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F-16 AFTI


Advanced Fighter Technology Integration




F-16 AFTI 개요



비행중 기존과 다른 기체의 제어를 평가하기 위하여, 미공군 시스템 사령부의 비행역학 실험실은 Advanced Fighter Technology Integration (AFTI, 진보형 전투기 기술 통합) 프로그램을 지원하기로 결정하게 된다. 그리고 1989년 12월 26일 제너럴 다이나믹스는 총 6번째 F-16A 체계개발기(#75-0750)를 AFTI 항공기로 전환하는 계약을 수주하게 된다. 이는 또한 F-16CCV(Control Configured Vehicle)(#72-1567)의 연장선상에서 이루어졌다고 보면 된다. 그리고 AFTI 프로그램을 위해 해당 항공기는 1980년 3월 제너럴 다이나믹스에 인도된다.


F16AFTI_1.jpg
▲ AFTI F-16(#75750) 기체로써 전방에 2개의 카나드가 달린 초기 AFTI F-16의 전형적인 형상을 볼 수 있다.


AFTI F-16은 공기흡입구 하단에 2개의 카나드 조종면을 장착하게 된다. 이 카나드는 CCV F-16에서 사용되었던 것이었다. 또한 AFTI F-16은 기체 상부에 추가적인 전자장비를 장착하기 위해 튀어나온 등뼈와 같은 외형을 지닌 구조물이 추가되었다. 이 구조물에는 시스템 전체를 총괄하는 3중 디지털 비행제어 시스템(DFCS, Digital Flight Control System) 및 독립화된 6-자유도(6 independent Degree of Freedom)를 제공하는 기동 받음각 자동 제어 시스템(AMAS, Automated Maneuvering Attack System - *주 자동화 기동 공격 시스템으로 얼추 직역되지만 6DOF를 거론한 것으로 보아 Attack이 Angle of Attack에서의 Attack인거 같아서 다음과 같이 번역하였습니다.)을 탑재하기 위한 것으로 이는 고장허용설계가 적용되었으며, 이로 인하여 단일 결함이 정상 작동에 영향을 미치지 못하며, 이후 추가적인 두번쨰 결함이 발생할 경우, 시스템은 대기 상태로 전환되어 최소한 안전한 비행은 유지할 수 있게 된다. 또한, 디지털 비행제어계통 전체가 다운되는 등의 예상치 못한 문제에 대비하여, 간단한 아날로그 백업 비행제어 계통이 탑재되었다.


음성으로 제어하는 상호작용 장비 (Voice-Controlled Interactive Device)

조종석 장비중에 특이한 부분으로는 음성으로 제어하는 상호작용 장비(VCID, Lear-Siegler사 제품)를 들 수 있다. 음성 제어 계통(32~256 단어)을 통하여 AFTI는 항전장비를 조작할 수 있으며, 초기 단계에서의 VCID 테스트는 단순히, 단일 단어를 이용한 명령...예를 들면 '메뉴', '데이터', 방위, 숫자, 알파벳의 포네틱 코드(알파, 베타, 찰리 등등)에 대한 것으로 항법과 같은 치명적인 영향을 주지 않는 범위 이내에서만 이루어졌다. 하지만, 후기 테스트 단계에서는 여러개의 단어로 이루어진 명령 인식에 대한 연구까지 이루어지게 된다.

하지만, 문제가 발견되었는데 이는 하드웨어나 소프트웨어가 아니라, 시스템이 오로지 하나의 목소리에 대해서만 시스템이 훈련되었기 때문에 얼마나 제대로 말을 하느냐에 따라서 급격한 성능변화가 있었다는 것이다. 추가로 소수의 조종사들만이 5G 이상에서 지속적으로 떠들 수 있으며(이 결과는 제너럴 다이나믹스에서 원심분리기를 이용한 연구에서 기인한 결과로, 해당 실험 진행중 단 한명만이 9G에서도 끙끙거리며 음성명령을 수행 할 수 있었다고 한다), F-16 조종석의 경우도 높은 G 기동중에는 120dB이 넘어가는 소음이 발생하는 문제도 무시할 수는 없었다. 이럼에도 불구하고 연구를 진행한 결과 음성명령의 약 90%의 정확성을 끌어낼 수 있다는 경이적인 결과를 보여주게 된다.


