본문내용
1. 비행제어시스템과 비행관리시스템의 현재와 미래
1.1. 비행제어시스템(FCS)
1.1.1. 비행제어방식
비행제어방식은 인간, 기계식 제어 장치인 FCC(Flight-control-computer) 아날로그와 디지털로 나눌 수 있다. 조종 신호전달 방식은 링게이지(기계식), FBW (Fly-By-Wire) 아날로그, 디지털, FBL (Fly-By-Light)이며, 조종 POWER SOURCE는 인간, 유압, 전기 (Powered-by-wire)로 발전되어 왔다.
비행기가 조종되기 위해서는 비행 제어, 조종 신호전달, 조종 시스템이 필요하다. 예를 들어 세스나는 비행 제어방식이 인간이, 조종 신호전달은 링 케이지가 조종면 POWER SOURCE는 인간이 하였으나, 기술의 발달로 F-35는 비행 제어방식이 FCC(Flight-Control-Computer) 디지털이, 조종 신호전달은 FBW(Fly-By-Wire)디지털이, 조종면 POWER SOURCE는 유압 & 전기가 그 기능을 대체할 수 있었다.
따라서 비행제어방식은 항공기 설계 및 발전 과정에서 지속적으로 발전해왔으며, 조종사의 편의성과 안전성 향상을 위해 점점 더 첨단화되고 있다고 볼 수 있다.
1.1.2. 디지털 비행제어시스템
디지털 비행제어시스템은 기존 조종사의 항공기 조종 표면 사이의 기계적 또는 유압적 연결하는 플라이바이 와이어 비행 제어 기술을 전기 신호 연결로 대체함으로써 가능해졌다. 상업 항공기의 영역에서 디지털 플라이바이 와이어 FCS는 1984년 A320 여객기부터 시작되었으며, A380, 777 제트 여객기, 상업용 항공기인 787로 이어졌다. 플라이바이 와이어 FCS는 조종사 명령을 전기 신호로 표면을 제어하기 위한 것이다. 조종사로서 제어 열을 꺾거나 방향타 페달을 움직이는 것으로 명령은 디지털 신호로 변환된다. 이 디지털 신호는 배선을 통해서 각 제어 표면에 부착된 액추에이터로 이동하고, 제어 표면을 꺾어 수신된 신호에 따라 조종사의 명령을 실행하는 것이다. 촉각일 때 조종사에게 피드백이 제공되고, 항공기 외부에 장착된 센서가 공기역학적 데이터를 전달하게 되며, 댐퍼 또는 서보 모터가 제어 칼럼에 부착된 비행 갑판으로 돌아가는 공기 속도 등은 조종사가 전통적인 FCS를 통해 느낄 공기역학적 힘을 시뮬레이션하는 것이다.
1.1.3. FCC(Flight-control-computer)
FCC(Flight-control-computer)는 초기에 불안정한 비행기를 안정화시키는 것이 주된 목적이었다. 이후 자동조종(AUTOPILOT) 기능, 비상시 비행체 제어 기능, 비행 영역 제한 기능 등이 추가되었다. 예를 들어 의식을 잃은 상태로 추락하는 전투기를 자동으로 수평 자세를 유지할 수 있는 기능이나, 헬기를 자동으로 정지 비행 상태로 유지하는 기능 등이 대표적이다.
FBW(Fly-By-Wire) 시스템의 경우 조종사가 조종면에 가하는 힘을 느낄 수 없기 때문에, 조종사는 계기로만 비행체 상태를 확인해야 한다. 이에 보잉 여객기에서는 FBW 시스템에 조종면에 걸리는 힘을 측정하여 조종간으로 전달해 주는 FORCE FEED BACK SYSTEM을 적용하여 조종사가 비행체 상태를 조종간을 통해 알 수 있도록 하였다.
또한 보잉사는 비행 제어의 우선권을 조종사에게 두었으며, 만일 기수가 제한선 이상으로 조종입력을 할 때 FCC가 조종입력을 반대되는 신호로 조종간의 FORCE FEED BACK SYSTEM을 통해 알려주게 된다. 그러나 조종사가 더 힘을 주게 되면 제한선 이상의 기수를 들 수 있는 신호가 엘리베이터에 입력되게 된다.
