• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제6권5호
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• pp.371-389
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• 2019

The implementation of a robust $H_{\infty}$ Control, which is numerically efficient for uncertain nonlinear dynamics, on longitudinal and lateral autopilots is realised for a quarter scale Piper J3-Cub model accepted as an unmanned aerial vehicle (UAV) under the condition of sensor noise and disturbance effects. The stability and control coefficients of the UAV are evaluated through XFLR5 software, which utilises a vortex lattice method at a predefined flight condition. After that, the longitudinal trim point is computed, and the linearization process is performed at this trim point. The "${\mu}$-Synthesis"-based robust $H_{\infty}$ control algorithm for roll, pitch and yaw displacement autopilots are developed for both longitudinal and lateral linearised nonlinear dynamics. Controller performances, closed-loop frequency responses, nominal and perturbed system responses are obtained under the conditions of disturbance and sensor noise. The simulation results indicate that the proposed control scheme achieves robust performance and guarantees stability under exogenous disturbance and measurement noise effects and model uncertainty.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 2001년도 ICCAS
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• pp.162.3-162
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• 2001

The essence of ABS(Anti-skid Brake System) control is to continuously adjust brake pressure to maintain optimum brake torque. This optimum level should balance tire and runway friction its peak value, yielding maximum braking deceleration. It influences not only the deceleration and the taxing distance of an aircraft, but also the strength and the fatigue life of the landing gear. In this paper, an ABS control algorithm is developed with a dynamics model of 5-DOFD(Degree of Freedom). The algorithm is verified by simulations and the simulation results are presented. The dynamics model is simulated by the computer.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제6권2호
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• pp.117-144
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• 2019

High Altitude and Long Endurance (HALE) aircraft are capable of providing intelligence, surveillance and reconnaissance (ISR) capabilities over vast geographic areas when equipped with advanced sensor packages. As their use becomes more widespread, the demand for additional range, endurance and payload capability will increase and designers are exploring non-conventional configurations to meet the increasing demands. One such configuration is the joined-wing concept. A joined-wing aircraft is one that typically connects a front and aft wings in a diamond shaped planform. One such example is the Boeing SensorCraft configuration. While the joined-wing configuration offers potential benefits regarding aerodynamic efficiency, structural weight, and sensing capabilities, structural design requires careful consideration of elastic buckling resulting from the aft wing supporting, in compression, part of the forward wing structural loading. It has been shown already that this is a nonlinear phenomenon, involving geometric nonlinearities and follower forces that tend to flatten the entire configuration, leading to structural overload due to the loss of the aft wing's ability to support the forward wing load. Severe gusts are likely to be the critical design condition, with flight control system interaction in the form of Gust Load Alleviation (GLA) playing a key role in minimizing the structural loads. The University of Victoria Center for Aerospace Research (UVic-CfAR) has built a 3-meter span scaled and flexible wing UAV based on the Boeing SensorCraft design. The goal is to validate the nonlinear structural behavior in flight. The main objective of this research work is to perform Ground Vibration Tests (GVT) to characterize the dynamic properties of the scaled flight vehicle. Results from the experimental tests are used to characterize the modal dynamics of the aircraft, and to validate the numerical models. The GVT results are an important step towards a safe flight test program.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권1호
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• pp.59-66
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• 2022

도심의 교통체증 문제를 해결하기 위해 eVTOL(Electric Vertical Take-Off and Landing) 항공기를 이용한 도심항공교통(UAM) 개념이 등장하여, 많은 국내외 기간들의 연구가 진행되고 있다. 하지만 도심 위를 필연적으로 비행하게 되는 eVTOL 기체가 차세대 교통수단으로 자리 잡기 위해서는 안전성의 확립이 필수적이다. 추락 시 위험도는 항공 안전과 관련된 대표적인 요소이며, 위험도 분석을 위해서는 돌발 상황으로 인한 기체의 추락 및 충돌 지점 예측이 필요하다. 고정익 모드로 운항하는 비행체의 경우 자세 혹은 방향을 결정하는 데 조종면이 큰 역할을 차지한다. 따라서 본 연구에서는 eVTOL 기체의 추락 시 위험도를 분석하기 위해 추진 시스템이 고장 난 기체의 조종면 각도에 따른 추락 지점의 분포를 추정하는 방법을 제시한다. 여기서, 성능과 형상이 공개된 eVTOL 기체를 대상으로 분석한 데이터를 사용하였다. 또한, 초기 조건에 따른 추락 지점의 분포와 확률을 계산하여 추락할 확률이 높은 구간을 도출하였으며, 추락 순간의 속도를 계산하였다.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제5권3호
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• pp.335-348
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• 2018

The structural dynamics (SD) behavior of Elastic Flapping Wings (EFWs) is investigated analytically as a novel approach in EFWs analysis. In this regard an analytical SD solution of EFW undergoing a prescribed rigid body motion is initially derived, where the governing equations are expressed in modal space. The inertial forces are also analytically computed utilizing the actuator induced acceleration effects on the wing structure, while due to importance of analytical solution the linearity assumption is also considered. The formulated initial-value problem is solved analytically to study the EFW structural responses, where the effect of structure-actuator frequency ratio, structure-flapping frequency ratio as well as the structure damping ratio on the EFW pick amplitude is analyzed. A case study is also simulated in which the wing is modeled as an elastic beam with shell elements undergoing a prescribed sinusoidal motion. The corresponding EFW transient and steady response in on-off servo behavior is investigated. This study provides a conceptual understanding for the overall EFW SD behavior in the presence of inertial forces plus the servo dynamics effects. In addition to the substantial analytical results, the study paves a new mathematical way to better understanding the complex role of SD in dynamic EFWs behavior. Specifically, similar mathematical formulations can be carried out to investigate the effect of aerodynamics and/or gravity.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권8호
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• pp.46-55
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• 2002

