유인헬리콥터 무인화를 위한 운동 모델링 및 검증에 관한 연구

Abstract

유인헬리콥터 무인화를 위해 운동 모델링을 개발하고 검증을 하였다. 무인화를 위해서는 제어기 설계와 시뮬레이션을 통한 검증이 필수이다. 이를 위해서는 신뢰도 높은 운동 모델의 개발이 중요하지만 정확한 운동모델을 획득하기란 매우 어렵다. 제조사에서 제공해주거나 직접 비행시험을 통해 확보해야 하지만 이는 현실적으로 쉽지가 않으므로 데이터를 확보할 수 있는 비슷한 등급의 대상 항공기를 통하여 기본 모델을 개발하고 모델의 기준과 신뢰도를 높여가며 운동 모델을 구축해나갈 수 있다. 500MD급과 유사한 OH-6A 헬리콥터를 대상기종으로 선택하였으며, 모델 구성에 있어 Level 2 기준에 부합되는 조건과 가정을 정의하여 OH-6A의 확보 가능한 형상 및 공력 데이터를 통해 FLIGHTLAB을 사용하여 모델을 구성하였다. 헬리콥터 모델에서 가장 핵심인 주 로터 모델과 이를 구성하는 유입류 모델의 튜닝 작업을 통해 해석 가능한 기본 모델을 확보 하였다. 직접적인 영향이 미치는 비행성능과 조종성을 분석 하였고 대상 기종인 OH-6A의 비행시험 데이터를 확보하여 해석 결과와 실제 데이터가 유사한지 살펴 보았다. 동적 영역에서의 검증을 위해 추가적으로 NASA 보고서를 확보하여 비행특성 자료를 정리하였고, 대상 기종의 속도 별 선형모델을 추출하여 비교 검증하였다. 저속과 고속영역 전반에 거쳐 값의 차이는 존재했지만 경향성은 유사함을 확인할 수 있었으며, 개발 대상 모델의 경우 세로 / 가로축에 대해 비행특성을 확인하여 일반 헬리콥터의 운동 특성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구의 대상기종인 OH-6A 헬리콥터 운동 모델링을 통해 500MD와 같은 등급의 유인헬기 운동모델 개발로 무인화가 가능하다는 것을 제시하였다.