헬멧 장착형 표적 지시기 (Helmet-Mounted Target Designation Sight)

헬멧 장착형 표적 지시기와 같은 다른 기술에 대한 테스트도 이루어졌다. AFTI 파일럿들은 기존의 스로틀에 부착된 표적 지정을 제어하는 커서가 아닌, 단지 필요하면 그냥 바라보고 표적에 대해서 바이저(조종사들이 사용하는 헬멧에 눈 부위에 위치하는 색이 입혀지거나 하는 투명/불투명 유리)에 표시된 크로스헤어(Cross-hair, 조준 십자선)에 0.5인치(12.7mm) 이내에만 정렬시키면 되었다. 이 상황에서 표적 지정버튼을 누르게 되면 표적이 지정(보통은 락온, Lock-on 이라고 부르는거랑 동일)되며, 오차에 대한 추가적인 세부조절은 스로틀의 커서를 이용하면 된다. 또한, 이 시스템은 FLIR(Forward Looking Infra-Red, 적외선 전방 감시)나 레이더도 머리의 이동과 자동으로 연동이 가능하다.

조종사의 머리에 대한 상대적인 위치는 자기장을 이용하여 검출하게 되는데, 이 자기장은 조종사의 머리 바로 뒤 캐노피 부분에 장착되며 헬멧에는 약 133g의 수신기가 장착된다. 여기에 더 추가적으로 조종사에게 표적의 위치를 찾을 수 있게 도움을 줄 수도 있는데, 이는 4개의 LED들(위/아래/왼쪽/오른쪽) 상황에 맞게 점등하는 방식으로 이루어지게 된다. (*주 : 눈부시겠다...)



AFTI 프로그램



1 단계 (Phase I)

AFTI는 1982년 7월 10일, 포트워스에서 제너럴 다이나믹스의 조종사인 Alex V. Wolfe에 의해서 첫 비행을 하게 된다. 이후 제조사의 시험비행이 텍사스, 카스웰 공군기지에서 이루어진 뒤, AFTI/F-16은 캘리포니아의 에드워드 공군기지로 이동하여 약 2년간 총 275회의 시험비행을 수행하게 된다. AFTI 프로그램 1단계에서는 DFCS(디지털 비행제어 계통)와 천이기동 능력에 대한 실증을 중점적으로 수행하였으며, 1983년 7월 30일 1단계 시험이 종료되었다.


2단계 (Phase II)

1984년부터는 더미(Dummy, 모조품) 기체의 주익 안쪽(Wing Root)부분에 FLIR 장비를 장착하고서 2단계 테스트가 시작되었다. 통상의 F-16C 항전장비가 적용되었으며, 기동 받음각 자동 제어 시스템(AMAS)도 적용되었다. 1987년까지 2단계 테스트가 진행되는 과정에서 AMAS는 AFTI/F-16이 일정한 받음각일때 3개의 모든 축에 대한 것(X, Y, Z축을 기준으로 한 회전운동인 롤/피치/요를 말합니다.)과 지정된 6 방향상의 비행방향(+X, -X, +Y, -Y, +Z, -Z 방향)에 대해 대응이 가능하게 되었다.

디지털 비행제어 시스템은 조종사에게 비정상적인 비행 자세 진입이 가능하다거나, 기수를 이용한 방향지정(nose pointing?), 직접 힘 변환, 그리고 기타 기존과 다른 기동과 같은 기동에 있어서 새로운 자유를 부여하게 되었다.(*주 : 자세한 배경 및 이와 관련된 기술을 모르기 때문에 차후 관련 기술자료 및 논문을 보게되면 수정하겠습니다.) 또한 AFTI 항공기는 또한 단좌형 조종석(*주 : 원문은 Single-Place Cockpit이므로 오역 가능성이 있음) 배치 및 계통의 변형등에 대한 검증에도 사용되었으며, 조종사들은 헤드업과 헤드다운 디스플레이 및 음성 명령 시스템, 음성 경고 시스템, 터치 스크린 디스플레이 등에 대한 검증도 수행하게 되었다. 이 AFTI 항공기는 이외에도 공군에서 그림형태로 3축선상의 상황에 대한 시각화 연구 일환인 Microcomputer Applications of Graphics and Interactive Communications(MAGIC) 프로젝트 수행에도 사용되었다.

