Heatblur DCS F-14 Tomcat — Heatblur F-14 Tomcat 1.0 documentation
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DCS World, F-14 톰캣 Heatblur Manual 히트블러 메뉴얼
3-25 일반 설계와 체계의 개요
① 항법
목차
● General Design and Systems Overview
○ Navigation
■ Navigation System
● 일반 설계와 체계의 개요
○ 항법
■ 항법 체계
F-14의 주요 항법 체계는 AN/ASN-92로 지정된 다중 단위의 항공모함 함재기 관성 항법 체계 (Carrier Aircraft Inertial Navigation System, CAINS)이다. INS 체계는 항공기 위치와 직선 속도를 계산하기 위해서 감지된 관성력 (가속도)과 회전하는 속도를 측정하고 통합한다. 좋은 항법 체계는 항공기를 수백 수천 마일 임무 목표로의 길로, 그 후에는 본거지로 돌아올 수 있게 안전하고 믿을 수 있게, 정확하게 안내할 수 있다. 이런 체계는 바다 넘어 운용하기 위해 설계된 항공기일 때, 어떤 지상 설치 TACAN 혹은 시각적 참조점에서 멀리 떨어질 때 더욱 더 중요하다.
INS (IMU) 설계는 교정 (calibration), 정렬 (alignment), 지구 자전 운동(Earth's Rotational Motion), 관성력 (inertia forces), 내열성 (thermal stability), 아날로그-디지털 변환 장치 정확성 (Analogue-digital converters precision), 장치가 정확성을 장시간 동안 유지할 수 있도록 적용해야 하는 모든 다양한 유형의 문제들을 고려할 필요가 있는 공학적 과제이다. INS 플랫폼을 시뮬레이션하는 것은 매우 비슷하다. - 이것은 복잡한 작업이다.
Heatblur에서, 우리는 우리의 F-14를 위해 AN/ASN-92을 모의 실험(Simulate)하는 전체적으로 새로운 수학적 모델을 발전시키기로 결심했다. 우리는 장치의 최종 정확도에 기여하는 오류의 잠재적인 모든 자료들을 포함시켰다. 그리고 짐벌 INS 플랫폼 특유의 행동을 재창조하였다. 그 결과는 DCS에서 AN/ASN-92의 진짜 같은 묘사를 제공하면서 CPU 성능에 영향을 거의 주지 않도록 최적화 된 알고리즘 집합이다.
INS의 주요 요소는 관성 측정 장치 (Inertial Measurement Unit, IMU), 전원 공급 장치와 조종석과 RIO 항법 제어 장치와 화면들이다.
승무원의 관점이지만, INS는 거의 항법을 위해 사용된다. 이는 또한 다른 항공기 장치의 적절한 운용을 위해서 필수적이다. 예를 들어, 자세(attitude)는 레이더를 위해 필수적이다. 자세(attitude)와 자신의 위치는 몇몇 무장 배달 모드에서 필요하다. 특히 원거리 사격에서. 더욱 승무원을 괴롭히는 것은, INS의 완벽한 결함이 AIM-7과 AIM-54 미사일 같은 더 진보된 무기의 모드를 작동 불가능하게 만든다는 것이다.
똑같은 정보가 데이터-링크 운용을 위해서 사용된다. 잘못된 INS 자료를 사용할 때, 자신의 추적과 협조하는 항공기로부터 받아오는 표적이 일치하지 않을 것이고, 이는 TID 상에 나타나는 잘못된 접촉으로 이어질 것이다. 이것들은 적은 예일 뿐이다. INS 자료는 항공기 위치 혹은 자세가 필요로할 때면 언제든지 사용된다.
그러므로 관성 항법 체계 (Inertial Navigation System, INS)는 AWG-9 컴퓨터 (WCS 컴퓨터), CSDC(Computer Signal Data Converter, 컴퓨터 신호 자료 변환 장치)와 통합한다. 다른 연관된 장비들로 자세와 진행 방향 참조 체계, 중앙 공기 데이터 컴퓨터, 레이더 고도계, 기기 착륙 체계, 그리고 TACAN이 포함된다.
WCS 컴퓨터
무장 제어 체계 컴퓨터 WCS와 CSDC는 두 개의 INS 정렬에 필요한 계산을 수행하기 위해 자기 테이프에 저장된 정렬 수행 과정(Alignment routines)을 이용한다.
WCS 컴퓨터에 이 저장된 정렬 수행 과정들은 SMAL, 단일 모드 정렬 프로그램(Single Mode Alignment Program)이라고 불린다. 정렬이 시작될 때, 자기 테이프에서 컴퓨터의 파괴 판독 기억 장치 (destructive readout memory)안에 수행 과정이 불러와진다.
이 과정은 "테이프 판독(tape read-in)"으로 불려지고, TID 상에서 M으로 보여진다. IMU 플랫폼의 정렬 중에 WCS는 특정 CSDC 항법 수행 과정을 다루기 위해서 CSDC와 정보를 주고 받는다.
IMU 플랫폼 정렬
정렬 모드가 선택될 때, IMU 플랫폼이 우선은 가속도계 출력값의 도움으로 대략적인 정렬을 세우고, 진북으로부터의 각도 이동을 나타내는 항공기 진행 방향(heading)을 제공한다. 이런 이동은 방랑 각도(Wander angle)로 불린다. CSDC는 정렬 수행 중에 관성 속도 자료를 WCS에 보낸다.
두 번째 단계인 '좋은 정렬(fine alignment)'는 항공기의 진짜 진행 방향을 계산하기 위해 자이로스코프 이동의 정밀한 측정을 사용한다. 이는 지구의 자전 때문에 가능하다. 정렬 과정 어디에도 자기식 진로가 수행된 적이 없고, 전체 과정은 3D 공간 안에서 플랫폼의 비관성 운동을 감지하는 것에만 의존한다.
