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기압 고도의 정밀도 향상을 위한 정압 오차 모델에 관한 연구
Study on Static Pressure Error Model for Pressure Altitude Correction 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.33 no.4, 2005년, pp.47 - 56  

정석영 (국방과학연구소) ,  안창수 (국방과학연구소)

초록
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무인기의 INS/GPS/기압고도계 결합항법 시스템에서 수직채널감쇠루프를 사용하여 고도 오차를 보정할 때 비행 고도의 오차를 감소시키기 위해서 기압고도계의 정밀도를 향상시켜야한다. 피토정압관을 사용하여 기압 고도를 측정할 때 비행 속도와 자세 등의 변화에 따라 피토정압관 주위의 압력이 변하여 정압 오차에 의한 기압 고도의 오차를 유발한다. 정압 오차를 보정하기 위하여 풍동 시험CFD, 비행 시험 등의 자료를 이용하여 피토정압관 측정 압력의 변화를 분석하고 받음각과 비행 속도에 따른 압력 오차의 모델을 수립하였다. 비행 속도 변화에 의한 오차를 보정하기 위하여 피토정압관의 차압과 차압/정압 비를 사용한 두 가지 오차 모델에 대하여 압력 섭동에 대한 민감도 해석을 하였고 비행 시험에 적용하여 차압/정압 비를 사용한 모델이 고고도 비행 특성이 우수하다는 결론을 얻었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In GPS/INS/barometer navigation system for UAV, vertical channel damping loop was introduced to suppress divergence of the vertical axis error of INS, which could be reduced to the level of accuracy of pressure altitude measured by a pitot-static tube. Because static pressure measured by the pitot-s...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 차이를 되도록 감소시켜야 한다. 기압 고도의 정밀도 향상을 목적으로 한 본 연구에서는 기압 고도와 해발 고도의 차이를 감소하기 위하여표준 대기 모델을 수정하여 기압 고도를 산출하였으며, 피토정압관에서 측정되는 정압의 오차를보정하기 위하여 풍동 시험과 CFD, 비행시험 자료를 이용한 정압 오차의 모델을 수립하였다. 압력 섭동에 대한 민감도 해석을 통하여 정압 오차모델의 불확실성을 분석하였으며 지상 추적 레이더나 GPS 등에 의하여 측정된 비행 고도와 기압고도를 비교하여 오차 모델의 정확도를 분석하였다.
  • 비록 큰 값의 정압 오차를 보정하는 것은 아니지만 오차 보정 대상을 사용하여 보정하는 것은 엄밀하지 않으며 오차가 증폭되어 나타날 수 있는 소지가 있다. 연구에서는 차압과 정압의 비를 사용한 모델의 엄밀성을 검증하기 위하여 섭동에 의한 오차특성을 분석하였다. 오차 모델의 불확실성을 다루는 방법에는 민감도 해석과 불확실성 해석이 있으며 섭동에 의한 오차 분석은 민감도 해석에 해당하고 대표적인 불확실성 해석으로는 Monte Carlo 모사를 들 수 있다.

가설 설정

  • 그러나 식(4)에서 압력계수와 받음각이 모두 무차원 변수인데 비하여 압력의 차원을 갖는 차압을 사용하는 문제를 가지고 있다. 또한 차압과 정압의 비가 마하수와 관계를 갖고 있기 때문에 정압의 변화가 없다는가정 하에서 차압의 변화가 마하수의 변화를 대신할 수 있다. 즉 계절이나 일기 변동, 비행 고도등에 따른 대기압 변화에 따라 마하수가 동일하여도 대기압의 변동 때문에 차압 값에는 변화가 생길 수 있다.
  • 기온 감률은 대기의 습도에 따라 다르며 특히 온도가 고도에 따라 상승하는 역전충이 존재하기도 한다. 이러한 기상 현상에 따라 기압 고도의 오차가 커지나 본 연구에서는 기온 감률에 대한 영향은 고려하지 않았다.
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참고문헌 (8)

  1. 이운형, 이용진, '미국의 무인기 개발과정 및 현황', IEDC-101-000868, 국방과학연구소, Sep., 2000 

  2. 김성중, 홍진석, 정학영, 이현철, '공분산해석 기법을 이용한 GPS/IND/고도계 결합항법 시스템 성능 분석', 제12차 유도무기학술대회 논문집, Nov., 2003 

  3. 서재원, 이장규, 박찬국, '고도계와 GPS를 이용한 관성항법시스템의 수직 채널 설계', 제12차 유도무기학술대회 논문집, Nov., 2003 

  4. Killen, R, 'ALT Space Shuttle Barometric Altimeter', NASA-TM-79528, June, 1978 

  5. 항공우주학개론, 한국항공우주학회, 1980, pp200-201 

  6. Wuest, W., 'Pressure and Flow Measurement', AGARD-AG-160, AGARDograph No. 160, Vol. 11, Jul., 1980 

  7. Letko, William, 'Investigation of the Fuselage Interference on a Pitot-Static Tube Extending Forward from the Nose of the Fuselage', NACA TN No. 1498, Dec., 1947 

  8. Guide for the Verification and Validation of Computational Fluid Dynamics Simulations, AIAA G-077-1998, AIAA, Jan. 1998 

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