비행 시뮬레이터

Flight simulator
F/A-18 미국 독립 항공모함 탑재 호넷 비행 시뮬레이터

비행 시뮬레이터는 조종사 훈련, 설계 또는 기타 목적을 위해 항공기 비행과 그것이 비행하는 환경을 인위적으로 재창조하는 장치다.여기에는 항공기가 어떻게 비행하는지, 비행 제어의 적용에 어떻게 반응하는지, 다른 항공기 시스템의 영향 및 항공기가 공기 밀도, 난류, 윈드 시어, 구름, 강수 등과 같은 외부 요인에 어떻게 반응하는지를 결정하는 방정식의 복제가 포함된다.비행 시뮬레이션은 비행 훈련(주로 조종사), 항공기 자체의 설계 및 개발, 항공기 특성과 제어 처리 품질에 대한 연구 등 다양한 이유로 사용된다.[1]

비행 시뮬레이션의 역사

1910년 프랑스 사령관 클롤루스와 라퐁, 클라벤다드 중위의 주도로 군용기 지상훈련기가 최초로 건조되었다.앙투아네트 회사가 만든 '톤노우 앙투아네트'(앙투아네트 배럴)가 비행 시뮬레이터의 선구자인 듯하다.

제1차 세계 대전 (1914–1918)

훈련 영역은 조종사 또는 전문 공기총잡이가 처리하는 공기총잡이를 위한 것이었다.움직이는 표적을 향해 발사하려면 총알이 목표물 근처에 도달하는 데 필요한 시간 동안 목표물( 소위 납각)을 미리 조준해야 한다.이를 '편향 사격'이라고도 하며 기술과 연습이 필요하다.제1차 세계 대전 동안, 몇몇 지상 시뮬레이터들은 새로운 조종사들에게 이 기술을 가르치기 위해 개발되었다.[2]

1920년대와 1930년대

링크 강사 특허 도면, 1930년

가장 잘 알려진 조기 비행 시뮬레이션 기기는 에드윈 링크가 1927년 짓기 시작한 미국 뉴욕 빙엄턴에서 제작한 링크 트레이너였다.그는 나중에 그의 디자인에 특허를 냈고, 1929년에 처음으로 판매되었다.링크 트레이너는 보통 잘 알려진 파란색으로 칠해진 기본적인 금속 프레임 비행 시뮬레이터였다.이러한 초기 전쟁 시대의 비행 시뮬레이터 중 일부는 여전히 존재하지만, 작동 사례를 찾는 것은 점점 더 어려워지고 있다.[3]

빙엄턴에 있는 링크 패밀리 회사는 플레이어 피아노와 장기를 제조했고, 따라서 에드 링크는 가죽 벨로우즈나 리드 스위치와 같은 부품에 익숙했다.그는 파일럿이기도 했지만 실제 비행훈련이 가능한 양에 만족하지 못한 그는 날씨와 항공기 및 비행강사의 이용가능성의 제약 없이 그러한 훈련을 제공하기 위해 지상기기를 구축하기로 결정했다.그의 디자인은 피치와 롤링 신호를 제공하는 팽창식 벨로우에 의해 구동되는 공압식 모션 플랫폼을 가지고 있었다.플레이어 피아노에 사용되는 것과 유사한 진공 모터가 플랫폼을 회전시켜 요(Yaw) 신호를 제공했다.모션 플랫폼에는 작업 기구를 갖춘 일반 복제 조종석이 탑재됐다.조종석이 가려졌을 때 조종사들은 안전한 환경에서 계기 비행 연습을 할 수 있었다.모션 플랫폼은 파일럿에게 피치(상하부), 롤링(상하부), 요(좌우부)에서 실제 각운동에 대한 신호를 주었다.[4]

