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멀티콥터의 추진 시스템 실험 결과를 통한 제자리 비행 성능 예측 및 검증
박승호(Seungho Park),고영주(Yeong-Ju Go),이재하(Jaeha Ryi),최종수(Jong-Soo Choi) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.7
본 논문은 최근에 각광 받고 있는 드론(멀티콥터)과 관련하여 비행체의 비행 성능, 특히 비행 가능 시간에 대한 예측과 실험 데이터를 통한 검증 등을 목표로 하여, 제자리 비행에 대한 연구 결과를 제시 하고 있다. 연구 방법을 드론 시스템을 구성하고 있는 여러 부품들을 기능별로 분류하여 부품 수준에서의 제원과 기능에 대한 정리 및 수학적 수식화를 통하여 단위 부품의 성능을 분석 및 실험 데이터를 확보하고, 이들 단위 부품 데이터의 조합을 통하여 드론 시스템의 제자리비행 성능을 예측하는 연구 결과를 보여 주고 있다. 또한 5kg급 쿼드콥터를 이용하여 제자리 비행에 대한 분석을 통하여 비행시간에 따른 전압 변화를 예측, 검증 하였으며 해당 방법을 통해 제자리 비행시간을 예측하였다. The endurance of the multi-copter is one of the important variables that determine the mission performance. Therefore, accurate endurance should be defined as essential for performing effective missions. In this paper, we present the results of the study on the flight performance of the aircraft, especially the hovering of the drone(multi–copter). Unlike conventional aircraft, which consider aerodynamic performance by the fuselage, the multi-copter is mostly determined by the propulsion system. Therefore, the research method classifies the various parts constituting the drone system into functions, analyzes the performance of the unit parts and obtains the experimental data by sorting out the specifications and functions at the component level and mathematical formulation, The results of this study are as follows. In addition, the 5kg class quad copter was used to predict and verify the voltage change with endurance through analysis of in situ flight. By predicting endurance under various conditions, it can help design/build the right Multicopter for mission.
소형 로터 블레이드의 제자리 비행 성능 시험장치 개발 및 검증
이병언(Byoung-Eon Lee),서진우(Jin-Woo Seo),변영섭(Young-Seop Byun),김정(Jeong Kim),이관중(Kwanjung Yee),강범수(Beom-Soo Kang) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.10
본 논문은 동축반전 로터 블레이드의 성능 특성 파악을 위한 선행연구로서, 단일 로터 블레이드에 대한 공력 데이터 획득 및 성능 특성을 확인하기 위한 연구에 중점을 두었다. 이를 위해 제자리 비행 상태에서 추력과 토크의 측정이 가능한 소형 로터 블레이드용 회전 시험장치를 구성하고 제작하였다. 로터 회전 시험장치는 회전장치부, 센서부, 그리고 데이터 획득 시스템으로 구성되었으며, 고정된 회전속도에서 콜렉티브 피치각을 변화시키면서 추력과 토크를 측정할 수 있도록 하였다. 이를 통하여 저 레이놀즈 수 (Re?3×10?) 영역에서 운용되는 단일 로터의 제자리 비행 성능 시험을 수행하였고 소형 로터 블레이드의 제자리 비행 성능을 획득하여 로터 회전 시험장치의 성능을 검증하였다. This paper presents the work being carried out in order to deduce hover performance of a small-scale single rotor blade as a preliminary study of a small coaxial rotor helicopter development. As an initial research, a test stand capable of measuring thrust and torque of a small-scale rotor blade in hover state was constructed and fabricated. The test stand consists of three parts; a rotating device, a load measuring sensor and a data acquisition system. Thrust and torque were measured with varying collective pitch angle at fixed RPM. Through this research, hover performance tests were conducted for a small-scale single rotor blade operating in low Reynolds number (Re ?3×10?), as well as for verifying the test stand itself for acquiring hover performance.
드론용 동축 프로펠러 시험장치 개발 및 제자리비행 성능특성에 대한 실험적 연구
송연하(Youn-Ha Song),김덕관(Deog-Kwan Kim) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.1
본 논문에서는 저 레이놀즈 동축 프로펠러의 제자리 비행 특성연구를 위한 시험장치 개발과정과 실험결과를 기술하였다. 상/하부 프로펠러간의 간격 변화에 따른 제자리 비행 성능측정이 가능하도록 시험장치를 설계하였다. 그리고 상/하부 프로펠러 각각의 추력, 토크, 회전수, 진동, 전류량을 측정할 수 있도록 장치를 구성하였다. 센서의 신호 수집을 위하여 자료획득시스템을 구축하고 LabVIEW 기반의 소프트웨어에서 모터의 제어와 신호 수집을 하였다. 단일 프로펠러의 지상회전 실험을 통한 성능 특성 데이터를 확보한 후, 동축 프로펠러 사이의 간격과 상/하부 직경의 차이에 따른 성능 특성과 효율향상을 위한 실험을 진행하였다. 성능 실험분석 결과 동축 프로펠러 사이 간격이 로터 직경의 20~30%일 때 효율이 높은 것으로 확인되었으며, 그 이상일 경우는 큰 차이가 없었다. 상부 프로펠러의 직경이 하부 프로펠러의 직경보다 작을 경우가 다른 직경 조합에 비해 가장 높은 효율을 보였다. In this paper, the test facility for coaxial propellers at low Reynolds developed and validated by measured data. The test equipment was designed to measure the hovering performance of propellers according to distances between the upper/lower propellers. Thrust, torque, rotational speed, vibration, and amperage of upper and lower propellers can be measured separately. The data acquisition system was built to collect signals of sensors, and LabVIEW software was used to control the motor and collect the signal. The hover performance tests of single propellers were preceded for the facility validation, and then the performance values of coaxial propellers were measured according to distances and diameter differences between the upper/lower propellers. The results showed that the high efficiency is achieved at 20%~30% distance between the upper propeller and lower one. The configuration that the upper propeller has shorter diameter than the lower one has the highest efficiency than other configuration.
