데이터마이닝을 이용한 MATLAB/SIMULINK 기반의 회전익 항공기 성능예측 및 검증모델 구현

Abstract

The attack helicopter (500MD/AH-1S) currently in operation by Republic of Korea Army Aviation is a long-term operation equipment that has been introduced for 30 to 40 years, and it is subject to many restrictions due to deterioration in performance. Accordingly, it is under way to research and develop that a Light Armed Helicopter (LAH) for battlefield environment in the near future. However, due to the limited defense budget and short research period, the core technology, AFCS(Automatic Flight Control System), is owned by an associate company, AH(Airbus Helicopter). For the development of an independent attack helicopter in the future, budget reduction using prediction and verification program for rotorcraft performance and reverse engineering research based on this are needed. In this paper, a prediction performance program for rotorcraft was established, and reliable data was obtained using data mining techniques for actual flight test results. then it was verified through a performance analysis program. Therefore, based on MATLAB/SIMULINK using data mining technique, a performance prediction and verification algorithm module, a design model, was developed. On the data mining technique, useful data was obtained by creating a decision node in a decision tree method, and it was verified with the ROC Curve method. The analysis of prediction and verification program for rotorcraft performance on MATLAB/SIMULINK was divided into a prediction algorithm module and an analysis algorithm module, and reliability was verified through comparison of both results. The prediction and verification program for rotorcraft performance through this study would be improved the efficiency of rotorcraft development and flight test evaluation for analysis. so, it is able to be effective a test evaluation when used as data for future aircraft overseas purchase projects (Army Aviation school for educational helicopters) and aircraft model selection. It is expected to contribute to the planning on the rotorcraft design and test evaluation on the effective budget reduction. In the future, further research on aircraft characteristics and AFCS would be better results.|우리나라는 세계 11번째 헬기 개발 국가로 수리온 헬기를 개발하였지만, 아직까지 개발시험평가 단계에 맞는 성능예측과 분석도구의 마련이 부족한 것이 사실이다. 또한, 현대 항공기의 핵심기술인 AFCS 원천기술은 협력업체인 Airbus Helicopter (이하, AH사)가 보유하고 있고, 협력업체의 기술이전 불가로 인해 향후 독자적인 공격헬기 개발을 위한 역설계 연구가 절실히 요구되고 있는 시점이다.

현재 육군에서 운용하고 있는 500MD 및 AH-1S 헬기는 도입된지 30~40여 년이 지난 장기운용장비로 성능저하에 따른 많은 제약이 따른다. 이에 따라 미래 전(戰) 전장환경에 맞추어 장기운용 헬기인 공격헬기(500MD, AH-1S)를 대체하기 위한 소형무장헬기(LAH)의 연구개발이 진행되고 있으나, 한정된 국방예산과 연구개발 기간의 제약에 따라 효율적인 개발시험평가 계획 수립 및 분석도구를 활용한 체계화 노력이 필요하다.

본 논문에서는 회전익 항공기 성능에 대한 예측 프로그램을 구축하여 역설계 개념을 위한 초석을 마련하고, 실(實) 비행시험 결과를 통한 검증을 하였다. 즉, MATLAB/SIMULINK를 사용하여 디자인모델을 기본으로 하는 성능예측 프로그램을 구축하고 요구조건에 대한 분석결과와 실 비행에 대한 결과를 비교하여 회전익 항공기 성능예측에 대한 신뢰도를 확인하였다.

본 프로그램은 데이터마이닝 기법을 이용하여 결정트리(Decision Tree)방식의 Decision node를 생성하여 유용한 데이터를 추출하였으며, MATLAB/SIMULINK를 사용하여 디자인모델을 기본으로 하는 성능예측 프로그램을 모듈단위 알고리즘으로 구현하였다. 또한, SIMULINK를 사용한 동적시스템을 구성하여 사용자의 직관성을 향상시키고 접근이 쉽도록 GUI 환경을 제공하였다. 이에 따라 사용자는 해석평가를 위한 항공기 변수를 입력하여 성능을 예측할 수 있고, 운용환경에 맞는 대기환경에서 개발요구도 및 시험데이터의 예측과 분석이 가능하도록 하였다.

그 결과, 선정된 결정트리모형으로 예측결과를 산점도 분포와 ROC곡선(Receiver Operating Characteristic)으로 평가하여 98%의 정확도를 확인하였으며, 성능예측 결과는 오차범위 3% 이내로 검증을 하였다.