(1) Introduction

Introduction

 

이 장은 비행의 힘, 그리고 항공기의 방향 및 자세를 제어하기 위해 조종사가 사용하는 비행 제어 시스템(flight control system)에 초점을 맞춘다. 비행 제어 시스템과 특성은 항공기 형식에 따라 크게 달라질 수 있다. 가장 기본적인 비행 제어 시스템은 기계적으로 작동하며 초기 항공기 이래 계속 존재하고 있다. 기계적 비행 제어 시스템은 기계적 부품들(예를 들어 rod, cable, pulley, 그리고 chain)을 통해 조종간 힘을 조종면으로 전달한다. 기계적 비행 제어 시스템은 공기역학적 힘이 과도하지 않은 오늘날의 소형 범용 항공기와 경량 항공기(light sport aircraft)에서 여전히 사용되고 있다. [그림 6-1]

항공기술의 발전에 의해 더 크고 빠른 항공기들이 생산되었으며 이로 인해 조종면에 작용하는 공기역학적 힘 또한 기하급수적으로 증가하였다. 엔지니어들은 조종사가 조종간 힘을 관리할 수 있게 만들기 위해 더 복잡한 시스템을 설계하였다. 처음에는 기계적인 비행 제어 시스템의 복잡성, 무게, 그리고 한계를 줄이기 위하여 기계적 회로와 유압 회로로 구성된 유체역학적 설계가 사용되었다. [그림 6-2]

항공기가 더욱 정교해지면서 조종면이 전기 모터, 디지털 컴퓨터, 혹은 광섬유 케이블로 작동하게 되었다. “fly-by-wire”라 불리는 이러한 비행 제어 시스템은 조종간과 조종면 사이의 물리적 연결을 전기적 인터페이스로 대체하였다. 또한 일부 대형 고속 항공기에서는 유압이나 전기로 작동하는 시스템에 의해 조종이 강화(boosted)된다. fly-by-wire control과 boosted control에서 조종간 반응의 느낌은 가장된(simulated) 방법으로 조종사에게 전달된다.

 

NASA(National Aeronautics and Space Administration) Dryden Flight Research Center는 현재 지능형 비행 제어 시스템(IFCS - Intelligent Flight Control System)을 연구하고 있다. 이 연구의 목표는 자기학습 신경망을 기반으로 하는 비행 제어 시스템을 개발하는 것이다. IFCS는 비행 제어 시스템의 피드백 오류에 직접 적용되며 정상 비행 도중(혹은 시스템 고장 발생 시) 항공기 성능을 개선하기 위한 조정을 제공한다. IFCS를 사용하면 조종사는 조종면 고장이나 기체(airframe) 손상이 발생한 항공기의 제어를 유지하면서 안전하게 착륙할 수 있다. 이는 또한 임무 능력을 향상시키고, 비행의 신뢰도와 안전도를 향상시키며, 조종사의 업무량을 완화한다.

 

오늘날의 항공기는 다양한 비행 제어 시스템을 사용한다. 예를 들어 일부 경량 항공기는 체중이동형 제어(weight-shift control)을 사용하며 반면 열기구(balloons)는 standard burn 기법을 사용한다. 헬리콥터의 경우에는 rotor를 원하는 방향으로 기울이기 위해 cyclic을 사용하고, rotor pitch를 조작하기 위해 collective lever를 사용하며, yaw를 조작하기 위해  anti-torque pedals를 사용한다. [그림 6-3]

비행 제어 시스템에 대한 추가 정보는 특정 항공기 형식의 비행 제어 시스템 및 특성과 관련된 교재를 참조한다.