Study on Performance Prediction of Electric Propulsion System for Multirotor UAVs
정진석(Jinseok Jeong),변영섭(Youngseop Byun),송우진(Woojin Song),강범수(Beomsoo Kang) Korean Society for Precision Engineering 2016 한국정밀공학회지 Vol.33 No.6
This paper describes a study of performance prediction of an electric propulsion system for multirotor UAVs. The electric propulsion system consists of motors, propellers, batteries and speed controllers, and significantly affects performance characteristics of the platform. The performance of the electric propulsion system for multirotor UAVs was predicted using an analytical model derived from the characteristics of each component, operation experiments and statistical analyses. Ground performance tests and endurance flights were performed to verify the reliability of the proposed performance prediction method. A quadrotor platform was designed to demonstrate the parcel delivery service used in the endurance flight. From the result of verification tests, it was confirmed that the proposed method has a good agreement.
실험을 통한 소형 무인헬리콥터의 공력인자 도출 및 제자리 비행 성능 예측
이병언(Byoung-Eon Lee),변영섭(Young-Seop Byun),송준범,강범수(Beom-Soo Kang) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.11
Prediction of the rotor blade performance is important for determining design factors such as weight and size in development of a small-scale helicopter. Generally, prediction of helicopter performance means the estimation of the power required for a given flight condition. However, due to lack of test data and analyzed results for small-scale rotor blade operated at low Reynolds numbers (Re ?10^5), this is not an easy task. As an initial research, this work performs a modeling of a single rotor configuration with FLIGHTLAB and a experimental research with rotor test bed. In this process, we performed small-scale isolated single rotor by experimental and numerical method and achieved good agreement of the hover performance on the test data and simulation results.
SPR(Stereo Pattern Recognition) 기법을 이용한 동축 로터 블레이드의 변형에 대한 실험적 연구
유찬호(Chanho Yoo),윤병일(Byung-Il Yoon),채상현(Sanghyun Chae),김도형(Do-Hyung Kim),김덕관(Deog-Kwan Kim) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.8
동축 로터 시스템은 기존의 헬리콥터뿐만 아니라 드론, PAV, 차세대 고속 회전익기 및 화성탐사용 헬리콥터에 적용되는 등, 활용 분야가 점점 넓어지고 있다. 로터 시스템의 성능 연구는 기존 연구에서 동축 로터를 대상으로도 여러 차례 수행되었으나, 로터 블레이드의 변형에 대한 연구는 주로 단일 로터 시스템만을 대상으로 진행되었다. 하지만 동축 로터 시스템에서는 주변에서 발생하는 유동이 복잡하며, 두 로터의 간격이 로터 시스템 전체의 성능에 주요한 영향을 주므로 블레이드의 변형 연구가 더욱 중요하다. 이에 본 연구에서는 최신식 고속 영상촬영 기법 중 하나인 SPR(Stereo Pattern Recognition) 기법을 사용해 동축 로터 블레이드의 변형 측정에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구에는 한국항공우주연구원에서 개발한 축소 동축 로터 시험장치가 사용되었으며, 로터 블레이드의 변형과 성능의 연관성을 고찰하기 위해 동축 로터 시스템의 성능시험이 선행되었다. 해당 시스템의 로터 블레이드 변형을 SPR 기법으로 측정한 결과는 사전에 진행된 성능시험 결과와 함께 본 논문에 제시되었다. These days, the coaxial rotor system is used for various purposes like UAVs, Mars exploration helicopters, and the next-generation high-speed rotorcraft. A number of research projects on aerodynamic performance of rotor systems, including the coaxial configuration have been made previously. On the contrary, research on rotor blade deformation has been mainly carried out regarding the single rotor system, where such effort has not been enough on the coaxial system. Nonetheless, in case of the coaxial system, blade deformation analysis is much more important because of the complex air flow around the rotors, and that the distance between the two rotors is a key factor affects aerodynamic performance of the entire system. For these reasons, an experimental study on rotor blade deformation of the coaxial system was conducted using the Stereo Pattern Recognition(SPR) technique, one of the state-of-the-art of photogrammetry method. In this research, a small-scale coaxial rotor test stand designed by Korea Aerospace Research Institute(KARI) was used. With the same test stand, performance of the coaxial configuration had been studied before the experimental study on blade deformation, in order to find the relation between performance and blade deformation of the rotor system. Results of the performance test and the deformation study are presented in this article.