Structural and Dynamic Analysis of a Unmanned Cargo Multicopter Using Hybrid Power System

하이브리드 추진 시스템을 이용한 수송용 멀티콥터 무인기의 구조 및 동특성 해석

Multicopter-type unmanned aerial vehicles (UAV) are increasingly for cargo transportation to mountainous and island regions, image information acquisition in disaster areas, and emergency rescue transport. In order to successfully perform these tasks, the aircraft structure must be able to safely support the loads induced by flight conditions while ensuring the vibration and aeroelastic stability of the prop-rotor. This study introduced a structural analysis model of a 40kg payload multicopter with an engine-generator hybrid power system. The deformation and stress distribution are investigated depending on the load conditions. In addition, the vibration characteristics and aeroelastic stability of the prop-rotor were also presented to flight speed and aircraft pitch angle. The maximum thrust generated by the prop-rotor and the landing load applied to the multicopter under normal and emergency landing conditions were reviewed., It confirmed that the structure could support without failure. In addition, it confirmed that the damping characteristics of each primary locate in the constant region according to the aircraft's flight speed and the prop-rotors rotating speed.

산악이나 도서 지역으로의 물품수송, 재난지역의 영상정보 획득 및 긴급 구호물품 등을 수송하는데 멀티콥터 형태의 무인기를 활용하고자 하는 수요가 증가하고 있다. 이와 같은 임무를 성공적으로 수행하기 위해서는 비행 조건에 따라 발생하는 하중을 기체 구조물이 안전하게 지지하는 동시에 프롭로터의 진동 및 공탄성 안정성 확보 여부를 확인할 필요가 있다. 본 논문에서는 엔진과 발전기 조합의 하이브리드 동력 시스템이 장착된 탑재중량 40kg급 멀티콥터 무인기의 구조해석 모델 생성과 하중조건에 따른 변형 및 응력 분포 검토과정을 소개하였다. 또한 비행 속도와 기체의 피치각 조건에 따른 프롭로터 시스템의 진동 특성과 공탄성 안정성 해석 결과를 제시하였다. 프롭로터를 통해 발생하는 최대추력 및 정상, 비정상 착륙조건에 따라 기체에 작용하는 착륙하중을 검토하였으며, 구조물의 파손 없이 지지할 수 있음을 확인하였다. 기체의 비행 속도와 프롭로터의 회전속도에 따라 주요 모드별 감쇠 특성이 안정한 영역에 위치함을 확인하였다.