대기 데이터 컴퓨터
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1. 개요
대기 데이터 컴퓨터는 항공기의 비행 데이터를 계산하고 제공하는 시스템으로, 1950년대 초 전기 기계식 아날로그 컴퓨터로 시작하여 전자 계산기 발전에 따라 디지털 방식으로 발전했다. 초기에는 속도, 고도 등의 정보를 제공했으며, 현재는 기압 고도, 대기 속도, 외부 온도, 마하 수 등 비행에 필요한 다양한 데이터를 계산하여 전기 신호로 출력한다. 에어버스, 엠브라에르, 군용기, 경량 항공기 등 다양한 항공기에 적용되며, ADIRU와 같은 통합 시스템 또는 독립적인 공기 데이터 장치 형태로 사용된다.
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| 대기 데이터 컴퓨터 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 항공 전자 장비 |
| 용도 | 항공기 |
| 설명 | 항공기의 대기 데이터를 측정하고 계산하는 장치 |
| 기능 | |
| 입력 | 피토관에서 얻은 총압 정압 포트에서 얻은 정압 대기 온도 센서에서 얻은 대기 온도 |
| 출력 | 고도 대기 속도 마하 수 수직 속도 대기 온도 |
| 추가 정보 | |
| 관련 용어 | ADC (Air Data Computer) CADC (Central Air Data Computer) |
| F-14 CADC 관련 | |
| 설명 | F-14 전투기에 사용된 CADC |
| 참고 | F-14 CADC에 대한 구체적인 정보는 문서에 명시되지 않음 |
2. 역사
대기 데이터 컴퓨터(ADC)는 항공기의 속도, 고도 등 중요한 비행 데이터를 측정하고 계산하는 장치로, 시간이 흐르면서 기술 발전에 따라 진화해왔다. 초기 전기 기계식 형태에서 시작하여 디지털 기술 도입과 표준화를 거치며 성능과 효율성이 크게 향상되었다.
1950년대 초, 다양한 항공전자 시스템에 필요한 비행 정보를 중앙에서 처리하는 전기 기계식 ADC가 개발되었다. 이는 각 시스템마다 별도의 감지 장치를 두는 비효율성을 줄이고 데이터의 정확성을 높이는 데 기여했다.[8] 콜스먼 인스트루먼트는 B-52 폭격기를 위해 최초의 ADC를 제작했으며,[9] 이후 벤딕스와 개럿 에이리서치 등도 초기 ADC 개발에 참여했다.[10][11]
1960년대 후반에는 디지털 기술이 ADC에 접목되기 시작했다. 1967년 개럿 에이리서치가 개발한 ILAAS(Integrated Light Attack Avionics System)용 ADC는 최초의 완전 디지털 ADC로 평가받는다.[12] 이후 DC-10 여객기나 F-14 전투기 등 민간 항공기와 군용기에 디지털 ADC가 점차 탑재되었다.[13]
1980년대 후반에는 여러 기종에 공통으로 사용할 수 있는 표준 중앙 공기 데이터 컴퓨터(SCADC, Standard Central Air Data Computer)가 등장했다. GEC Avionics가 개발한 이 시스템은 미 공군과 미 해군의 다양한 항공기에 개조되어 장착되었으며,[14][15] 이를 통해 유지보수의 효율성과 시스템 간 호환성을 높였다.[16] 개발사는 이러한 기술적 성과를 인정받아 기술 업적에 대한 퀸스 어워드(Queen's Award for Technological Achievement)를 수상했다.[17]
2. 1. 초기 개발
전기 기계식 공기 데이터 컴퓨터(ADC)는 1950년대 초에 개발되었다. 이는 속도, 고도 및 기타 중요한 비행 정보를 필요로 하는 다양한 항공 전자 시스템에 중앙 집중화된 데이터 소스를 제공하기 위한 목적이었다. 중앙 공기 데이터 컴퓨터를 사용함으로써 각 시스템마다 개별적인 감지 장비를 설치하는 중복을 피할 수 있었고, 더욱 정교하고 정확한 데이터 처리가 가능해졌다.[8] 최초의 공기 데이터 컴퓨터는 콜스만 인스트루먼트(Kollsman Instruments)에서 보잉 B-52 스트라토포트리스 폭격기를 위해 제작했다.[9] 벤딕스(Bendix)는 1956년부터 미 공군 제트 전투기용 중앙 공기 데이터 컴퓨터를 생산하기 시작했다.[10] 개럿 에이리서치(Garrett AiResearch) 역시 공압, 전기 및 전자 부품을 통합한 초기 형태의 중앙 공기 데이터 컴퓨터 시스템을 개발했다.[11]
1960년대 후반에는 디지털 기술이 도입된 공기 데이터 컴퓨터가 등장했다. 1967년, 개럿 에이리서치가 개발한 ILAAS(Integrated Light Attack Avionics System)용 공기 데이터 컴퓨터는 최초의 완전 디지털 방식 장치였다.[12] 이후 1969년에는 DC-10 항공기에 허니웰(Honeywell)의 디지털 공기 데이터 시스템이 채택되었고,[13] 1970년 F-14 전투기에 탑재된 F-14 CADC는 맞춤형 집적 회로를 사용하여 성능을 높였다.
