T-50 정밀추적 성능 향상을 위한 세로축 제어법칙에 관한 연구

김종섭(Chong-sup Kim),황병문(Byung-moon Hwang),고기욱(Gi-oak Koh),배명환(Myung-hwan Bae) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.8

현대의 고성능 전투기는 공력성능 및 조종성능의 향상을 위하여 대부분 세로축 방향으로 항공기를 불안정하게 설계하는 정안정성 완화(Relaxed Static Stability) 개념을 채택하고 있다. 비행제어법칙의 설계 작업은 이러한 불안정하게 설계된 항공기가 주어진 비행임무에 대하여 만족스런 안정성과 조종성능을 발휘할 수 있도록 비행성능을 조작하는 일련의 과정이다. 전투기의 조종성능은 공대공 전투(Air-to-Air Fighting)와 공대지 전투 (Air-to-Ground Fighting)로 분류할 수 있다. 공대공 전투 시에는 전체포착(Gross Acquisition) 및 정밀추적(Fine Tracking)성능을 동시에 만족해야 한다. T-50 비행시험 결 과, 공대공 추적에서 전체포착성능은 만족하지만, 정밀추적성능은 만족하지 못하였다. 본 논문에서는 정밀추적성능의 향상을 위해 새로운 개념의 세로축 제어법칙 적용에 관한 연구 방향을 제시하였다. HQS 조종사 시뮬레이션 및 비행시험 결과, 본 제어법칙을 적용하였을 때 전체포착성능의 저하 없이 정밀추적성능을 개선시킬 수 있었다. An advanced method of Relaxed Static Stability (RSS) is utilized for improving the aerodynamic performance of modern version supersonic jet fighter aircraft. The laws of flight control system utilize RSS criteria in both longitudinal and lateral-directional axes to achieve performance enhancements. Particularly, the design of longitudinal control laws for utilizing RSS methods greatly affects the performance of the aircraft in Air-to-Air Tracking and Air-to-Ground modes, which improves weapon delivery. In the area of Air-to-Air Tracking, the development of longitudinal control laws aids in the fine tracking and gross acquisition of other aircraft. This paper proposes that new concept of longitudinal control law introduce in order to improve fine tracking performance in air-to-air tracking maneuver. Result of HQS pilot simulation and flight test, fine tracking performance improve without degradation of gross acquisition when new concept of control law is applied.

T-50 세로축 장주기 모드 운동 특성에 관한 연구

김종섭(Chong-sup Kim),황병문(Byung-moon Hwang),김성준(Seong-jun Kim),허기봉(Gi-bong Hur) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.4

현대의 고성능 전투기는 공력성능 및 조종성능의 향상을 위하여 대부분 세로축 방향으로 항공기를 불안정하게 설계하는 정안정성 완화(Relaxed Static Stability) 개념을 채택하고 있다. 비행제어법칙의 설계 작업은 불안정하게 설계된 항공기에 안정성(Stability)을 부여하고, 주어진 비행임무에 대하여 만족스런 조종성능(Controllability)을 발휘할 수 있도록 비행성능을 조작하는 일련의 과정이다. 항공기의 세로축 운동은 장주기 및 단주기 운동이라는 2개의 감쇠진동 모드가 중첩되어 있다고 간주한다. 전투기에서 세로축 제어법칙설계는 장주기 모드가 설계대상으로 고려되지 않으며, 미 군사규격인 MIL-F-8785C에 정의되어 있는 단주기 모드(Short Period Mode)의 요구조건을 이 용하여 주파수와 감쇠비를 최적화한다. 이 때, 제어법칙이 포함된 고차시스템을 저차 등가시스템으로 등가 시켜 판별한다. 현재까지 항공기의 단주기 운동 특성에 관한 연구는 활발하게 진행되어 왔으나, 장주기 운동 특성에 관한 연구는 그렇지 못하였다. 본 논문에서는 T-50 훈련기의 장주기모드 운동 특성을 분석하기 위해 선형 및 비선형해석을 수행하였으며, 받음각제한기 및 자동 피치자세각 트림 명령이 세로축 운동에 미치는 영향성을 분석하였다. An advanced method of Relaxed Static Stability (RSS) is utilized for improving the aerodynamic performance of modern version supersonic jet fighter aircraft. The flight control system utilize RSS criteria in both longitudinal and lateral-directional axes to achieve performance enhancements and improve stability. The T-50 advanced trainer employs the RSS concept in order to improve the aerodynamic performance and the flight control law in order to guarantee aircraft stability. The longitudinal two modes are the short period with high frequency and the phugoid mode with low frequency. The design goals of longitudinal control laws is concerned with the short period damping and frequency optimization using lower order equivalent system and utilizing the requirement of MIL-F-8785C. Analysis of short period mode has been and continues to be performed This paper addresses the analysis of aircraft phugoid node characteristics such as damping, natural frequency, and analysis of aircraft pitch motion that impacted by angle of attack limiter and auto pitch attitude control law.

