(연재) 하늘의 과학

제10강 비행기의 IRS와 미적분

Editor! 2019.03.11 14:28

이번 강의 주제인 관성참조시스템(IRS, Inertial Reference System)은 장거리 비행기에 장착된 자동제어시스템에서 필수적인 장치입니다. IRS는 최신의 관성항법시스템(INS, Inertial Navigation System, 관성 센서로 자세, 방위, 거리 등을 측정하는 자립항법시스템)으로 거의 모든 여객기에 위성항법시스템(GPS)과 함께 장착되어 있습니다. GPS만으로 비행기의 자세까지 알아낼 수 없기 때문입니다. 목적지에 도달하기 위해서는 항공기의 자세, 속도 또는 가속도를 산출하고, 항공기 자체의 속도 및 고도, 수평 위치를 계산해 알고 있어야 합니다. 그러기 위해서는 IRS와 GPS를 통해 비행기의 위치를 확인할 뿐만 아니라 움직임을 계속 추적해야 합니다. 이때 필요한 개념이 미분(differential)과 적분(integral)입니다.

비행기에서 표현하는 속도의 정의에는 극한과 미분의 개념이 숨어 있습니다. “현재 이 비행기의 속도는 시속 900킬로미터”라는 말은 값에서 가 무한히 작아져 극한 값으로 정의한 순간 속도를 의미합니다. 어떤 함수나 운동의 순간적인 변화율을 서술하는 미분과, 잘게 나눈 것을 쌓는 것을 의미하는 적분은 상대되는 개념입니다. 비행기에서의 가속도 측정 장치는 1초에 수십 번 이상 항공기의 가속도를 측정하고, 측정된 가속도를 컴퓨터로 연산을 합니다. 이러한 연산의 핵심은 적분이며, 가속도를 적분해 속도를 구하고 속도를 적분해 이동 거리를 구합니다. 또 적분은 비행기의 면적과 체적 계산에 유용하며 특히 비행기 동체 전후 방향에서의 단면적은 항공기 항력 성능을 결정하는 데 중요한 형상 정보입니다. 그럼 비행기가 미적분을 활용한 항법 정보를 어떻게 획득해 목적지까지 비행하는지도 알아보겠습니다. 


출처: https://sciencebooks.tistory.com/1329 [ScienceBooks]