[논문]방패연을 이용한 저비용 비행시험장치 개발

박종서; 김봉균; 이상철

doi:10.12985/ksaa.2017.25.3.068

[국내논문] 방패연을 이용한 저비용 비행시험장치 개발
Development of Low Cost Flight Test Equipment by Using Bang-pai Kite 원문보기

한국항공운항학회지 = Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics, v.25 no.3, 2017년, pp.68 - 73

박종서 (한국항공대학교 항공우주공학과) , 김봉균 (한국항공대학교 대학원 항공우주 및 기계공학과) , 이상철 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we design a low-cost test equipment for real-time image observation and transmission/reception distance test using 1m by 1.5m bang-pai kite. The image observation is made by using two servo motors to enable the camera to control the two axis attitude. The image observation equipment is hung on the string of a kite and the test is performed to observe the real time image. The transmission and reception distance test of the wireless RF transceiver module is conducted on the ground and in the air.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 국내 활용 가능성에 대한 연구가 수행되었다.[4] 본 논문에서는 방패연을 이용하여 장시간 동안 실시간 영상관측을 할 수 있는 저비용 비행시 험장치 개발을 기술하였다. 영상관측 장비를 제작한 후 방패연 연줄에 매달아서 실시간 영상관 측을 수행하였다.
본 논문에서는 방패연을 이용하여 실시간 영 상관측과 송수신거리 측정시험을 진행 할 수 있 는 저비용 비행시험장치를 개발하였다. 실시간 영상관측을 위한 payload 구조물은 Catia로 설계하고 3D-printer를 이용하여 제작하 였다.

가설 설정

식(4)에 방패연 양력계수는 평균인Cl = 0.5, 표준 공기밀도 ρ =1.225kg/m2 , 양력 L은 영 상관측 장치의 연과 줄의 무게를 고려하여 0.69kg × 9.8 m/s2로 가정하였다.

