대전차 유도무기의 형상 설계에서의 통합비행 M&S 적용 연구

정동길,김상만,이건하,황철규,Jeong, Dong Gil,Kim, Sangman,Lee, Gunha,Hwang, Cheol Gyu 한국시뮬레이션학회 2017 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.26 No.1

국내 유도무기 개발과정에서 가장 일반적으로 적용되는 M&S 도구는 유도탄의 각 구성품 및 공력특성 모델을 반영한 6자유도 비행모의 프로그램이다. 하지만 3세대 대전차 유도무기와 같이 영상탐색기가 적용되는 경우 6자유도 비행모의만으로 다양한 조건 하에서의 체계 성능을 확인할 수 없다. 영상탐색기의 추적 성능은 표적의 대조비나 온도차뿐만 아니라 유도탄 거동에 따른 표적 위치 이격, 회전 등에 민감하게 반응하기 때문에 유도무기 개발 과정에서 영상 추적 성능과 유도탄 비행성능을 통합하여 분석할 수 있는 M&S 도구가 요구된다. 3세대 대전차 유도무기인 현궁 개발 과정에서는 형상 설계 단계부터 '합성영상 생성 S/W'-'영상추적기'-'비행모의 프로그램'을 연동한 통합비행 M&S 도구를 개발, 적용하였다. 통합비행 M&S 도구 기반으로 몬테카를로 시뮬레이션을 수행한 후 체계 주요 성능 지수, 즉 명중률 비교를 통해 적합한 형상을 선정하였다. 본 논문에서는 3세대 대전차유도무기 형상설계를 위한 고려요소와 함께 통합비행 M&S 방법론 및 분석 결과를 기술하였다. 6-DOF flight simulation program is most generally used M&S tool in domestic missile development procedure. The 6-DOF M&S method, however, cannot validate the performance of a imaging seeker-adopted missile in various conditions. A M&S tool for the analysis of the integrated-flight simulation is required since the tracking performance of the imaging seeker is highly dependent on the missile maneuvering, which introduces the displacement and rotation of the target in the seeker imagery. Through the development of the $3^{rd}$ generation anti-tank missile, Raybolt, the integrated-flight M&S tool was developed and applied to the missile configuration design. It integrates synthetic image generation S/W, imaging tracker, and flight simulation program and computes the main system performance criteria, hit probability by Monte-Carlo Simulation. In this paper, the issues in the $3^{rd}$ generation anti-tank missile configuration and the integrated-flight M&S method and results are described.

고정밀 비행 시뮬레이션을 위한 개선 VFM 기법 연구

이치호(Chiho Lee),김무겸(Mukyeom Kim),이재륜(Jae-Lyun Lee),전권수(Kwon-Su Jeon),장막심(Maxim Tyan),이재우(Jae-Woo Lee) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.9

최근 들어 비행 시뮬레이션 기술의 정확도 향상과 기술의 발전으로 실제 비행시험 횟수를 줄이고 시뮬레이션으로 비행 안전과 인증을 확인하는 가상 인증이 확대되는 추세에 있다. 고신뢰도의 비행 시뮬레이션을 위해서는 고정밀도의 공력 데이터를 다양한 받음각과 마하수, 옆 미끄럼각 범위에서 구성해야 한다. 본 연구에서는 정밀한 공력 데이터베이스의 구축을 위해 최적 설계에 주로 사용되는 다양한 데이터 융합 기법의 하나인 Gaussian Process(GP) 기반의 변형 정밀도 모델링(VFM, Variable Fidelity Modeling) 기법과 Adaptive Sampling 기법을 결합하여 개선 변형 정밀도(Improved VFM) 기법을 제안하였다. Case study로 F-16 전투기를 선정하고 고정밀도 데이터의 종류에 따라 4개의 Case를 분류하여 각각의 오차와 정확도를 확인하였다. 여기에 본 연구에서 제안하는 개선 VFM 데이터 융합 기법을 적용하여 고정밀 공력 데이터 사용 횟수를 최소화함으로써 그 유용함을 확인할 수 있었다. 또한, Gliding, Short Term Pitch Response, Roll Mode 기동에 대한 실제 실험 데이터 대비 항공안전 인증 요구 만족 여부를 확인하였다. 이를 통해 개선 변형 정밀도 모델링을 사용한 고정밀도 시뮬레이션의 가상 인증 적용 가능성을 확인하였다. Recent progress in analysis and flight simulation methods enables wider use of a virtual certification and reduces number of certification flight tests. Aerodynamic database (AeroDB) is one of the most important components for the flight simulation. It is composed of aerodynamic coefficients at a range of flight conditions and control deflections. This paper proposes and efficient method for construction of AeroDB that combines Gaussian Process based Variable Fidelity Modeling with adaptive sampling algorithm. A case study of virtual certification of a F-16 fighter is presented. Four AeroDB were constructed using different number and distribution of high-fidelity data points. The constructed database is then used to simulate gliding, short pitch, and roll response. Compliance with certification regulations is then checked. The case study demonstrates that the proposed method can significantly reduce number of high-fidelity data points while maintaining high accuracy of the simulation.

