(9) Analog Pictorial Displays

Analog Pictorial Displays

 

Horizontal Situation Indicator(HSI)

 

HSI란 다이얼(compass card 역할을 하는 장치)을 구동하기 위해 flux valve를 사용하는 direction indicator이다. 이 계기는 magnetic compass를 항법 신호와, 그리고 glideslope과 결합한다. [그림 5-38] 이는 조종사가 선택한 course와 관련된 항공기 위치를 알려준다.

lubber line 아래의 azimuth card가 지시하는 항공기 heading은 북쪽(혹은 360도)이다. course-indicating arrowhead는 020로 설정되어 있다(tail은 그 반대 방향인 200을 가리키고 있음). course deviation bar는 VOR/Localizer(VOR/LOC) 항법 수신기와 함께 작동하며 이는 course-indicating arrow가 가리키는 course로부터 왼쪽이나 오른쪽으로 벗어났는지를 나타낸다(종래의 VOR/LOC 지시침이 각을 이루어 움직이는 것과 동일한 방식으로 작동함).

(출처: IFR magazine)

course select knob를 통해 course-indicating arrow를 회전시켜서 원하는 course를 선택한다. 이는 마치 조종사가 위에서 항공기를 내려다보는 그림을 제공한다(aircraft symbol과 course deviation bar가 특정 course에 대한 항공기 위치를 묘사한다). TO/FROM indicator는 삼각형 모양의 지시침이다. 이것이 course arrow의 머리를 가리킨다는 것은 해당 course가 항공기를 특정 시설로 향하게 만든다는 것을 나타낸다(단, 해당 course가 올바르게 교차 및 비행될 경우). 반면 이것이 course arrow의 꼬리를 가리킨다는 것은 해당 course가 항공기를 특정 시설로부터 곧장 멀어지게 만든다는 것을 나타낸다(단, 해당 course가 올바르게 교차 및 비행될 경우).

 

glideslope deviation pointer는 glideslope과 항공기의 관계를 나타낸다. pointer가 중앙으로부터 아래에 있다면 항공기가 glideslope 위에 있으므로 하강률을 높여야 한다. 대부분의 계기에서 azimuth card는 fluxgate에 의해 구동되는 remote indicating compass이다. 허나 만약 fluxgate가 없는 계기이거나 비상 상황인 경우에는 heading을 주기적으로 magnetic compass와 비교해야 하며 heading select knob를 통해 heading을 다시 설정해야 한다.

 

Attitude Direction Indicator(ADI)

 

자세 계기의 발전 덕분에 자이로 수평선이 다른 계기들(예를 들어 HSI)과 결합되었으며 이로 인해 조종사가 주의를 기울여야 할 서로 다른 계기의 수가 줄었다. ADI는 이러한 기술 발전의 한 예이다. flight director는 시스템 내에 ADI를 포함한다. ADI가 반드시 command cues를 갖추어야야 하는 것은 아니지만 보통 이 기능이 탑재된다.

 

Flight Director System(FDS)

 

FDS는 하나의 디스플레이에 다수의 계기를 결합해서 항공기의 비행경로를 쉽게 파악할 수 있게 해준다. FDS가 계산한 솔루션은 조종사가 특정 경로를 유지하는데 필요한 조종 명령을 제공한다.

 

FDS의 주요 구성 요소에는 ADI(FDI - Flight Director Indicator라고도 불림), HSI, mode selector, 그리고 flight director computer가 있다. flight director는 조종사나 autopilot(coupled)이 따라야 할 조종 명령을 제공하는 시스템으로 flight director를 사용한다 해서 항공기가 autopilot에 의해 조종되는 것은 아니다

 

조종 명령을 위해 flight directors는 보통 두 개의 디스플레이 시스템 중 하나를 사용한다. 첫 번째는 command bars(하나의 horizon bar와 하나의 vertical bar)이다. command bars가 중앙으로부터 벗어나면 조종사가 이를 다시 중앙에 맞춰야 한다(마치 glideslope 처럼). 두 번째는 command cue로 조종사는 이를 miniature aircraft와 정렬해야 한다.

 

flight director는 다양한 계기들 중 하나로부터 신호를 수신한 다음 이를 ADI에 전달해서 조종 명령으로 변환한다. mode controller는 steering bars를 구동하기 위해 ADI에 신호를 전달한다. “Command” indicator는 특정 결과를 얻기 위해 항공기 자세를 어느 방향으로 얼마나 변경해야 하는지를 알려준다.

