첫 초음속 항공기였던 T-50의 경우

FBW(Fly-By-Wire) 비행제어 OFP(Operational Flight Program)와 각종 항전장비를 통합하여 지상시험을 할 수 있는 AHB(Avionics Hot Bench)는 록마가 주도하여 개발하였고, 따라서 이에 대한 기술이전이 제한적이었다고 한다.

추후 F-X(F-15K획득)의 절충사업으로 FBW OFP 설계기술을 일부 이전 받게되는 데, 국과연, LIG Nex1, KAI 공동으로 '전자식 비행제어 기술실증기 개발 사업'을 진행한다.

2004년 11년 - 사업착수

2005년 12월 - PDR

2006년 5월 - CDR

2008년 10월 - 초도비행

이 사업을 통해 확보한 독자기술들은 아래와 같다.

- 전자식 비행제어 시스템 설계(Fly-By-Wire)

- 비행제어 국산 OFP 개발(코딩, 시험, 문서, 도구, 절차 등 포함)

- 최신 비행제어컴퓨터(FLCC) 개발

- 통합시험장비 개발

- HQ 시뮬레이터 개조개발

개발 중인 비행제어 소프트웨어(OFP)를 실증기에 넣어 비행하기 이전에 지상에서 이를 확인하고자 T-50 HQS(Handling Quality Simulator)개조가 필요했다

T-50 HQS를 개조하며 쌓은 기술은 추후 KF-21 HQS 개발로 이어진다.

<KF-21 HQS>

비행제어소프트웨어가 항공전자시스템들과 통합하여 문제가 없는 지도 확인해야 한다. 따라서 동기간에 T-50 AHB 개발도 진행됐다

이후 KAI는 장비명을 SIL(System Integration Laboratory)로 바꿔 부른다. AHB는 록마용어

<T-50 AHB 815 station. 이 때 습득한 기술이 KF-21 SIL 개발로 이어진다>

<KF-21 항전통합시험장비(SIL)>

2015년 KF-X 체계개발을 본격 시작하기에 앞서 비행제어법칙 개발에 대한 계획을 수립한다

<KF-21 비행제어법칙 개발항목들>

<개발 일정>

다양한 모드들이 개발되는 데, 이 중에서 ATF(자동지형추적)과 GCAS(자동지상충돌회피) 기능은 Block2에서 개발하기로 되어 있다. 이유는 KF-21 Block1은 공대공만 우선 개발하고, Block2에 가서 공대지가 개발되기 때문에 지상공격 및 침투에 연관된 두 모드들은 공대지 개발때 완료하는 것으로 미뤄둔 것 같다

F-35 등 최신형 전투기에 적용되는 선진자동비행제어 모드들에 대해 개발위험요소제거를 위해 T-50으로 실증하는 과정을 거쳤다.

KFX선진자동비행제어 기술실증 사업

2016년 10월 ~ 2018년 11월

<자동경로항법, Autopilot>

<자동지상충돌회피, GCAS>

<자동지형추적, ATF>

<자동조종회복 PARS, 조종사가 시계혼란으로 오조작을 하거나 High G에 의해 의식을 잃었을 경우 기체가 자동으로 회복하는 기능>

비행제어에 있어서도 시대가 바뀌며 여러가지 기법들이 발전하여 왔다

<고기동 전투기 비행제어법칙 발전 동향>

2000년대 이전의 양산 전투기에서는 성능이 기 입증된 고전제어방식의 PID제어가 사용되어 왔다고 함

그러나 풍동시험을 통한 전 운용 비행영역에서의 공력모델의 신뢰성 확보, 대기정보센서 정확도 향상 및 제어 이론의 발달로 고전적인 설계접근 방식을 보완하고 비선형성을 직접 다룰 수 있는 NDI(비선형 동적 역변환) 제어기법의 적용이 이루어지고 있는 추세임

KF-21에도 가장 최신 기법인 NDI를 적용할 예정인데, 모델기반과 센서기반 NDI가 있음. F-35는 모델기반 NDI

모델기반은 풍동시험이나 비행시험으로 획득한 공력 모델과 각속도, 각 변위 등의 센서 정보를 활용하여 현재의 항공기 3축 각가속도를 추정하는 방식이며, 센서기반은 항공기에 각가속도 센서를 장착하거나, 항공기의 각속도를 미분하여 3축 각가속도를 직접 획득하는 방식이다

센서기반은 모델 불확실성의 강건성/제어법칙 구조 간략화 측면에서 많은 이점이 있음

예를 들어 비행 중 연료소모 또는 무장 투하 등으로 발생하는 무게중심의 변화에 대하여 모델기반 NDI는 각 상황에 따른 데이터베이스를 충분히 확보하지 못한 경우에는 각가속도는 오차를 가질 수 밖에 없으나 센서로부터 측정되는 값은 항공기의 변화된 동적 특성을 이미 반영한 상태이므로 불확실성에 의한 오차를 줄일 수 있음

<모델 및 센서 기반 동적 역변환 제어 장단점>

<모델 및 센서 기반 동적 역변환 제어 개념>

KF-21은 모델기반 NDI 제어기법을 기반으로 하면서 센서기반 NDI를 병행 혹은 보조하여 개발하는 것을 검토중이다

F-35 이외에 모델기반 NDI를 적용하는 세계 2번째 전투기이자, 센서기반 NDI 를 적용하는 세계 최초 항공기가 된다

요약 :

KF-21 비행제어개발에는 최신 제어기법, 비행모드 들을 다 때려 넣고 있는 중이다