표제지
목차
ABSTRACT 13
제1장 서론 14
제1절 연구 배경 14
1.1. 연구의 필요성 14
1.2. 국내외 틸트형 무인/유인기 개발 및 연구 동향 15
제2절 연구 내용 23
제2장 컨셉 설계 24
제1절 운용 개념 (Operation Concept) 24
제2절 요구도 분석 25
2.1. 사용자 요구도 분석 25
2.2. 인증 요구도 분석 26
제3절 설계 목표 32
3.1. Mission Profile 32
3.2. 설계 주안점 35
3.3. Design Requirement 36
제3장 기본 설계 40
제1절 익형 설계 40
제2절 Prototype 모델을 이용한 조종성 평가 43
제4장 형상 설계 및 제작 47
제1절 주익 설계 47
제2절 동체 및 랜딩기어 설계 49
2.1. 동체 설계 49
2.2. 랜딩기어 설계 51
제3절 공력 해석 52
3.1. 해석 형상 52
3.2. 해석 격자계 53
3.3. 경계 조건 및 수치 해법 56
3.4. 해석 결과 및 분석 57
제4절 풍동 시험 62
4.1. 시험 시설 및 장비 62
4.2. 시험 형상 65
4.3. 시험 결과 및 비교 68
제5절 추진 시스템 설계 73
5.1. 프로펠러 선정 73
5.2. 모터 및 변속기 선정 75
5.3. 추력 테스트 결과 75
제6절 비행 제어 79
6.1. 비행 제어 79
6.2. 정밀 착륙 제어 80
6.3. 틸트 제어 81
제7절 최종 형상 83
제5장 성능해석 및 시험 87
제1절 안정성 해석 87
제2절 비행 시험 91
제6장 결론 98
제1절 결론 98
제2절 향후 계획 100
참고문헌 101
부록 104
[부록1] 기체 성능 및 제원 104
[부록2] 전산해석 데이터셋 108
국문초록 112
표 1-1. 틸트형 기체의 분류 15
표 1-2. Overair사 Butterfly 성능 및 제원 17
표 1-3. Joby Aviation사 S4 2.0 성능 및 제원 18
표 1-4. KARI 스마트 무인기 TR-100, TR-60 성능 및 제원 19
표 1-5. KARI 틸트-덕트 무인기 TD-40 성능 및 제원 20
표 1-6. KARI 쿼드 틸트-프롭 무인기 QTP-UAV 성능 및 제원 21
표 1-7. KARI OPPAV 성능 및 제원 22
표 2-1. Operational Concept 24
표 2-2. AHP 비교 행렬 25
표 2-3. AHP 가중치 산정 결과 25
표 2-4. QFD Level 1-2 26
표 2-5. 설계 변수 선정 결과 26
표 2-6. 초경량비행장치와 경량항공기의 구분 27
표 2-7. 경량항공기 중 타면조종형비행기 분류 기준 만족 여부 28
표 2-8. 인증 규정 내 조종 안정성 요구도 29
표 2-9. 인증 규정 내 성능 요구도 31
표 2-10. 1안 비행 경로 33
표 2-11. 2안 비행 경로 34
표 2-12. 실기체 Design Requirement 37
표 2-13. 1/6 축소 모델 Design Requirement 38
표 3-1. Airfoil Selection Criteria 40
표 4-1. 탠덤 윙 설계 변수 해석 조건 48
표 4-2. 탠덤 윙 형상 설계 변수 선정 결과 48
표 4-3. Solver Setting - Solution Methods 56
표 4-4. 각도 조건 별 Convergence Criteria 58
표 4-5. 건국대학교 다목적 아음속 풍동 제원 62
표 4-6. 반달형 모델 지지 장치 제원 63
표 4-7. Maximum Load Range (Force) 64
표 4-8. Maximum Load Range (Moment) 64
표 4-9. 풍동 실험 모델 제작을 위한 레이놀즈 수 상사 66
표 4-10. 추진 시스템 요구도 73
표 4-11. 추력 시스템 설계 결과 요구도 만족 여부 78
표 5-1. 비행 안정성 요구도 88
표 5-2. 비행 안정성 해석 결과 요구도 만족 여부 90
표 6-1. 1/6 축소 기체 설계 결과 99
그림 1-1. NASA LA-8 (풍동시험 모델) 16
그림 1-2. Overair사 Butterfly 17
그림 1-3. Joby Aviation사 S4 2.0 18
그림 1-4. KARI 스마트 무인기 TR-100 19
그림 1-5. KARI 스마트 무인기 실용형 TR-60 19
그림 1-6. KARI 틸트-덕트 무인기 TD-40 20
그림 1-7. KARI 쿼드 틸트-프롭 무인기 QTP-UAV 21
그림 1-8. KARI OPPAV 22
그림 2-1. 예상 운항 지역(Operational Area) 24
그림 2-2. Mission Profile 32
그림 2-3. 1안 비행 경로 33
그림 2-4. 2안 비행 경로 34
