본 논문은 전자식 조정장치 헬리콥터의 비행영역 보호를 위한 하중제안 로직 설계에 대한 결과이다. 헬리콥터는 로터, 동체, 엔진등 구조가 복잡하기 때문에 여러 가지 제약조건에 가지고 비행을 해야 한다. 이 때문에 조종사가 그 제약조건을 고려하여 조종을 하면서 조종사의 작업부하가 증가하고 비행 조종성을 떨어뜨리는 결과가 발생한다. 이러한 헬리콥터의 비행제약조건으로부터 자유롭게 조정 하도록 하여 조종사를 도와주는 기능이 필요하고 본 논문에서는 그 중의 대표적인 제약조건인 하중제약조건에 대한 제한 로직을 전자식 조정장치 헬리콥터에 설계하고자 한다. 하중범위를 벗어나는 비행은 피치 싸이클릭 스틱을 급격하게 입력하여 주로 발생한다. 이때 조종스틱 명령과 피치축 자세명령모델사이에 비행영역제한로직을 추가하여 하중범위를 벗어나지 않도록 하였다. 현재의 하중 값에 대한 자세범위를 동적으로 계산하는 로직을 사용하였고 헬리콥터 모델에 적용하여 시뮬레이션을 통하여 알고리즘을 검증하였다. 시뮬레이션을 통하여 정지비행영역, 전진비행영역에서 하중제한로직을 적용하지 않았을 때와 적용하였을 때를 비교한 결과, 하중제한로직을 적용하지 않았을 때는 하중제한 리미트를 20% 이상 초과하였으나 본 연구에서 제한한 로직을 적용하였을 때는 하중제한 리미트가 초과하지 않음을 확인하였다. 결론적으로 시뮬레이션을 통하여 동적으로 할당하는 제한로직이 헬리콥터 전자식 조정장치 제어기에 적합함을 확인하였다.
This paper presents the algorithm for envelope protection of helicopters. The algorithm consists of two feedback control loops: inner loop and outer loop. As an inner loop control, model following control is designed to meet the ADS-33 handling qualities specification by minimizing the tracking errors between the responses of the actual model and those of the command filter. In order to implement envelope protection, saturation limiter is imposed to command channels in command filter, whose limits are computed corresponding to the envelope limit. Fast model predictive control is designed as an outer loop control to deal with saturation constraints generated by the inner loop envelope protection and also imposed by outer loop envelope protection variables. Simulation results show that the proposed algorithm yields good envelope protection performance.
군용항공기지법은 비행안전구역을 설정하여 각 구역별 표면높이 이상의 장애물설치를 금지하고 있다. 비행안전구역은 항공기의 비행안전을 확보하기 위해서 설정된 것이다. 그러나, 우리의 경우 좁은 국토여건을 감안, 비행안전구역을 6구역까지만 축소 설정하여 계기비행절차와 관련된 비행안전상의 문제점이 있다. 계기비행절차가 수립되어 있는 영역 중 일부에 대하여는 비행안전구역이 설정되지 않아 아무런 고도제한을 가할 수 없는 것이다. 본고에서는 이러한 문제인식을 출발점으로 삼아, 비행안전과 관련된 비행안전구역 외곽에서의 고도제한 문제를 다루고 있다. 우선 군용항공기지법상의 비행안전구역과 각 국의 비행안전구역 설정 현황을 검토하였다. 이를 토대로 현행법이 안고 있는 문제점을 논의하였다. 문제점을 해결하기 위해서는 비행안전구역 밖의 일정 영역에 대하여도 고도제한을 할 필요성이 있다. 가장 바람직한 방안 검토를 위해 비행안전구역 밖에서의 고도제한에 대한 입법례를 참조하였다. 그 결과 여러 가지 입법안을 상정해 볼 수 있었고 비행안전구역 밖의 일정 부분에서 일정높이 이상의 건축을 허용하기 위해서는 비행안전심사를 거치도록 하는 것이 가장 바람직하다는 결론을 내려보았다.
본 연구에서는 회전익 상태에서 이/착륙, 저속 전진비행을 하고, 고정익 상태에서 고속 전진비행을 하는 스마트 무인기 추진시스템을 모델링하고 회전익 모드, 고정익 상태의 고속 비행모드, 팁 제트 노즐과 주 엔진 노즐을 모두 이용하는 혼합모드에 대해 정상상태 성능해석을 수행하였다. 성능해석 결과는 각 비행모드에서 덕트의 손실로 인한 추진 시스템의 운용영역이 제한되는 결과를 보였으며, 비행 마하수 변화에 대한 결과와 비교해 고도의 변화에 대한 해석결과가 더 넓은 영역에서 비행영역을 제한함을 알 수 있었다.
본 연구에서는 회전익 상태에서 이/착륙, 저속 전진비행을 하고, 고정익 상태에서 고속 전진비행을 하는 스마트 무인기 추진시스템을 모델링하고 회전익 모드, 고정익 상태의 고속 비행모드, 팁 제트 노즐과 주 엔진 노즐을 모두 이용하는 혼합모드에 대해 정상상태 성능해석을 수행하였다. 성능해석 결과는 각 비행모드에서 덕트의 손실로 인한 추진 시스템의 운용영역이 제한되는 결과를 보였으며, 비행 마하수 변화에 대한 결과와 비교해 고도의 변화에 대한 해석결과가 더 넓은 영역에서 비행영역을 제한함을 알 수 있었다.