반면 에어버스는 제한선 이상의 기동 입력을 요구하면 FCC가 이를 무시하기도 한다. 이처럼 에어버스와 보잉의 조종계통에 대한 철학 차이가 안전에 어떤 영향을 미치는지는 명확하지 않다. 에어버스의 활성 비행 봉투 보호 시스템이 사고를 당했지만, 에어버스는 이러한 사고가 조종사 과실의 결과이며 자사의 설계를 고수를 주장하고 있으며, 보잉 777기와 관련된 주요 사고는 발생하지 않았다. 다만 항공기가 여전히 최신형이며 A320/330/340만큼 널리 사용되지 않기 때문에 사고율을 비교하기는 어렵다.
1.2. 비행관리시스템(FMS)
1.2.1. 비행관리시스템의 역할
비행관리시스템(FMS)은 항공기의 안전한 운항과 효율적이고 경제적인 운항을 도모하기 위하여 조종사에게 항행의 최적 정보를 제공하는 일종의 항행 지원 시스템이다. 비행관리시스템은 항공기 시스템으로부터 비행에 관련된 각종 데이터를 받아서 항공기 자동조종장치 및 자동 출력장치에 유도명령(Guidance Command)을 제공하며, 비행 계획상에 정해진 대로 항공기를 제어하는 역할을 한다.
비행관리시스템은 공항 출발에서 목적지 공항 활주로까지 계획된 비행경로를 비롯하여 지정한 경로점(Way Points)을 경유하거나 비행할 수 있도록 하는 비행 계획(Flight Plan)을 수립하고, 항법 계기(ND)와 MCDU(다중 시현기)상에 항공기 위치를 계산하고 위치정보를 지시하는 등 조종사가 사전에 입력한 Flight Plan에 따라 각종 항행이나 비행 계획에 필요한 데이터를 처리한다. 또한, 조종면 변위각 조절 명령이나 각종 유도(Guidance)명령을 연산하여 출력하고, 시현기(Display)에 나타날 수 있도록 지시하며, 위험 경보 등이 발생 시 시스템의 작동 상태를 기록하고 DME, VOR, ILS 등의 지상국 자동 선택 조율하는 기능이 있다.
더불어 비행관리시스템은 항법, 엔진, 공력 데이터의 DB 갱신, IRU 데이터 정렬(Alignment) 등과 같은 비행 전 각종 항공전자 시스템의 기능 점검까지 조종사가 운항에 필요한 정보의 대부분을 제공하고 직접 처리하기도 하는 항공기 시스템의 중추적인 기능을 담당하고 있다.
이처럼 비행관리시스템은 점차 그 중요성이 더 확대되고 있으며, 각종 부가 기능이 확장되면서 운항 중 대기조건에 따라 미세하게 변동하는 항공기의 운항 속도까지 컴퓨터가 연산하고 조절하여 가장 연료 효율이 좋은 최적 경제속도와 고도를 산출하여 제공하거나 조종 장치에 유도명령을 제공하는 성능관리시스템(Performance Management System)으로 발전하고 있다.
1.2.2. 비행관리시스템의 역사
비행관리시스템(FMS)의 역사는 다음과 같다.
FMS 이전에는 어떤 항전 시스템도 소프트웨어 집약적이지 않았기 때문에 비행 관리 시스템의 탄생과 수용은 디지털 항공 전자 공학에서는 중요한 사건이었다. 리넨은 비행 관리 시스템의 도입은 소프트웨어가 "항 전학에서 단계의 시작을 나타내며, 설계는 시스템의 기능과 특징에서 지배적인 역할을 한다"라고 말했다.
FMS의 개발은 1973년 석유파동에 따른 직접적인 대응이었고, 항공사를 강요했다. 더 효율적인 항공기 운영 방법을 모색하기 위해서 보잉은 최초의 FMS 계약을 체결했다. 1978년 하니웰이요 1982년 프로젝트의 완료에 따라서 비행 관리 시스템은...
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