1980년대 후반부터는 많은 미 공군 및 미 해군 항공기들이 표준 중앙 공기 데이터 컴퓨터(SCADC, Standard Central Air Data Computer)로 개조되었다. 이 SCADC는 GEC Avionics의 로체스터(Rochester) 지사에서 개발했다.[14][15] SCADC가 장착된 주요 항공기로는 A-4 스카이호크, A-6 침입자, A-7 코르세어, C-5A/B 갤럭시, EA-6B 프라울러, F-111 아드바크, F-4 팬텀, S-3 바이킹, C-141 스타리프터, C-135 스트라톨리프터, C-2 그레이하운드, E-2 호크아이 등이 있다.[16] GEC Avionics는 이 개발 성과로 기술 업적에 대한 퀸스 어워드를 수상했다.[17]
2. 2. 디지털 시대로의 전환
1960년대 후반에 접어들면서 기술의 발달로 디지털 방식의 공기 데이터 컴퓨터가 도입되기 시작했다. 1967년, Garrett AiResearch가 개발한 ILAAS 공기 데이터 컴퓨터는 최초의 완전 디지털 장치로 기록되었다.[12]이후 디지털 공기 데이터 컴퓨터는 민간 항공기와 군용기에 점차 적용되었다. 1969년 DC-10 여객기는 Honeywell의 디지털 공기 데이터 시스템을 채택했으며,[13] 1970년 F-14 전투기에 사용된 F-14 CADC는 맞춤형 집적 회로를 사용하여 성능을 향상시켰다.
1980년대 후반에는 표준화된 시스템이 등장했다. 많은 미 공군 및 미 해군 항공기들이 GEC Avionics Rochester에서 개발한 표준 중앙 공기 데이터 컴퓨터(SCADC, Standard Central Air Data Computer)로 개조되었다.[14][15] SCADC가 장착된 주요 항공기는 다음과 같다.[16]
| 기종 | 주요 역할 |
|---|---|
| A-4 스카이호크 | 공격기 |
| A-6 인트루더 | 공격기 |
| A-7 콜세어 II | 공격기 |
| C-5 갤럭시 | 전략 수송기 |
| EA-6B 프라울러 | 전자전기 |
| F-111 아드바크 | 전폭기 |
| F-4 팬텀 II | 전투기 |
| S-3 바이킹 | 대잠초계기 |
| C-141 스타리프터 | 전략 수송기 |
| C-135 스트라톨리프터 계열 | 수송기/공중급유기 |
| C-2 그레이하운드 | 함상 수송기 |
| E-2 호크아이 | 조기경보기 |
GEC Avionics는 SCADC 개발의 공로를 인정받아 기술 업적에 대한 퀸스 어워드(Queen's Award for Technological Achievement)를 수상했다.[17]
2. 3. 표준화 및 발전
전기 기계식 공기 데이터 컴퓨터는 1950년대 초에 개발되어 속도, 고도 및 기타 신호를 필요로 하는 항공전자 시스템에 중앙 집중식 정보를 제공했다. 중앙 공기 데이터 컴퓨터는 감지 장비의 중복을 피하고 더 정교하고 정확한 데이터 처리를 가능하게 했다.[8] 최초의 공기 데이터 컴퓨터는 콜스먼 인스트루먼트에서 B-52 폭격기용으로 제작했다.[9] 벤딕스 코퍼레이션은 1956년부터 미 공군 제트 전투기용 중앙 공기 데이터 컴퓨터를 생산하기 시작했다.[10] 개럿 에이리서치는 공압, 전기 및 전자 부품을 통합한 초기 중앙 공기 데이터 컴퓨터 시스템을 개발했다.[11]
1960년대 후반에는 디지털 공기 데이터 컴퓨터가 도입되었다. 1967년, 개럿 에이리서치가 개발한 ILAAS 공기 데이터 컴퓨터는 최초의 완전 디지털 장치였다.[12] DC-10 항공기는 1969년에 허니웰의 디지털 공기 데이터 시스템을 채택했으며,[13] 1970년 F-14 전투기에 사용된 F-14 CADC는 맞춤형 집적 회로를 사용했다.
1980년대 후반부터 많은 미 공군 및 미 해군 항공기들이 GEC Avionics Rochester에서 개발한 표준 중앙 공기 데이터 컴퓨터(SCADC)로 개조됐다.[14][15] SCADC가 장착된 주요 항공기는 다음과 같다:[16]
| 항공기 기종 |
|---|
| A-4 스카이호크 |
| A-6 인트루더 |
| A-7 콜세어 II |
| C-5 갤럭시 |
| EA-6B 프라울러 |
| F-111 아드바크 |
| F-4 팬텀 II |
| S-3 바이킹 |
| C-141 스타리프터 |
| 보잉 C-135 스트라톨리프터 |
| C-2 그레이하운드 |
| E-2 호크아이 |
항공기의 비행 고도가 높아지고 비행 속도가 빨라짐에 따라, 기압 고도, 대기 속도, 외부 공기 온도와 같은 에어 데이터를 정확하게 측정하는 것이 중요해진다. 단순히 기체 외부에서 온도를 측정하는 것만으로는 마찰열 등으로 인해 실제 외부 온도와 다른 값이 측정될 수 있으므로[18], 이러한 문제를 해결하기 위해 대기 데이터 컴퓨터(ADC)가 사용된다.
