[논문]전익기형 복합드론의 설계 및 임무 정확도 연구

성동규; 고은학; 김주찬; 남용현; 이정호; 이재승; 이찬빈; 전영배; 최철균; 이재우

doi:10.12985/ksaa.2018.26.4.122

전익기형 복합드론의 설계 및 임무 정확도 연구
Flying-wing Type Compound Drone Design and Mission Accuracy Analysis 원문보기

한국항공운항학회지 = Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics, v.26 no.4, 2018년, pp.122 - 128

성동규 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) , 고은학 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) , 김주찬 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) , 남용현 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) , 이정호 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) , 이재승 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) , 이찬빈 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) , 전영배 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) , 최철균 (건국대학교 대학원 항공우주정보시스템공학과) , 이재우 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A compound drone that combines a fixed wing and a rotary wing is an aircraft that can take off and landing vertically, and can increase flight time and fly faster with fixed wings. The compound drones are divided into many types depending on the method of adding the thrust vectoring or the lift fan and the position of the rotor. In this study, we designed and fabricated a composite drone with four V-TOL motors in a fixed-wing, and assigned missions to the aviation body, hence judged mission accuracy using the actual flight test. The design process and the mission evaluation process employed in this study can be utilized on the development of various unmanned aerial vehicle.

주제어

표/그림 (27)

그림 Fig 1. Mission profile [6]
그림 Fig 2. Sketch configuration
그림 Fig 3. NACA 25112
그림 Fig 4. NACA 22112
그림 Fig 5. Airfoil lift/drag ratio
표 Table 1. Requirement
그림 Fig 6. Fixed wing compound drone example [7]
그림 Fig 7. Wing configuration
그림 Fig 8. First design result
그림 Fig 9. C_m according to angle of attack
표 Table 2. Wing specification
그림 Fig 10. Simulation result 1
그림 Fig 11. Design change result
그림 Fig 12. After redesign, C_m according toangle of attack
그림 Fig 13. Simulation result 2
그림 Fig 14. Thrust tester (RC Benchmark 1580) [8]
그림 Fig 15. Thrust test data
그림 Fig 16. frame 3D model
그림 Fig 17. 3D model
그림 Fig 18. Actual production result
그림 Fig 19. Pixhawk.2 [9]
그림 Fig 20. Hovering test picture
그림 Fig 21. Mission trajectory
그림 Fig 22. Actual mission trajectory 1
그림 Fig 23. Actual mission trajectory 2
그림 Fig 24. XY plane flight position based onthe flight log
그림 Fig 25. flight altitude based on the flight log

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

초기 요구조건을 바탕으로, 복합드론의 개념 및 기본설계과정과 공력해석을 수행했다. 설계 과정에서 안정성과 성능을 예측하여 이를 제작 및 비행시험으로 검증 해보았으며, 실제 비행결과 XY평면에 비해 Z축 비행 임무 정확도 오차가 컸다.

대상 데이터

비행 장소는 서울시 광나루비행장이며, 비교적 간단한 임무를 부여하였다. 약 300m가량 비행하였고, 고도는 65m, 속도는 약 20m/s로 운행했다.
일반적인 항공기와 달리 동체와 꼬리날개가 없어 무게중심 추정이 간단해 V-TOL 모터와 C-TOL 모터 위치를 쉽게 선정할 수 있으며, 제작이 비교적 간단한 Flying wing 익형을 선정했다. 이는 Flame과 Wing을 따로 제작할 수 있어 팀원들의 Man hour를 효율적으로 배분할 수 있다.

성능/효과

초기 요구조건을 바탕으로, 복합드론의 개념 및 기본설계과정과 공력해석을 수행했다. 설계 과정에서 안정성과 성능을 예측하여 이를 제작 및 비행시험으로 검증 해보았으며, 실제 비행결과 XY평면에 비해 Z축 비행 임무 정확도 오차가 컸다. 이를 개선하기 위해 Pitot tube와 정밀한 Way point가 필요하며, 추후 비행시험을 통해 개선된 사항을 확인할 것이다.

후속연구

이를 개선하기 위해 Pitot tube와 정밀한 Way point가 필요하며, 추후 비행시험을 통해 개선된 사항을 확인할 것이다. 또한 초기 설정된 요구조건을 만족할 수 있는지 Payload와 Stall speed, Endurance 등을 검증할 계획이다.
설계 과정에서 안정성과 성능을 예측하여 이를 제작 및 비행시험으로 검증 해보았으며, 실제 비행결과 XY평면에 비해 Z축 비행 임무 정확도 오차가 컸다. 이를 개선하기 위해 Pitot tube와 정밀한 Way point가 필요하며, 추후 비행시험을 통해 개선된 사항을 확인할 것이다. 또한 초기 설정된 요구조건을 만족할 수 있는지 Payload와 Stall speed, Endurance 등을 검증할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Z축 비행 임무 정확도 오차를 개선하기 위해 필요한 것은 무엇인가?	설계 과정에서 안정성과 성능을 예측하여 이를 제작 및 비행시험으로 검증 해보았으며, 실제 비행결과 XY평면에 비해 Z축 비행 임무 정확도 오차가 컸다. 이를 개선하기 위해 Pitot tube와 정밀한 Way point가 필요하며, 추후 비행시험을 통해 개선된 사항을 확인할 것이다. 또한 초기 설정된 요구조건을 만족할 수 있는지 Payload와 Stall speed, Endurance 등을 검증할 계획이다.
	회전익 드론의 특징은 무엇인가?	최근 수직이착륙이 가능한 회전익 드론은 큰 이슈였다. 회전익 드론은 높은 연료소모율로 제한된 운용시간과 날개에서 일어나는 항력으로 순항속도의 한계가 있다.
	회전익 드론의 단점은 무엇인가?	최근 수직이착륙이 가능한 회전익 드론은 큰 이슈였다. 회전익 드론은 높은 연료소모율로 제한된 운용시간과 날개에서 일어나는 항력으로 순항속도의 한계가 있다. 반면, 고정익 드론은 빠른 속도로 순항 가능하나 활주로가 필요하고, Hovering이 불가능하여 정밀촬영이 어렵다.

참고문헌 (9)

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Karl Nickel, Michael Wohlfahrt, "Tailless Aircraft in theory & practice", Edward Arnold, London, 1994, pp. 8-94
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XFLR5, 2013, "XFLR5 Analysis of foils and wi ngs operating at low Reynolds numbers", URL : https://ayera.dl.sourceforge.net/project/xflr5/Guidelines.pdf
Aircraft Design Education Committee, "Aircraft Conceptual Design", KM, Seoul, 2001, pp. 145-168
Reserch Gate, Mission profile uploaded by Richard L. Warr URL : https://www.researchgate.net/figure/Mission-profile-for-a-small-hybrid-electric-remotely-piloted-aircraft_fig3_269635945
Droneit, MILVUS-1 URL : http://droneit.co.kr/sub_en/main/main.php Third Eye URL : http://thirdeye.co.kr/
RC Benchmark 1580 URL : https://www.rcbenchmark.com/
Pixhawk URL : http://pixhawk.org/

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