Autonomous Aerobatic Flight for Fixed Wing Aircraft

A simple and effective guidance and control scheme that enables autonomous three-dimensional path-following for a fixed wing aircraft is presented. The method utilizes the nonlinear path-following guidance law for the outer loop that creates steering acceleration command based on the desired flight path and the current position and velocity of the vehicle. The scheme considers the gravity in the guidance level, where it is subtracted from the acceleration command to form the specific force acceleration command which the aircraft is better suited to follow than the total acceleration command in the inner-loop. A roll attitude control scheme is also presented that enables inverted flight or sideslip maneuvers such as slow roll and knife-edge. A series of aerobatic maneuvers are demonstrated through simulations to show the potential of the proposed scheme.

고정익 항공기의 자율 곡예비행

고정익 항공기가 3차원의 복잡한 경로를 추종하기 위해 필요한 비교적 간단하며 효과적인 유도 제어 방법을 제시한다. 소개되는 방법은 비선형 경로 추종 유도 기법을 외부 루프로 사용한다. 외부 루프는 원하는 경로와 함께 항공기의 현재 위치와 속도를 바탕으로 비행 경로를 변화하기 위한 가속도 명령을 생성한다. 가속도 명령은 중력과 벡터적으로 결합되어 Specific Force Acceleration을 만든다. 이렇게 생성된 Specific Force Acceleration은 내부 루프를 위한 명령으로 쓰이는데, 이는 항공기가 가속도 자체보다는 Specific Force Acceleration을 더 직접적으로 제어할 수 있기 때문이다. 나아가 배면 비행이나 Slow Roll, Knife-Edge 등과 같은 옆미끄럼짐 기동을 하기 위해 필요한 롤 자세 제어 기법도 제시한다. 마지막으로 표준이 되는 여러 가지 곡예비행 경로들에 대한 시뮬레이션을 수행함으로써 제시된 기법의 성능을 검증한다.