장거리 비행과 안정적인 천이비행이 가능한 수직이착륙 고정익 기체 개발
Vertical takeoff and landing wing developed for long distance flight and stable transit flight
초록/요약
4차 산업혁명 시대가 언급되는 요즘 무인기의 관심이 고조되면서 전 분야로 활용이 증가되는 경향이 보여 지고 있다. 고정익 무인기는 비행거리와 체공시간이 회전익 형태의 무인기보다 길며 속도가(보통 1시간) 빠른 장점이 있으나, 안전한 착륙을 위한 활주로와 보관 및 이동을 위한 공간을 따로 마련해야하는 점이 있어 확대 사용에 제한 점이 있다. 현재 수직 이착륙이 가능한 고정익 무인기(VTOL)에 대한 수요가 증가되고 있으나 상업용 기체는 관련 서적이나 개발된 기체가 거의 전무한 실정이다. 본 연구는 수직이착륙이 가능한 VTOL 무인기 기체를 자체적으로 설계 및 개발하여 수직, 수평, 천이 비행 시 적절한 추력과 양력을 갖도록 설계하며 고객 수요에 맞는 임무 실행을 가능하게 하여 추후 다양한 분야 활용이 가능하도록 무인기 개발 프로세스를 만들고자 하였다. 먼저 임무 조 건은 정립하여 정확한 목적이 있는 기체 개발 사양을 정할 수 있었으며 제작된 비행체의 공기역학적인 특성을 파악하기 위해 공력설계 이론 정립과 실제 풍동 시험을 대체할 수 있는 3D CAD와 3D CAE를 진행하여 이론적으로 검증할 수 있는 방안을 마련하였다. 무인기를 구성하는 내부 모듈에 대해 선정 방법 및 기준에 대해 알 수 있었으며 기체 구성하는데 C/G를 고려하여 제품을 조립할 수 있었다. 비행 조정을 위하여 GCS S/W로 H/W 세팅 법을 알 수 있었으며 그에 따른 비행 시험을 진행할 수 있었다. 비행 실험에 있어서는 본 논문의 주제인 비행 시 안정적인 천이비행이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 시험 비행 후 데이터를 분석하여 결과와 향후 개선 방향에 대해서도 계획할 수 있었다.
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목 차 (List of Text)
논문 요약 ⅰ
감사의 글 ⅲ
표 목차 ⅵ
그림 목차 ⅶ
Ⅰ. 서 론 1
1 연구 배경 1
2 연구 동향 3
Ⅱ. 무인기 항공 이론 연구 8
1. 에어포일 공력 이론 8
1.1 양력계수 9
1.2 항력계수 12
2. 프로펠러 성능 이론 16
2.1 깃 요소 이론 17
2.2 무 차원 성능 지수 19
Ⅲ. 무인기 기체 설계 연구 22
1. 무인기 기체 설계 26
1.1 임무 요구 조건 정립 26
1.2 에어포일 이용 공력 설계 정립 28
1.3 기체 구조 3D CAD 설계 30
1.4 기체 구조 3D CAE 해석 32
2. 프로펠러 및 모터 선정과 조립 34
2.1 모터 추력 설계 및 선정 정립 34
2.2 프로펠러 선정 40
2.3 ESC(Electronic Speed Controller) 선정 42
2.4 배터리(Power Pack) 선정 42
2.5 기체 무게 중심 설계 정립(C/G) 44
2.6 각 부품별 조립 46
2.7 Misson Planer S/W 활용 49
3. 비행 실험 결과 53
3.1 비행실험 53
3.2 비행 로그 데이터 활용 56
Ⅴ. 결론 59
1 연구결과 및 결론 59
2 향후 계획 60
참고 문헌 61
Abstract 64
