• 소음진동
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• 제6권5호
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• pp.607-616
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• 1996

A combined computational fluid dynamics(CFD)-Kirchhoff method is presented for predicting high-speed impulsive noise generated by a hovering blade. Two types of Kirchhoff integral formula are used; one for the classical linear Kirchhoff formulation and the other for the nonlinear Kirchhoff formulation. An Euler finite difference solver is solved first to obtain the flow field close to the blade, and then this flow field is used as an input to a Kirchhoff formulation to predict the acoustic far-field. These formulas are used at Mach numbers of 0.90 and 0.95 to investigate the effectiveness of the linear and nonlinear Kirchhoff formulas for delocalized flow. During these calculiations, the retarded time equation is also carefully examined, in particular, for the cases of the control surface located outside of the sonic cylinder, where multiple roots are obtained. Predicted results of acoustic far-field pressure with the linear Kirchhoff formulation agree well with experimental data when the control surface is at the certain location(R=1.46), but the correlation is getting worse before or after this specific location of the control surface due to the delocalized nonlinear aerodynamic flow field. Calculations based on the nonlinear Kirchhoff equation using a linear sonic cylinder as a control surface show a reasonable agreement with experimental data in negative amplitudes for both tip Mach numbers of 0.90 and 0.95, except some computational integration problems over a shock. This concliudes that a nonlinear formulation is necessary if the control surface is close to the blade and the flow is delocalized.

• 로봇학회논문지
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• 제9권3호
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• pp.154-159
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• 2014

The Global Positioning System (GPS) is widely used to aid the navigation of aerial vehicles. However, the GPS cannot be used indoors, so alternative navigation methods are needed to be developed for micro aerial vehicles (MAVs) flying in GPS-denied environments. In this paper, a real-time three-dimensional (3-D) indoor navigation system and closed-loop control of a quad-rotor aerial vehicle equipped with an inertial measurement unit (IMU) and a low-cost light detection and ranging (LIDAR) is presented. In order to estimate the pose of the vehicle equipped with the two-dimensional LIDAR, an octree-based grid map and Monte-Carlo Localization (MCL) are adopted. The navigation results using the MCL are then evaluated by making a comparison with a motion capture system. Finally, the results are used for closed-loop control in order to validate its positioning accuracy during procedures for stable hovering and waypoint-following.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권4호
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• pp.1561-1567
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• 2013

본 논문은 헬리콥터 비행조종성능을 위한 비행제어법칙 설계에 대한 연구이다. 헬리콥터 비행조종성능관련 규격은 MIL-F-83300, ADS-33E이 사용되고 있으며, 이러한 요구조건을 만족하기 위한 자세 명령 타입의 제어기가 요구되고 있다. 본 논문에서는 ACAH 형태의 제어기설계와 성능 평가에 대해 기술하였다. 헬리콥터 동력학 방정식은 로터 동력학을 포함한 비선형 시뮬레이션 모델을 개발하고 정지 비행에서 전진속도까지 속도별로 트림조건을 이용한 선형모델을 구하여 사용하였다. 제어기 설계는 비행조종성을 만족하기 위해 명령모델추종방식을 사용하였고, 피드포워드 게인을 위한 단순한 역모델을 사용하였으며, 축간의 커플링을 줄이기 위한 디커플링 로직과 페이즈 모델이 적용되었으며 선형모델을 이용하였다. 비행성능 평가는 매트랩 기반의 Conduit을 이용하여 수행하였으며, 레벨 1의 기준을 만족함을 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.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.24-30
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• 2016