제안 방법

Figure 4 와 같이 Catia를 통해 영상관측 장비 프레임을 설계하였으며, 3D printer를 사용하여 제작하였다. Catia assembly tool을 이용하여 영상관측 장비에 들어가는 부품들의 무게중심을 계산하였다. Fig.
실시간 영상관측을 위한 payload 구조물은 Catia로 설계하고 3D-printer를 이용하여 제작하 였다. Payload 제작 후 무게를 측정하고 방패연 의 공력데이터를 참고하여 방패연의 면적을 계산 하고 이에 따라 방패연을 제작하였다.
실시간으로 자세제어가 작동하는지 확인하기 위해 지상시험을 수행하였다. Skyzpne 5.8Ghz 600mw을 사용하여 실시간영상수신 Test를 진행 하였고 송신부의 Joystick으로 서보모터 제어테스 트를 수행하였다.
하지만 이런 송수신거리 측정시험을 지상에서 실시할 경우 무선통신 간에 장애물에 의한 회절이 발생하여 정확한 송수신거리 측정에 어려움이 있다.[5] 방패연을 이용하여 상공에서 장애물의 영향 없이 송수신거리측정이 가능한 저비용 비행시험장치를 제작하였고 이를 통해 무선 송수신 모듈NRF24l01의 송수신거리를 측정하였다.
지상에서 실시간 영상 송수신기를 이용해 모니터링을 수행하였다. 관측물이 렌즈초점을 벗어날 경우 컴퓨터와 영상관측 장비에 설치된 송수신 모듈을 통해 Servo motor를 제어하도록 설계하였다.
모든 부품을 결합한 영상관측 장비를 연줄에 장착하기 위해 Fig. 6과 같이 줄과 도르래 원리를 사용하였다. Frame은 연이 흔들려도 Gimbal 역할을 해주고 영상관측 장비 자체의 회전을 최소화 하도록 제작하였다.
목표대상을 카메라로 지속 관측하기 위해서, Servo motor 2개를 사용하여 카메라가 Pitch, Yaw 방향으로 구동이 가능하도록 하였다. 지상에서 실시간 영상 송수신기를 이용해 모니터링을 수행하였다.
본 논문에서는 설계 요구조건을 충족시키는 부품을 선정하여 영상관측 장비(payload) 부품을 결정하여 설계 및 제작을 수행하였다. 방패연 풍동실험 연구[6]의 공력데이터를 참조하여 영상관측 장비(payload)의 무게를 올릴 수 있는 양력을 계산하고 이에 따라 방패연을 설계하고 제작하였다. 설계 및 제작된 방패연과 영상관측 장비 (payload)를 이용하여 실시간 영상관측과 송수신 거리 측정시험을 수행하여 저비용 비행시험장치를 검증하였다.
방패연 환경조건을 만족할 때 영상관측 시험 을 실시하였다. Fig.
방패연의 천은 죽청지를 사용하였으며 연의 댓살은 맹죽, 연실은 무명실을 사용하여 제작하 였다. 방패연을 테스트할 인천지역의 평균풍속 (U_∞ = 3.
본 논문에서는 설계 요구조건을 충족시키는 부품을 선정하여 영상관측 장비(payload) 부품을 결정하여 설계 및 제작을 수행하였다. 방패연 풍동실험 연구[6]의 공력데이터를 참조하여 영상관측 장비(payload)의 무게를 올릴 수 있는 양력을 계산하고 이에 따라 방패연을 설계하고 제작하였다.
방패연 풍동실험 연구[6]의 공력데이터를 참조하여 영상관측 장비(payload)의 무게를 올릴 수 있는 양력을 계산하고 이에 따라 방패연을 설계하고 제작하였다. 설계 및 제작된 방패연과 영상관측 장비 (payload)를 이용하여 실시간 영상관측과 송수신 거리 측정시험을 수행하여 저비용 비행시험장치를 검증하였다.
본 논문에서는 방패연을 이용하여 실시간 영 상관측과 송수신거리 측정시험을 진행 할 수 있 는 저비용 비행시험장치를 개발하였다. 실시간 영상관측을 위한 payload 구조물은 Catia로 설계하고 3D-printer를 이용하여 제작하 였다. Payload 제작 후 무게를 측정하고 방패연 의 공력데이터를 참고하여 방패연의 면적을 계산 하고 이에 따라 방패연을 제작하였다.
실시간으로 자세제어가 작동하는지 확인하기 위해 지상시험을 수행하였다. Skyzpne 5.
무선 송수신 모듈 NRF24l01의 송수신거리 측 정시험은 지상에서와 상공에서 각각 수행하였다. 실험진행방식은 거리를 증가시키며 원격 자세제 어를 하고 더 이상 무선 송수신 모듈 NRF24l01을 이용한 제어가 실시간 모니터 화면에 나타나 지 않을 때의 송수신거리를 측정하였다.
[4] 본 논문에서는 방패연을 이용하여 장시간 동안 실시간 영상관측을 할 수 있는 저비용 비행시 험장치 개발을 기술하였다. 영상관측 장비를 제작한 후 방패연 연줄에 매달아서 실시간 영상관 측을 수행하였다.
영상관측은 payload를 연줄에 매달아서 실시 간 영상관측을 수행하였다. 저비용 비행시험장치 를 사용하여 상공에서 무선 송수신 모듈 NRF24l01 의 송수신거리 측정시험을 수행하였으며 지상시험 결과와 비교하였다.
줄을 A-a-C-b-R-B-d-R-D-c-A 순으로 연결하여 연의 비행각과 상관없이 수평을 유지할 수 있도록 하였다.
지상시험 후, 가로 1m, 세로 1.5m 방패연 비행 시험을 10회 수행하였다. 비행시험 결과 Table 4에 서와 같이 제작된 방패연은 영상관측 장비를 탑재 하였을 경우 환경조건인 풍속 3.
목표대상을 카메라로 지속 관측하기 위해서, Servo motor 2개를 사용하여 카메라가 Pitch, Yaw 방향으로 구동이 가능하도록 하였다. 지상에서 실시간 영상 송수신기를 이용해 모니터링을 수행하였다. 관측물이 렌즈초점을 벗어날 경우 컴퓨터와 영상관측 장비에 설치된 송수신 모듈을 통해 Servo motor를 제어하도록 설계하였다.
지상에서 실시간으로 영상을 수신하여 목표대 상을 관측할 수 있는 영상관측 장비를 설계 하였다. 영상관측 장비의 Architecture는 Fig.

대상 데이터

무선 송수신 모듈 NRF24l01의 송수신거리 측 정시험은 지상에서와 상공에서 각각 수행하였다. 실험진행방식은 거리를 증가시키며 원격 자세제 어를 하고 더 이상 무선 송수신 모듈 NRF24l01을 이용한 제어가 실시간 모니터 화면에 나타나 지 않을 때의 송수신거리를 측정하였다.
방패연을 테스트할 인천지역의 평균풍속 (U∞ = 3.9m/s )을 고려하여 방패연 면적의 크기 는 Fig. 8과 같이 1.5m2으로 제작하였다.
상공에서 실시간 영상관측을 위해 Camera, A/V Transmitting Tx, FPV antenna, 자세제어를 위해 Servo motor MCU, transceiver를 Table 2 와 같이 선정하였다.
영상관측 장비에서 A/V Rx Transmitting을통해 지상으로 영상데이터를 수신 받았으며 영상 데이터를 노트북으로 관찰하기 위하여 Easycap 과 Battery를 연결하였다. 그리고 Fig.

