다수의 전기 추진 시스템을 활용한 고정익 항공기의 횡/방향축 제어 :

박찬홍

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박찬홍 (한국항공대학교, 한국항공대학교 일반대학원)

지도교수: 박상혁

발행연도: 2021

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

다수의 전기 추진 시스템을 활용한 고정익 항공기의 횡/방향축 제어

박찬홍 항공우주및기계공학과 2021.01 학위논문

2020

다수의 전기 추력시스템을 활용한 고정익 항공기 횡방향 제어기법

박찬홍 , 박재희 , 박상혁 한국항공우주학회 학술발표회 초록집 2020.11 학술대회자료

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본 논문은 다수의 전기 추진 시스템을 활용한 고정익 항공기의 횡/방향축 자세제어에 대한 연구를 소개한다. 기존의 교통수단으로 인한 교통체증, 소음문제, 그리고 환경문제 등의 사회문제로 최근 다수의 전기 추진 시스템을 활용한 개인용 항공기(Personal Air Vehicle, PAV)에 대한 관심이 높아지고 있다. 다수의 전기 추진 시스템을 활용할 경우 기존 조종 타면의 역할을 대체 또는 보조할 수 있어 도심 항공에서 개인용 항공기의 기동성과 안정성을 높일 수 있다.
논문의 연구에서 제시하는 횡/방향축 제어기법 첫 번째는 측면방향 비가속도 제어를 통하여 항공기가 선회 시 더 완전한 균형선회를 하게 하는 것이며, 두 번째는 에일러론으로 수평한 롤 자세를 유지한 채 러더와 편향추력으로 의도적인 불균형선회를 하는 것이다. 먼저, 다수의 전기 추진 시스템을 갖는 실험기체를 선정하였고, 기체에 대한 관성, 공력, 추력시스템 모델링을 수행하였다. 해석적 방법과 수치적 방법으로 트림해석을 하였으며, 6자유도 운동방정식을 트림점에서 수치적 방법으로 선형화 하였다. 보데 선도, 근궤적 선도, 그리고 테스트 입력 반응을 통하여 선형 시스템으로부터 선형제어기를 설계하였다. 이후 비선형 시뮬레이션과 비행실험을 통하여 구성한 제어법칙과 제어기의 성능을 검증하였다.

#무인기 #개인용항공기 #분산전기추진시스템 #UAV #PAV #DEP

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구개요 2
제 2 장 본론 4
2.1 기체 선정 4
2.2 모델링 4
2.2.1 기체 관성모델링 5
2.2.2 기체 공력모델링 6
가. AVL을 이용한 공력계수 추출 6
나. 항력 모델링 8
2.2.3 추력 모델링 12
가. 2차원 프로펠러 모델링 12
나. 3차원 프로펠러 모델링 15
다. 모터 모델링 21
라. 후류 모델링 24
마. 자이로스코픽 효과 모델링 25
2.3 분산추진 분배구조 27
2.4 운동방정식 28
2.5 선형화 31
2.5.1 트림 해석 31
가. 해석적 방법 31
나. 수치적 방법 33
2.5.2 수치적 방법을 이용한 선형화 34
2.6 선형제어기 설계 37
2.6.1 균형선회를 위한 제어기 설계 37
가. 횡/방향축 기본 제어기 38
나. 러더를 이용한 측방향 비가속도 레귤레이터 46
다. 편향추력을 이용한 측방향 비가속도 레귤레이터 49
2.6.2 불균형선회를 위한 제어기 설계 51
가. 러더를 이용한 요 각속도 제어기 52
나. 편향추력을 이용한 요 각속도 제어기 55
다. 러더와 편향추력을 동시에 이용한 요 각속도 제어기 58
2.7 불균형선회 정상상태 해석 61
2.8 비선형 시뮬레이션 63
2.8.1 균형선회 비선형 시뮬레이션 63
2.8.2 불균형선회 비선형 시뮬레이션 65
2.9 비행실험 67
2.9.1 균형선회 비행실험 결과 67
2.9.2 불균형선회 비행실험 결과 69
2.9.3 비행실험 결과 분석 72
제 3 장 결론 및 향후 연구 계획 73
부록 75
상태방정식 75
롤 각 추정 77
참 고 문 헌 79
SUMMARY 81

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