이 성과로 개발사는 기술 업적에 대한 퀸스 어워드를 수상했다.[17]
3. 구성 및 작동 원리
ADC는 기본적으로 항공기 외부에 설치된 센서로부터 정압, 피토압(동압), 외부 공기 온도 정보를 입력받아[19], 내장된 컴퓨터를 통해 비행에 필요한 다양한 에어 데이터(기압 고도[20], 대기 속도[20], 실제 외부 공기 온도[21], 마하 수[22] 등[23])를 계산하고 이를 전기 신호로 출력하는 장치이다. 이 계산된 정보는 조종석 계기판, 자동 조종 장치, 비행 데이터 기록 장치(FDR) 등 항공기의 여러 시스템으로 전송되어 안전하고 효율적인 비행을 지원한다.
ADC의 구성 및 통합 방식은 항공기 종류에 따라 다양하게 나타난다.
초기의 ADC는 캠, 링크, 서보 모터 등을 이용한 기계식 아날로그 컴퓨터였으나, 전자 계산기 기술의 발달로 현재는 솔리드 스테이트화된 디지털 컴퓨터가 주류를 이루고 있다. 상업용 제품 외에도 직접 제작(DIY)하거나 오픈 소스 형태로 개발된 ADC도 존재한다.[7]
3. 1. 데이터 측정 및 계산
항공기의 비행 고도가 높아지고 비행 속도가 빨라짐에 따라, 비행 중 기압 고도, 대기 속도, 외부 공기 온도 등 에어 데이터를 정확하게 측정하는 것이 복잡해진다. 예를 들어, 외부 온도를 측정할 때 기체 외부에서 직접 측정하더라도 실제 외부 온도와는 다른 값이 측정될 수 있다.[18] 이러한 문제를 해결하기 위해 대기 데이터 컴퓨터(ADC)는 항공기 외부에 설치된 센서로부터 정압, 피토압(동압), 외부 공기 온도 정보를 동시에 입력받아[19] 컴퓨터 계산을 통해 정확한 에어 데이터를 산출한다.
ADC는 입력된 정보를 바탕으로 다음과 같은 주요 비행 데이터를 계산하여 전기 신호로 출력한다.
| 구분 | 항목 | 설명 |
|---|---|---|
| 측정 (입력) | 정압 | 항공기가 위치한 고도의 대기압 |
| 피토압 (동압) | 항공기의 속도로 인해 발생하는 압력 증가분 | |
| 외부 공기 온도 (OAT) | 센서로 측정한 외부 공기 온도 | |
| 계산 (출력) | 기압 고도 | 정압을 기준으로 계산된 고도[20] |
| 대기 속도 | 피토압과 정압의 차이를 이용해 계산된 속도[20] (지시 대기 속도, 진대기 속도 등) | |
| 실제 외부 온도 | 측정된 외부 온도(OAT)를 속도 등으로 인한 오차를 보정하여 계산한 실제 대기 온도[18][21] | |
| 마하 수 | 항공기 속도를 해당 고도의 음속으로 나눈 값[22] | |
| 수직 속도 (승강률) | 기압 고도의 변화율 | |
| ATC 트랜스폰더 고도 정보 | 항공 교통 관제 시스템에 보고하기 위한 고도 정보 | |
| 최대 운용 한계 속도 | 기종 및 고도에 따른 안전 운항 속도 한계[23] |
계산된 데이터는 조종석 계기판, 자동 조종 장치, 비행 데이터 기록 장치(FDR) 등 필요한 시스템으로 전송된다. 데이터는 ADC 내부에서 시분할되어 하나 또는 여러 개의 데이터 경로를 통해 전달되며, 출력 인터페이스로는 ARINC 429, 길럼, 드물게 IEEE 1394(Firewire) 등이 사용된다.
항공기 종류에 따라 ADC의 구현 방식은 다양하다.
- 에어버스 항공기에서는 ADC 기능이 자세, 방위각, 항법 기능과 통합된 에어 데이터 관성 기준 장치(ADIRU) 또는 최신 글로벌 항법 에어 데이터 관성 기준 시스템(GNADIRS)에 포함된다.[4]
- 엠브라에르 E-Jet 계열 항공기에서는 피토/정압 센서가 통합된 "공기 데이터 스마트 프로브"와 별도의 처리 장치에서 실행되는 "공기 데이터 애플리케이션"(ADA)으로 기능이 분리되었다. 센서 정보가 전기적으로 전송되므로 항공기 내 복잡한 피토/정압 배관 라인이 필요 없어 유지보수가 용이해졌다.[5]
- 비교적 간단한 항공기나 헬리콥터에서는 '공기 데이터 장치'(ADU)라고 불리는 더 작고 가벼운 장치가 사용된다. 이 장치는 일반적으로 피토 및 정압 입력, 백금 저항 온도계를 이용한 외부 공기 온도 입력을 받으며, 결빙 방지를 위해 피토관과 정압공의 히터를 제어하기도 한다. 내부 자이로스코프나 가속도계가 없어 항공기 자세나 방위각 정보는 처리하지 않으며, 출력 데이터는 조종석 고도계, 디스플레이 시스템, FDR, 자동 조종 장치 등으로 전달된다. 향상된 소프트웨어 구성 가능 에어 데이터 장치(ESCADU)[6]와 같이 소프트웨어 구성으로 여러 항공기 모델에 적용 가능한 장치도 있다.
