배경
연주 동작을 위한 의식적인 사고나 악기에 대한 연구 없이도 악기를 연주하는 법을 배우는 음악인들처럼 VR 비행 시뮬레이터의 조종사들도 운동감각 기억 학습을 이용하여 새로운 인지 기술을 습득하고 기술적 기량을 기르거나 개선합니다. VR 비행 시뮬레이터로 비행 훈련을 받을 때 많은 장점 중 하나는 훈련생의 학습 요구에 간편하게 맞춤 조정할 수 있는 가상 시나리오 선택의 유연성입니다. 매우 실제적인 가상 환경은 조종사의 기량 향상에 큰 영향을 미칩니다.
AformX는 슬로베니아의 첨단 항공기와 가상현실 비행 시뮬레이터를 제조하고 개발하는 회사입니다. 업계에 대한 폭넓은 지식과 창의성을 요구하는 까다로운 항공 및 VR 프로젝트로 경험과 지식을 쌓은 엔지니어와 설계자들이 회사의 주축을 이루고 있습니다. 그들의 업적은 수상의 영예를 안으며 널리 인정받고 있습니다. 2017년에 슬로베니아 황금혁신상(Golden National Innovation Award)을 수상했고, 2018년과 2019년에는 왕립항공협회 범용항공설계 챌린지(Royal Aeronautical Society General Aviation Design Challenge)에서 우승을 거머쥐었습니다.
AformX의 판매 실적 최고 시뮬레이터는 행글라이딩을 시뮬레이션하는 X-ALPA200과 FlyZmaja입니다. X-ALPHA 200은 Pipistrel Alpha Trainer 및 Virus 항공기를 시뮬레이션하는 제품으로, 전 세계 많은 교육 및 훈련 시설에서 사용되고 있습니다.
과제
지금까지 이 회사는 VR 시뮬레이터를 제작해왔지만 실제 곡예비행 항공기 내 시뮬레이터 제작은 완전히 새로운 도전이었습니다. 항공기의 구조는 변경할 수 없으며 시뮬레이터에 무게를 가중할 수도 없습니다. 곡예비행 조종사이자 비행 교관인 Jago Stemberger가 회사에 팀원으로 합류했습니다. 그리고 팀에서 Ultimate 20-300S 곡예비행 항공기를 해체하고 실제 항공기에 시뮬레이터를 추가하기로 결정을 내렸습니다.
비행기 시뮬레이터에서 훈련하면 연습 시간 증가, 비용 감축, 실제 비행 중 실수 감소 등의 많은 이점이 있습니다. Sašo Knez의 비행 학교인 Academy 4의 프로그램은 학생들을 위한 4시간 분량의 시뮬레이터 기초 훈련 과정으로 구성되어 있습니다. Stemberger는 "시뮬레이터 과정을 마친 후 첫 비행을 나갈 때, 비행 경험이 전혀 없는 학생들이 비행하는 것에 놀랬다"라고 소감을 전하며 시뮬레이터 훈련의 효과를 설명하였습니다. 비행 시뮬레이터가 학생들에게 더 높은 수준의 훈련을 제공합니다.
Ultimate 20-300S 복엽기는 1980년대에 Gordon Price가 설계하였으며 캐나다에서 처음 탄생했습니다. Gordon Price는 복엽기를 선호했으며 Pitts Special을 설계의 기준으로 삼았다는 것은 널리 알려진 사실입니다. Pitts는 기준을 세웠지만 Gordon Price는 자신이 현대적일 뿐만 아니라 1980년대 중반 스포츠를 지배했던 단엽기와 경쟁할 수 있는 뛰어난 복엽기를 설계할 수 있다고 생각했습니다.
"시뮬레이터를 항공기에 결합하여 경이로운 21세기 시뮬레이터를 만들겠다는 발상은 VR의 원리에 대한 깊은 통찰에서 나온 것이다"라고 AformX 소유주이자 CEO인 Sašo Knez는 강조합니다.
Ultimate 20-300S는 고급 곡예비행용으로 제작되었습니다. 매우 독특한 항공기이기 때문에 항공기 조종 자체가 대단한 프로젝트입니다. 하지만 학생 조종사들이 이와 같이 특별한 항공기를 조종할 수 있다는 것은 매우 유용한 경험이기도 합니다.
"이미 Pipistrel용 시뮬레이터 제작을 마친 AFormX, RLS와 협력하여 곡예비행 항공기에 앉아 시뮬레이터에서 훈련을 받고, 훈련 단계를 마친 후 같은 명령과 레버를 사용하여 같은 항공기의 비행을 조정하는 매우 독특한 경험을 학생들에게 선사하는 하이브리드 시뮬레이터를 개발한 이유가 바로 여기에 있다"라고 Stemberger는 설명합니다. 그는 AformX 및 RLS와 협업이 학생들의 학습 과정을 개선할 수 있는 좋은 기회로 보았습니다.