고기동 무인항공기 종축 가속도 제어법칙 구조 설계에 관한 상쇄연구

윤성훈(Seonghun Yun),명현삼(Hyunsam Myung),장세아(Se-ah Jang),문성원(Seongwon Moon),안종민(Jongmin Ahn),이진영(Jinyeung Lee),허기봉(Gibong Hur) 한국항공우주학회 2023 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2023 No.4

비대칭 무장 형상의 조종성 개선에 관한 연구

김종섭(Chong-sup Kim),배명환(Myung-whan Bae),황병문(Byung-moon Hwang) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.2

현대의 고성능 전투기는 공대공 및 공대지 전투 임무를 수행하기 위해 여러 가지 무장형상을 하고 있고, 무장투하 시 비대칭 형상(Asymmetric Configuration)으로 임무를 수행하는 경우가 많다. 현재, 개발이 진행 중인 T-50 훈련기의 비대칭 무장형상 비행시험에서 세로축 기동 시 가로축 방향으로 조종사가 원하지 않는 운동이 발생하는데, 이는 항공기 안정성 및 조종성에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 이러한 현상을 개선하기 위하여 기존의 가로축 제어법칙인 미끄럼각-미끄럼각속도 귀환 구조를 F-16과 같이 단순 롤각속도 귀환구조로 적용하였다. 연구결과, 단순 롤각속도 귀환구조로 가로축 제어법칙을 변경하였을 때 비대칭 무장형상에서 세로축 기동 시 가로축 운동의 발생이 줄어들었으며, 시스템의 안정도 여유는 설계기준에 만족한다는 것을 알 수 있었다. Modern versions of supersonic jet fighter aircraft have several different weapon loading configuration to support air-to-air combat and air-to-ground delivery of weapon modes. These various aircraft loading conditions could result in asymmetric configurations to the aircraft once delivered. These asymmetric configurations could result in decreased handling qualities for the pilot maneuvering, stability, control issues and aerodynamic performance of the aircraft. In order to eliminate or decrease these adverse impacts on the pilot's ability, development of T-50 flight control law attempts to control the aircraft in both longitudinal and lateral-directional axes. Especially, the design of the lateral-directional roll axis control laws, utilizing a simple roll rate feedback structure and gains such as F-16, is developed for the T-50 aircraft to meet the aircraft's design requirements. Consequently, it is found that the improved control law decreases the roll-off phenomenon in lateral axes during pitch maneuver.

고받음각에서 조종성능 및 안정성 증강을 위한 제어법칙에 관한 연구

김종섭(Chong-sup Kim),황병문(Byung-moon Hwang),이동규(Dong-Gyu Lee) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.10

현대의 고성능 전투기는 한계받음각 내에서 적절한 조종성(Controllability) 및 안정성(Stability)을 확보하고 있어야 한다. 고받음각에서 항공기가 이탈에 진입할 수 있는 한계값은 항공기 형상설계에 직결되는 문제이다. 하지만 현대의 고성능 전투기는 전기식 비행제어계통(Digital Fly-By-Wire Flight Control System)을 사용하여 고받음각 제어법칙을 설계함으로써 한계값 내에서 항공기의 안정성을 보장하고 있다. 현재, T-50 세로축 고받음각 제어법칙에는 (+)한계받음각 이상으로의 비행을 제한하는 받음각 제한기(Angle of Attack Limiter)가 설계되어 있다. 그러나 (-)한계받음각 이상으로 비행을 제한하는 받음각 제한기는 설계되어 있지 않아, 조종사의 과도한 (-)세로축 기동에 대해 항공기가 이탈에 진입할 수 있다. 그리고 T-50 비행시험에서 PA에서 과도한 (+)세로축 기동 시, 받음각(Angle of Attack)이 현재 설계되어 있는 한계받음각을 초과하는 문제점이 발생하였다. 본 논문에서는 고받음각 제어법칙을 일부 수정하여 한계받음각 내에서 항공기의 세로축 조종성능을 향상시키고, 항공기 안정성을 확보할 수 있는 제어법칙에 관한 연구를 수행하였다. Modem version of supersonic jet fighter aircraft must have guaranteed appropriate controllability and stability in HAoA(high angle of attack). Limit value of aircraft entering into the deep stall in HAoA is related to aircraft configuration design. But, In order to guarantee the aircraft's safety in HAoA, control law for HAoA region implemented in digital Fly-By-Wire flight control system of supersonic jet fighter. The AoA limiter is designed for positive HAoA in longitudinal control law. But, aircraft departure during aggressive negative pitch maneuver such as push over in departure resistance flight test. Therefore negative AoA limiter is needed in longitudinal control law. Result of T-50 flight test show that the AoA is exceed the limit value during aggressive positive pitch maneuver in pull up of power approach mode. In this paper, the AoA limit control law in positive and negative AoA was proposed in order to improve aircraft controllability and stability.

