자기 부상 비접촉식 밸런스를 활용한 효율적인 초소형 비행체의 시스템 식별 방법론

Abstract

최근 여러 분야에서 무인비행체의 활용 가능성이 점점 증가하고 있는 추세이다. 이동성이 좋고 유인 비행기에 비해 상대적으로 저렴한 가격 때문에 다양한 목적으로 사용하기에 적합하다. 그중 초소형 비행체의 경우 특수한 목적으로 유용하게 사용될 수 있는데 특히 크기가 매우 작기 때문에 정찰 임무를 수행하기에 알맞다. 한편 초소형 비행체가 주어진 임무를 성공적으로 수행하기 위해서는 자동비행 시스템이 적용되어야만 할 것이다. 그리고 이를 위해서는 초소형 비행체의 동적 특성이 매우 잘 분석되어야 할 것이다. 하지만 초소형 비행체는 크기가 매우 작고 운용 레이놀즈수 범위가 매우 낮기 때문에 이에 작용하는 공력을 측정하는 것은 매우 어렵다. 이러한 어려움을 해결하는데 자기 부상 비접촉식 밸런스가 유용하게 사용될 수 있을 것이다. 자기 부상 비접촉식 밸런스를 이용하면 지지장치의 간섭현상 없이 매우 낮은 레이놀스수에서 초소형 비행체에 작용하는 공력을 측정하는 것이 가능하다. 게다가 자기 부상 비접촉식 밸런스는 초소형 비행체의 자유도를 조절하는 것이 가능하기 때문에 이러한 기능을 사용하면 풍동실험을 통해 비행시험을 대체하는 것이 가능하다. 본 연구에서는 자기 부상 비접촉식 밸런스를 활용하여 다양한 받음각 및 엘리베이터 조종각에 대해 초소형 비행체 모델에 작용하는 공력을 측정하였다. 이를 통해 초소형 비행체 모델의 운동방정식을 구하였고, 이를 이용하여 초소형 비행체의 고도 고정을 위한 비례-미분 제어기를 설계하였다. 최종적으로 풍동실험을 수행하면서 초소형 비행체의 고도 방향 구속력을 풀어주었고 설계된 초소형 비행체 모델의 고도 고정 제어기를 통해 초소형 비행체 모델의 고도를 고정하는데 성공하였다.