처음에, 항공 비행 학교들은 "링크 트레이너"에 거의 관심을 보이지 않았다.링크도 미 육군 공군(USAF)에서 트레이너를 시연했지만 성과가 없었다.그러나 1934년 육군 공군이 우편물을 날리는 정부 계약을 맺으면서 상황이 달라졌다.여기에는 미국항공우주국(USAF)이 이전에 많은 훈련을 실시하지 않았던 나쁜 날씨와 좋은 날씨에도 비행해야 하는 것이 포함되었다.우편 서비스 첫 주 동안, 거의 십여 명의 육군 조종사들이 목숨을 잃었다.육군 공군의 계급은 에드 링크와 그의 조련사를 기억했다.링크가 날아와 뉴저지 뉴어크필드에서 이들을 만났고, 훈련장치에 대한 연습 때문에 시야가 좋지 않은 날 도착하는 그의 능력에 그들은 감명을 받았다.결과는 USAF가 링크트레이너 6대를 구매한 것으로, 이는 세계 비행 시뮬레이션 산업의 시작을 알리는 것이라고 할 수 있다.[4]

제2차 세계 대전(1939–1945년)

1943년 페페렐 제조의 링크 트레이너를 이용한 군 인사

제2차 세계 대전 동안 사용된 주요 파일럿 트레이너는 링크 트레이너였다.많은 조종사들이 유럽이나 태평양으로 돌아가 전투임무를 비행하기 전에 이들 국가에서 훈련을 받았기 때문에 미국과 캐나다에서 50만 명의 새로운 조종사들을 훈련시키기 위해 약 1만 명이 제작되었다.[4]거의 모든 미 육군 공군 조종사들은 링크 트레이너에서 훈련을 받았다.[5]

다른 종류의 제2차 세계 대전 훈련기는 별들이 밤에 항해하는 데 사용되었다.1941년의 천체항법 훈련기는 높이가 13.7m(45ft)로 폭격기 승무원의 항법팀을 수용할 수 있었다.그것은 밤하늘의 투사된 디스플레이에서 별을 찍는 데 사용할 수 있도록 했다.[4]

1945년부터 1960년대까지

1954년 유나이티드 항공은 이전 모델과 비슷한 300만 달러의 비용으로 4대의 비행 시뮬레이터를 구입했는데, 비주얼, 사운드, 움직임이 추가되었다.이것이 오늘날의 상업용 항공기용 비행 시뮬레이터 중 첫 번째였다.[6]

오늘

CAE는 2017~2027년(하루 70명) 신규 항공사 조종사 25만5000명, 기장으로 진화하는 초임 장교 18만 명 등 두 자릿수 성장률을 보이면서 시뮬레이터 제조업체들이 수직 통합·통합하고 있다.가장 큰 제조업체는 캐나다 CAE 주식회사로서 시장점유율 70%에 연간 28억 달러의 수익을 올리고 있으며, 70년간 훈련 장치를 제조했지만, 2000년에 복수 인수와 함께 교육에 뛰어들었다.이제 CAE는 시뮬레이터를 생산하는 것보다 훈련으로 더 많은 것을 만든다.크롤리 소재 L3 CTS는 2012년 개트윅 공항 인근에 있는 탈레스 트레이닝&시뮬레이션의 제조공장을 인수한 뒤 2015년 영국 CTC 트레이닝스쿨, 2016년 플로리다 샌포드의 아에로심, 2017년 10월 포르투갈 아카데미 G에어를 인수하며 시장에 진출했다.[7]

시장점유율 20%로 여전히 L3 CTS 매출의 절반 이상을 차지하고 있지만 매년 1600대의 상용 조종사를 교육하고 연간 2만2000명 중 7%를 전문으로 교육하며 세분화된 시장에서 10%를 목표로 하고 있어 곧 역전될 수 있다.세 번째로 큰 TRU Simulation+ Training은 2014년 모기업인 텍스트론 항공이 시뮬레이터를 메흐트로닉스, 오피닉US, 프로플라이트와 합병하면서 시뮬레이터를 중심으로 737 맥스777X의 첫 번째 풀 플라이트 시뮬레이터를 개발하면서 만들어졌다.네 번째는 일반, 비즈니스 지역 항공기에 초점을 맞춘 국제 비행 안전이다.에어버스와 보잉MRO와 같은 항공기 제조보다 높은 마진을 목표로 자체 교육센터에 투자해 협력사 CAE, L3와 경쟁하고 있다.[7]

2018년 6월 상용 항공사 시뮬레이터는 1270개로 1년 동안 50개사(FFS 85%·s 15%), CAE는 이 설치 기반 중 56%인 L3 CTS 20%, 국제선 비행안전 10%를 공급했고, CAE 교육센터는 13%의 점유율을 가진 최대 운영사다.북미 지역은 전 세계 훈련장치의 38%, 아시아태평양 25%, 유럽 24%를 보유하고 있다.보잉 타입은 전체 시뮬레이션 항공기의 45%를 차지하며 에어버스 35%, 엠브레이어 7%, 봄바디어 6%, ATR 3%[8] 순이다.