고고도 또는 고속 비행 시 ADC는 올바른 경로 유지를 위해 필수적이다. 특정 시점의 기압 고도, 대기 속도, 승강률, 마하 수 값을 고정(hold)하고 그 값으로부터의 변화량을 출력하는 기능을 통해, 자동 조종 장치가 해당 값을 유지하며 비행할 수 있도록 돕는다. 또한 ADC 내부에는 각 계산부, 변환부, 전원부 등의 정상 작동 여부를 감시하는 이상 감시 기능이 있어, 문제 발생 시 관련 지시기나 중앙 감시반에 경고 신호를 보낸다.
초기 ADC는 캠, 링크, 포텐셜 미터, 서보 모터 등을 사용한 전기기계식 아날로그 컴퓨터였으나, 전자 계산기 기술의 발전에 따라 성능이 크게 향상되어 현재는 솔리드 스테이트화된 디지털 컴퓨터가 주로 사용된다.
상업용 ADC 외에도 DIY(Do It Yourself) 및 오픈 소스 형태의 구현도 가능하다.[7]
3. 2. 출력 및 인터페이스
대기 데이터 컴퓨터(ADC)는 측정된 정압, 동압(피토압), 외부 공기 온도 정보를 바탕으로 다양한 비행 데이터를 계산하여 전기 신호로 출력한다. 주요 출력 데이터에는 기압 고도, 대기 속도[20], 실제 외부 공기 온도[21], ATC 트랜스폰더 고도 응답 신호, 기압 고도 변화율(승강률), 기종 및 고도에 따른 최대 운용 한계 속도, 마하 수[22] 등이 포함된다.[23] 계산된 데이터는 시분할되어 하나 또는 여러 개의 데이터 경로(패스)를 통해 다른 항공전자 시스템으로 전송된다.항공기 종류에 따라 ADC의 통합 방식과 인터페이스는 다양하다.
- 에어버스 항공기에서는 ADC 기능이 자세, 방위각, 항법 정보를 처리하는 에어 데이터 관성 기준 장치(ADIRU)에 통합되어 있다. 최근에는 이 기능이 글로벌 항법 에어 데이터 관성 기준 시스템(GNADIRS)으로 대체되는 추세이다.[4]
- 엠브라에르의 엠브라에르 E-Jet 계열 항공기는 데이터 측정 기능("공기 데이터 스마트 프로브")과 데이터 처리 기능("공기 데이터 애플리케이션", ADA)을 분리하는 방식을 채택했다. 모든 정보가 전기 신호로 전송되므로, 항공기 동체를 통과하는 기존의 피토관 및 정압관 배선과 관련된 유지보수 필요성이 줄어들었다.[5]
- 비교적 단순한 항공기나 헬리콥터에서는 ADIRU보다 작고 가벼운 에어 데이터 장치(Air Data Unit)를 사용한다. 이 장치는 피토관 및 정압 포트, 백금 저항 온도계를 통한 외부 공기 온도(OAT) 입력을 받으며, 결빙 방지를 위한 피토관 및 정압 통풍구 가열 제어 기능도 포함할 수 있다. 플라이 바이 와이어 시스템이 없는 경우가 많아, 출력은 주로 조종석 고도계, 디스플레이 시스템, 비행 데이터 기록 장치(FDR), 자동 조종 장치 등으로 전달된다. 데이터 전송 인터페이스로는 ARINC 429, 길럼(Gillham), IEEE 1394(Firewire) 등이 사용된다. 출력되는 주요 데이터는 진대기 속도(TAS), 압력 고도, 밀도 고도, 외부 공기 온도(OAT) 등이다. ADC 자체에는 자이로스코프나 가속도계가 내장되어 있지 않아 항공기 자세나 방위각 정보는 처리하지 않는다. 이러한 장치들은 일반적으로 조종사의 개입 없이 자율적으로 작동하며, 항공기 전원이 켜져 있는 동안 지속적으로 데이터를 전송한다. 향상된 소프트웨어 구성 가능 에어 데이터 장치(ESCADU)[6]와 같이 소프트웨어 구성을 통해 여러 다른 항공기 애플리케이션에 맞게 조정할 수 있는 장치도 있다.
고고도 또는 고속 비행 시, ADC는 특정 시점의 기압 고도, 대기 속도, 승강률, 마하 수 값을 고정(홀드)하고 그 이후의 변화량을 출력하는 기능을 제공한다. 자동 조종 장치는 이 정보를 입력받아 해당 값을 유지하도록 항공기를 제어함으로써 안정적인 순항 비행을 가능하게 한다. 또한 ADC 내부에는 계산부, 변환부, 전원부 등의 정상 작동 여부를 지속적으로 감시하는 기능이 있으며, 이상이 감지될 경우 관련 지시기나 중앙 감시반에 경고 신호를 출력한다.
