본 논문에서는 소형 커나드 항공기인 Velocity-173의 가로안정성을 향상시키기 위한 방법에 대하여 연구하였다. Velocity-173의 세로안정성은 매우 우수한 반면, 가로안정성은 상대적으로 나쁘다. 가로안정성을 향상시키기 위해 수직미익의 면적을 증가시키는 작은 패널을 설계 및 제작하였다. 패널 설계 과정에서 AAA를 이용하여 패널 부착으로 인한 가로안정성의 변화를 예측하였다. 패널 부착 효과를 검증하기 위해 비행시험이 수행되었다. 또한, 비행시험 데이터로부터 안정/조종 미계수를 추출하기 위하여 최대공산추정법을 이용하였다. 본 연구를 통해 수직미익 아래에 부착된 패널의 효과를 확인할 수 있었다.
비행조종작동기 제어용 파일럿 밸브의 내부 유동 및 응답 특성을 분석하기 위해 캐비테이션 모델과 격자 이동 기법을 사용하여 정상/비정상 유동의 수치 해석을 수행하였다. 작동 온도와 시간에 따른 밸브 내부 유동을 분석한 결과, 일정 온도 이상에서 밸브 특성이 안정되는 현상을 발견하였고 캐비테이션이 밸브 성능에 미치는 영향성을 파악하였다. 밸브 내부 압력과 응답 특성을 분석하였으며 비정상 유동이 발달하여 정상 유동 특성과 일치하는 것을 확인하였다.
최근 카메라와 같은 센서가 장착된 UAV(Unmanned Aerial Vehicle, 무인항공기)를 이용하는 분야는 방재, 농업, 군사 분야 등 매우 다양해지고 있다. 그러나 고품질의 영상데이터를 취득하기 위해서는 가벼우면서도 우수한 성능을 지닌 고가의 MEMS 센서 그리고 센서가 안정적으로 데이터를 획득할 수 있도록 안정적인 비행이 가능한 대형 UAV플랫폼으로 구성된 시스템이 필요하기 때문에 시스템 구축비용이 클 수밖에 없다. 본 연구에서는 저비용으로 영상 데이터를 취득할 수 있는 UAV시스템을 구축하여 취득된 영상데이터의 처리를 통해 얻어지는 영상의 품질을 살펴보고 그 효용성을 시험해보았다. 이를 위해서 고가인 UAV를 대신해 비교적 가격이 저렴한 R/C헬기(Remote Control, 원격조종 헬기)를 플랫폼으로 선정하고, 영상데이터를 수집하는 카메라센서를 탑재하였다. 그리고 탑재된 센서가 안정적으로 데이터를 취득할 수 있도록, 센서와 플랫폼 사이에 Gimbal을 장착하였다. 이렇게 구축된 시스템을 이용하여 시험비행을 해보았으며, 그 결과 플랫폼에 탑재된 센서로부터 비교적 안정적이고 양질의 이미지를 획득할 수 있었다. 본 연구에서 구축한 R/C 헬리콥터 시스템을 통하여 저비용/고효율의 영상데이터를 취득할 수 있음을 확인하였다. 구축된 시스템은 근접한 거리에서 대상물의 영상을 취득하기 때문에 고품질의 3차원 모델데이터 생성에 매우 도움이 될 것으로 생각한다.
본 논문에서는 유도무기 성능분석을 위한 모듈화 기반 시뮬레이션 환경 개발에 관한 내용을 기술한다. 시뮬레이션 환경의 재사용성을 위하여 유도무기의 시뮬레이션 구성 요소들을 MATLAB Simulink를 기반으로 모듈화하였다. 그리고 시뮬레이션 인터페이스 및 모듈 관리를 위하여 Excel 및 MATLAB GUI 기반의 모듈 관리체계를 구현하였다. 또한 동일하지 않은 인터페이스로 설계된 모듈들을 통합하는 방안과 유도비행 시나리오 설계를 위해 유도/조종 단계를 구성하는 방안을 제시하였다. 최종적으로, 구현한 시뮬레이션 환경의 성능검증을 위하여 기존 시뮬레이션 결과와 비교하였다.
무인기 및 유인기의 자동비행제어기는 다양한 비행성 규정, 안정도 여유 및 시간응답 특성에 대한 요구조건을 만족할 수 있도록 설계되어야 한다. 기존의 제어기 설계과정은 많은 시간과 시행오차를 수반하기 때문에 최적화 알고리즘을 활용하면 다양한 요구조건들을 충족시키는 제어기를 효율적으로 설계할 수 있다. 본 논문에서는 통합 최적화 제어설계 프로그램인 CONDUIT을 소형 무인기의 횡운동 SCAS 설계에 적용하여 그 효용성을 제시하였다. 최적화를 통해 설계된 롤 자세각 및 방위각 제어기는 시간응답특성만을 고려하여 설계한 기본제어기와 성능을 비교하고 분석하여, 최적화 기법을 적용한 제어기의 성능이 우수하고 다양한 비행성 요구조건을 충족시킬 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 회전익 항공기의 조종입력과 지상 활주 속도를 바탕으로 해석을 통하여 전선절단기 길이를 제시하였다. 항공기의 안전을 위해서 적용되는 전선절단기가 적절한 길이로 선정되지 않을 경우 블레이드와 충돌가능성 생기거나 전선에 의해서 사고가 발생할 수 있다. 본 연구를 위해서 개발에서 사용된 조종입력을 분석하여 지상 활주에 필요한 조종입력 조건을 설정하였다. 이를 바탕으로 20, 40, 60 kts 지상 활주 속도별로 해석을 통하여 블레이드와 전선절단기 충돌 가능성을 검토하였다. 이 후, 이 결과를 항공기 모사시험 결과와 비교하여 해석결과의 적절성을 확인하였다. 최종적으로 지상 활주 간 모든 조종입력 범위에 대해 충돌을 피하기 위한 전선절단기 축소 길이와 이 경우 공중비행 시 생기는 비보호구역의 증가량을 동시에 제시하였다.
