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[국내논문] 재난치안용 멀티콥터 무인기 기체구조 개발
Development of Airframe Structure for Disaster and Public Safety Multicopter UAV 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.14 no.3, 2020년, pp.69 - 77  

신정우 (한국항공우주연구원) ,  이승규 (한국항공우주연구원) ,  노정호 (한국항공대학교)

초록
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본 논문에서는 35 kg급 재난치안용 멀티콥터 무인기의 기체구조 개발에 대해 기술한다. 경량화를 위해 구조재료는 T-700급 탄소 복합재료를 사용하였으며, 동체는 세미 모노코크 구조로, 제어 및 통신장비가 장착되는 판재는 샌드위치 구조로 설계하였다. 설계된 부품과 동일한 적층판과 파이프를 제작하고 시편시험을 수행하여 강도와 강성을 확인하였다. 정적강도 및 진동 해석을 수행하여 복합재료 적층순서를 결정하였고, 착륙속도 및 지상이격 요구조건과 비선형 해석을 통해 착륙장치 스트러트의 적층순서를 결정하였다. 정적강도시험을 통해 구조 건전성을 평가하고 착륙장치의 거동을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Airframe structure development of the 35 kg class 'Disaster and Public Safety Multicopter' UAV is described in this paper. To reduce the airframe weight, T-700 grade CFRP composite material was used, and the fuselage was designed with the semi-monocoque structure and plate installed with the control...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 멀티콥터 기체구조 경량화, 해석기법, 초기 사이징 및 중량 예측 등 개별 연구에 관한 문헌들은 있지만, 기체구조 전체 개발에 대해 체계적으로 기술된 문헌은 찾아보기 어렵다. 본 논문에서는 재난치안용 멀티콥터 무인기 중 가장 크기가 큰 MC-3 (Fig. 1)의 기체구조개발 과정에 대해 기술한다. MC-3는 6개의 로터(Rotor)를 갖는 최대중량 35 kg의 멀티콥터이며, 해양구조 및 감시지원 임무를 수행할 예정이다.
  • 본 논문에서는 35 kg급 재난치안용 멀티콥터 무인기의 기체구조 개발에 대해 기술하였다. 경량화를 위해 T-700급 복합재료를 사용하고, 동체는 세미 모노코크 구조로 설계하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
멀티콥터의 성능에 영향을 미치는 요소 중 배터리 다음으로 중량 비중이 큰 것은? 멀티콥터의 성능에 영향을 미치는 요소가 여러 가지 있으나, 그 중 중량이 성능에 미치는 영향은 매우 크다. 배터리 및 추진시스템의 효율 향상이 드론의 성능 향상에 크게 기여 하지만, 배터리 다음으로 중량 비중이 큰 기체구조의 경량화 또한 성능의 중요한 요소이다. 최근 개발되는 멀티콥터 무인기는 기체구조 경량화를 위해 탄소 복합재료를 사용하고, 세미 모노코크(Semi- monocoque) 구조로 동체를 설계하는 추세이다[1].
소형 멀티콥터 무인기의 특징은? 소형 멀티콥터 무인기는 휴대가 용이하며 수직 이착륙이 가능하다는 장점 때문에 항공촬영, 정찰, 농어업, -운송, 여가 등 여러 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 최근에는 사람이 접근하기 어려운 재난 상황에 멀티콥터 무인기를 활용하는 사례가 지속적으로 증가하고 있다.
세미 모노코크 동체의 단점은? 세미 모노코크 동체는 하중을 지지하는 얇은표피(Skin)와 프레임(Frame)을 이용해 일체형으로 제작하므로 체결류를 최소화하여 경량화가 가능하며 항력을 고려한 형상설계가 가능하여 비행성능 또한 향상시킬 수 있다. 그러나, 제작 비용이 비싸며 파손 시 수리가 용이하지 않다는 단점이 있다.
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참고문헌 (8)

  1. D.-K. Kim, S.-Y. Wie, J. Song, K.-W. Song, C. Hwang and G. Joo, "Technology Trend on the Status of the Unmanned Multicopter Development," Current Industrial and Technologic Trends in Aerospace, vol. 13, no. 2, pp. 80-91, 2015. 

  2. I.-S. Hwang, B.-W. Jang, M. Kim, J.-Y. Eom, D.-K. Kim and W. Kang, "Performance Enhancement Study for a small Drone of 30 kg Class Multicopter," Proc. of 2015 KSAS Fall Conference, pp.1040-1043, 2015. 

  3. B.-W. Jang, I.-S. Hwang, M. Kim, B. Lee, Y. Jung and W. Kang, "Airframe Weight Estimation Method for Initial Sizing of Multicopter," J. of the Korea Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 46, pp. 723-734, 2018. 

  4. J. Verbeke and S. Debruyne, "Vibration Analysis of a UAV Multirotor Frame," Proc. of ISMA 2016 International Conference on Noise and Vibration Engineering, pp. 2401-2409, 2016. 

  5. D 3039/D 3039M, "Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Materix Composite Materials," American National Standard Institute International, pp. 1-13, 2000. 

  6. D 6272-02, "Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulation Materials by Four-Point Bending," American National Standard Institute International, pp. 1-9, 2002. 

  7. N. S. Currey, Aircraft Landing Gear Design : Principles and Practices, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, DC, pp. 33-37, 1988. 

  8. Federal Aviation Regulation (FAR), Part 23 - Airworthiness Standards: Normal, Utility, Acrobatic, and Commuter Category Airplanes, Federal Aviation Administration, pp. 210-211, 2009. 

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