• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권4호
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• pp.662-674
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• 2017

This paper describes the multidisciplinary design optimization (MDO) process of a tailless unmanned combat aerial vehicle (UCAV) using global variable fidelity aerodynamic analysis. The developed tailless UAV design framework combines multiple disciplines that are based on low-fidelity and empirical analysis methods. An automated high-fidelity aerodynamic analysis is efficiently integrated into the MDO framework. Global variable fidelity modeling algorithm manages the use of the high-fidelity analysis to enhance the overall accuracy of the MDO by providing the initial sampling of the design space with iterative refinement of the approximation model in the neighborhood of the optimum solution. A design formulation was established considering a specific aerodynamic, stability and control design features of a tailless aircraft configuration with a UCAV specific mission profile. Design optimization problems with low-fidelity and variable fidelity analyses were successfully solved. The objective function improvement is 14.5% and 15.9% with low and variable fidelity optimization respectively. Results also indicate that low-fidelity analysis overestimates the value of lift-to-drag ratio by 3-5%, while the variable fidelity results are equal to the high-fidelity analysis results by algorithm definition.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제9권1호
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• pp.121-128
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• 2008

This paper describes the modeling and autopilot design procedure of a Blended Wing-Body(BWB) UAV. The BWB UAV is a tailless design that integrates the wing and the fuselage. This configuration shows some aerodynamic advantages of lower wetted area to volume ratio and lower interference drag as compared to conventional type UAV. Also, BWB UAV may be increase payload capacity and flight range. However, despite of these benefits, this type of UAV presents several problems related to flying qualities, stability, and control. In this paper, the detailed modeling procedure of BWB UAV and stability analysis results using the linearized model at trim condition are represented. Finally, we designed the autopilot of BWB UAV based on a simple control allocation scheme and evaluated its performance through nonlinear simulation.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권6호
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• pp.422-428
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• 2019

수직미익이 없는 전익기 형상은 낮은 레이더반사면적(RCS) 특성으로 인해 최근 UCAV를 위한 대표적인 형상으로 대두되고 있다. 무미익 전익기 형상은 방향축 관점에서 보면 정적으로 불안정하면서도 이를 효과적으로 제어하기 위한 수직 조종면이 없다는 두 가지 난제를 모두 갖고 있다. 이같은 형상을 제어하기 위해서는 추력 벡터링을 적용하거나 날개의 항력차이를 이용하는 드래그 러더(Drag Rudder) 형태의 에일러론 또는 스포일러 등을 적용할 수 있다. 본 논문에서는 전익기 형상의 횡방향축 공력특성 및 드래그 러더 중 스포일러 형태의 조종면에 대한 공력특성을 설명한다. 또한, PI 구조의 제어설계 기법을 사용하여 전익기의 횡방향축 운동을 효과적으로 제어할 수 있음을 제시하고, 비행시험을 통하여 설계된 제어기로 안정적인 비행이 가능함을 보였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권7호
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• pp.552-561
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• 2016

본 연구에서는 강제진동 기법을 이용하여 람다형상을 갖는 무미익 무인기의 동안정 미계수를 측정하였다. 강제진동 기법은 시험모델을 일정한 크기의 각 변위로 진동시키면서 항공기에 작용하는 공력의 시간이력(time history) 데이터를 측정하고, 입력진동 대비 공력데이터의 위상차와 진폭을 추출함으로써 비행체의 동안정 미계수를 계산하는 방법이다. 본 연구에서는 롤, 피치, 요 방향으로 각각 진동시킬 수 있는 실험 장치를 설계, 제작하여 국내 최초로 무미익 항공기의 동안정 미계수 측정 시험을 수행하였다. 롤 댐핑 동안정 미계수 측정 결과, 진동 주파수와 진동의 크기가 증가하여도 동안정 미계수의 경향성은 동일하게 나타나며, 전반적으로 측정 받음각 구간에서 안정한 특성을 보였다. 피치 댐핑 동안정 미계수의 경우 작은 진동 주파수에서 동적으로 더 안정해지며, 받음각 $15^{\circ}$ 이상에서는 동적으로 불안정해지는 경향성을 보였다. 각 시험데이터들은 반복성 시험을 통해 데이터의 신뢰성을 검증하였으며, 본 연구에 적용된 강제진동 기법이 무미익 항공기의 동안정 미계수를 성공적으로 측정할 수 있음을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권3호
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• pp.232-242
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• 2015

