• 한국항공우주학회지
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• 제33권12호
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• pp.48-53
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• 2005

본 논문에서 LIPCA(Lightweight Piezoceramic Composite Actuator)를 이용한 날갯짓(flapping) 기구의 개발에 관한 최근의 연구진척 사항을 제시하였다. 날갯짓 기구는 여러 개의 연결막대를 이용하여 LIPCA의 제한된 작동변위를 커다란 날갯짓 각(flapping angle)이 발생하도록 증폭시켰으며, 패더링 메커니즘(feathering mechanism)을 적용하여 날갯짓과 동시에 날개에 비틀림이 발생하도록 설계되었다. 이 날갯짓 기구의 고유 날갯짓 주파수는 약 9Hz로, 이때 최대의 날갯짓 각이 발생하였다. 제작된 날갯짓 기구의 작동성능을 평가하기 위하여 날갯짓 주파수를 4Hz에서 15Hz까지 변화시키면서 발생되는 양력과 추력을 측정하였으며, 최대 양력과 최대 추력은 고유 날갯짓 주파수 부근에서 계측되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권11호
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• pp.837-847
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• 2020

본 논문에서는 20g급 날갯짓 초소형 비행체의 정지 비행 시의 날갯짓 효율을 증가시키기 위한 날갯짓 속도 분포 최적화를 진행하였다. 비원형 기어를 이용하여 다양한 날갯짓 속도 분포를 나타내는 메커니즘을 설계하였으며, 실증 기체를 이용하여 실험적으로 날갯짓 속도 분포 최적화를 진행하였다. 최적화 모델은 노이즈를 포함한 Kriging을 사용하였으며 불확실성에 의한 오차를 반영하였다. 날갯짓 속도 분포를 네 개의 파라미터로 나타내어 각 파라미터에 대한 최적화를 진행하였고. 최적화 결과 추력-파워비가 11.3% 증가하였다. 추력-파워비가 증가한 이유에 대해 탄성력에 의해 이전 스트로크에서의 각운동에너지가 일부 보존되어 다음 스트로크에서 사용되어 효율이 높아진 것으로 분석하였다.

• Composites Research
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• 제22권6호
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• pp.7-12
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• 2009

본 연구는 압전 작동기 기반 초소형 날갯짓 비행체의 날갯짓 운동을 위해, 압전 작동기의 펌핑 운동을 효과적으로 날갯짓 운동으로 변환하는 힌지 메커니즘 제작 기법에 대해 다루었다. 경량화를 위해 탄소섬유/에폭시(Graphite/Epoxy) 프리프레그를 사용하고, 반복적인 제작이 용이하도록 레이저 절단기를 활용하였으며, 힌지부는 얇은 캡톤 필름을 이용해 컴플라이언트(compliant) 메커니즘으로 구성하였다. 제작된 힌지 메커니즘을 압전 유니모프 작동기 PUMPS에 연결하여 동작시켜 본결과, 300V 170Hz 인가 전압에서 $173^{\circ}$의 큰 날갯짓 각을 가짐을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.289-296
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• 2017

본 논문에서는 곤충 모방 날갯짓 초소형 비행체에 적용될 끈을 이용한 날갯짓 구동 장치의 구동 원리와 그 최적화 과정이 소개된다. 이 날갯짓 구동 장치는 끈을 이용하여 구조의 경량화와 관성력 감소로 인한 에너지 효율 상승을 목적으로 설계되었다. 먼저 장력만 전달할 수 있는 끈의 특성을 고려하여 운동학적인 수식이 정립되었으며, 이를 통해 구동 장치의 거동 특성을 파악할 수 있었다. 이 수식들은 수정된 패턴 검색 최적화 과정에 포함되어 메커니즘의 운동학적 최적화를 가능하게 만들었다. 최적화된 형상으로 제작된 시제품은 설계의 구동 원리에 맞게 운동하였으며, 그 날갯짓 폭은 목표한 날갯짓 폭을 만족시켰다. 수치적 시뮬레이션과 실험 결과는 잘 일치하여 제시된 구동 장치가 실제로 활용될 수 있음을 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권6호
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• pp.653-663
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• 2012

본 논문에서는 높은 기동성을 목적으로, 적절한 양력과 추진력이 발생하도록 스트로크 평면의 경사각을 고려하여 경로최적화를 수행한다. 기동성비행은 추진력을 최대화하는 비행, 양력을 최대화하는 비행, 양력과 추진력을 동시에 최대화하는 비행 세 가지로 정의하고 날갯짓운동은 단순한 사인함수로 이루어진 플런징과 피칭운동으로 정의하였다. 경로최적화 과정에서 직교배열표를 이용하여 후보점을 생성하고, 그 후보점에서 2 차원 비정상 유동해석을 하였다. 유동해석 결과를 바탕으로 크리깅방법을 이용하여 근사모델을 생성하였다. 그리고 설계정식화를 정의하고 유전알고리즘을 이용하여 최적화를 수행하였다. 세 가지 목적의 날갯짓 경로의 최적화를 통해 기동성비행을 위한 날갯짓 경로를 제시하였다. 또한 날갯짓 운동으로 인해 생성되는 와류를 분석함으로써 양력과 추진력의 발생원리를 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권8호
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• pp.55-62
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• 2006