1987년 9월이 되자, F-16/AFTI 팀은 그들이 수행한 놀라운 과학과 공학 부분의 결과물을 바탕으로 미공군으로부터 Theodore von Karman 표창을 수여받게 된다.



진보된 연구 프로그램들 (Advanced Research Programs)


근접 항공지원에 대한 연구(Close Air Support Studies)

이듬해, AFTI/F-16은 NASA에서 수행한 근접 항공 지원(CAS, Close Air Support) 연구에 사용된다. 이 연구는 A-16 제안을 지원하기 위한 것과 향후 전장에서 근접항공지원 및 항공 후방차단 임무 수행을 위한 항공기에 대해서 이루어 졌다. 이를 위하여 AFTI/F-16은 F-16C Block 25의 주익과 Block 40 사양의 F-16, 예를 들면 APG-68 레이더와 LANTIRN 인터페이스 등에 대한 업그레이드가 수행되었으며 1988년부터 1991년까지 자동 표적 핸드-오프(Hand-off) 시스템(지상 중계소나 다른 AFTI/F-16 항공기들로 부터 표적 정보를 수신받는)을 이용한 저고도 전장 후방차단 기술이나 페이브 페니(Pave Penny) 레이져 지시 포드, 기축선상을 벗어난(Off-Axis) 무기 발사 기술, 그리고 다양한 디지털 시스템과 같은 총 5단계의 CAS 평가 프로그램에 참여하게 된다.


F16AFTI_2.jpg
▲ AFTI(#75750) 후기형 기체의 멋들어진 헤드온 조망으로써
Dorsal Spine(기체 등짝 가운데 등뼈처럼 솓아오른 박스형 구조물)과
주익 안쪽에 장착된 LANTIRN 스타일의 Pod와 기수부분에 장착된
FLIR 터렛을 확인할 수 있다.




GPWS와 GCAS 프로그램

미공군은 대부분의 군 전술 항공기의 추락사고에 대부분에 해당하는 " 자진해서 맨땅에 헤딩 하는 비행(CFIT, Controlled Flight Into Terrain) " 을 줄이길 원했기 때문에 진보된 지면 충돌 방지 시스템 개발을 시작하게 되었다. 눈에 띄는 획기적인 발전으로는 1970년대에 소개된 지면 근접 경보 시스템(GPWS, Ground Proximity Warning System)으로 결과적으로 CFIT 사고율이 획기적으로 줄어들게 되었다.

그리고 맨땅에 헤딩 방지 시스템은 지면 충돌 회피 시스템(GCAS, Ground Collision Avoidance System)으로써 종착점에 도달하게 되는데, GCAS는 조종사가 현재 자신이 머지않아 맨땅에 헤딩하게 될 상황 - 심지어는 그 경고까지도 - 을 인지하지 못하고 있다고 시스템이 판단하면 자동으로 기체의 자세를 회복하게 된다. 이 기술과 관련되어 AFTI F-16은 개발과 구현 연구에서부터 지난 10년간 지형 회피 시스템에 대한 적합성 검증 수행에 있어서 테스트베드로 사용되었다.


