스마트 무인기 ADRS

탑재자료 저장장치

원고 제공:한국내쇼날인스트루먼트 마케팅

개발: ㈜에스엠인스트루먼트 김영기

사용한 NI 제품: LabVIEW, FPGA Module, Real-Time module, cRIO-9014, cRIO-9104, NI 9211, NI 9215, NI 9411, NI 9233, NI 9237, NI 9944/9945

해결 과제

스마트 무인기 비행 중 항공기의 상태를 모니터링 하기 위한 시스템 개발이 필요하였다.

솔루션

진동, 온도, 로터위치/속도 및 응력을 측정/저장하고 RS-422통신을 통해 스마트 무인기의 주제어기인 DFCC (Digital Flight Control Computer)와 비행 관련 데이터를 송수신하는 장치를 개발하였다.

어플리케이션 요약

ADRS(Air Data Recording System)는 고안전성, 소형경량화 및 지능형 자율비행 능력을 보유한 수직이착륙과 고속비행이 가능한 스마트 무인기의 비행 중 진동, 온도, 로터위치/속도 및 응력을 측정/저장하고 RS-422통신을 통해 스마트 무인기의 주제어기인 DFCC(Digital Flight Control Computer)와 비행 관련 데이터를 송수신하는 장치이다.

개발 배경

한국항공우주연구원 스마트 무인기 사업단에서 소요 제기된 사업으로 스마트 무인기 비행 중 항공기의 상태를 모니터링 하고 DFCC에서 항공기의 상태 정보 획득을 위한 데이터 측정장비의 개발을 요청 받았다.

본론

시스템 개요

ADRS(Air Data Recording System)은 고안전성, 소형 경량화 및 지능형 자율비행 능력을 보유한 수직이착륙과 고속비행이 가능한 스마트 무인기의 비행 중 진동, 온도, 로터위치/속도 및 응력을 측정/저장하고 RS-422통신을 통해 스마트 무인기의 주제어기인 DFCC(Digital Flight Control Computer)와 비행 관련 데이터를 송수신하는 장치이다. 전원이 인가되면 자동적으로 데이터 측정 및 DFCC와의 통신 기능 수행하며, 스마트 무인기의 최대 비행시간인 5시간 동안 데이터 측정(최대 8GByte 데이터 저장 가능)을 할 수 있다. 이때, NI CompactRIO 플랫폼을 적용하였으며, 비행 후 저장된 바이너리 데이터를 텍스트 파일로 변환하여 후처리하게 된다.

그림 1. 스마트 무인기 ADRS1 탑재자료 저장장치  

그림 2. 스마트 무인기 ADRS2 탑재자료 저장장치

시스템 구성 및 하드웨어

ADRS 탑재자료 저장장치 시스템 구성도는 다음과 같다.

ADRS1 탑재자료저장장치 하드웨어 구성도는 다음과 같다.

소프트웨어 구성 및 주요 기능

스마트 무인기 ADRS 소프트웨어는 I/O 신호 처리를 위한 FPGA 소프트웨어, 데이터 신호처리 및 저장, DFCC 통신기능을 위한 Real-Time 소프트웨어 및 비행시 측정/저장된 바이너리 데이터를 텍스트(ASCII)로 변환하는 호스트 소프트웨어로 구성된다. 측정 데이터를 외장형 메모리카드 (USB 타입)에 저장하면 호트스 소프트웨어를 사용하여 데이터를 변환 후 Origin이나 Matlab과 같은 프로그램에서 데이터 후처리를 할 수 있다.

다음은 ADRS 탑재자료 저장장치 소프트웨어의 주요 기능이다.

ㆍ기체 진동 측정

ㆍRotor Blade/Hubs Left/Right 스트레인 측정

ㆍHeater Exchanger 온도 측정

ㆍPylon Gear Box Left/Right 온도 측정

ㆍCenter Gear Box 온도 측정

ㆍ로터 속도 2CH 측정

ㆍRS-422통신을 이용한 DFCC와의 통신

ㆍ측정 데이터 실시간 저장

ㆍ비행 후 측정데이터 다운로딩/변환 및 후처리

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점

임베디드 시스템인 NI CompactRIO 플랫폼을 사용하여 컨트롤러 내장형인 Stand-Alone형 측정 시스템을 개발하였다. USB 인터페이스를 이용한 대용량 데이터 저장 및 VxWorks Real-Time OS를 적용한 Real-Time 시스템이다. 향후 적용 가능 분야로는 항공기, 무인로봇 등의 탑재 저장 장치, 항공/국방 분야의 발사체, 무인로봇 등의 Stand-Alone형 제어기, 소음, 진동 등의 데이터 모니터링 시스템의 현장 측정기 등이 있다.