• 감성과학
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• 제26권1호
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• pp.65-78
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• 2023

항공기는 대표적인 인간-기계시스템이다. 인간의 조작과 기계의 작동 완료 시점 사이에는 기계가 작동되기 시작하는 시간과 기계에 힘이 전달되기 시작하여 완료되는 시간 등의 지연이 발생하며 항공기 조종은 시스템의 지연을 예측한 타이밍 작업을 통해 이루어진다. 시간지각은 타이밍 작업의 중요한 요소이며, 높은 각성작용과 관련된 불안에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 가상현실 환경에서 현직 조종사를 대상으로 기상, 비행 및 시간 조건이 조종사에게 발생하는 불안과 시간지각에 미치는 영향을 검증하였다. 기상조건은 시계비행 기상 상황과 악기상 상황으로 구분하였고 비행 및 시간 조건을 달리하여 실험 1, 2를 실시하였다. 실험 1은 비교적 운동량의 변화가 적고 지연이 적은 제자리비행과 수평비행 상황에서 조종간에 추가된 버튼을 사용하여 시간지각을 측정하였다. 실험 2는 운동량의 변화가 많고 지연이 많이 발생하는 이륙상황에서 조종간만을 사용하게 하여 자연스럽게 헬리콥터를 이륙시키는 과정에서 시간지각을 측정하였다. 실험결과 악기상 상황에서 불안과 심박수가 증가하는 것으로 나타났으며, 특히 실험 1, 2의 모든 비행조건 중 불안이 증가한 상황에서 시간을 과대 추정하는 것으로 나타났다. 이 결과는 불안의 영향으로 시간을 과대 추정하여 타이밍 작업을 실패할 수 있으며, 이로 인해 조종에 어려움을 겪고 사고로 연결될 가능성이 있음을 시사한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권5호
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• pp.376-382
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• 2014

본 논문에서는 원하는 경로를 따라 자동비행 중인 무인 항공기가 전진비행이 어려울 만큼 강한 맞바람을 받게 되었을 때 지나온 경로를 다시 추종하며 후진 비행하는 방법을 제시한다. 본 연구에서 후진경로추종의 목적은 바람이 다시 약해졌을 경우 단시간에 정상임무에 복귀하기 위함이다. 비선형경로추종 유도법칙에 의해 경로 상에 두 개의 Reference points가 생성된다. 후진방향을 고려하여 적절한 것을 선택하고 그 점과 항공기까지의 변위벡터 $\vec{L}$을 이용하여 경로추종에 이용한다. 또한 바람이 발생한 시점에서 바람방향에 대한 초기 기수방향이 후진경로추종 가능여부를 결정한다. Matlab으로 수행된 시뮬레이션을 통하여 운동학 모델에 근거해 본 연구에서 제시된 방법의 결과를 확인했다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권1호
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• pp.76-81
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• 2014

군용 헬리콥터는 적 지역에 침투 시 저공비행 및 침투비행으로 인해 적의 소형화기에 노출되면서, 피탄에 의한 항공기의 폭발 유발 가능성이 높다. 최근 군요구도에 있어서 피탄에 의한 폭발 환경에 대해서 생존성 확보를 위한 내탄 성능을 요구한다. 국내 최초의 군용 헬리콥터인 한국형기동헬기의 연료계통 요구도에도 적의 피탄에 대한 내폭발성을 요구하고 있으며, 요구도 충족을 위해 국내 최초로 탑재형 불활성 가스발생장치(OBIGGS)를 적용하였다. 개발단계에서 미흡하게 설계된 내폭발성과 연관된 Vent System을 개선하여 내폭발성 성능을 재평가하고 설계에 적합함을 입증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권5호
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• pp.359-367
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• 2018

회전익기가 하강 비행 시 발생하는 와류 고리 상태는 회전면 근처에 도넛 모양의 순환유동을 발생시키며, 추력 상실로 인한 기체의 추락을 유발한다. 본 논문에서는 무인 비행체의 종류 중 하나인 쿼드콥터의 와류 고리 상태에서의 유동장을 물리적으로 규명하였다. 한국항공우주연구원 1m 아음속 풍동에서 쿼드콥터의 하강 비행을 모사했으며, 유동장 계측을 위해 입자 영상 유속계(PIV)를 이용했다. 정지 비행 상태의 유도 속도를 운동량이론을 이용하여 추정하고, 이를 통해 와류 고리 상태를 유발할 수 있는 하강 속도의 범위에서 시험을 수행하였다. 또한 하강률에 따른 유동장 계측뿐만 아니라 프로펠러 간의 간격을 달리 주어서도 와류 고리의 발달 및 진행방향을 확인하였다. 더불어 본 연구 결과는 쿼드콥터 주변의 유속 측정을 통해서도 와류 고리 상태를 예측할 수 있다는 것을 보여준다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제11권1호
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• pp.10-18
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• 2010

The purpose of this paper deals with direct multiple-shooting method (DMS) to resolve helicopter maneuver problems of helicopters. The maneuver problem is transformed into nonlinear problems and solved DMS technique. The DMS method is easy in handling constraints and it has large convergence radius compared to other strategies. When parameterized with piecewise constant controls, the problems become most effectively tractable because the search direction is easily estimated by solving the structured Karush-Kuhn-Tucker (KKT) system. However, generally the computation of function, gradients and Hessian matrices has considerably time-consuming for complex system such as helicopter. This study focused on the approximation of the KKT system using the matrix exponential and its integrals. The propose method is validated by solving optimal control problems for the linear system where the KKT system is exactly expressed with the matrix exponential and its integrals. The trajectory tracking problem of various maneuvers like bob up, sidestep near hovering flight speed and hurdle hop, slalom, transient turn, acceleration and deceleration are analyzed to investigate the effects of algorithmic details. The results show the matrix exponential approach to compute gradients and the Hessian matrix is most efficient among the implemented methods when combined with the mixed time integration method for the system dynamics. The analyses with the proposed method show good convergence and capability of tracking the prescribed trajectory. Therefore, it can be used to solve critical areas of helicopter flight dynamic problems.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권5호
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• pp.20-27
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• 2017

