초록 ▼

제1장 서론
현재까지 고정익 형상의 무인기가 주로 군사적 분야에서 많이 활용되었는데, 최근에는 Multirotor 형상의 드론이 군사적 목적뿐만 아니라 민간 및 상업 분야에서 활용이 급격하게 증가하고 있는 추세이다. Multirotor 형상의 드론은 회전익 항공기와 같이 Hovering 및 저속 비행이 가능한 반면 고속에서의 운용이 효율적이지 못하기 때문에 비행시간 대비 운용가능 거리가 짧은 단점이 있다. 반면 고정익 형상의 드론은 고속 비행과 장거리 비행에 유리한 반면 이착륙을 위해 활주로와 같은 부가시설이 필요하고 실속 이

제1장 서론
현재까지 고정익 형상의 무인기가 주로 군사적 분야에서 많이 활용되었는데, 최근에는 Multirotor 형상의 드론이 군사적 목적뿐만 아니라 민간 및 상업 분야에서 활용이 급격하게 증가하고 있는 추세이다. Multirotor 형상의 드론은 회전익 항공기와 같이 Hovering 및 저속 비행이 가능한 반면 고속에서의 운용이 효율적이지 못하기 때문에 비행시간 대비 운용가능 거리가 짧은 단점이 있다. 반면 고정익 형상의 드론은 고속 비행과 장거리 비행에 유리한 반면 이착륙을 위해 활주로와 같은 부가시설이 필요하고 실속 이하의 저속 비행이 불가능하다는 단점을 갖는다. 향후에는 스마트무인기와 같이 저속 영역과 고속 영역에서 모두 비행이 가능한 형태의 드론 개발이 활성화될 것으로 판단된다. 하지만 저속 및 고속 영역에서의 만족스러운 수준의 비행 특성을 확보하기 위해서는 스마트무인기와 같이 회전익 모드에서 이착륙한 후 고정익 모드로 천이(transition)하는 까다로운 과정이 필요하다. 본 연구에서는 수직 이착륙과 고속의 장거리 비행이 가능하면서도 비행모드의 천이가 용이하도록 설계된 복합형 드론에 대한 비선형 운동 방정식을 도출하고, 이를 기반으로 대상 비행체에 적합한 비행 시뮬레이션 모델을 개발하고자 한다. 이를 위해 주관기관인 한국항공우주연구원에서 제공하는 복합형 드론에 대한 추력 모델링 및 공력 모델링을 수행하고자 한다. 먼저 추력 모델링은 Quadrotor나 Hexacopter와 같이 기존의 Multirotor 형상을 갖는 드론 모델링과 동일하게 수행하였으며, 공력 모델링은 고정익 항공기에 적용되는 공기역학 모델을 수립하고 Digital DATCOM을 사용하여 대상 비행체의 공력 미계수를 생성하였다. 또한 이와 같이 구성된 추력 및 공력 모델을 통합하여 비선형 6-DOF 시뮬레이션 모델을 개발하였으며, 추가적으로 비행시험 데이터를 활용한 모델 튜닝을 통해 개발된 시뮬레이션 모델의 충실도(fidelity)를 향상시키기 위하여 노력하였다. 본 연구에서 개발된 비선형 6-DOF 시뮬레이션 모델은 상용 소프트웨어인 MATLAB/Simulink를 기반으로 모델기반 설계 기법을 적용하여 구성하였다. 이는 대상 시뮬레이션 모델을 자동코드(auto-code) 생성을 통해 오픈 소스 기반의 GAZEBO와 용이하게 통합시킬 수 있도록 하기 위함이다.

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2목차 ... 3그림목차 ... 5표목차 ... 8제1장 서론 ... 9제2장 국내외 기술개발 현황 ... 10제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 13 제1절 복합형 비행체의 6-DOF 운동방정식 ... 13 1. 항공기 6-DOF 운동방정식 ... 14 2. 공력 모델링 ... 17 3. 추력 모델링 ... 30 4. 착륙장치 모델링 ... 36 5. 중력 모델링 ... 36 제2절 복합형 비행체의 6-DOF 비선형 시뮬레이션 모델 ... 37 1. 트림(Trim) 모델 ... 37 2. 비선형 시뮬레이션 모델 ... 44 제3절 시뮬레이션 모델 튜닝 ... 47 1. 회전익 모드의 수직축(Vertical-axis) 모델 튜닝 ... 48 2. 회전익 모드의 요축(Yaw-axis) 모델 튜닝 ... 50 3. 회전익 모드의 롤축(Roll-axis) 모델 튜닝 ... 52 4. 회전익 모드의 피치축(Pitch-axis) 모델 튜닝 ... 54 5. 공력 효과의 인가(Initiation) ... 55 제4절 Gazebo Tool의 구조 ... 56 1. SolidWorks에서 복합형 드론 설계 ... 64 2. 복합형 드론에 대한 Simulink 구현 ... 65 3. Gazebo 시뮬레이션 모델 구현 ... 68 제5절 Simulation-In-The-Loop (SiTL) Gazebo Test ... 72 1. 호버링 비행 성능 테스트 ... 72 2. 직선 경로 비행 성능 테스트 ... 73 3. 경로점 비행 성능 테스트 ... 75 제6절 Gazebo Hybrid Drone SiTL User Manual ... 76 1. Gazebo Hybrid Drone을 위한 파일 ... 76 2. SiTL 실행을 위한 준비 ... 76 3. SiTL 실행 ... 77제4장 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도 ... 78제5장 연구개발 결과의 활용 계획 ... 79제6장 참고문헌 ... 80끝페이지 ... 80