 

command indicator는 계기 비행에 필요한 많은 계산들을 덜어준다. ADI의 노란색 command cue는 모든 조종 명령을 조종사에게 제공한다. [그림 5-39] 이는 항법 시스템, ADC, AHRS, 그리고 기타 데이터 소스로부터 정보를 수신하는 컴퓨터에 의해 구동된다. 컴퓨터는 이 정보를 처리한 후 조종사가 따라야할 single cue를 제공한다. 이 cue를 따라가면 조종사는 특정 경로를 유지하는데 필요한 3차원 비행 궤적을 얻을 수 있다.

처음에 널리 사용된 flight directors 중 하나는 Sperry에서 개발되었으며 이는 Sperry Three Axis Attitude Reference System(STARS)라 불렸다. 1960년대에 개발된 이 flight directors 보통 상업용 항공기와 비즈니스용 항공기에서 사용되었다. 이후의 flight directors는 autopilots • aircraft와 통합되어 완전한 integrated flight system을 제공한다.

 

아래에 설명된 flight director/autopilot system은 범용항공 항공기에 설치되는 전형적인 시스템이다. 전형적인 flight director의 구성 요소는 mode controller, ADI, HSI, 그리고 annunciator panel이다. [그림 5-40]

조종사는 HDG(heading) mode, VOR/LOC(localizer tracking) mode, 혹은 AUTO Approach(APP) or G/S(ILS localizers와 glidepath를 자동으로 capture 및 tracking) mode 중 하나를 선택할 수 있다. auto mode는 항공기 성능과 바람을 고려하는 fully automatic pitch selection computer를 갖추고 있으며 이는 조종사가 ILS glideslope에 도달하였을 때 작동한다. 더 복잡한 시스템에서는 더 다양한 flight director modes를 사용할 수 있다.

 

Integrated Flight Control System

 

integrated flight control system은 다양한 시스템들을 통합하여 하나의 주요 구성 요소에 의해 작동 및 제어되도록 만든다. 그림 5-41은 항공기 airframe, autopilot, 그리고 FDS로 구성된 fully integrated system으로 처음에 개발된 flight control system의 주요 구성 요소들이다. 대형 상업용 항공기에서만 볼 수 있었던 이 시스템은 이제 범용항공에서도 보편화되고 있다.

Autopilot Systems

 

autopilot은 전기, 유압, 혹은 디지털 시스템을 통해 항공기를 제어하는 기계적 수단이다. autopilot은 항공기의 세 가지 축을 조종할 수 있다: roll, pitch, 그리고 yaw. 범용항공의 autopilots는 대부분 roll과 pitch를 조종한다.

 

autopilots가 작동하는 방법도 다양하다. 첫 번째는 position based이다. 즉 attitude gyro가 position(예를 들어 wing level)의 변화 정도, pitch의 변화 정도, 혹은 heading의 변화 정도를 감지한다.

 

작동 방법이 position based인지 rate based인지는 autopilot에 사용되는 센서 유형에 따라 달라진다. autopilot이 항공기의 자세(즉 roll과 pitch)를 제어할 수 있는 능력을 갖추기 위해선 항공기의 실제 자세에 대한 정보가 시스템에 지속적으로 제공되어야 한다. 이는 여러 가지 유형의 자이로스코프 센서를 통해 이루어진다. 일부 센서는 수평선에 대한 position의 형태로 항공기의 자세를 나타내도록 설계된 반면 그 외의 센서는 rate(시간에 따른 position의 변화)를 나타내도록 설계된다.

 

rate-based systems는 autopilot system을 위해 turn-and-bank sensor를 사용한다. autopilot은 항공기의 3개 축 중 2개의 축에 대한 rate 정보를 사용한다: 수직 축에 대한 움직임(heading의 변화나 yaw)과 세로 축(roll)에 대한 움직임. 자이로 축이 항공기 세로축과 30도를 이루도록 설치되면 하나의 센서만으로도 이렇게 조합된 정보들을 사용할 수 있다.

 

그 외의 시스템들은 position based information과 rate based information을 모두 사용해서 두 시스템의 특성을 모두 활용한다(최신 autopilots는 digital based information을 사용한다). 그림 5-42는 Century의 autopilot을 나타낸다.

그림 5-43은 S-Tec가 개발한 rate-based autopilot의 도표이다. 구매자는 기본적인 wing leveling에서 향상된 기능까지 모듈형으로 추가할 수 있다.