실시간 공력데이터를 이용한 소형 무인항공기의 비행 시뮬레이션

이창호,박영민,최형식 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

본 연구에서는 기존의 비행 시뮬레이션 프로그램에서 비행체의 공력데이터를 Look-up 테이블 형태로 사용하는 방식에서 벗어나 비행조건과 조종면 입력이 주어지면 비행체에 작용하는 공력데이터를 실시간으로 계산하여 비행운동 방정식에 제공함으로서 공력데이터 테이블을 만드는 것보다 시간과 비용이 절약된 비행 시뮬레이션이 가능하게 하고자 한다. 비행체의 형상이 변경되는 경우에는 공력모델을 구성하는 프로그램에서 입력값인 비행체의 형상 데이터만 바꾸어주면 되므로 항공기의 초기설계단계에서 여러 형상의 비행체를 비교 검토하는 경우에 매우 효과적이다. Generally, the aerodynamic data of the aircraft is provided with look-up table for the flight simulation. In this study we try to develop the real-time aerodynamic model of the aircraft which calculates aerodynamic data directly for given flight conditions and control surface deflections instead of using look-up table. This method is efficient to provide aerodynamic data than the look-up table method.

FAA AC120-63 Level C급 KA-32T 비행 시뮬레이션 모델 개발

전대근(Dae-Keun Jeon),전향식(Hyang-Sig Jun),최형식(Hyoung-Sik Choi),최영규(Youngkiu Choi) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.4

헬리콥터 시뮬레이터용 비행 시뮬레이션 모델은 비행 성능과 조종특성에 직접적인 영향을 주는 핵심 모델 중 하나로서, 헬리콥터 설계/제작사로부터 원천 자료 및 모델을 확보하여 개발하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 일반적인 개발 방식과는 다르게 헬리콥터 운용/정비 관련 가용한 자원을 활용하여 기본 모델을 구성하고 이를 비행시험 결과와 비교 튜닝하여 검증하는 방법을 채택하였다. 즉, 대상 헬리콥터인 KA-32T의 제작사로부터 헬리콥터 데이터를 확보할 수 없는 현실을 감안하여 정비교범, 비행교범, 해석, 실측, 논문 등을 기준으로 비행 시뮬레이션 기본 모델을 개발하였다. 이후 기준 데이터 획득을 위해 KA-32T를 대상으로 비행시험을 수행하였으며, 시뮬레이션 결과를 획득된 비행시험결과와 비교 튜닝하여, 개발된 비행 시뮬레이션 모델이 FAA AC120-63 Level C 규격에 적합한 충실도를 보유함을 검증하였다. Flight simulation model for helicopter simulator is one of the most important models which affect flight performance and handling quality. It is typical to develop the model based on the raw data and models from the helicopter designers/manufacturers. The approaches in this study were to develop the basic model based on the available resources regarding helicopter operation/maintenance and to tune and validate it based on the flight test results. The basic model was developed with maintenance manuals, flight manuals, analyses, measurements, papers and so on considering that KA-32T data could not be obtained from the manufacturer. The flight test for KA-32T was performed and the reference data for the simulation validation tests were acquired. The flight simulation model was validated to have the fidelity compatible with level C of FAA AC120-63 after comparison and tuning with flight test results.