본 연구에서는 저가형 PC-클러스터 환경에서 운영 가능한 고속 병렬처리 기법을 활용하여 전기체 항공기 및 발사체 형상을 고려할 수 있는 천음속/초음속 비선형 플러터 해석시스템을 개발하였다. 이는 이론적으로 진보된 수치해석 기법인 전산구조동역학(CSD), 유한요소법(FEM) 및 전산유체역학(CFD) 기법을 동시에 연계하고 있으며, 각종 비행체의 공탄성안정성 설계 과정에서 공학적으로 매우 정밀한 데이터 제공이 가능하다. 개발된 공탄성 해석시스템의 뛰어난 응용성을 보이기 위해 국내에서 개발 중인 초음속 항공기의 전기체 형상에 대해 천음속/초음속 비선형 공탄성 해석을 수행하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권10호
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• pp.984-991
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• 2009

본 연구에서는 충격파 및 유동박리효과를 고려하여 항공기 동체-날개 형상(DLR-F4)에 대한 천음속 공탄성 응답해석을 수행하였다. 시간 영역에서 전산유체역학, 유한요소모델 및 전산구조동역학 기법을 활용한 유체-구조 연계시스템을 적용하여 공탄성 해석을 수행 하였으며, 이를 이용하여 비행체의 설계에 정확하고 유용한 결과를 제시할 수 있다. 천음속 영역에서 항공기 동체-날개 형상에 대해 비선형 비정상 공력해석을 수행하기 위하여 6면체 구조 격자를 생성하였고, Navier-Stokes 방정식을 적용하였다. 항공기 동체-날개 형상의 정적 및 동적 공탄성 응답 특성을 파악하였고, 항공기 설계 및 시험 연구자에게 실제적이고 유용한 결과를 제시할 수 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권6호
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• pp.532-540
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• 2008

최근 구조변형을 고려한 항공기의 공력특성을 계산하는데 필요한 CFD와 CSD 기법이 연계된 FSI 시스템에 관한 관심이 증대하고 있다. 본 연구에서는 유체유발 구조 변형을 고려한 수렴된 구조형상에 대한 공력특성 예측을 위해 유체-구조 연계 시스템인 FSI(Fluid- Structure Interaction)를 구축하였다. 각 모듈의 연계, 특히 CSD와 CFD의 결합 및 변형된 형상에 대한 공력격자 재생성을 위해 VSI(Volume Spline Interpolation)와 격자 변형 코드를 개발하였으며, 공력과 구조의 해석 모듈로 상용 프로그램인 FLUENT와 NASTRAN을 사용하였다. 구축된 시스템을 DLR-F4 날개에 적용하여 정적 유체-구조 연구를 수행하였으며, 그 결과 마하수 0.75에서 변형된 형상에 대한 양력 및 항력 계수는 약 20.26%, 18.5% 감소하는 것으로 나타났다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권6호
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• pp.106-113
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• 2022

본 연구에서는 eVTOL 개인항공기의 개별 블레이드 피치 제어용 선형 구동기 기본설계 모델에 대한 구조 안전성을 검토하였다. Stall 하중에 대한 정적 구조 안전성을 검토하기 위해 유한요소법을 이용한 응력해석을 수행하여 안전여유율을 계산하였다. 또한 선형 구동기의 운용조건에 대한 피로수명을 평가하기 위해 피로 해석을 수행하였다. 다물체 동역학 분석을 통해 블레이드 피치각에 따른 하중이력을 산출하였다. 또한 정하중 해석에 정격하중을 적용하여 응력 분포를 산출하고 피로 해석에 활용하였다. 해석 결과, 선형 구동기의 모든 부품은 0 이상의 안전여유율이 계산되었고, 10⁷ cycles 이상의 피로수명이 산출되어 구조적으로 안전함이 확인되었다.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제10권5호
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• pp.419-437
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• 2023

This paper presents the study of the effects of rigid-body motion simultaneously with the presence of the effects of temporal variation due to the existence of morphing speed on the aeroelastic stability of the two-stage telescopic wings, and hence this is the main novelty of this study. To this aim, Euler-Bernoulli beam theory is used to model the bending-torsional dynamics of the wing. The aerodynamic loads on the wing in an incompressible flow regime are determined by using Peters' unsteady aerodynamic model. The governing aeroelastic equations are discretized employing a finite element method based on the beam-rod model. The effects of rigid-body motion on the length-based stability of the wing are determined by checking the eigenvalues of system. The obtained results are compared with those available in the literature, and a good agreement is observed. Furthermore, the effects of different parameters of rigid-body such as the mass, radius of gyration, fuselage center of gravity distance from wing elastic axis on the aeroelastic stability are discussed. It is found that some parameters can cause unpredictable changes in the critical length and frequency. Also, paying attention to the fuselage parameters and how they affect stability is very important and will play a significant role in the design.