서비스 중인 비행 훈련 장치의 유형

조종사 교육

트윈젯 비행 시뮬레이터의 조종석.

현대 비행 훈련에는 몇 가지 다른 장치가 사용된다.CPT(Cockpit Procedures Trainer)는 비상 점검 목록 처리와 같은 기본 조종석 절차를 연습하고 조종석 익숙화를 위해 사용된다.특정 항공기 시스템은 시뮬레이션될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.공기역학 모델은 일반적으로 존재하는 경우 극히 일반적이다.[9]

기술

동작

시뮬레이터에 기반한 훈련과 실제 항공기 취급으로 이어지는 기술 이전은 특히 모션 단서가 관련된 경우 통계적으로 유의한 평가를 내리기가 어렵다.파일럿 의견의 많은 표본이 요구되고 많은 주관적인 의견이 방송되는 경향이 있는데, 특히 파일럿들이 객관적인 평가를 하고 구조화된 시험 일정에 대응하는 데 익숙하지 않다.수년 동안, 6 DOF 모션 기반 시뮬레이션은 조종사가 입력과 외부 힘을 제어하기 위한 비행 제어 운영과 항공기 대응에 더 가까운 충실도를 제공했으며, 비 모션 기반 시뮬레이션보다 학생들에게 더 나은 훈련 결과를 제공했다고 믿었다.이를 "처리 충실도"라고 설명하며, 취급 품질에 대한 수치적 Cooper-Harper 등급 척도와 같은 시험 비행 표준으로 평가할 수 있다.최근의 과학적 연구들은 비행 시뮬레이터 내의 진동이나 동적 좌석과 같은 기술을 사용하는 것이 크고 값비싼 6-DOF FFS 기기와 같은 훈련의 전달에 동등하게 효과적일 수 있다는 것을 보여주었다.[10][11]

자격 및 승인

절차

제조사가 ATD 모델을 승인받기를 원하는 2018년 [12]9월 이전에 모델 라인의 사양을 포함하고 적절한 규정을 준수함을 증명하는 문서를 FAA에 제출한다.QAG(자격 승인 가이드)라고 불리는 이 문서가 승인되면 QAG를 준수하는 모든 미래 장치가 자동으로 승인되고 개별 평가가 필요하거나 제공되지 않는다.[13]

전 세계 모든 CAA(Civil Aviation Authority)가 수용하는 실제 절차는 고유한 시뮬레이터 장치에 적합하고 장치 자체에 따라 사용할 수 있는 MQTG 문서(CAAC의 경우 40일)를 30일 전에 제안하는 것이다.시뮬레이터의 대표성을 비행기와 비교하여 입증한다.이 결과는 항공기 OEM이 제공하는 비행시험 데이터 또는 시뮬레이터 OEM이 발주한 시험캠페인 데이터와 비교되거나 항공기 OEM 개발 시뮬레이터가 제공하는 POM(Proof Of Match) 데이터로도 비교할 수 있다.QTG 중 일부는 연속적인 자격 검증 중에 시뮬레이터가 CAA에 의해 승인된 허용오차에 여전히 있음을 증명하기 위해 연중 재방송될 것이다.[14][15][16]

비행 시뮬레이터 "레벨" 및 기타 범주

현재 비행기와 헬리콥터 FSTD 모두에 대해 다음과 같은 수준의 자격이 부여되고 있다.

