Dubins 곡선을 이용한 항공기 3자유도 질점 모델의 3차원 경로계획 및 유도

오수헌,하철수,강승은,목지현,고상호,이용원,O, Su-Hun,Ha, Chul-Su,Kang, Seung-Eun,Mok, Ji-hyun,Ko, Sangho,Lee, Yong-Won 한국항공운항학회 2016 한국항공운항학회지 Vol.24 No.1

In this paper, we integrate three degree of freedom(3DOF) point-mass model for aircraft and three-dimensional path generation algorithms using dubins curve and nonlinear path tracking law. Through this integration, we apply the path generation algorithm to the path planning, and verify tracking performance and feasibility of using the aircraft 3DOF point-mass model for air traffic management. The accuracy of modeling 6DOF aircraft is more accurate than that of 3DOF model, but the complexity of the calculation would be raised, in turn the rate of computation is more likely to be slow due to the increase of degree of freedom. These obstacles make the 6DOF model difficult to be applied to simulation requiring real-time path planning. Therefore, the 3DOF point-mass model is also sufficient for simulation, and real-time path planning is possible because complexity can be reduced, compared to those of the 6DOF. Dubins curve used for generating the optimal path has advantage of being directly available to apply path planning. However, we use the algorithm which extends 2D path to 3D path since dubins curve handles the two dimensional path problems. Control law for the path tracking uses the nonlinear path tracking laws. Then we present these concomitant simulation results.

항공기용 무장관리컴퓨터 하드웨어 검증을 위한 자동시험 장비 개발

오수헌 ( Soo-heon Oh ),전은선 ( Eun-seon Jeon ),김갑동 ( Kap-dong Kim ),박준현 ( Jun-hyun Park ) 한국항행학회 2021 韓國航行學會論文誌 Vol.25 No.5

본 논문에서는 항공기에 탑재되는 무장관리컴퓨터의 하드웨어 검증을 위한 자동시험 장비 개발 사례를 기술한다. 최근 항공기에 요구되는 기능이 다양해지고, 항공전자 장비의 관련 기술이 발전함에 따라 항공전자 장비에 필요한 인터페이스의 종류와 수량이 증가하였다. 무장관리컴퓨터 또한 기존 구형 무장 이외에도 신형 무장에 대한 요구사항이 추가됨에 따라 다량은 인터페이스 제어가 필요하다. 이와 같은 이유로 항공전자 장비의 점검에 투입되는 시간과 인력 소요 또한 증가하고 있으며, 항공전자 장비의 시험 과정을 자동화 및 무인화 할 수 있다면, 더 효율적인 점검 시스템 운용이 가능해질 것이다. 따라서 본 논문에서는 무장관리컴퓨터 하드웨어 기능 검증에 필요한 시험장비의 구조설계 내용과 검증 과정을 자동화하기 위한 시험 소프트웨어 및 시험 시나리오 설계 사례를 소개한다. In this paper, we describe the case of automatic test equipment development for hardware verification of stores management computer mounted on aircraft. Recently, the required functions of aircraft have been diversified and the related technologies of avionics equipment have developed, and the types and quantity of interfaces required for avionics equipment have increased. In addition to the existing old stores, the stores management computer also needs to control the interface in large quantities as the requirements for the new stores are added. For this reason, the time and manpower required for the inspection of avionic equipment are also increasing, and if the test process of avionic equipment can be automated and unmanned, more efficient inspection system operation will be possible. Therefore, this paper introduces the case of designing test software and test scenario to automate the structural design contents and verification process of test equipment required for the verification of hardware function of stores management computer.

태양광 전력모델을 포함한 장기체공 무인기의 3차원 경로계획 및 유도

오수헌 ( Su-hun Oh ),김갑동 ( Kap-dong Kim ),박준현 ( Jun-hyun Park ) 한국항행학회 2016 韓國航行學會論文誌 Vol.20 No.5