경비업무를 효율적으로 수행하기 위한 드론(쿼드콥터)의 비행특성에 관한 연구

한기봉,하정훈 한국경호경비학회 2023 시큐리티연구 Vol.- No.76

최근 4차산업의 발달과 더불어 드론에 관한 연구 및 활용 분야에 관심이 커지는 추세이다. 드론은 물리 보안, 군사, 교통안전, 실종자 수색, 치안, 방송 통신, 물류, 농업 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 드론을 이용한 경비업무는 다양한 장점이 있다. 그러나 드론으로 장시간 경비업무를 하는 데에는 배터리 용량으로 인해 비행시간에 한계를 가진다. 본 연구에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 드론이 비행을 하는데 영향을 주는 드론의 질량과 비행 각도에 따른 비행시간, 비행거리, 비행 속도와 같은 비행 특성들과의 관계를 알아보았다. 연구 결과 드론의 질량이 작을수록 비행시간은 증가하고 비행 각도가 0°일 때 비행시간이 가장 길었으며, 비행 각도가 증가할수록 비행시간이 짧아지는 반면에 속도는 2차 곡선으로 증가함을 알 수 있다. 또한, 비행 각도가 0°~30°사이에서는 비행거리가 급격히 증가하다가 비행 각도가 30°일 때 드론은 최대거리를 비행하였고 이후에는 비행거리가 급격히 감소함을 알 수 있었다. 이는 넓은 지역 경비를 위해서는 비행 각도를 30°로 비행하는 것이 가장 최적이고, 특정 경계 지역으로 드론을 급파시킬 때는 비행 각도를 30이상 유지하면서 비행하는 것이 빠른 시간에 드론을 이동시킬 수가 있다. 이와 같은 연구 결과를 적절하게 응용하여 드론을 운영한다면 향후 경비업무에 더욱 효율적인 방법으로 드론을 활용할 수 있을 것으로 기대된다. Recently, with the development of the 4th industrial revolution, there is a growing interest in the research and use of drones. Drones are used in various fields such as physical security, military, transportation safety, missing person search, public security, broadcasting and communication, logistics, and agriculture. Security work using drones has various advantages. However, long-term security work with drones has limitations in flight time due to battery capacity. In this study, we investigated the relationship between flight characteristics such as flight time, flight distance, and flight speed according to the mass and flight angle of the drone that affect the drone's flight through computer simulation. As a result of the study, the smaller the mass of the drone, the greater the flight time, and the longest flight time was when the flight angle was 0°. As the flight angle increased, the flight time became shorter, while the speed increased in a quadratic curve. Additionally, when the flight angle was between 0° and 30°, the flight distance increased rapidly. When the flight angle was 30°, the drone flew the maximum distance, and after 30°, the flight distance rapidly decreased. For guarding a wide area, it is optimal to fly at a flight angle of , and when dispatching a drone to a specific border area, flying it while maintaining the flight angle above allows the drone to be moved quickly. If these research results are appropriately applied and drones are operated, it is expected that drones will be able to be used in a more efficient way for security work in the future.

구글 어스를 활용한 항전통합실험실 비행 모델 구축에 관한 연구

최원우,권재정,김태현,허성재 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

본 논문에서는 구글 어스(Google Earth)를 활용한 항공전자통합실험실 비행모델 개발에 대해 기술하였다. 일반적으로 항공전자 통합실험실에서 비행 모델이 활용되는 가장 큰 이유는 실제 비행을 통해서만 획득할 수 있는 항공기 자세, 속도, 고도, 위치 등의 비행 정보를 동적 시뮬레이션을 통해 모의함으로써 실제와 유사한 비행데이터를 생성하기 위함이다. 본 논문에서 제안한 구글 어스를 비행모델내 외부비행환경(OTW) 소스로 적용할 경우, 실제와 동일한 위성지형정보가 시현되기 때문에 디지털 무빙 맵 검증이나 비행 궤적 생성, 비행 시험 결과 분석, 비행시험 전 브리핑 툴 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 또한 자체 비행 모델(6DOF)을 구글 어스와 연동함으로써 양방향 비행 데이터 모의 환경을 시스템 엔지니어에게 제공할 수 있다. In this paper, we report experimental studies of developing flight Model in Avionics System Integration Laboratory using the technology of Google Earth. Generally, the most important reason for using flight model in SIL is to simulate flight data such as aircraft attitude, airspeed, altitude, position instead of real flight. If proposed flight model based on Google earth which provides satellite imagery were applied in OTW source, it can be utilized in various parts such as certification for DMAP, generation for flight path and analysis for flight result, tool for pre-flight briefing. Also, it can be provides handshaking environment for flight simulation to system engineer by connecting with internal 6DOF flight model.