그림 2-5. 전기 분산 추진 방식 모터 배치 35
그림 2-6. NASA LA-8 모터 배치 36
그림 3-1. Eppler 793 Configuration 41
그림 3-2. Eppler 1212 configuration 41
그림 3-3. Xfoil Result - Eppler 793 42
그림 3-4. Xfoil Result - Eppler 1212 43
그림 3-5. Prototype 형상 44
그림 3-6. Prototype 형상 - 정면도 44
그림 3-7. Prototype 형상 - 평면도 44
그림 3-8. Prototype 형상 - 측면도 44
그림 3-9. Prototype 비행시험 45
그림 3-10. 3DOF 전기체 고정 지그 45
그림 3-11. Prototype 내풍성 시험 46
그림 4-1. Tandem Wing Design Parameter 47
그림 4-2. 순항 조건 Turbulence Viscosity 48
그림 4-3. Stall 시 Turbulence Viscosity 48
그림 4-4. 초기 프로토타입 동체 설계 안 (@ ROTOM) 50
그림 4-5. 최종 동체 형상 50
그림 4-6. 최종 랜딩기어 제작 형상 51
그림 4-7. 초기 기본 스키드 구조 52
그림 4-8. 최종 랜딩기어 형상 52
그림 4-9. 해석용 형상 53
그림 4-10. 해석용 형상 (정면도) 53
그림 4-11. 해석용 형상 (평면도) 53
그림 4-12. 해석용 형상 (우측면도) 53
그림 4-13. Wall Y+ 54
그림 4-14. Polyhedral Mesh 55
그림 4-15. Polyhedral Mesh (Detail) 55
그림 4-16. 경계 조건 (Boundary Condition) 설정 57
그림 4-17. Lift Coefficient (AOS-AOA Sweep) 59
그림 4-18. Drag Coefficient (AOS-AOA Sweep) 59
그림 4-19. CFD Result - Lift Coefficient 60
그림 4-20. CFD Result - Drag Coefficient 60
그림 4-21. 양력 예측 결과 비교 61
그림 4-22. 항력 예측 결과 비교 61
그림 4-23. 건국대 다목적 아음속 풍동 63
그림 4-24. 반달형 모델 지지 장치 64
그림 4-25. 내장형 밸런스 삽입부 67
그림 4-26. 내장형 밸런스 장착 사진 67
그림 4-27. 풍동 시험 모델 설치 사진 67
그림 4-28. Wind Tunnel Result - Lift Coefficient 68
그림 4-29. Wind Tunnel Result - Drag Coefficient 69
그림 4-30. Lift Coefficient 비교 (CFD - 풍동 시험) 70
그림 4-31. Drag Coefficient 비교 (CFD - 풍동시험) 70
그림 4-32. 시험 모델 설치 후방 사진 72
그림 4-33. 피치, 자유류, RPM에 따른 Ct = 0 지점 74
그림 4-34. APC 9x6E 자유류에 따른 추력 74
그림 4-35. APC 12x6E 프로펠러 74
그림 4-36. TYTO Robotics RCbenchmark 1780 76
그림 4-37. 추력 측정 시험 결과 (Throttle - Thrust) 77
그림 4-38. 추력 측정 시험 결과 (RPM - Thrust) 77
그림 4-39. 추력 측정 시험 결과 (Thrust - Current) 78
그림 4-40. 추력 측정 시험 결과 (Thrust - Overall Efficiency) 78
그림 4-41. Airframe 도식 80
그림 4-42. 정밀 착륙 시퀀스 81
그림 4-43. 기체 전후방 틸트 구조 82
그림 4-44. Tilt 전 추력 시스템 83
그림 4-45. Tilt 후 추력 시스템 83
그림 4-46. 카본 날개 제작 과정 83
그림 4-47. 설계 변경 과정 85
그림 4-48. 최종 도면 86
그림 5-1. AVL 입력 형상 87
그림 5-2. 정적 세로안정성 88
그림 5-3. 정적 가로안정성 89
그림 5-4. 정적 방향안정성 89
그림 5-5. 호버링 비행 시험 91
그림 5-6. 최종 비행 시험 경로 92
그림 5-7. Vtol 기동 시 92
그림 5-8. 천이 후 Ctol 기동 92
그림 5-9. Attitude (Roll, Pitch, Yaw) 93
그림 5-10. 틸트 서보 입력과 기체 자세, 속도의 비교 94
그림 5-11. 비행 영상 - 천이 수행 전 (Vtol) 기동 95
그림 5-12. 비행 영상 - 반천이 상태 96
그림 5-13. 비행 영상 - 완전 천이 후 기수 올림 상태 96