본 논문에서는 태양광 장기체공 무인기의 전력모델을 포함한 3차원 경로계획과 유도에 대하여 기술한다. 본 논문에서 사용한 Dubins curve는 계산속도가 빨라 경로계획에 곧바로 적용이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 Dubins curve의 경로생성 문제는 2차원 평면에서 정의되기 때문에 실제 항공기의 경로계획을 위해 Randal W. Beard에 의해 수행된 비행 경로각의 한계를 고려하여, 고도 차이에 따라 선회경로를 추가하는 방식의 3차원 Dubins 경로생성 알고리즘을 활용하였다. 본 논문에서 사용한 항공기 모델은 Aileron이 없기 때문에 Rudder를 사용하여 횡축 방향 제어기를 설계하였으며, 비선형 경로추종 유도기법을 사용하여 경로추종 시뮬레이션을 수행하였다. 고도조건에 따른 예제를 생성하였으며, 시뮬레이션 결과 생성된 경로를 잘 추종하는 것을 확인하였다. 마지막으로 태양에너지 수율에 대한 계산식을 통해 태양광 장기체공 무인기의 전력 시스템을 모델링하여 48시간 연속비행 시뮬레이션을 실시하였고, 이에 대한 시뮬레이션 결과를 제시하였다. This paper introduces 3-dimensional path planning and guidance including power model for high altitude long endurance (HALE) UAV using solar energy. Dubins curve used in this paper has advantage of being directly available to apply path planning. However, most of the path planning problems using Dubins curve are defined in a two-dimensional plan. So, we used 3-dimensional Dubins path generation algorithm which was studied by Randal W. Beard. The aircraft model which used in this paper does not have an aileron. So we designed lateral controller by using a rudder. And then, we were conducted path tracking simulations by using a nonlinear path tracking algorithm. We generate examples according to altitude conditions. From the path tracking simulation results, we confirm that the path tracking is well on the flight path. Finally, we were modeling the power system of HALE UAVs and conducting path tracking simulation during 48hours. Modeling the amount of power generated by the solar cell through the calculation of the solar energy yield. And, we show the 48hours path tracking simulation results.

우주왕복선 주엔진 작동에 대한 기초 모델링 및 해석

하철수,오수헌,차지형,고상호 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

본 논문에서는 다단 연소방식의 액체로켓엔진인 우주왕복선 주 엔진 (Space Shuttle Main Engine, SSME)의 공칭 작동점에서 기초적인 모델링을 하고 정상상태 시뮬레이션을 수행한 내용을 제시한다. 모델링은 각 구성품들에 대한 열역학 및 동역학적 특성을 이용하여, 뉴턴의 제 2 법칙과 열역학 제 1 법칙에 기반으로 크게 7 가지 분류로 나누어 구성하였다. SSME 의 순항상태 추력을 기준으로 하여 각 구성품들에 대한 모델링의 트림 조건을 구한 후 실제 운용을 통해 구해진 SSME 의 순항상태의 각 구성품별 수치들과 비교하여 공칭 작동점을 구하였으며 이를 시뮬레이션을 통해 확인하였다. This paper deals with the process of basic modeling for Space Shuttle Main Engine (SSME) which is a liquid propellant rocket engine using staged-combustion cycle, and the result of the steady-state simulation based on each nominal operating point of SSME components. Using thermodynamics and dynamics characteristics of the SSME components, the modeling was established based on Newton’s the second law and the first law of thermodynamics, and divided into 7 major categories. Based on the model, trim points of each component were obtained, and the nominal points were obtained by comparing the trim points with experimental data. We confirmed the mathematical model using numerical simulations.