데이터처리

영상관측은 payload를 연줄에 매달아서 실시 간 영상관측을 수행하였다. 저비용 비행시험장치 를 사용하여 상공에서 무선 송수신 모듈 NRF24l01 의 송수신거리 측정시험을 수행하였으며 지상시험 결과와 비교하였다.

성능/효과

5m 방패연 비행 시험을 10회 수행하였다. 비행시험 결과 Table 4에 서와 같이 제작된 방패연은 영상관측 장비를 탑재 하였을 경우 환경조건인 풍속 3.3m/s ~ 3.9m/s을 만족해야 비행이 가능함을 확인하였다.
테스트 결과 Table 6과 같이 지상에서는 125m 상공에서는 150m를 기록하였다. 지상과 상공 모 두 무선 송수신 모듈 NRF24l01의 스펙인 100m ~ 150m 송수신 거리를 만족하는 것을 확인하였다.

후속연구

비행시험 환경조건이 만족될 경우 대형 방패 연을 사용하여 장시간 관측이 가능할 것이다. 또한 이 시험 장치를 이용하여 무인항공기에 사용 되는 송수신기의 송수신기거리 측정시험 등을 저 비용으로 수행 할 수 있을 것이 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	항공 촬영 장비를 무인항공기에 탑재한 대표적인 예는 무엇인가	최근에는 항공 촬영 장비를 무인항공기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)에 탑재하여 많이 이용하고 있다. 대표적인 예로 드론, Remote Control(RC)모형 비행기를 이용하여 촬영하고 있다.[1] 일반적인 드론과 RC모형 비행기의 경우 비행시간에 제한이 있어 장시간 정찰에는 어려움이 있다.
	송수신거리 측정시험을 지상에서 실시할 경우 무슨 문제가 있는가	무인항공기의 무선통신 송수신거리는 운용범 위를 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 하지만 이런 송수신거리 측정시험을 지상에서 실시할 경우 무선통신 간에 장애물에 의한 회절이 발생하여 정확한 송수신거리 측정에 어려움이 있다.[5] 방패연을 이용하여 상공에서 장애물의 영향 없이 송수신거리측정이 가능한 저비용 비행시험장치를 제작하였고 이를 통해 무선 송수신 모듈NRF24l01의 송수신거리를 측정하였다.
	일반적인 드론과 RC모형 비행기의 비행시간 제한에 대한 단점을 해결하기 위하여 어떠한 연구가 진행중인가	[1] 일반적인 드론과 RC모형 비행기의 경우 비행시간에 제한이 있어 장시간 정찰에는 어려움이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 장시간 높은 고도를 정찰할 수 있는 태양광에너지를 이용한 무인기 개발에 대한 연구가 진행 중이다.[2] 최근에 연(Kite)을 사용하여 풍력을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

참고문헌 (8)

Byung Guk Kim , Dong Hoon Yoo , "A model Plane Photographing System and Information Collection for Facilities" , The journal of GIS Association of Korea, Vol 6, April 1998, No.1, pp.1-10
Moo min Park, Bo hwa Lee, Keun bae Kim. "Flight test of high altitude solar UAV's electric propulsion system." 2015 KSPE Fall Conference, 2015.11 pp.976-980.
Lorenzo Fagiano, Mario Milanese, Valentino Razza, and Mario Bonansone, "High-Alititude Wind Energy for Sustainable Marine Transportation", IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Vol.13, No.2, 2012, pp.781-791

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Woo Seok Park, Jin Hee Park, "Examination and Utility Analysis about SkySails System Application in the Coastal Waters", Journal of navigation and port research, Vol.32, No.10, 2008, pp.813-819

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Chan Joo Lee, Ui Seok Hong. "The Effect of Antennas on the Diffraction by Obstacles in Radio Communication." Jounnal of the Korea institute of telematics and electronics, Vol.29A, no.5, 1992, pp. 380-385
Chi-Hang Kang. "A Study on Trim Flight Condition for a Korean Traditional Bangpae Kite with Low Aspect Ratio", Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol.39, No.9, 2011, pp.871-876.

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Lee, Sun Woo, "An Experimental Study on the Manipulation Performances of the Korean Traditional Kite, Bangpae," Journal of Dong-Eui Institute of Technology, Vol. 26, No. 1, pp.333-339, 2000.
Chi-Hang Kang. "A Study of Wind Tunnel Test of a Korean Traditional Bangpae Kite with the Wind Hole and Spanwise Curved Dihedral", Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol.39, No.9, 2011, pp.866-870.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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