드론 탑재형 프로젝터 시스템의 경우 비행 시 드론의 모터와 프로펠러 그리고 비행 환경에 의해 발생하는 흔들림이 그대로 프로젝터에 전달되기 때문에 프로젝터에 의해 투영된 영상에 왜곡이 발생하게 된다. 이를 보정하기 위해 센서를 통해 얻어진 드론의 비행정보 기반 투영영상 변환행렬이 적용된다. 본 논문에서는 디스플레이 영역의 해상도를 고정된 값으로 제한하는 대신 비행 환경에 따라 해상도를 결정하는 방법을 제안하고 실제 영상에 적용하였다. 실험 결과, 제안한 디스플레이 영역의 해상도 최적화 방법을 적용하는 경우 기존의 고정된 디스플레이 영역의 해상도보다 확장된 디스플레이 영역의 해상도로 운용 가능함을 관찰할 수 있었다.
현대 전투기는 정안정성 완화 개념을 적용하여 기동성과 성능을 향상시키는데, 천음속 비행영역에서는 충격파 형성과 더불어 감속기동 중 발생하는 공력중심 전방이동 현상에 의해 갑작스런 기수 들림이 발생하는 경향을 갖는다. 또한 천음속 중간 받음각 비행영역은 항공기 모델링이 어려워 모델 기반의 제어 방식은 이 문제를 해결하는데 한계를 갖는다. 이번 논문에서는 초음속 경전투기 모델을 이용하여 천음속 영역에서 감속선회 기동 중 모델 기반 증분형 동적 모델역변환 방식의 천음속 피칭모멘트 보상 제어(TPMC)와 모델과 센서를 기반으로 하는 Hybrid 증분형 동적모델 역변환(IDI) 제어의 성능을 분석하였다. 분석 결과, Hybrid 증분형 동적모델 역변환 제어는 천음속 피칭모멘트 보상 제어에 비해 빠른 초기 반응과 동등한 최대 수직가속도 제한 성능을 가지면서 조종사가 예측 가능한 비행성을 제공하여 천음속 중간 받음각 비행영역에서 하중제한 초과 방지 제어기의 성능을 크게 개선하였다.
전투기는 공대지 및 공대공 전투임무를 위한 다양한 외부 무장형상으로 운용된다. 무장발사로 인한 비대칭 무장형상에서는 조종사가 롤트림 입력을 인가하여 수평비행을 유지한다. 그러나 외란이 있는 실제 비행 중에는 수평비행을 위해 정확한 롤트림 입력을 인가할 수 없다. 이러한 상태에서 자동비행시스템 인가 시에는 부정확한 롤트림 명령의 영향으로 롤자세각 오차가 발생하여 롤축 자동비행시스템의 성능을 저하시킨다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 롤축 자동비행시스템 명령 단에 적분기를 설계하여 롤자세각의 정상상태 오차를 제거하였다. 또한, 롤자세각 오차량을 제한하는 제한기를 비행영역에 따라 스케줄링하여 초기 과도응답을 개선하였다. 시뮬레이션 평가한 결과, 설계된 비행제어법칙은 부정확한 롤트림 상태에서 자동비행시스템을 운용 시에 롤자세각 추종 성능을 개선함을 확인할 수 있었다.
소형우주발사체 KSLV-I의 상단부 전자장비 탑재 구조체의 외부면에는 텔레메트리, 원격추적, GPS, 비행종단 시스템의 안테나가 두 개 또는 세 개씩 장착된다. 발사체의 표면에 안테나를 부착할 수 있는 위치는 제한되어 있기 때문에 각 안테나 들은 서로 인접되어 부착된다. 또한 상단부 전자장비들과 지상장비의 성능을 검증하기 위해 수행되는 경비행기를 이용한 비행시험은 각 안테나들이 더욱 근접하여 장착된 상태로 수행된다. 따라서 각 하부시스템의 안테나 사이에 발생하는 간섭현상을 분석하기 위한 연구가 요구된다. 이 논문에서는 시간영역 유한차분법을 이용하여 서로 다른 하부시스템의 안테나 간에 발생하는 간섭영향을 해석하였다. 수행된 해석 과정은 우주발사체의 안테나 방사패턴을 해석하는데 이용될 수 있으며, 향후 우주발사체의 시스템 설계 과정에서 안테나의 배치 방법과 각 하부시스템의 성능 요구조건을 결정하는데 효과적으로 사용될 수 있다.
최근 스마트폰등 ICT기반의 전자제품들이 보편화 되면서 무인항공기에 적용 가능한 전자기술들이 급속히 개발되어, 항공 기술과 ICT 기반 전자 기술이 융복합되어 무인항공기는 군용위주의 활동 영역을 넘어 민간분야에서 까지 활발히 진출하고 있다. 현재까지는 전통적인 항공 선도 업체들이 군용무인기 중심의 고가의 무인기를 생산하여 시장을 장악하였으나, 이제는 공공 및 민간영역에서 무인기를 상업화하기 위한 기업들이 등장하고 있어 민수영역에서 무인기 시장은 급성장세에 있다. 국내의 무인기 기술은 기술혁신과 시장창출 주도가 가능한 선진권 수준이며, 무인기의 핵심인 ICT기반 전자부품 기술은 세계 최고의 수준으로 두 분야의 기술을 융복합화하여 경쟁력 있는 무인기 개발을 신속히 진행하면, 전 세계적으로 성장하는 무인기 개발 시장은 우리에게 새로운 성장 동력이 될 수 있다. 자율비행, 상황인식 및 회피 기능 등 미래 무인기 선도기술을 개발하고, 국산화지연 또는 외국의 수출제한 품목에 대한 국산화 개발 및 핵심 부품의 국산 경쟁력 강화를 통하여 무인기 산업의 고부가가치를 창출할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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