미국 연방 항공국(FAA)

항공 훈련 장치(ATD)[17]
  • FAA 기본 ATD(BATD) – 연방 규정집 제14호에 따른 민간 파일럿 인증서와 계기 등급에 대한 지상 및 비행 훈련 요건에 특정한 절차 및 운영 수행 업무 모두에 적합한 훈련 플랫폼과 설계 제공
  • FAA Advanced ATD(Advanced ATD) – 민간 조종사 자격증, 계기 등급, 상용 조종사 자격증, ATP(Airline Transport Pilot) 자격증 및 비행 강사 자격증에 대한 지상 및 비행 훈련 요건에 특정한 절차 및 운영 수행 업무 모두에 적합한 훈련 플랫폼 제공
비행 훈련 장치(FTD)[18]
  • FAA FTD 레벨 4 – CPT(Cockpit Procedures Trainer)와 유사함.이 수준에는 공기역학 모델이 필요하지 않지만 정확한 시스템 모델링이 필요하다.
  • FAA FTD 레벨 5 – 공기역학 프로그래밍 및 시스템 모델링이 필요하지만, 한 가지 특정 모델이 아닌 항공기 제품군을 대표할 수 있다.
  • FAA FTD 레벨 6 – 항공기 모델별 공기역학적 프로그래밍, 제어 느낌 및 물리적 조종석이 필요하다.
  • FAA FTD 레벨 7 – 모델별모든 해당 공기역학, 비행 제어 및 시스템을 모델링해야 한다.진동 시스템을 공급해야 한다.이것은 시각 시스템이 필요한 첫 번째 단계다.
전체 비행 시뮬레이터(FFS)[19]
  • FAA FFS 레벨 A – 동작 시스템은 최소 3도 자유도가 필요하다.비행기 전용.
  • FAA FFS 레벨 B – 레벨 A보다 3축 모션과 높은 충실도의 공기역학 모델이 필요하다.가장 낮은 수준의 헬리콥터 비행 시뮬레이터.
  • FAA FFS 레벨 C – 6개의 자유도를 모두 갖춘 모션 플랫폼이 필요하다.또한 레벨 A 및 B에 비해 전송 지연(대기 시간) 감소시각 시스템은 조종사별로 75도 이상의 외부 수평 시야를 가져야 한다.
  • FAA FFS 레벨 D – 현재 이용 가능한 최고 수준의 FFS 자격.요구사항은 추가사항을 포함한 레벨 C에 대한 것이다.모션 플랫폼은 6도 자유도를 모두 가져야 하며, 시각 시스템은 시준된(반전 초점) 디스플레이와 함께 적어도 150도 이상의 외부 수평 시야를 가져야 한다.조종석의 현실적인 소음과 많은 특수 동작 및 시각적 효과가 요구된다.

유럽 항공 안전국(EASA, ex JAA)

비행 항법 및 절차 강사(FNPT)[20]
  • EASA FNPT 레벨 I
  • EASA FNPT 레벨 II
  • EASA FNPT 레벨 III – 헬리콥터만 해당.
  • MCC – 진정한 "수준"의 자격요건이 아니라, 모든 수준의 FNPT를 Multi Crew Coordination 교육에 사용할 수 있는 추가 기능.
비행 훈련 장치(FTD)[20]
  • EASA FTD 레벨 1
  • EASA FTD 레벨 2
  • EASA FTD 레벨 3 – 헬리콥터 전용.
전체 비행 시뮬레이터(FFS)[20]
  • EASA FFS 레벨 A
  • EASA FFS 레벨 B
  • EASA FFS 레벨 C
  • EASA FFS 레벨 D

최신 하이엔드 비행 시뮬레이터

NASA/Ames의 수직 모션 시뮬레이터(VMS)

세계에서 가장 큰 비행 시뮬레이터는 샌프란시스코 남쪽 NASA 에임스 연구 센터의 수직운동 시뮬레이터(VMS)이다.이것은 60피트(+/- 30피트)의 수직 이동(히브)을 가진 매우 큰 던지기 운동 시스템을 가지고 있다.히브 시스템은 40피트 레일에 장착된 수평 빔을 지지하여 +/- 20피트의 시뮬레이터 캡의 횡방향 이동을 허용한다.40ft 빔에는 기존의 6도 자유형 육각형 플랫폼이, 플랫폼에는 상호교체가 가능한 캐빈이 탑재된다.이 설계는 서로 다른 항공기 객실의 신속한 전환을 허용한다.시뮬레이션은 비행기와 상업용 및 군용기에서부터 우주왕복선까지 다양하다.우주왕복선의 경우 착륙 직전 초기 셔틀 비행에서 발생한 종방향 조종사 유도 진동(PIO)을 조사하기 위해 대형 수직운동 시뮬레이터를 사용했다.VMS에서 문제를 확인한 후, 다른 종방향 제어 알고리즘을 시도하고 셔틀 프로그램에 최선을 사용할 것을 권장하는 데 사용되었다.[21]

