Flight Envelope Load Factor Limit Logic Design for Helicopter Fly-By-Wire Controller

This paper reports the load factor logic design for a fly-by-wire helicopter flight envelope protection. As a helicopter is very complex system with a rotor, fuselage, engine, etc., there are many constraints on the flight region. Because of these constraints, pilots should consider them carefully and have a heavy workload, which causes controllability degradation. In this respect, automatic logic is needed to free the pilot from these considerations. As one of these logics, the flight envelope protection logic for the load factor of a FBW helicopter was designed. The flight to exceed the load factor is caused by an abrupt pitch cyclic stick change. In this scheme, the load factor limit logic was added between the pilot stick command block and pitch attitude command block. From the current load value, the available attitude range was calculated dynamically and simulated on the helicopter simulator model to verify the performance. A comparison of the simulation results at the hovering and forward speed region with and without applying the load limiting logic showed that the load factor limit was exceeded more than 20% when the logic was not applied, whereas with the load factor limit logic the load factor was within the limit. In conclusion, a dynamically allocated limitation logic to helicopter FBW controller was verified by simulation.

전자식 조정장치 헬리콥터의 하중 비행영역 제한 로직 설계

본 논문은 전자식 조정장치 헬리콥터의 비행영역 보호를 위한 하중제안 로직 설계에 대한 결과이다. 헬리콥터는 로터, 동체, 엔진등 구조가 복잡하기 때문에 여러 가지 제약조건에 가지고 비행을 해야 한다. 이 때문에 조종사가 그 제약조건을 고려하여 조종을 하면서 조종사의 작업부하가 증가하고 비행 조종성을 떨어뜨리는 결과가 발생한다. 이러한 헬리콥터의 비행제약조건으로부터 자유롭게 조정 하도록 하여 조종사를 도와주는 기능이 필요하고 본 논문에서는 그 중의 대표적인 제약조건인 하중제약조건에 대한 제한 로직을 전자식 조정장치 헬리콥터에 설계하고자 한다. 하중범위를 벗어나는 비행은 피치 싸이클릭 스틱을 급격하게 입력하여 주로 발생한다. 이때 조종스틱 명령과 피치축 자세명령모델사이에 비행영역제한로직을 추가하여 하중범위를 벗어나지 않도록 하였다. 현재의 하중 값에 대한 자세범위를 동적으로 계산하는 로직을 사용하였고 헬리콥터 모델에 적용하여 시뮬레이션을 통하여 알고리즘을 검증하였다. 시뮬레이션을 통하여 정지비행영역, 전진비행영역에서 하중제한로직을 적용하지 않았을 때와 적용하였을 때를 비교한 결과, 하중제한로직을 적용하지 않았을 때는 하중제한 리미트를 20% 이상 초과하였으나 본 연구에서 제한한 로직을 적용하였을 때는 하중제한 리미트가 초과하지 않음을 확인하였다. 결론적으로 시뮬레이션을 통하여 동적으로 할당하는 제한로직이 헬리콥터 전자식 조정장치 제어기에 적합함을 확인하였다.