중력모의 사출좌석 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 G시트(100)가 상부에 안착되며, 상기 G시트(100)를 승강 또는 이동시키는 정비거치대(700);를 더 포함하는
   중력모의 사출좌석 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   공기를 압축하여 공압을 형성하는 컴프레셔(510); 및 상기 컴프레셔(510)의 압축공기를 공급받고 공압을 제어하여 탑승자가 착용한 G슈트에 공급하는 공압제어랙(520);을 포함하는 공압부(500)가 더 구비되는
   중력모의 사출좌석 시스템.