쿼드 틸트 로터 UAM 실시간 비행 시뮬레이션을 위한 비행역학 수학적 모델링

강현서(Hyunseo Kang),노나현(Nahyeon Roh),김도영(Do-young Kim),박민준(Min-jun Park) 항공우주시스템공학회 2024 항공우주시스템공학회지 Vol.18 No.4

본 논문은 Generic 쿼드 틸트 로터 UAM 항공기 비행 동력학 기반 비선형 수학적 모델링 및 실시간 시뮬레이션 소프트웨어 개발에 관한 연구 결과를 기술한다. 본 연구에서는 NASA의 UAM 임무 형상 및 요구도를 참고하여 Generic 쿼트 틸트 로터 eVTOL UAM 항공기 형상을 설계하고, 공력 데이터베이스 기반 공기역학, 추력 데이터베이스 기반 프롭로터역학, 항공기의 지면반력, 대기환경을 운동모델로 모델링하였다. 또한 회전익 모드, 천이 모드 및 고정익 모드 별 조종방법을 정의, 나셀 틸트각 Corridor 설정 후 실시간 비행 시뮬레이션 소프트웨어에 구현 후 수평비행 트림 해석을 수행하였다. 본 실시간 비행 시뮬레이션 소프트웨어를 통해 쿼드 틸트 로터 UAM 항공기의 트림 해석뿐 아니라 조종성(Handling Qualities) 예측, 동특성을 고려한 나셀 틸트각 스케줄러 최적화와 회전익, 고정익 및 천이 모드 별 비행 제어법칙 설계/검증 및 비행 시뮬레이터 탑재를 통한 비행 훈련 등 쿼트 틸트 로터 UAM 분야에서 다양한 목적으로 활용 가능할 것으로 예상한다. This paper describes the results of a study on Generic Quad Tilt Rotor UAM aircraft, focusing on nonlinear mathematical modeling and the development of real-time simulation software. In this research, we designed a configuration for a Generic Quad Tilt Rotor eVTOL UAM aircraft based on NASAs UAM mission requirements. We modeled the aerodynamics using a database, the prop-rotor dynamics with a thrust database, and included a ground reaction and atmospheric model in the flight model. We defined the control concept for various modes(helicopter mode, transition mode, and airplane mode), derived tilt angle corridors, and formulated flight control requirements. The resultant real-time flight simulation software not only performs trim analysis for Tilt Rotor UAM aircraft but also predicts handling qualities, optimizes tilt angle scheduling based on dynamic characteristics, designs and validates flight control laws for helicopter, transition, and airplane modes, and facilitates flight training through simulator integration.

비행 시뮬레이션을 위한 전역 탐색과 크리깅 기반 다정밀도 해석 기법 연구

이대연,전형근,조성준,Maxim Tyan,이재우,남화진,서정재 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.4

본 연구에서는 비행 시뮬레이션을 위한 전역탐색 및 크리깅 기반 다정밀도 해석 기법을 정립하였다. 비행 시뮬레이션을 수행하여 설계된 비행체의 성능을 분석 임무 요구도 만족 여부를 판단하였다. 정확도와 효율성을 높이기 위해 다정밀도 해석 프로세스를 정립, 데이터베이스를 구축하였다. 저정밀도 해석에는 VLM 기반 AVL 프로그램을 사용하였으며, 고정밀도 해석에는 건국대학교 공력해석 및 설계연구실에서 개발한 in- house CFD 코드 AADL-3D를 사용하였다. 저정밀도 해석 결과와 고정밀도 해석 결과의 효율적인 통합을 위해 전역탐색과 크리깅 기법이 사용되었다. 다정밀도 해석을 통해 비례 함수를 구하였으며, 크리깅 기법을 사용하여 근사모델을 생성, 공력 데이터베이스를 통합하였다. 비행 시뮬레이션 수행, 저정밀도 해석 결과와 다정밀도 해석 결과 비교를 통해 정립된 기법의 타당성을 검증하였다. In this study, multi fidelity analysis technique using global exploration and kriging was established for performance analysis through flight simulation. Mission requirement was set up by analyze purpose of glide aircraft and mission profile. Performance from flight simulation was compared with mission requirement. Multi fidelity aero database was constructed for improve the accuracy and efficiency. AVL program was used for low fidelity analysis and AADL-3D in-house CFD code, was developed at the konkuk university, was used for high fidelity analysis. These programs were used for multi fidelity analysis process. Kriging method and global exploration were used for integrate low and high fidelity analysis results. Flight simulation for analyze performance of basic guided bomb configuration was performed using 3 DOF trajectory simulation module built in matlab simulink toolbox, and aero database.