상업용 ADC 외에도, 직접 제작(DIY)하거나 오픈 소스 형태로 개발된 ADC 구현 사례도 찾아볼 수 있다.[7] 초기 ADC는 캠, 링크, 서보 모터 등을 사용한 전기기계식 아날로그 컴퓨터였으나, 기술 발전에 따라 현재는 솔리드 스테이트화된 디지털 컴퓨터가 주류를 이루고 있다.
3. 3. 이상 감지 기능
에어 데이터 컴퓨터 내부에는 계산부, 변환부, 전원부 등 주요 구성 요소가 정상적으로 작동하는지 지속적으로 감시하는 기능이 내장되어 있다. 만약 시스템에 이상이 발생하면, 관련 계기판이나 중앙 감시 장치에 경고 신호를 보내 조종사에게 문제를 알린다. 이를 통해 항공기의 안전 운항에 필요한 데이터의 신뢰성을 확보한다.4. 모델 및 응용 분야
대기 데이터 컴퓨터(ADC)는 항공기의 종류와 복잡성에 따라 다양한 형태로 발전하고 적용된다.
에어버스 항공기에서는 ADC 기능이 자세, 방위각, 항법 정보를 처리하는 에어 데이터 관성 기준 장치(ADIRU)라는 단일 장치에 통합되었으며, 이는 현재 글로벌 항법 에어 데이터 관성 기준 시스템(GNADIRS)으로 대체되고 있다.[4]
엠브라에르의 엠브라에르 E-Jet 계열 항공기는 센서(스마트 프로브)와 계산 기능(ADA)을 분리하여 피토/정압 라인 설치 및 유지보수의 번거로움을 줄이는 방식을 채택했다.[5]
비교적 간단한 항공기나 헬리콥터에서는 ADIRU보다 작고 단순한 '공기 데이터 장치'(ADU)가 사용된다. ADU는 피토/정압 입력과 외부 공기 온도 정보를 받아 진대기 속도, 압력 고도 등의 데이터를 계산하며, ARINC 429 등의 인터페이스를 통해 다른 시스템으로 정보를 전달한다. 내부에는 자이로스코프나 가속도계가 없어 자세나 방위각 정보는 다루지 않는다. 일부 ADU는 소프트웨어 구성으로 다양한 기종에 적용 가능하다.[6]
이러한 상업용 ADC 외에도, 직접 제작(DIY)하거나 오픈 소스 형태로 개발된 구현체들도 존재한다.[7]
4. 1. 상용 항공기
항공기의 비행 고도가 높아지고 비행 속도가 빨라지면서, 비행 중 정확한 에어 데이터(기압 고도, 대기 속도, 외부 공기 온도 등)를 측정하는 것이 더욱 중요해지고 복잡해진다. 예를 들어, 항공기 외부에서 온도를 측정하더라도 실제 외부 온도와 다를 수 있는데[18], 정확한 기압 고도와 대기 속도 정보를 이용하면 실제 외부 온도를 계산할 수 있다. 따라서 상용 항공기에서는 정압, 피토압(동압), 외부 온도를 동시에 측정하고, 이 입력 정보[19]를 바탕으로 컴퓨터가 계산하여 비행에 필요한 정확한 에어 데이터를 전기 신호로 출력하는 대기 데이터 컴퓨터(ADC)가 필수적이다. ADC는 기압 고도, 대기 속도[20], 외부 온도[21], ATC 트랜스폰더의 고도 응답 신호, 기압 고도의 변화율(승강률), 기종 및 고도에 따른 최대 운용 한계 속도, 마하 수[22] 등[23] 다양한 정보를 제공한다. ADC 내부의 각 출력 신호는 시분할되어 하나 또는 여러 개의 데이터 경로를 통해 전송된다.에어버스 항공기에서는 ADC 기능이 자세, 방위각, 항법 정보와 통합된 에어 데이터 관성 기준 장치(ADIRU)라는 단일 장치에 포함되어 있으며, 현재는 글로벌 항법 에어 데이터 관성 기준 시스템(GNADIRS)으로 대체되고 있다.[4]
엠브라에르의 엠브라에르 E-Jet 계열 항공기에서는 개념을 더욱 발전시켜, 통합 센서를 포함한 피토/정압 "공기 데이터 스마트 프로브"를 통해 공기 데이터를 획득 및 측정하고, 전용 처리 장치가 아닌 곳에서 실행되는 "공기 데이터 애플리케이션"(ADA)을 통해 매개변수를 계산하는 방식으로 분리했다. 센서의 모든 정보가 전기적으로 전송되므로, 항공기 전체에 피토 및 정압 라인을 설치하고 유지 관리하는 번거로움을 줄였다.[5]
비교적 간단한 항공기나 헬리콥터에 사용되는 ADC는 일반적으로 '에어 데이터 장치'(ADU)라고 불리며, ADIRU보다 작고 가볍고 단순하지만 상당한 내부 계산 능력을 갖추고 있다. 보통 두 개가 장착된다. ADU는 피토 및 정압 입력을 받으며, 백금 저항 온도계를 통해 측정한 외부 공기 온도 정보도 입력받는다. 얼음으로 인한 막힘을 방지하기 위해 피토 튜브와 정압 통풍구의 가열을 제어하는 기능도 있을 수 있다. 이러한 항공기는 일반적으로 플라이 바이 와이어 시스템이 없으므로, ADU의 출력은 주로 조종석 고도계나 디스플레이 시스템, 비행 데이터 기록 장치(FDR), 자동 조종 장치 등으로 전달된다. 출력 인터페이스는 보통 ARINC 429, 길럼 코드, 혹은 IEEE 1394(Firewire) 방식을 사용한다. 제공되는 데이터는 진대기 속도, 압력 고도, 밀도 고도, 외부 공기 온도(OAT) 등이며, 내부에 자이로스코프나 가속도계가 없기 때문에 항공기 자세나 방위각 정보는 다루지 않는다. ADU는 일반적으로 자율적으로 작동하며 조종사의 입력 없이 항공기 전원이 켜져 있는 동안 지속적으로 업데이트된 데이터를 수신 시스템에 전송한다. 향상된 소프트웨어 구성 가능 에어 데이터 장치(ESCADU)[6]와 같이 소프트웨어를 통해 여러 다른 항공기 애플리케이션에 맞게 구성할 수 있는 장치도 있다.