우주왕복선 액체로켓엔진의 밸브 고장 시뮬레이션 분석

하철수,차지형,오수헌,고상호,구자예 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4

액체로켓엔진은 다양하고 복잡한 부품들로 구성되어있으므로 안정성과 신뢰성 확보가 매우 중요하다. 따라서 액체로켓의 건전성 감시 시스템은 액체로켓의 개발에서 가장 중요한 기술 중 하나가 되었으며 최근에 개발되는 액체로켓엔진의 대부분이 재사용이 가능한 로켓엔진이므로 건전성 감시 시스템이 필수적이다. 본 연구에서는 우주왕복선 주 엔진(Space Shuttle Main Engine, SSME)의 정상상태 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 냉각계와 추진제 공급계 밸브의 고장을 가정한 고장 시뮬레이션을 수행하였으며 각 고장 상태로부터 수반되는 영향들을 정상적으로 작동하는 상태의 결과와 비교하여 분석하였다. 본 연구 결과는 다단연소 사이클 방식의 엔진을 위한 건전성 감시 시스템 개발의 기초가 될 것으로 예상된다. Health monitoring system is considered one of the most important technologies for Liquid-propellant Rocket Engine (LRE) which strongly needs to secure the safety and reliability since the engine consists of many complex components. Recently, reusable rocket engine has become a trend in the field of developing LRE, and Health monitoring system is a mandatory system especially for the reusable rocket engine. In this paper, we conducted fault simulation, using steadystate SSME simulation program on its standard Rated Propulsion Level (RPL), by assuming severe faults on valves of its components mainly regarding the parts of cooling and supplying propellants. We analyze the concomitant effect on the rocket by each fault compared with the results under the healthy condition. We expect that the research become a foundation for developing health monitoring system of Staged-Combustion Cycle-type engines.

Fly-By-Wireless 비행제어 기술의 연구 동향

한정수,하철수,오수헌,강승은,고상호,Han, Jung-Soo,Ha, Chul-Su,O, Su-Hun,Kang, Seung-Eun,Ko, Sangho 한국항공운항학회 2014 한국항공운항학회지 Vol.22 No.1

This paper deals with recent research cases and directions of Fly-By-Wireless (FBWLS) flight control technology. FBWLS is a new type of flight control system technology with the aim of solving the problems mainly caused by the increasing amount of wires in aircraft to which Fly-By-Wire (FBW) technology applies. Therefore, in FBWLS flight control system the wired communication system is replaced with a wireless communication system. Currently the FBWLS flight control technology is at an initial development stage and thus this paper surveys deals with the cases in the viewpoint of technology feasibility. In this context, this paper analyzes technology that needs further studies to secure the reliability, stability and accuracy to the similar level of the corresponding FBW system. Since the major problems of FBWLS technology are packet losses and time delays so that this paper suggests the research direction of wireless communication protocol selection, optimization of wireless communication network and controller design considered communication environment.

액체로켓엔진의 건전성 감시 및 관리 기법에 관한 현황 분석

차지형(Jihyoung Cha),하철수(Chulsu Ha),오수헌(Suheon O),고상호(Sangho Ko) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

본 논문에서는 우주발사체용 액체로켓엔진의 건전성 감시 및 관리 기법에 대한 연구 동향을 소개한다. 이를 위하여 미국, 유럽, 러시아와 같은 우주선진국에서 실제 우주발사체용 액체로켓엔진에 연구 및 적용되었던 고장진단 알고리즘을 조사하였다. 특히 최근 우주선진국으로 발돋움하고 있는 중국에서 적용한 기술들을 중심으로 조사하였으며 적용된 사례들을 분석하여 특징들을 나열하였다. 이를 통하여 한국형발사체 KSLV-2 및 그 후의 한국형 달탐사선 발사체 개발사업에 적용하기 위해 고려해야 할 사항에 대하여 토의한다. This paper is about a short survey on the recent research activities regarding health monitoring and management for liquid rocket engines. For this, we investigate the precedent techniques developed in advanced space-industry countries which are USA, EU, Russia, Japan and China. Particularly, we focus on the technologies applied in China, a recently joined to the advanced space-industry countries in this field. Then we discuss some important points to be considered to apply to the development of the Korea Space Launch Vehicle KSLV-2 and other related projects.

Fly By Wireless의 연구 현황 및 동향 분석

한정수(Jungsoo Han),하철수(Chulsuu Ha),오수헌(Suheon O),고상호(Sangho Ko) 항공우주시스템공학회 2013 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2013 No.10

액체로켓엔진의 건전성 감시 및 관리 기법에 관한 현황 분석

차지형(Jihyoung Cha),하철수(Chulsu Ha),오수헌(Suheon O),고상호(Sangho Ko) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회지 Vol.18 No.6

This paper is about a short survey on the recent research activities regarding health monitoring and management for liquid rocket engines. For this, we investigate the precedent techniques developed in advanced space-industry countries which are USA, EU, Russia, Japan and China. Particularly, we focus on the technologies applied in China, a recently joined to the advanced space-industry countries in this field. Then we discuss some important points to be considered to apply to the development of the Korea Space Launch Vehicle KSLV-Ⅱ and other related projects.