F16AFTI_3.jpg
▲ CAS 프로그램에 참가중인 AFTI(#75750) 후기형 기체


AFTI의 진보된 혹은 자동 지면 충돌 회피 시스템(Auto-GCAS)은 디지털 지형 데이터베이스와 정밀한 항법 입력을 기반으로 작동하며, 조종사에게 경고하는 것 이상(상황이 여의치 않는다면 오토파일럿 기능에 의해서 기체 회복을 강제로 실행한다거나)의 동작을 수행한다. 기체의 위치와 디지털 지형 데이터 베이스의 상호위치에 대한 결정은 레이더 고도의 시간에 따른 변화나 위성 항법 시스템(Global Positioning System, *주 : 글자 그대로 하려면 범지구 위치 결정 시스템...이라고 해야겠지만 보통은 위성항법시스템이라고 쓰기 때문에 그렇게 표기하였습니다.) 혹은 관성 항법에 의한 입력값 등을 통해 기체와 지면의 상대적인 위치를 산출하게 된다. GCAS 알고리즘은 항공기의 비행 파라미터와 디지털 지형 시스템 데이터를 대조하여 기체 자세 복원 프로파일을 예측하여 오토파일럿을 통해 이를 수행하게 된다. 지형 회피기동은 롤 자세를 수평으로 복원한 뒤(= 뱅크각을 트림상태로 복원한 이후, 원문 : roll-to-wings-level - *주 : 자세한 의미 아시는 분 제보 좀...) 5G 상승기동으로 이루어져 있다. AFTI에 테스트하는 과정에서 GCAS는 최저 허용고도인 50~150피트에서만 작동하도록 설정되었다. 하지만, 최저 허용고도는 어떤 값으로든 원하는데로 하는게 가능했으며 임으로 150피트를 최저로 선택하는게 보통이었다면, 기총소사의 상황에 대해서는 50피트로 설정하는 등 유동적인 최소고도 설정이 이루어졌다.

1995년이 되자 AFTI F-16은 1,000회 이상의 자동 복원 실험을 수행하였다. 1996년 11월이 되자 AFTI F-16은 규정된 고유 작동 고도에 대해서 확정된 자동-GCAS 경고 기준 테스트를 수행하였다. 이 테스트에서 연구원들은 조종사의 정상 조작에 훼방을 놓아 짜증날 정도로 예민하게 시스템을 작동시켰으며, 이와 같은 비행은 약 20회 수행되었다.

1997년 1월이 되자, AFTI 소프트웨어 마이그레이션과 관련된 2개년 프로그램이 시작되었고, Auto-GCAS의 경우 테스트가 종료되어 1998년에는 Block 25 사양의 F-16D에 대한 테스트가 종료되게 된다.





원문 출처 : F-16.net

* 본 번역 자료는 F-16.net의 허락을 얻어 번역한 후 업로드한 자료입니다.
  (*사진 제외 - 삭제하거나 기타 사진을 추가, 혹은 링크로 대체할 예정입니다.)

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다음편은 F-16 AFTI입니다...라고 써놓고 그야말로 오랫만(4년 하고도 약 3개월, 군대 두번 갔다올 시간)에 다음편 번역해 올립니다...





P.S : 추가 자료 환영, 오역 신고 환영...

급 추가 : 이 다음 다음편의 경우 원래대로하면 F-16 GCAS인데 분량이 AFTI편 기준으로 대충 3.5배 이상이 되는거 같은데...
             그것도 작업을 할까요? 아니면 패스할까요...다수의 의견을 따르겠습니다...
             근데 대충 읽어보니 내용이 별로 재미는 없습니다... 진짜로... 길어서 번역하기 싫은게아니라 진짜로...
?
  • profile
    타블란투라 2011.03.04 09:15

    올해안에 AFTI편 완성을 볼 수 있는건가효?ㅋㅋ

  • profile
    카이리 2011.03.04 09:20
    이게 AFTI편임...
  • profile
    Butterfly 2011.03.06 06:51
    트위서 멘션을 보고 이제서야 댓글 올립니다. Falcon 시뮬게시판을 맡아 하시고 있으시고 설명서도 직접 올리셨으니 이번에도 시간이 되신다면 천천히 올려보시면 많은 분들에게 자료로서 도움이 되리라 생각됩니다.
  • profile
    카이리 2011.03.06 07:06
    이제 하나만 더 번역하면 되는데...일단 머지않아서 전체적으로 내용들이 수정될 것입니다.
    (사진은 직접 해당 페이지의 링크로 대체한다거나, 원문 페이지 링크까지 추가한다거나)
  • ?
    빠이롯 2011.03.12 20:11
    roll-to-wings-level : Dive recovery시 먼저 기체의 bank angle을 0도로 만들고 pull up시키기 때문에 윙레벨 잡는다는겁니다~
  • profile
    카이리 2011.03.12 21:42
    수평이라는 말 대신 말씀하신것처럼 뱅크각 0도라고 쓸껄 그랬네요...정보 감사합니다.

카이리전용

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