고고도 또는 고속 비행을 하는 항공기에서 ADC는 올바른 경로를 유지하는 데 필수적이다. 비행 중 특정 시점의 기압 고도, 대기 속도, 승강률, 마하 수 값을 홀드(고정)하고, 그 값으로부터의 변화량을 계산하여 출력하는 기능이 있다. 이 정보를 자동 조종 장치가 입력받으면, 변화량을 0으로 유지하도록 작동하여 해당 시점의 값으로 일정한 고도, 속도, 승강률, 마하 수로 비행할 수 있게 된다. 또한 ADC 내부에는 계산부, 변환부, 전원부 등이 정상적으로 작동하는지 감시하는 이상 감시 기능이 있어, 문제가 발생하면 관련 지시기나 중앙 감시반에 이상 신호를 보낸다.
초기 ADC는 캠, 링크, 포텐셜 미터, 서보 모터 등을 사용한 전기-기계식 아날로그 컴퓨터였으나, 전자 계산기 기술의 발전에 따라 성능이 크게 향상되어 현재는 솔리드 스테이트화된 디지털 컴퓨터가 사용된다.
상업용 ADC 외에도, 직접 제작(DIY)하거나 오픈 소스로 개발된 구현체들도 존재한다.[7]
4. 2. 군용 항공기
1950년대 초, 속도, 고도 등 다양한 비행 데이터를 필요로 하는 항공 전자 시스템에 중앙에서 정보를 제공하기 위해 전기 기계식 공기 데이터 컴퓨터(ADC)가 개발되었다. 중앙 집중식 ADC는 여러 감지 장비의 중복 설치를 피하고, 더 정교하고 정확한 데이터 계산을 가능하게 했다.[8] 최초의 ADC는 Kollsman Instruments가 B-52 폭격기를 위해 제작했다.[9] 이후 1956년부터 Bendix는 미 공군의 제트 전투기를 위한 중앙 공기 데이터 컴퓨터를 생산하기 시작했다.[10] Garrett AiResearch는 공압, 전기, 전자 부품을 통합한 초기 중앙 공기 데이터 컴퓨터 시스템을 개발하기도 했다.[11]
1960년대 후반에는 디지털 방식의 ADC가 도입되었다. 1967년 Garrett AiResearch가 개발한 ILAAS(Integrated Light Attack Avionics System)용 ADC는 최초의 완전 디지털 장치로 기록된다.[12] 1970년에는 F-14 전투기에 맞춤형 집적 회로를 사용한 F-14 CADC가 탑재되었다.
1980년대 후반부터는 많은 미 공군 및 미 해군 항공기가 GEC Avionics Rochester에서 개발한 표준 중앙 공기 데이터 컴퓨터(SCADC)로 개조되었다.[14][15] 이 표준 ADC는 아래 표와 같은 다양한 기종에 장착되었으며, 이 성과로 GEC Avionics는 기술 업적에 대한 퀸스 어워드를 수상했다.[17]
'''표준 중앙 공기 데이터 컴퓨터(SCADC) 장착 항공기'''[16]
| 항공기 기종 |
|---|
| A-4 스카이호크 |
| A-6 침입자 |
| A-7 코르세어 |
| C-5A/B 갤럭시 |
| EA-6B 프라울러 |
| F-111 아드바크 |
| F-4 팬텀 |
| S-3 바이킹 |
| C-141 스타리프터 |
| C-135 스트라톨리프터 |
| C-2 그레이하운드 |
| E-2 호크아이 |
항공기가 더 높은 고도에서 더 빠른 속도로 비행하게 되면서, 기압 고도, 대기 속도, 외부 온도와 같은 에어 데이터를 정확하게 측정하는 것은 더욱 복잡해졌다. 예를 들어, 기체 외부에서 온도를 측정하더라도 공기 마찰 등으로 인해 실제 외부 온도와는 다른 값이 측정될 수 있다.[18] 이를 해결하기 위해 ADC는 정압, 피토압(동압), 외부 온도를 동시에 측정하고[19], 이 입력 정보를 바탕으로 컴퓨터 계산을 수행한다. 이를 통해 기압 고도, 대기 속도[20], 실제 외부 온도[21], ATC 트랜스폰더용 고도 정보, 기압 고도 변화율(상승률 또는 하강률), 기종 및 고도에 따른 최대 운용 한계 속도, 마하 수[22] 등[23] 비행에 필요한 정확한 에어 데이터를 계산하여 전기 신호로 출력한다. 이 데이터들은 일반적으로 시분할 방식으로 하나 또는 여러 개의 데이터 버스를 통해 다른 시스템으로 전송된다.