WCS는 플랫폼 정렬 수정을 위한 항을 계산하고, 방랑 각도(wander angle)의 값을 추정한다. 그 다음 이 자료를 CSDC에 보낸다. CSDC는 플랫폼 회전력에 전기 신호(Pulse)를 생성하기 위하여 CSDC 관성 방정식에서 이러한 수정 항을 이용한다. 이후에 IMU에 이를 전송한다.
반환에서 CSDC는 IMU로부터 속도 정보를 받고, 이 새로운 관성 속도 자료를 WCS 정렬 프로그램에 보낸다. 이 순환이 반복된다. 자료의 교환은 INS가 입력될 때까지 계속된다.
플랫폼의 수평 조절 과정 (Leveling Process)는 CSDC가 IMU에 보내는 IMU 가속도계 수평 이탈(off-level) 지표에 기초하여 CSDC가 회전력 전기 신호를 생성하는 것으로 달성된다. 각 자료 교환에서, WCS는 이전의 값과 현재 방랑 각도(wander angle) 사이에서 오류 값(델타, delta)을 계산한다. 이 델타는 정렬 시작에서 가장 크고, 정렬의 끝에서 가장 작다.
정렬은 델타가 0에 근접하고 플랫폼 X와 Y축을 따라서 0 속도에 근접하는 것을 감지할 때 끝이난다. 플랫폼의 정렬을 위해 필요한 다양한 요소들은 계속해서 계산되고, 최신화되고, 보정 자료로써 저장된다. 정렬이 완료될 때, 체계는 INS에 입력할 준비가 된다. 마지막으로 사용되는 보정 자료와 방랑 각도(wander angle)은 INS에 입력될 때까지 CSDC에 저장된다. INS에서 WCS는 CSDC로부터 속도와 위치 자료 그리고 방랑 각도(wander angle)를 받아들인다.
항법 모드
세 개의 항법 정보 모드 자료(Navigation Data Mode Sources) 일반 항법을 위해 사용된다.
1. INS - RIO가 IMU 정렬이 완료될 때 설정하는 주요 항법 모드이다. IMU는 모든 관성 출력값을 계산하기 위해 사용하는 속도 자료를 공급하는 주요 감지기이다. IMU는 좌우 기울기(roll)와 상하 기울기(pitch) 자료를 위한 원천이다.
2. IMU/AM - RIO가 선택하거나 CSDC가 IMU 관성 속도 자료를 신뢰할 수 없다고 판단할 때 자동으로 들어가는 예비 모드 (Backup Mode)이다. 이 모드에서는 CADC에서 실제 대기 속도 (true airspeed)와 저장되거나 입력된 바람이 결합되어 일반 항법을 위한 지상 속도 (Ground speed)와 실제 진행 방향 (true heading)를 제공한다. IMU는 상하 기울기 (Pitch)와 수평 기울기 (Roll)을 위한 원천이다.
3. AHRS/AM - RIO가 선택하거나 CSDC가 전체 INS 결함을 탐지할 때 자동으로 진입할 수 있는, 한층 더 저하된 모드이다. 이 모드에서 진행 방향을 자기(磁氣) 진행 방향 (Magnetic Heading)뿐만 아니라 저장되거나 입력된 자기 변화(Magnetic Variation, MAG VAR)로부터 얻는다. CADC에서의 TAS, 이 진행 방향과 입력되거나 저장된 바람은 일반 항법을 위해 사용된다. AHRS는 상하 기울기 (Pitch)와 수평 기울기 (Roll)을 위한 원천이다.
항법 계산
CSDC와 WCS는 선택된 항법 모드를 인식한다. CSDC는 WCS에 일반 항법 계산을 지원하기 위해 필요한 항법 자료 매개 변수들을 (CADC에서의 TAS, 위도와 경도, 관성 속도, 실제 진행 방향 (true heading), 등등) 보낸다. WCS는 저장되고 입력된 항법 자료 (현재 항법 모드에 기초한)를 이용하여 필요한 항법적 계산을 수행한다. WCS는 또한 승무원이 제공받는 추가적인 계산도 수행한다. 이는 다음과 같다.
- 현재 위도와 경도
- 자세
- 실제 진행 방향과 자기 방위 (Heading true and Magnetic)
- 자신의 지상 속도와 지상 추적 (Own Ground speed and Ground track)
- 세 개의 중간 경로 (Waypoint), 고정점 (A fixed Point, FP), 시작점 (An initial Point, IP), 지상 표적 (A surface Target, ST), 본거지 (A home base, HB), 방어점 (A defended Point)와 적 영역 (A hostile area)를 보여주고 저장하기 위한 능력
- 거리 (Range), 자방위(Bearing), 지시한 진로(Command course), 지시한 진행 방향 (Command Heading)과 선택한 목표점에 가는 시간 (Time-to-go to a selected destination point).
- 계산된 바람 속도와 방향
- 계산된 자기 변화 (Magnetic Variation)
- 지속적인 장치 상태의 관찰, 만일 결함이 있으면 경고등과 TID에 적절한 두문자로 승무원에게 알린다.
- 부분적인 체계 결함이 있으면 예비 항법 모드.
- 예비 현 위치.
화면
항법 정보는 조종사와 RIO가 선택한 모드에 따라 TID와 HSD, 다중 화면 지시계 (MDI), HUD, 그리고 VDI에 표시된다. 만약 IMU 혹은 항법 컴퓨터 결함이 발생할 경우, 다음과 같은 두 개의 예비 모드를 이용할 수 있다. IMU AirMass (IMU/AM) 혹은 AHRS AirMass (AHRS/AM).