본 논문에서는 멀티콥터 대기자료센서의 최적의 장착위치 선정을 위한 멀티콥터 주변 유동장 해석을 과정을 기술하였다. 유동해석을 위해서는 상용유동해석 프로그램인 STAR-CCM+를 사용하였으며 다면체기반의 격자시스템과 k-w SST 난류 모델링을 사용하였다. 회전하는 4개의 프로펠러의 상대운동을 모사하기 위해서는 비정렬격자 기반 중첩격자기법을 사용하였다. 해석과정에서는 정지비행, 전진비행, 상승 및 하강비행에 대하여 해석을 수행하였고 센서위치에 대하여 측정오차를 분석하였다. 장착위치 분석결과 센서의 위치가 회전면에서 프로펠러 지름 높이 이상에 위치하면 하강비행을 제외한 멀티콥터의 운용과정에서 1m/s 정도 이내의 속도오차를 보이므로 비교적 정확한 측정이 가능할 것으로 예측되었다.

• 스마트미디어저널
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• 제8권4호
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• pp.38-45
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• 2019

회전익 드론의 후류에서 발생하는 강한 유동과 살포되는 농약 노즐에서의 스프레이 유동이 동반될 경우, 극심한 기체의 요동과 함께 액적 유동은 바람의 영향을 크게 받게 된다. 특히 액적은 공기역학적인 항력의 영향을 받기 때문에 단순한 제자리 비행과는 달리 전진 비행을 할 경우 또는 측풍을 받고 있을 경우, 살포 영역에 큰 변화가 발생한다. 이로 인하여 드론을 활용한 농약살포에는 보다 큰 비산의 위험성이나 위치간의 낙하분산에 차이가 커져 효율성이 떨어질 수 있는 문제가 생긴다. 따라서 적절한 수치 모델링과 이를 적용한 전산 시뮬레이션을 통하여 다양한 비행 및 대기 조건을 적용할 수 있는 예측 도구가 필요하다. 본 연구에서는 로터에서 나오는 강한 하풍과 드론의 비행속도에 따른 액적 유동 특성에 대해 실험 및 수치해석을 진행하였으며, 액적이 분포하는 확률밀도함수를 구하여 서로 비교함으로써 농약살포용 드론에서 액적을 살포할 시 효율성을 증진시킬 수 있는 분사 시스템을 구축하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권1호
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• pp.159-164
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• 2016

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.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제37권6호
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• pp.342-351
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• 2012

Purpose: Aerial spraying with an agricultural unmanned helicopter became a new paradigm in the agricultural practice. Laterally tilting behavior of a conventional agricultural helicopter, resulting in the biased down-wash and uneven spray deposit is a physically intrinsic phenomenon while hovering and cruise flights. Authors studied and developed a roll-balanced agricultural helicopter with a raised pylon tail rotor system. In this study, the attitude of the roll-balanced helicopter was determined using the Kalman filter algorithm, and the quality of roll balancing of a bare-airframe helicopter was evaluated. Methods: Instantaneous attitudes were estimated using the advantage of gyroscope, followed by the long term correction and prediction using accelerometer data for the advantage of convergence. The attitudes of the fuselage were calculated by applying the Kalman filter algorithm. The spraying maneuver of the helicopter was performed at a field of 50 m long, and the attitude data were acquired and evaluated. Results: The determination of attitude using the inertial measurement unit(IMU) and Kalman filter was reliable and practical. The intrinsic attitude of the developed helicopter was stable and roll-balanced. The deviation of roll angle was ${\pm}6.3^{\circ}$ with an average of $0^{\circ}$, referring to roll-balanced. Conclusions: Handling quality of the roll attitude determined to be steadily balanced. The balancing behavior of the developed helicopter would result in an even spray pattern during aerial application.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2003년도 추계 학술대회논문집
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• pp.200-205
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• 2003

The Canard rotor/wing (CRW) aircraft concepts offer great potential for application by allowing the use of a common propulsion system for high-speed cruise and low-speed powered lift. Using the rotor for lift in both flight modes increases its utility. In the hovering mode, the exhausted gas from an gas turbine engine is accelerated through the duct system and it provides the tipjet power for rotor system enough to lift the aircraft. In the cruise mode, the rotor is fixed and the exhausted gas is extracted through the main nozzle, such that the aircraft is able to flight with high speed. The duct system was designed using 1-D fanno line flow theory and empirical data. However, the empirical data of the pressure loss coefficient for various bending and dividing ducts were not enough to design our duct system adaptively. Therefore, using 3-D CFD analysis we obtained the pressure loss coefficient for our duct models and chose the appropriate bending or diving duct type. In this paper, we used the CFD-ACE+ software package for the CFD analysis and the modeling of duct system. Through the 3-D CFD analysis, we investigated also the pressure loss and the velocity distributions of the designed whole duct system as well as the blade duct. Comparing the 3-D CFD result with 1-D analysis result, we lessened the uncertainty of the designed duct system and speculated the problem that was not concerned in design state.