솔루션
시뮬레이터의 핵심은 실습생이 훈련 시나리오에 몰입할 수 있도록 돕는 고도로 현실적인 가상 환경 구축입니다. 더 나아가 이 가상 환경에서 실습생이 실시간으로 상호작용할 수 있어야 합니다. 조종사가 훌륭한 경험을 할 수 있을 정도로 레버와 페달의 움직임이 정확하고도 정밀해야 합니다. "시뮬레이터에서의 비행 경험은 실습생이 비행하고 있다는 확신을 주어야 한다. 실습생이 레버와 페달을 움직이는 것과 마찬가지로 시뮬레이터가 가상 환경에서 항공기의 정확한 움직임으로 반응해야 한다."
조립 단계에서 VR 비행 시뮬레이터를 시연하는 곡예비행 조종사이자 비행 교관인 Jago Stemberger의 설명입니다.
"시뮬레이터의 사용자 경험은 만족스러워야 한다. VR 헤드셋은 현실적인 비행 경험을 가능하게 하는 수준의 고해상도 지형 인식을 제공해야 한다"라고 개발 엔지니어 Ines Repnik은 말합니다.
RLS의 마그네틱 엔코더는 시뮬레이터에 설치되어 백 포지션 정보를 보고합니다. 시뮬레이터에서 엔코더는 축의 롤과 피치를 제어하는 데 사용되는데, 바로 최상의 정확도와 반복정도가 요구되는 요소입니다. AformX는 Ultimate 20-300S 항공기용으로 편요각, 롤, 피치 및 스로틀 움직임을 제어할 수 있는 적절한 센서를 찾아야 했습니다. 그리고 RLS를 선택했습니다.
RE22 로터리 마그네틱 샤프트 엔코더
AformX의 개발 엔지니어인 Nino Razpotnik은 이 프로젝트의 전자 부분을 담당했습니다. "센서는 컨트롤러를 통해 레버, 페달, 스로틀의 기계적 움직임을 컴퓨터에 신호로 전달하며 항공기 제어를 위한 피드백을 제공한다." AformX는 과거, 해당 분야에 전위차계를 사용했습니다. 전위차계의 단점은 수명에 있었습니다. 움직임이 너무 많아 전위차계들이 제대로 작동하지 못하여 실패하는 일이 잦았습니다. AformX 팀은 철저한 연구 끝에 시뮬레이터에 RE22 엔코더를 사용하기로 결정했습니다.
RE22는 열악한 환경용으로 설계된 초소형 고속 엔코더로, 엔코더 하우징 내부의 센서부, 즉 엔코더 IC로부터 완벽한 거리의 샤프트에 마그넷이 이미 부착되어 설치하기 매우 쉽습니다. 엔코더 칩은 수신된 신호를 처리하여 높은 작동 속도로 최대 13비트 해상도를 가능하게 합니다. 엔코더의 직경은 22 mm에 불과하며 분진 내성(IP68)이 강합니다. 비접촉 설계 덕분에 엔코더가 마모되지 않고 극도로 안정적입니다.
결과
RLS를 채용함으로써 AformX에서 시뮬레이터의 포트폴리오를 확장하고 곡예비행 항공기에서 더욱 혁신적인 버전의 하이브리드 시뮬레이터를 생산하는 데 성공했습니다. Ultimate 20-300S 복엽기 시뮬레이터는 실습생 조종사가 동일한 명령과 레버를 사용하여 시뮬레이션과 실제 세계, 모두에서 항공기를 조정할 수 있도록 해줍니다.
Knez의 부연 설명: "RLS가 시뮬레이터용 RLS 센서를 계속 공급하기 때문에 AformX는 RLS와 파트너 관계를 유지할 것이다. AformX에서 시뮬레이터를 전 세계에 출하하고 있고 RLS 센서만이 제공할 수 있는 안정성이 필요하기 때문에 매우 중요하다."
"센서에 필요한 가장 중요한 특성은 안정성, 정확성, 견고성이다"라고 개발 엔지니어 Nino Razpotnik은 강조합니다.
AFormX 정보
AFormX는 슬로베니아 기반의 역동적인 첨단 항공 회사로, 주로 항공 산업용 초경량 항공기 및 복합 부품을 제조 및 조립하는 시제품 공작소를 갖추고 있습니다. 또한 정밀 기계 시스템과 가상 현실 비행 시뮬레이터 뿐만 아니라 온라인 e-러닝 포털을 개발 및 구축하고 있습니다.
AFormX에 대한 자세한 내용은 RLS 웹사이트에서 확인할 수 있습니다: www.rls.si