The accuracy of small and low-cost CCD cameras is insufficient to provide data for precisely tracking unmanned aerial vehicles (UAVs). This study shows how a quad rotor UAV can hover on a human targeted tracking object by using data from a CCD camera rather than imprecise GPS data. To realize this, quadcopter UAVs need to recognize their position and posture in known environments as well as unknown environments. Moreover, it is necessary for their localization to occur naturally. It is desirable for UAVs to estimate their position by solving uncertainty for quadcopter UAV hovering, as this is one of the most important problems. In this paper, we describe a method for determining the altitude of a quadcopter UAV using image information of a moving object like a walking human. This method combines the observed position from GPS sensors and the estimated position from images captured by a fixed camera to localize a UAV. Using the a priori known path of a quadcopter UAV in the world coordinates and a perspective camera model, we derive the geometric constraint equations that represent the relation between image frame coordinates for a moving object and the estimated quadcopter UAV's altitude. Since the equations are based on the geometric constraint equation, measurement error may exist all the time. The proposed method utilizes the error between the observed and estimated image coordinates to localize the quadcopter UAV. The Kalman filter scheme is applied for this method. Its performance is verified by a computer simulation and experiments.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권6호
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• pp.84-91
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• 2017

덕트 팬의 정지 비행시 동특성에 관한 연구를 수행하였다. 팬에 적용되는 블레이드에 대해서 단면 모델링을 수행하였으며, 로터 시스템의 구성요소들을 고려하여 해석 모델을 구축하였다. 로터의 회전수 및 피치각 조건에 따른 동특성 해석을 수행하였으며, 해석 결과 제안된 덕트 팬 시스템은 설계 운용범위 내에서 진동 증가와 같은 공탄성학적 불안정성이 적음을 확인하였다. 해석 절차의 검증을 위해 실제덕트 팬 회전 시험장치를 구성하였다. 기능 시험을 수행하여 덕트 팬 시험장치의 구성품간 거동 및 간섭 여부를 확인하였다. 동특성 시험을 위해 유압가진기를 사용하여 콜렉티브 가진을 하였으며, 비회전/회전시 블레이드의 고유진동수를 측정하였다. 시험 결과와 해석 결과의 비교를 통해 시험 장치와 해석 모델간의 상관관계가 잘 정립되어 있음을 확인하였다.

• 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.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권1호
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• pp.68-73
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• 2020

본 논문은 산악 지형, 도심, 함정, 교량 등에서 수직 이·착륙 비행, 제자리 비행, 고정익기처럼 저속 및 고속비행을 할 수 있는 덕티드 추진체를 사용한 수직 이·착륙 초소형 무인 항공기 개발 동향을 기술한다. 이 항공기는 여러 측면에서 헬리콥터와 고정익기와는 비행 특성이 다르다. 미육군 미래 전투 체계와 DARPA의 OAV 프로그램의 목적은 운용자에 안전하고 낮은 음향 특성을 갖는 수직 이·착륙 덕티드 팬 초소형 무인 항공기 개발이다. 현재의 초소형 무인 항공기에 영상/적외선 카메라를 탑재하고 숲이나 언덕 뒤에 숨어 있는 적을 정지비행과 응시로 약 1 시간 동안 감시 및 정찰을 한다. OAV의 Class-I은 개인 병사가 배낭에 담아 운반할 수 있는 크기와 무게의 수직 이·착륙 덕티드 MAV 개발이다. Class-II는 Class-I보다 두 배의 운용 시간과 더 넓은 범위의 비행이 가능한 유기체의 수직 이·착륙 덕티드 팬 초소형 무인 항공기 개발이다. 초소형 무인기는 장시간 운용을 위해 현재의 '호버 및 응시'에서 '퍼치-앤-응시'으로 기술을 발전시켜야 한다. 근 미래의 OAV 개념은 유·무인 지상 차량이 주행하는 동안에 차량의 상부에 자동 이착륙하고, 탑재된 상태로 이동하고, 재급유, 재충전, 재이륙하는 합동 운용으로 임무 능력과 효율성을 확장하는 것이다. 덕티드 MAV는 지상 차량의 착륙 패드에서 자동으로 이착륙하기 위해 저렴한 초소형 GPS를 활용한 고정밀 상대 위치 기술 개발이 필요하다. 또한, VTOL 덕티드 MAV와 유·무인 지상 차량 간에 유기체의 협업 동작이 가능케하는 공통 명령과 제어 아키텍처를 개발할 필요가 있다.

• 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.