무선통신(wireless networks)과 마이크로메카트로닉스 시스템(MEMS; microelectromechanical system)의 발달로 다양한 소형 자동항법 UAV가 개발되어 다양한 목적으로 활용되고 있다. 본 연구에서는 중소규모지역에 대한 지형정보획득을 목적으로 저가의 소형 자율항법 UAV를 개발하고 사전계획된 비행 루트와 실제 비행한 경로를 비교함으로써 비행의 안정성을 평가하였다. 개발 후 비행테스트 결과, 최대항속시간은 1시간, 비행거리는 50km, 비행항로의 수평정확도는 약 ${\pm}6{\sim}8m$, 고도정확도는 약 ${\pm}8m$로 안정된 비행이 가능하였으므로 지형정보에 활용할 수 있는 고해상영상의 획득이 가능한 것으로 판단되었다. 이는 200m의 고도로 비행할 경우 $2km{\times}3km$의 지상촬영범위를 약25분 내에 촬영이 가능하다는 의미로 향후 저고도 고해상영상의 획득목적으로 활용이 기대된다.
무인비행장치에 대한 수요와 그 활용은 급진적으로 증가하고 있으며, 기술은 기존의 법제가 따라가 힘들만큼 빠르게 발전하고 있다. 현행 "항공안전법" 및 같은 법 시행령과 시행규칙에서는 12kg이하의 비사업용 소형무인비행장치에 관하여 신고 및 조종자격증명에서 제외하고 있다. 국토교통부에서 2016년 조종자격증명에 관하여, 2018년에는 자격증명제도와 더불어 소형무인비행장치 세분화에 관하여 논의된 바 있지만 현실적으로는 아직 도입되지 않았다. 무인비행장치로 인한 손해는 운용자뿐만 아니라, 아무런 이해관계가 없는 지상의 제3자에게 전도될 것은 자명한 일이며, 이러한 무인비행장치에 관한 책임강제보험에 관한 논의도 활발하게 이루어지고 있다. 하지만 가장 먼저 선행되어야 할 것은 해당 무인비행장치로 인하여 발생한 손해를 누가 책임질 것이냐이다. 즉, 행위자(운용자)가 식별되지 않는 한 책임귀속제도 및 체계가 마련된다고 해도 손해배상에 관한 책임을 부담할 자를 확정할 수 없어 손해 발생 시 책임부담의 어려움은 피할 수 없을 것이다. 해외의 법제 사례를 살펴보아도 대부분의 국가에서는 이미 200g 또는 250g의 소형 무인비행장치의 등록 및 식별표시의무를 강제하고 있으며, 이에 대한 근거로 해당 소형무인비행장치가 지상으로 추락할 경우에 피해의 우려가 충분하기 때문이라고 밝히고 있다. 이에 따라 국내에서도 조속히 비사업용 소형무인비행장치의 세분화와 더불어 신고 및 식별표시의무에 관한 규정이 마련되어야 할 것이다.
국내외의 여러 경제 분석에서도 드론 시장이 날로 성장할 것이라는 예측을 하고 있으며, 그중에서 완구 및 취미용 드론 시장의 성장이 점진적으로 확대가 될 것으로 예측되고있다. 시장의 성장으로 발생하는 경제적 순기능으로 드론의 기대가치는 높아져 가고 있으나, 관리 및 운용 미숙으로 발생하는 사고 또한 증가하고 있다. 완구용 드론의 성능 차이는 산업용 드론과 비교할 수 없을 정도로 낮지만, 일반 구매자는 그 성능의 여부를 알 수 없어 사용상에 사고를 유발할 수 있다. 본 연구에 사용된 완구용 드론은 KC와 CE 인증을 받고 국내에서 판매되고 있는 20종을 사용하였으며, 비행시간 및 조종 거리 측정에 사용되었다. 비행이 가능한 시간 범위는 최소 3분~최대 12분까지로 측정되었으며, 조종 가능한 거리는 최소 20m~최대 약 380m까지로 측정되었다. 따라서 완구용 드론의 전파출력에 대한 샘플링 검사를 통한 제품 안전성 확보가 필요하며, 한계 비행거리를 넘었을 때는 자동으로 고도를 낮추거나 호버링을 하는 알고리즘 탑재가 필요하다. 향후 연구 방향으로는 완구용 드론의 실제 고도 테스트와 충격량 테스트를 통한 완구용 드론의 안전기준 제정을 위한 자료 구축을 할 예정이다.
최근 개발된 항공기는 대부분 디지털 Fly-By-Wire(FBW) 혹은 광신호를 사용하는 Fly-By-Light(FBL) 시스템을 사용하고 있다. 이러한 시스템들은 조종사의 직접 조종으로는 불가능하거나 어려운 복잡한 임무의 수행, 비행범위 확장, 신뢰성 향상 등의 장점을 가지고 있다. FBW 기술을 적용한 비행제어기술이 발전됨에 따라 운항 시 안정성 확보 및 보다 효율적인 임무수행을 위해 비행영역(Flight Envelope) 보호의 개념이 항공기 설계에 있어 중요한 문제로 부각되고 있다. 본 논문에서는 dynamic trim 알고리즘, peak response estimation, 제어이득 스케쥴링 등의 방법을 이용해서 항공기의 비행영역 보호를 수행하고, 각 방법의 성능을 비교하여 최적의 제어기를 설계하는 연구를 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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