방향 감각 상실 훈련

오스트리아의 AMST Systemtechnik GmbH(AMST)와 미국 필라델피아의 ETC(Environmental Tectonics Corporation)는 요(Yaw)에 완전한 자유가 있는 방향감각 훈련을 위한 다양한 시뮬레이터를 제조하고 있다.이들 장치 중 가장 복잡한 것은 네덜란드 TNO 연구소의 데스데모나 시뮬레이터로, AMST가 제조했다.이 대형 시뮬레이터는 수직 운동을 추가하는 틀에 김볼로 된 조종석이 장착되어 있다.골격은 회전 플랫폼에 부착된 레일에 탑재된다.이 레일은 시뮬레이터 캡을 회전 중심에서 다른 반지름에 배치할 수 있도록 하며, 이는 최대 3.5까지 지속 가능한 G 기능을 제공한다.[22][23]

아마추어 및 비디오 게임 비행 시뮬레이션

참고 항목

참조

메모들

  1. ^ Federal Aviation Administration (25 April 2013). "FAR 121 Subpart N—Training Program". Retrieved 28 April 2013.
  2. ^ Bonnier Corporation (January 1919). "Dry Shooting for Airplane Gunners". Popular Science Monthly. Bonnier Corporation. pp. 13–14.
  3. ^ Fly Away Simulation (12 July 2010). "Flight Simulator Technology Through the Years". Archived from the original on 12 October 2011. Retrieved 20 April 2011.
  4. ^ a b c d "ASME 랜드마크: 링크 플라이트 트레이너."2011년 12월 17일 웨이백머신 미국기계학회지보관.검색됨: 2011년 12월 18일.
  5. ^ "미 공군 팩트 시트: 링크 트레이너."공군 국립박물관회수: 2016년 10월 12일
  6. ^ Hearst Magazines (September 1954). "Airline Pilots Fly Anywhere in the world – Without Leaving the Ground". Popular Mechanics. Hearst Magazines. p. 87.
  7. ^ a b Murdo Morrison (25 June 2018). "Civil simulator manufacturer strategies compared". FlightGlobal.
  8. ^ Antoine Fafard (26 June 2018). "Analysis: Civil simulator fleet nears 1,300 mark". FlightGlobal.
  9. ^ "Navy CPT". www.navair.navy.mil. U.S. Navy. Retrieved 4 August 2014.
  10. ^ Andrea L. Sparko; Judith Bürki-Cohen; Tiauw H. Go (2010). Transfer of Training from a Full-Flight Simulator vs. a High Level Flight Training Device with a Dynamic Seat. AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference. doi:10.2514/6.2010-8218.
  11. ^ Peter John Davison. "A summary of studies conducted on the effect of motion in flight simulator pilot training" (PDF). MPL Simulator Solutions. Retrieved 12 November 2019.
  12. ^ FAA AC 61-136B
  13. ^ FAA AC 61-136a
  14. ^ FAA CFR Part 60
  15. ^ EASA CS-FST(a) 문제 2
  16. ^ CAAC CCAR-60
  17. ^ AC-61-136A 부록 1 및 2
  18. ^ 14 CFR Part 60, 부록 B 및 D
  19. ^ 14 CFR Part 60, 부록 A 및 C
  20. ^ a b c CS-FSTD A 및 CS-FSTD H
  21. ^ Beard, Steven; et al. "Space Shuttle Landing and Rollout Training at the Vertical Motion Simulator" (PDF). AIAA. Retrieved 5 February 2014.
  22. ^ "DESDEMONA: 차세대 이동 시뮬레이션" 네델란드어 조직 보오르 토게패스트 나투르웨텐샤펠리크 온데르조크 검색: 2012년 7월 5일
  23. ^ 로자, M, M. 웬딩크, Ph.펜스트라."데스데모나 모션 시스템의 성능 테스트."2007년 8월 20-23일 사우스캐롤라이나 주 힐튼 헤드 AIA MST.

참고 문헌 목록

  • 로버트 B에게 말한 대로 켈리, 로이드 L.파크, 파일럿 제작자뉴욕: 그로스 & 던랩, 1979년 초판 1970.ISBN 0-448-02226-5

외부 링크