특히 고고도 또는 고속 비행을 하는 항공기에게 ADC는 필수적인 장비이다. ADC는 특정 시점의 기압 고도, 대기 속도, 상승/하강률, 마하 수 값을 고정(hold)하고, 그 값으로부터의 변화량을 계산하여 출력하는 기능을 갖추고 있다. 자동 조종 장치는 이 정보를 입력받아 변화량이 0이 되도록 항공기를 제어함으로써, 고정된 값으로 일정한 비행 상태를 유지할 수 있게 한다. 또한 ADC 내부에는 계산부, 변환부, 전원부 등이 정상적으로 작동하는지 감시하는 기능이 있어, 이상 발생 시 조종사에게 경고 신호를 보낸다.
초기의 ADC는 캠, 링크, 전위차계, 서보 모터 등을 이용한 전기-기계식 아날로그 컴퓨터였으나, 컴퓨터 기술의 발전에 따라 성능이 크게 향상되어 현재는 솔리드 스테이트화된 디지털 컴퓨터가 주로 사용된다.
4. 3. 경량 항공기 및 헬리콥터
비교적 간단한 항공기나 헬리콥터에서는 일반적으로 두 개의 대기 데이터 컴퓨터(ADC)를 탑재하며, 이를 공기 데이터 장치(Air Data Unit|에어 데이터 유닛eng)라고 부르기도 한다. 이러한 장치는 에어 데이터 관성 기준 장치(ADIRU)보다 크기가 작고 가볍고 구조가 단순하지만, 상당한 내부 계산 능력을 갖추고 있다.주요 입력으로는 피토관과 정압 포트로부터 얻는 압력 정보와 백금 저항 온도계를 통해 측정된 외부 공기 온도(OAT)가 있다. 또한, 결빙으로 인한 센서 막힘을 방지하기 위해 피토관과 정압 통풍구의 가열 기능을 제어하기도 한다.[6]
이 장치들은 일반적으로 플라이 바이 와이어 시스템이 없는 간단한 항공기에 주로 사용되므로, 계산된 데이터는 조종석의 고도계나 디스플레이 시스템, 비행 데이터 기록 장치(FDR), 자동 조종 장치 등으로 전송된다. 데이터 전송에는 주로 ARINC 429, 길럼 코드, 또는 IEEE 1394(Firewire)와 같은 인터페이스 규격이 사용된다. 제공되는 주요 데이터는 진대기 속도(TAS), 압력 고도, 밀도 고도, 외부 공기 온도(OAT) 등이다. 하지만 내부에 자이로스코프나 가속도계가 없기 때문에 항공기의 자세나 방위각 정보는 계산하지 않는다.[6]
이러한 공기 데이터 장치는 대부분 자율적으로 작동하며 조종사의 별도 입력 없이 항공기 전원이 켜져 있는 동안 지속적으로 관련 시스템에 업데이트된 데이터를 제공한다. 일부 장치, 예를 들어 향상된 소프트웨어 구성 가능 에어 데이터 장치(Enhanced Software Configurable Air Data Unit|인핸스드 소프트웨어 컨피규러블 에어 데이터 유닛eng, ESCADU)는 소프트웨어를 통해 다양한 항공기 기종의 요구사항에 맞게 구성할 수 있는 유연성을 제공한다.[6]
4. 4. 기타 응용
에어버스 항공기에서는 대기 데이터 컴퓨터(ADC)의 기능이 자세, 방위각, 항법 정보를 처리하는 에어 데이터 관성 기준 장치(ADIRU)라는 하나의 장치에 통합되었다. 이후 ADIRU는 글로벌 항법 에어 데이터 관성 기준 시스템(GNADIRS)으로 대체되었다.[4]엠브라에르의 엠브라에르 E-Jet 계열 항공기에서는 이 개념을 더욱 발전시켰다. 공기 데이터 획득 및 측정은 통합 센서를 갖춘 피토/정압 "공기 데이터 스마트 프로브"가 담당하며, 매개변수 계산은 별도의 처리 장치에서 실행되는 "공기 데이터 애플리케이션"(ADA)이 수행하는 방식으로 분리했다. 센서의 모든 정보가 전기 신호로 전송되므로, 항공기 전체에 걸쳐 피토 및 정압 라인을 설치하고 유지보수하는 번거로움을 줄였다.[5]
비교적 간단한 항공기나 헬리콥터에서는 ADIRU보다 작고 가벼우며 단순화된 형태의 '공기 데이터 장치'(ADU)가 사용될 수 있다. 일반적으로 항공기당 두 개가 장착되며, 상당한 내부 계산 능력을 갖춘다. ADU는 피토 및 정압 입력을 받으며, 백금 저항 온도계를 통해 측정한 외부 공기 온도(OAT) 정보도 처리한다. 또한 얼음으로 인한 막힘을 방지하기 위해 피토관과 정압 통풍구의 가열 기능을 제어할 수도 있다. 이러한 간단한 항공기에는 보통 플라이 바이 와이어 시스템이 없으므로, ADU의 출력은 주로 조종석 고도계나 디스플레이 시스템, 비행 데이터 기록 장치(FDR), 자동 조종 시스템 등으로 전달된다. 출력 인터페이스로는 ARINC 429, 길럼, 또는 IEEE 1394(Firewire) 등이 사용된다. ADU는 진대기 속도, 압력 고도, 밀도 고도, 외부 공기 온도(OAT) 등의 데이터를 제공할 수 있지만, 내부에 자이로스코프나 가속도계가 없으므로 항공기의 자세나 방위각 정보는 처리하지는 않는다. 이 장치들은 일반적으로 자율적으로 작동하며 조종사의 별도 입력 없이 항공기 전원이 켜져 있는 동안 지속적으로 업데이트된 데이터를 수신 시스템에 전송한다. 향상된 소프트웨어 구성 가능 에어 데이터 장치(ESCADU)[6]와 같이, 소프트웨어를 통해 여러 다른 항공기 애플리케이션에 맞게 구성할 수 있는 장치도 있다.