T-50 형상 재구성 모드의 항공기 비행 안정성에 관한 연구

김종섭(Chong-sup Kim),황병문(Byung-moom Hwang),황민환(Min-hwan Hwang),배명환(Myung-whan Bae) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.5

현대의 고성능 전투기에 탑재되어 있는 전기식 비행제어계통(Digital Fly-By-Wire Flight Control System)은 통합 다기능 감지기(IMFP : Integrated Multi-Function Probe)에 의해 항공기의 고도/속도/받음각 정보를 얻는다. T-50에 적용되어 있는 3개의 IMFP는 3중 결함 및 분리되지 않는 2중 결함에 대해서 비행 안정성(Flight Stability)을 확보하기 위해 형상 재구성 모드(Air Data Reconfiguration Mode)를 제어법칙에 적용했다. 본 논문에서는 항공기 운용 시 발생할 수 있는 IMFP 결함으로 인한 형상 재구성 모드 제어법칙에 대해, 비행 안정성을 해석하기 위하여 선형해석(Linear Analysis) 및 HQS(Handling Quality Simulator) 조종사 시뮬레이션을 수행하였고, IT-50 비행시험 시, 발생했던 IMFP 결함으로 인해 제어법칙이 형상 재구성 모드로 적용되었던 사례를 제시했다. 그 결과, T-50 훈련기의 제어법칙이 형상 재구성 모드로 전환될 경우, 항공기 안정성에는 영향이 없다는 것을 알았다. Modern versions of supersonic jet fighter aircraft using digital flight-by-wire flight control system receive aircraft flight condition such as altitude, airspeed and AoA(angle of attack) from IMFP(Integrated Multi-Function Probe). IMFP sensors data have triplex structure using three IMFP sensors. An air data reconfiguration mode is applied to a T-50 flight control law to guarantee the aircraft flight stability when 2 or 3 IMFP sensors data are invalided. In this study, linear analysis and HQS(Handling Quality Simulator) pilot simulation are performed to analyze flight stability when the air data reconfiguration mode is applied to the control law. And we propose an example that the air data reconfiguration mode is applied to the control law due to second failure of IMFP during T-50 flight. It is found that the aircraft flight stability is not affected when the T-50 flight control law is changed to the air data reconfiguration mode.

고받음각에서 항공기 이탈 방지를 위한 제어법칙에 관한 연구

김종섭(Chong-sup Kim),황병문(Byung-moon Hwang),정대희(Dae-hee Jung),김성준(Seung-Jun Kim),배명환(Myung-hwan Bae) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.7

군용항공기는 고받음각에서 적절한 조종성 및 항공기 이탈에 대한 안정성을 확보하고 있어야 한다. 고받음각에서 항공기가 이탈에 진입할 수 있는 한계값은 항공기 형상설계에 직결되는 문제이다. 하지만 현대의 고성능 전투기는 전기식 비행제어계통을 사용하여 고받음각 제어법칙을 설계함으로써 한계 값 내에서 항공기의 안정성을 보장하고 있으며 항공기가 이탈 시, 안전하게 회복할 수 있도록 고받음각 제어법칙을 설계한다. 현재 T-50에 적용되어 있는 고받음각 제어법칙은, 세로축 방향으로는 받음각 제한기 및 MPO(Manual Pitch Override) 모드, 가로-방향축으로는 고받음각 이탈제한기, 가로축 명령제한기, 방향 축 조종사 명령제한기 및 스핀방지기가 설계되어 있다. 본 논문에서는 T-50 에 적용되어 있는 고받음각 제어법칙을 소개하며, 고받음각 비행시험을 통하여 항공기 안정성에 관한 연구를 수행하였다. Supersonic jet fighter aircraft must have been guaranteed appropriate for controllability and stability in HAoA(High Angle of Attack) region. Limit value of aircraft enter the deep stall at HAoA is related to problem of aircraft configuration design. But, In order to guarantee the aircraft safety in HAoA, control law is designed using digital Fly-By-Wire flight control system in modern versions of supersonic jet fighter aircraft. Also, In order to recovery if aircraft enter the deep stall or spin, anti-spin control law and MPO(Manual Pitch Override) mode is designed. AoA limiter and MPO is designed in longitudinal axis and HAoA departure prevention logic, roll command limiter, rudder fader and anti-spin logic is designed in lateral-directional axis. In this paper, we introduce the T-50 HAoA flight control law and propose that aircraft stability and adequate of these control law from HAoA flight test.