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김학성(Hakseong Gim),장승교(Seung-gyo Jang) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.7
스프링-메스 시스템의 원리를 이용하여 수평 구동형 MEMS 관성 스위치를 설계하였다. 본 MEMS 스위치는 외부에서 발생하는 가속도를 감지하여 점화안전장치를 장전시키는 역할을 한다. 성능 모델링을 통하여 다양한 가속도 조건에서의 구동 양상을 분석하였다. 시뮬레이션 결과 가속도의 기울기가 10g/msec 이하인 경우에 MEMS 스위치는 10g에서 잘 작동하는 것으로 나타났다. 반면에, 설계변수들의 공차를 10%로 고려한 시뮬레이션 결과 스프링 폭과 길이에 의해 임계 동작 가속도가 규격(10±2g)을 벗어났다. 제작 공정상 10% 이하의 공차 관리가 어려운 스프링 폭을 두 배로 늘렸을 때 규격을 만족하는 것을 확인하고 설계보완을 제안하였다. A lateral type MEMS inertial switch was designed on the same principle as spring-mass system. The MEMS switch is used for arming mechanism of the arm-fire device by sensing the applied acceleration. We analyzed the switching capability of the MEMS switch under various acceleration conditions via performance model. Simulation results showed that the MEMS switch works very well at 10 g when the applied acceleration slope does not exceed 10g/msec. On the other hand, the threshold operating acceleration level simulation exceeded the requirement (10±2 g) due to the width and length of the spring by considering 10% tolerance of the design values. Design modification of doubling the width of the spring, which is difficult to reduce less than 10% tolerance in fabrication process, was proposed after confirming the simulation results comply the requirement.
모션캡쳐 실험을 통한 조류모방 날갯짓 비행체 구동 특성 분석
김학성(Hakseong Gim),김승균(Seungkeun Kim),석진영(Jinyoung Suk) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.3
본 논문에서는 모션캡쳐 카메라를 사용한 실험을 통해 날갯짓 비행체의 주 날개, 꼬리날개 구동기 특성 분석에 대하여 기술하였다. 실험은 빛이 차단된 실내에서 진행되었고 지그에 기체를 고정하여 날갯짓으로 인한 영향을 줄였다. 주 날개와 꼬리날개 끝단에 마커를 부착하였고 모션캡쳐 카메라는 입력 신호에 대한 각각의 반응을 측정한다. 실험 결과 주 날개는 날갯짓의 주파수에 따라 진폭이 변하는 경향을 보였고, Modified Strip Theory에 실험 결과와 비행체 제원을 적용하여 양력 및 추력 발생 시뮬레이션을 구현 하였다. 꼬리날개는 종·횡축별로 스텝 신호를 인가하여 이에 따른 결과를 2차 전달함수 형태로 정의하였고, 각 축별로 구동기의 구조 차이로 인하여 최종 응답시간, 오버슈트, 최대값등에서 차이를 나타내는 것을 확인하였다. This paper analyzes actuator characteristics for main wing and tail surfaces of an ornithopter by using a motion capture test. Experiments with the ornithopter are conducted indoor, and its fuselage is held on a jig to reduce interaction with vibration generated by flapping motion. The motion capture system detects the movement of markers attached on the main wing and tail wing tip. Experimental results show that the main wings tend to change its amplitude according to the flapping frequency, and the lift and thrust generation simulation is implemented by applying the experimental results and the ornithopter specification to Modified Strip Theory. Step input excitation is applied for experimental analysis of the tail wing in horizontal and vertical directions. As a result, horizontal and vertical tail wings have different characteristics in terms of overshoot, final value, damping ratio and natural frequency because they have different wing structures and linkages.
LiDAR를 이용한 농업용 무인헬기 충돌방지시스템 개발
정준호(Junho Jeong),김학성(Hakseong Gim),이동우(Dongwoo Lee),석진영(Jinyoung Suk),김승균(Seungkeun Kim),김진구(Jingu Kim),류시대(Si-dae Ryu),김성남(Sungnam Kim) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.7
본 논문에서는 농업용 무인헬기를 위한 LiDAR 기반 충돌방지시스템을 제안하고 개발과정을 소개한다. 충돌방지시스템은 장애물 검출 시스템, 매핑 알고리즘, 충돌회피 알고리즘으로 구성된다. LiDAR 기반의 장애물 검출 시스템은 무인헬기에 탑재되어 실시간으로 장애물 정보를 획득하며, 이를 통해 획득한 정보와 무인헬기 자세/위치 정보를 융합하여 충돌위험성이 있는 장애물에 대해 격자 지도 기법을 적용한 매핑을 수행한다. 무인헬기가 장애물에 접근할 시 확보된 지형정보를 기반으로 충돌방지 경고 생성을 위해 종/횡방향 기동을 고려한 충돌방지 알고리즘을 구현하며, 이를 통해 운용자에게 전달해 회피 기동을 수행한다. 구축된 시스템은 무인헬기를 이용해 항공방제 패턴을 모사한 비행시험을 수행하였으며, 비행시험 결과 충돌방지 성능 및 가능성을 확인하였다. This paper proposes a collision prevention system for an agricultural unmanned helicopter. The collision prevention system consists of an obstacle detection system, a mapping algorithm, and a collision avoidance algorithm. The obstacle detection system based on a LiDAR sensor is implemented in the unmanned helicopter and acquires distance information of obstacles in real-time. Then, an obstacle mapping is carried out by combining the distance to the obstacles with attitude/location data of the unmanned helicopter. In order to prevent a collision, alert is activated to an operator based on the map when the vehicle approaches to the obstacles. Moreover, the developed collision prevention system is verified through flight test simulating a flight pattern aerial spraying.