상업용 ADC 외에도, 직접 제작(DIY)하거나 오픈 소스 형태로 개발된 구현 사례들도 찾아볼 수 있다.[7]
참조
[1]
서적
The official dictionary of military terms
https://archive.org/[...]
Science Information Resource Center, Hemisphere Publishing
1988
[2]
간행물
Air Data Computer
http://www.aea.net/A[...]
2015-01
[3]
웹사이트
What Is an Air Data Computer?
http://www.wisegeek.[...]
2015-06-25
[4]
웹사이트
What is GNADIRS on Airbus A320? (Global Navigation Air Data Inertial Reference System)
https://termaviation[...]
2024-09-24
[5]
문서
Embraer 195 Airplane Operations Manual, Volume 2, chapter 14
[6]
웹사이트
ESCADU
https://www.curtissw[...]
2019-02-02
[7]
HACKADAY
Asgard: the Open Source Air Data Computer
https://hackaday.com[...]
HACKADAY
2018-01
[8]
학술지
Single Computer Combines Flight Data
https://archive.org/[...]
1953-09-28
[9]
학술지
From the first to the latest
[10]
서적
The Aircraft Year Book for 1956
https://www.aia-aero[...]
The Lincoln Press
1957
[11]
학술지
Air Data Computer System
https://archive.org/[...]
1955-05-02
[12]
학술지
Fly by the numbers
https://www.worldrad[...]
1967-10-16
[13]
학술지
DC-10's air data system casts a long shadow
https://www.worldrad[...]
1969-03-17
[14]
학술지
New Avionics Standardization Initiative - Standard Central Air Data Computer (SCADC)
https://archive.org/[...]
Wright-Patterson Air Force Base
[15]
서적
Standard Central Air Data Computer
http://rochesteravio[...]
GEC Avionics
1985
[16]
웹사이트
Standard Central Air Data Computer [SCADC, 1987] :: Rochester Avionic Archives
https://rochesteravi[...]
[17]
웹사이트
ISD Queen's Award Ceremony :: Rochester Avionic Archives
https://rochesteravi[...]
[18]
문서
受感部に空気が衝突して圧縮され、温度が上昇するため、正確な外気温度の測定ができない。
[19]
문서
その他にも、気圧規正値の情報、外部からの受ける影響を補正するための温度・姿勢・加速度の情報、機体の静圧孔に生じる誤差を補正するSSECジャンパからの補正の情報、航空機の最大運用限界速度を発生させるためのVmo選択ジャンパからの情報がある。
[20]
문서
航空機の近くの気流の乱れや、速度・姿勢・[[高揚力装置#フラップ|フラップ]]の位置などで変わる、全圧・静圧系統の誤差と速度計自体の誤差とを含んだ指示対気速度（IAS）の誤差を修正した校正対気速度（CAS）、CASから高度の変化により空気の密度が変化することで速度計の指示が変化する誤差を修正した真対気速度（TAS）の2つがある。
[21]
문서
大気の真の温度である真大気温度（SAT）、[[温度計]]の受感部に衝突した空気が断熱圧縮され温度が上昇して真大気温度より高い温度を感知する全温度（TAT）の2つがある。
[22]
문서
音速近くで飛行する航空機の場合、高度が上昇すると音速が低下するため、対気速度はマッハ数によって制限される。また、対気速度が音速に接近すると、突風などで機体の一部が音速以上となり、衝撃波が発生して危険な状態となるため、マッハ数を知ることが重要になる。
[23]
문서
実際はそれ以上に多くのデータが出力される。
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