본 논문에서는 단일층 압전 작동기로 구동되는 곤충 모방 날갯짓 기구의 실험적 평가의 결과를 제시하였다. 변위 증폭기구의 연결막대 길이와 힌지 위치를 조절하여, 말벌류 곤충의 상향 날갯짓 끝에 발생하는 날개 겹침 (clap)을 모방할 수 있도록 하였다. 또한, 실제 곤충 날개의 단면이 지그-재그형인 것을 모방한 날개를 제작하여 부착하였다. 이 두 가지 추가적인 고안으로 인하여 본 날갯짓 기구는 이전 날개에 비하여 면적이 절반 밖에 되지 않음에도 불구하고 더 큰 양력을 발생할 수 있었다. 본 연구에서는 날개의 겹침, 지그-재그형 단면, 인가전압 파형이 양력 발생에 미치는 영향을 조사하였다. 최종적으로는 디지털 고속카메라를 이용하여, 개선된 날갯짓 기구가 상향 날갯짓과 하향 날갯짓에서 와류를 발생함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권10호
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• pp.82-92
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• 2005

본 연구는 중량 20그램의 무선조종 초소형 날갯짓 비행체를 개발하기 위하여 수행되었다. 본 날갯짓 비행체는 3채널 방식의 무선조종을 사용하였고, 리튬 폴리머 배터리로 두 개의 DC 페이저 모터를 구동하여 35cm 크기의 날개로 날 수 있도록 하였다. 플래핑 운동만 적용된 날갯짓 비행체의 성능은 비행시험으로 입증되었다. 비행시험 결과는 비행체의 추진에 필요한 충분한 추력이 발생하도록 개발되었다는 것을 나타낸다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권11호
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• pp.1063-1071
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• 2008

단일층 압전작동기에 적절한 압축하중을 가하면, 압전세라믹 층에 가해지는 압축 응력에 의한 재료비선형적 특성과 기계적 좌굴현상에 의하여 작동 변위와 작동력이 동시에 향상된다. 본 논문에서는 날갯짓 기구를 압축하중을 받는 단일층 압전 작동기로 구동하는 경우, 날갯짓 각도와 공기력에 어떠한 영향이 발생하는가를 조사하였다. 또한 날개 형상과 수동 날갯 회전 각도가 공기력 발생에 미치는 영향도 실험적으로 조사하였다. 인공 날개를 2차원으로 가정한 전산유체해석을 통하여 얻은 평균 수직력이, 실험으로 얻은 값과 잘 일치함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권7호
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• pp.647-654
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• 2010

본 연구에서는 날갯짓 비행체 날개의 유체-구조 연계를 고려한 설계나 날갯짓 비행체의 비행 동역학 및 제어 시뮬레이션에 적용 가능한 효율적인 공력모델을 제안하고, 풍동 실험을 통해 공력모델의 특성을 검증하고자 한다. 날갯짓 비행체는 저 레이놀즈 수 영역의 비정상 유동장의 지배를 받기 때문에, 이 영역에서 날개 운동에 따른 공력을 효과적으로 측정할 수 있도록 풍동실험장치를 설계 및 개발하였다. 본 연구의 실험장치 특성상 힘을 측정하는 2축-로드셀은 비관성계에 있기 때문에, 순수한 날개의 공력을 측정하기 위해서는 관성력을 보정해주어야 하며, 이에 대한 방법론을 수립하였다. 최종적으로 유동속도, 날개의 운동 주파수 및 고정 받음각에 따라 날개에 작용하는 양력 및 항력의 평균값 및 평균 제곱근 값을 비교함으로서 실험결과와 공력모델의 특성을 비교 검증하였다.

• 한국항행학회논문지
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• 제21권5호
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• pp.450-458
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• 2017

본 연구에서는 곤충모방 날갯짓 비행체의 모델링과 제자리비행을 위한 자세제어 및 고도제어기를 설계하여 동역학 모델을 이용한 시뮬레이션을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 곤충모방 날갯짓 비행체의 간략화한 날갯짓 운동, 날갯짓의 병진운동 및 회전운동에 대한 공력, 동체 동역학에 대해 수치모델링을 수행하였다. 제자리비행 자세제어를 위해 날갯짓 비행체가 가지는 시변 비선형 시스템을 선형화하여 설계한 LQR(Linear Quadratic Regulator) 제어기법을 통하여 자세안정화를 적용하였으며 PID 제어기법을 통해 고도제어를 수행하였다. 수치 시뮬레이션을 통해 설계된 모델과 제어기의 성능을 확인하였으며 제자리비행을 위한 자세안정화 및 고도 제어가 안정적으로 수행되는 것을 확인하였다. 또한 날갯짓에 의해 발생하는 주기적인 피칭 모멘트를 주기적인 제어입력을 통해 임계 안정하도록 자세 안정화를 수행하는 것을 확인 하였다.