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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최기영
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수51
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 연구에서는 넓은 내부 공간을 확보할 수 있어 많은 임무장비를 탑재할 수 있는 동시에 저피탐성 및 우수한 순항 성능을 갖는 날개-동체 혼합형상 항공기의 운용성 개선을 위한 추력벡터보조 실시간 통합 비행제어법칙 설계 기법을 제안한다. 대상 형상 항공기는 미래 전투환경에서 필요한 핵심 성능들을 보유할 수 있으나, 짧은 모멘트 암으로 인해 기동성과 조종안정성이 부족하며, 큰 동역학적 연성 효과로 인한 조종면 포화 현상 발생 등의 이유로 무인전투기로서의 활용은 제한적이다. 이로 인해, 기존 사례들의 경우 해당 형상에 꼬리 날개를 추가하여 조종안정성을 높이고, 스텔스 도료를 분사하여 저피탐성 저하를 최소화하는 방식을 채택하여 무인전투기로서 운용하고 있다. 하지만, 스텔스 도료 분사 방식은 미 공군의 F-22 사례와 같이 반복 운용 간 큰 비용을 유발할 수 있다.
본 논문에서는 추가적인 유지비용 및 피탐성 저하 없이 해당 형상의 운용성을 개선하기 위한 방법으로 추력벡터제어 활용을 제안한다. 제한된 추력 범위 내에서 추력벡터제어의 최대 제어효과도를 얻기 위해 엔진 및 비행제어 결합 형태를 제안하며, 동 특성 및 제어 효과도가 다른 추력벡터제어 시스템과 조종면에 각각 적절한 조종력을 배분하기 위해 혼합 제어력 할당기법을 제시한다. 해당 기법은 탑재량이 제한되어 계산 성능 제한이 갖는 축소기에서도 활용 가능할 수 있도록 제안 기법은 실시간성을 고려한 스케줄러 형태로 구성하고 제어법칙과 결합하였다. 추력벡터제어 혼합활용 기법과 제어력 할당기법이 추가된 통합 제어법칙을 설계하기 위해, 해당 형상과 유사한 무인항공기 활용도를 기준으로 적합한 비행성 기준을 선정하고 최적화 기반 설계 도구를 활용하여 제어이득 및 스케줄링 파라미터를 산출하였다.
본 논문에서 제안하는 방식은 각각 조종면만을 활용하였을 경우와 비교를 통해 검증하였다. 운용성 개선 확인을 위해, 강한 외란 조건에 놓이게 되는 함상 착륙 조건과 날개-동체 형상 항공기에서 발생하는 받음각 변화에 따른 불안정 현상이 나타나는 비행한계 인근 구간을 시뮬레이션 조건으로 선정하고 이를 위한 시뮬레이션 환경을 구성하였다. 시뮬레이션 결과는 외란에 대한 강건성, 받음각 운용범위, 그리고 제어력 기여도 관점에서 분석하였다. 본 논문에서 제안하는 통합 비행제어법칙 구조를 적용했을 때, 원형공산오차 관점에서의 함상 착륙 정확도 성능 개선과 비행영역선도 인근 비행조건에서도 한계 받음각을 넘어선 운용이 가능함을 확인하였다. 또한, 기존 조종면의 제어력을 추력벡터제어를 통해 일정 부분 대체할 수 있음을 확인할 수 있었다. 추가적으로, 조종면 활용 감소에 따라 공기역학적 효율성이 증대된 비행이 가능함을 확인하였으며, 이로 인한 피탐성 개선도 가능할 것으로 예상된다.
본 논문에서는 추가적인 유지비용 및 피탐성 저하 없이 해당 형상의 운용성을 개선하기 위한 방법으로 추력벡터제어 활용을 제안한다. 제한된 추력 범위 내에서 추력벡터제어의 최대 제어효과도를 얻기 위해 엔진 및 비행제어 결합 형태를 제안하며, 동 특성 및 제어 효과도가 다른 추력벡터제어 시스템과 조종면에 각각 적절한 조종력을 배분하기 위해 혼합 제어력 할당기법을 제시한다. 해당 기법은 탑재량이 제한되어 계산 성능 제한이 갖는 축소기에서도 활용 가능할 수 있도록 제안 기법은 실시간성을 고려한 스케줄러 형태로 구성하고 제어법칙과 결합하였다. 추력벡터제어 혼합활용 기법과 제어력 할당기법이 추가된 통합 제어법칙을 설계하기 위해, 해당 형상과 유사한 무인항공기 활용도를 기준으로 적합한 비행성 기준을 선정하고 최적화 기반 설계 도구를 활용하여 제어이득 및 스케줄링 파라미터를 산출하였다.
본 논문에서 제안하는 방식은 각각 조종면만을 활용하였을 경우와 비교를 통해 검증하였다. 운용성 개선 확인을 위해, 강한 외란 조건에 놓이게 되는 함상 착륙 조건과 날개-동체 형상 항공기에서 발생하는 받음각 변화에 따른 불안정 현상이 나타나는 비행한계 인근 구간을 시뮬레이션 조건으로 선정하고 이를 위한 시뮬레이션 환경을 구성하였다. 시뮬레이션 결과는 외란에 대한 강건성, 받음각 운용범위, 그리고 제어력 기여도 관점에서 분석하였다. 본 논문에서 제안하는 통합 비행제어법칙 구조를 적용했을 때, 원형공산오차 관점에서의 함상 착륙 정확도 성능 개선과 비행영역선도 인근 비행조건에서도 한계 받음각을 넘어선 운용이 가능함을 확인하였다. 또한, 기존 조종면의 제어력을 추력벡터제어를 통해 일정 부분 대체할 수 있음을 확인할 수 있었다. 추가적으로, 조종면 활용 감소에 따라 공기역학적 효율성이 증대된 비행이 가능함을 확인하였으며, 이로 인한 피탐성 개선도 가능할 것으로 예상된다.
목차
제 1 장. 서 론 11.1 연구 배경 11.2 선행연구 사례 61.3 연구 내용 및 의의 231.4 연구 방법 251.5 논문의 구성 26제 2 장. 배경 이론 272.1 비행성(Flying Quality) 272.2 CONDUIT 282.3 추력벡터제어 302.4 조종력 할당기법 31제 3 장. 항공기 모델링 및 시뮬레이션 환경 343.1 날개-동체 결합 항공기 운동 모델 343.2 추력벡터제어 시스템 적용 393.3 시뮬레이션 환경 42제 4 장. 추력벡터제어 결합 기법 554.1 추력벡터제어 효용성 검증 554.2 추력벡터제어 혼합활용 기법 584.3 동적 특성이 다른 조종력 할당기법 59제 5 장. 추력벡터제어보조 비행제어법칙 설계 635.1 추력벡터제어보조 통합 제어법칙 635.2 설계 결과 66제 6 장. 통합 시뮬레이션 776.1 시뮬레이션 시나리오 776.2 시뮬레이션 결과 79제 7 장. 결 론 88참고문헌 89
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