M&S 기반의 비행조종컴퓨터 하드웨어 설계 프로세스 개선을 위한 툴 개발

권종광(Jong-Kwang Kwon),안종민(Jong-Min Ahn),고준수(Joon-Soo Ko),승대범(Dae-Beom Seung),김환우(Whan-Woo Kim) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.11

비행조종컴퓨터 하드웨어 개발은 상용 툴 및 전용 개발치구가 전무하여 전 근대적인 방법으로 개발하고 있어 개발 기간을 단축하기가 용이하지 않다. 모델링 및 시뮬레이션과 가상현실 기술을 이용하여 비행조종컴퓨터 하드웨어 개발에 적용하는 프로세스 개선 툴이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 비행조종컴퓨터 입/출력 신호 흐름, 입력 신호의 고장모니터 및 고장 관리 알고리즘, 논리 회로의 작동, 회로기판 조립체의 형상 및 장착 등과 같은 비행조종컴퓨터의 설계특성을 가상의 공간에 시각화 하고 모사할 수 있는 프로세스 개선 툴을 제안한다. 프로세스 개선 툴 사용자는 open flight format의 3차원 모델링 데이터를 이용하여 구성된 비행조종컴퓨터 모델을 사용하여 회로기판 조립체까지 분해/조립을 할 수 있으며 다양한 비행조종컴퓨터 설계 형상을 시뮬레이션 할 수 있다. It is rather difficult to improve flight control computer(FLCC) hardware(H/W) development schedule due to lack of commercial off-the-self(COTS) tools or target specific tools. Thus, it is suggested to develop an enhanced process utilizing modeling, simulation and virtual reality tools. This paper presents H/W design process enhancement tool (PET) for FLCC design requirements such as FLCC input/output(I/O) signal flow, I/O fault detection, failure management algorithm, circuit logic, PCB assembly configuration and installation utilizing simulation and visualization in virtual space. New tool will provide simulation capability of various FLCC design configuration including shop replaceable unit(SRU) level assembly/dis-assembly utilizing open flight format 3-D modeling data.

스마트무인기의 비행운용프로그램 소개

박범진,강영신,유창선,조암 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4

스마트무인기의 비행제어컴퓨터는 탑재장비와의 입/출력 신호처리, 비행제어법칙 연산 그리고 고장진단 및 이중화 기능 등이 구현된 비행운용프로그램이 탑재되어 있다. 비행운용프로그램은 PowerPC 755 프로세서와 VxWorks 5.5 실시간운영체계 환경에서 개발되었다. 비행운용프로그램은 메모리 참조 모듈, 탑재장비 입/출력 신호처리 모듈 그리고 비행제어법칙 모듈로 구성되었고 각각의 모듈은 계층 구조로 설계되었다. 메모리 참조 모듈과 신호처리 모듈은 별도의 시험을 통해 검증되었고, 비행제어법칙 모듈은 HILS 시험, 지상통합시험 그리고 안전줄 시험의 절차를 통해 검증되었다. 본 논문에서는 비행운용프로그램의 개발환경, 소프트웨어 구조 그리고 검증 및 관리방법에 대해서 기술하였다. The operational flight program(OFP) which has the functions of I/O processing with airborne systems , flight control logic calculation and fault diagnosis & redundancy mode is embedded in the flight control computer of Smart-UAV. The OFP was developed in the environment of PowerPC 775 processor and VxWorks 5.5 real time operating system. The OFP consists of memory access module, device I/O signal processing module and flight control logic module, and each module was designed to hierarchical structure. Memory access and signal processing modules were verified from extra test, and flight control logic module was verified from the test process of HILS test, ground integration test and tethered test. This paper describes development environment, software structure and verification and management of the OFP.