기동 성능과 스텔스 성능을 극대화시키기 위해 무미익 람다(lambda) 형상의 무인전투기에 대한 연구개발이 각 국에서 활발히 진행되고 있다. 이러한 형상의 비행체는 불안정한 동적 비행특성을 가질 가능성이 높으며, 이를 비행제어 시스템으로 제어하기 위해서는 보다 정확한 동안정 미계수 예측이 필수적이다. 본 연구에서는 풍동기법의 단점을 보완하고 순수 공기역학적 동안정 미계수를 예측하기 위해 전산유체역학의 Dynamic Mesh 기법을 적용하여 강제진동법을 모사하였고, 해석결과를 기존에 확보한 시험결과와 비교하여 검증하였다. 해석결과는 종축 동안정 미계수에 국한하였으며, 무미익 람다 형상의 기준 받음 각, 진동주파수, 진동폭 등의 변화에 따른 동안정 미계수 변화 경향성을 파악하였다. 전산해석 결과는 풍동시험 데이터와 유사한 경향성을 보였으며, 제시된 연구기법을 통해 항공기 동안정 미계수를 효율적으로 구할 수 있음을 확인하였다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제22권9호
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• pp.759-765
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• 2016

This paper presents the principle, dynamics modeling and control, hardware implementation, and flight test result of a hybrid-type unmanned aerial vehicle (UAV). The proposed UAV was designed to provide both hovering and fixed-wing type aerodynamic flight modes. The UAV's flight mode transition was achieved through the attitude transformation in pitch axis, which avoids a complex rotor tilt mechanism from a structural and control viewpoint. To achieve this, a different navigation coordinate was introduced that avoids the gimbal lock in pitch singularity point. Attitude and guidance control algorithms were developed for the flight control system. For flight test purposes, a quadrotor attached with a tailless fixed-wing structure was manufactured. An onboard flight control computer was designed to realize the navigation and control algorithms and the UAV's performance was verified through the outdoor flight tests.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권2호
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• pp.114-121
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• 2019

무미익 항공기는 꼬리 날개가 없기 때문에 일반적인 형태의 항공기에 비해 피탐성 낮으나 안정성이 좋지 않아 제어기를 설계하는 것이 쉽지 않다. 특히 비행 중에 임무장비 투하나 연료 소모 등에 의해 무게중심의 위치가 변화하는 것을 고려한다면 제어기 설계는 더욱 더 어렵게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로 L1 적응제어 방식을 제안하며 비선형 시뮬레이션을 통하여 제어기의 안정성과 성능을 검증하였다. 설계지표 선정을 위해 RPV Flying Quality Design criteria의 내용을 참고하였다. 시뮬레이션을 이용하여 급격한 관성량의 변화에 대해 설계된 적응제억기가 무미익 항공기 안정성을 유지하는 것을 보이고, 이득 스케쥴링 기법과 함께 사용 시 계산량이 줄어들 수 있음을 확인하였다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제26권5호
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• pp.409-421
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• 2023

In the air power, UAVs have played a large and diversified role in performing missions from simple to high-level complex ones. In particular, the suppression of enemy air defenses(SEAD) is very dangerous for a pilot so it is expected that the manned-unmanned teaming(MUM-T) system with tailless stealthy unmanned aerial vehicle(UAV) will greatly enhance effectiveness of the mission while ensuring the pilot safe. This paper describes simulation studies of remote airborne control(RAC) environment for performing the SEAD mission by MUM-T, by which the air force pilot remotely controls tailless UAVs individually or small UAVs in swarm. Through this simulation, air force pilot can derive the concept of MUM-T mission operation with various UAVs in the future, and it can be used to upgrade the MUM-T system by verifying the effectiveness of the mission.

• 한국전산유체공학회지
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• 제21권2호
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• pp.70-80
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• 2016

The comparison of two commercial codes(FLUENT and STAR-CCM+) and an open-source code(OpenFOAM) are carried out for the aerodynamic analysis of flight vehicles at low speeds. Tailless blended-wing-body UCAV, main wing and propeller of HALE UAV(EAV-3) are chosen as geometries for the investigation. Using the same mesh, incompressible flow simulations are carried out and the results from three different codes are compared. In the linear region, the maximum difference of lift and drag coefficients of UCAV are found to be less than 2% and 5 counts, respectively and shows good agreement with wind tunnel test data. In a stall region, however, the reliability of RANS simulation is found to become poor and the uncertainty according to code also increases. The effect of turbulence models and meshes generated from different tools are also examined. The transition model yields better results in terms of drag which are much closer to the test data. The pitching moment is confirmed to be sensitive to the existence and the location of transition. For the case of EAV-3 wing, the difference of results with ${\kappa}-{\omega}$ SST model is increased when Reynolds number becomes low. The results for the propeller show good agreement within 1% difference of thrust. The reliability and uncertainty of three codes is found to be reasonable for the purpose of engineering use. However, the physical validity and reliability of results seem to be carefully examined when ${\kappa}-{\omega}$ SST model is used for aerodynamic simulation at low speeds or low Reynolds number conditions.