• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권8호
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• pp.729-736
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• 2009

벌새(Selasphorus rufus)의 날갯짓 운동에 의한 양력발생 및 추력발생 메커니즘을 이해하고자 2차원 수치해석을 수행하였다. 날갯짓 운동의 궤적은 풍동 실험에서 관찰된 결과를 모델링하여 해석하였다. 비행속도에 따라 날갯짓 운동 궤적이 달라지고, 그 결과 양력 및 추력의 발생 메커니즘이 변화하는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 이를 통하여 비행속도를 저속비행과 고속비행으로 구분하여 물리적인 이해를 하고자 하였다. 양력발생의 경우에는 기존의 날갯짓 비행의 주된 양력발생 메커니즘인 앞전와류효과(Leading Edge Vortex Effect), 실속지연(Delayed Stall), 후류포착(Wake capture)등의 메커니즘을 확인하였으며, 벌새에서 유일하게 관찰되는 Upstroke에서의 양력발생 메커니즘을 유동특성 분석을 통하여 확인하였다. 추력발생의 경우에는 벌새의 골격 구조, 와류형성 및 압력구배에 따른 합력 성분의 분해를 통하여 이해할 수 있었다.

• 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.

• 기계저널
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• 제52권4호
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• pp.39-43
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• 2012

이 글에서는 새와 곤충의 비행원리를 비교하고, 이들을 모방한 날갯짓 초소형 비행체의 등장 배경과 현재까지의 연구 동향을 살펴 보고, 향후 연구 방향에 대하여 소개한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권3호
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• pp.185-195
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• 2021

본 연구의 날갯짓 초소형 비행체는 실제 생명체의 날개를 모방하여, 매우 유연한 재질의 캠버날개를 활용한다. 캠버 날개는 생명체와 유사하게 앞전, 시맥, 박막과 같이 특성이 서로 다른 세가지 재질로 구성되어 있고 다양한 방식으로 구속되어 있다. 날개의 유연성을 활용한 수동 회전(passive rotation) 방식은 앞전과 시맥의 재질이 날갯짓 궤적에 매우 큰 영향을 미치는 요소이기 때문에 적절한 유연성을 갖는 재질의 선정이 필수적이다. 이러한 날개의 재질들과 복잡한 형상을 사실적으로 모델링하여 정밀하게 해석할 수 있는 유체-구조 연성해석 프로그램을 개발하고, 날개의 앞전과 시맥의 탄성 계수의 변화에 따른 공력탄성학 효과를 정밀하게 분석하였다. 결과적으로 재료의 탄성 계수 변화만으로도 날개의 비틀림각 궤적을 적절히 발생시킴으로써 날갯짓 비행체의 추력 및 효율을 크게 증가시킬 수 있음을 보였다.