Transcript UAV 활용
기상 관측용 UAV 컴퓨터 응용과학부 20031248 김종화 담당교수 – 김정배 교수님 목 차 연구목적 UAV 정의 UAV 역사 UAV 분류 UAV 민간활용분야 - 기상관측적 측면 전익기 날개이론 자율비행하기 기상측정하기 전익기의 임무 기상데이터 생산 및 전송 현재진행형…두루미 결론 앞으로의 과제 연구목적 •예전 UAV 와의 접촉 • UAV의 관심 • 좀더 자세히 알고 싶다 UAV 정의 무인항공기 Unmanned Aerial Vehicle 일반적으로 조종사가 없이 사전에 입력된 프로그램에 따라 자율비행하는 비행체를 말한다. UAV 역사 1910년대 (1차대전) 미국등에서 정찰용 무인항공기의 필요성을 인식하고 연구를 시작 1950년대 (한국전쟁) 미군이 정찰 목적으로 무인항공기를 사용 1970년대 (중동전쟁) 이스라엘이 세계 최초로 Decoy와 감시용 무인항공기 를 개발사용 -공대지용 무인기로 아랍의 SA-6제압, SAM기지 및 지상 전차에 유도탄 공격 유도 - 전자전 무인기로 적 지대공 유도탄 레이더 방해. 1990년대 초 (걸프전) 미 해군이 전함 미주리호와 위스콘신호 함상에서 Pioneer 전개, 151소티 520시간(평균3.44시간) 비행함으로써 그 운용의 효과가 다시 한번 입증됨. 1998년 영국 육군 Marconi phoenix UAV를 공식 군용 장비로 투입을 시작, 영국에서 무인항공기의 주 운용부대는 포병이다. 현재 미국에만 약 155가지 종류의 무인항공기가 개발되었거나 개발 되고 있고, 프랑스, 독일 등 유럽국가들과 이스라엘, 한국 등에서 개발 완료되어 실전에 활용하고 있다. UAV 분류 형태별 고정익형 회전익형 수직이착륙형 UAV 분류 크기별 초소형 소 형 중 형 대 형 UAV 분류 체공별 (단위 : 시간) 단기체공(1이하) 중기체공(1-12) 장기체공(12이 상) 고도별 성능별 (단위 : Km) (단위 : Km) 저고도(3이하) 중고도(3-10) 고고도(10이상) 기능별 근거리(50이하) 관측,탐사 단거리(50-200) 정찰,감시 중거리(200-500) 전투,표적 장거리(500이상) 기타 UAV 민간활용분야 원격탐사 통신중계 환경감시 기타 환경감시 원격탐사 기타활용 통신중계 * 지구의 온난화에 대한 각국의 관심증대 수요및 기하급수적 증가 * 정보, 위성 -통신의 본체 개발 발사에 많은 비용* 국경감시 * 효과적으로 감시하기 위한 수단 필요 *정보를 저궤도적시에 위성은받아 수명이 고가 볼 수짧고 없는 단점 * 군사용 유인 정찰기를 개조하여 사용 * 산불감시 * 무인항공기 통신위성의 역할을 가격 기대 무인기- 위성에 비하여 저렴한 무인항공기가 이에 대한 대체 수단으로 위험지역 정찰 * 미래의 이동 정보통신 원하는 정보를 적시에 중계기의 받아 볼 수역할 있음* 활용될 전망이다. 향후 위성을 상당부분 대체할 것임 재난구조활동 지원 등 기상관측적 측면 우리나라의 특징 : 3면이 바다 UAV 전익 기 국지성 악기상 증 가 관측소가 아무리 많아도, 슈퍼컴퓨 터를 보유하더라 도 국지성기상 예 상하기 힘든 상황 스스로 테이터 수 집 가능한 비행체 의 필요성 연안에서 24시간 데이터 수집 필요 전익기 정의 꼬리 날개가 없는 항공기 가운데 감각 날개 또는 후퇴익 을 가지며 날개 속에 승무원을 수용하는 설비를 만들었 기 때문에 날개만 있고 동체가 없는 것처럼 보이는 항공 기 UAV + 전익기 기존의 전익기 형태에 무인비행체를 접목시킨 UAV 전 익기 승무원 없음, 높은 효률, 날개의 중요성, 적은 동력, 태 양전지등을 이용한 24시간 비행가능. 날개이론 전익기의 무게 중심 날개의 뒷전부근이 수평미익에 해당. 따라서 이 부분을 미익 으로 환산하여 추정하여 계산해 보고, 다시 수차례 CG를 옮 겨가면서 비행을 해 본 결과 MAC의 10~12% 위치에 CG 가 잡힘. 물론 이 수치는 익형과 날개의 형태에 따라 조금씩 달라질 수 있습니다. MAC CG 날개단면의 평균익현(평균익폭) Mean Aerodynamic Chord 무게중심 (center of gravity) 날개이론 날개의 위치 * 무게중심보다 높은 위치에 날개(고익기 : High Wing) =>안 정성 높음 * 낮은 위치에 날개를 두는 것(저익기 : Low Wing) => 안정성 감소 양력계수와 속도는 반비례 관계에 있는데 저속에서는 양력계수 가 크고 안정성에 대한 기여도가 높지만, 속도가 빨라질 수록 양 력계수는 낮아지고 기여도가 줄어들어 날개위치의 영향은 무시 할 만하다. (공식) Tip L: 양력 (lb), CL : 양력계수, ρ: 밀도 (slug/ft3), V: 속도 (ft/sec), S: 날개면적 (ft2) 자율비행하기 상공 10Km 이상 올라 가면 날씨가 항상 맑음 처음 이륙할때 많은 에 너지를 이용함 10Km 이상의 고도에서 는 정상류를 이용한 최 소 에너지로 비행가능 주간 - 날개윗변의 태양 전지를 이용해서 충전비 행 야간- 낮에 충전해둔 태양열을 이용하여 비행하면서 에너 지가 떨어지면 공기 저항으로 떠 있으면서 서서히 하강 하 여 6~7Km지점까지 하강하여 다시 아침에 해가 뜨면 태양 열을 충전하여 다시 10Km지점까지 올라가서 상공을 날아 다님으로 24시간 비행가능 기상측정하기 정보수집 기존의 라디오존데 방식을 변형하여 UAV에 적용하 여 기상상태를 읽어 들여 온도, 압력, 습도등을 지상 에 전파해야 함. 라디오 존데란 * 대기 상층의 기상(기압, 온도, 습도 등)을 관측하여 지상에 송신하는 측정장치. * 기구에 장치한 기압계, 온도계, 습도계 등으로 측 정한 기상상태를 소형의 무선발신기를 통해 발신한 다. UAV 전익기의 임무 UAV 전익기 Gyroscope를 이용한 자율비행 지상관리통제소 GPS 정보를 이용해 서자 동 위치제어, 수정 기상데이터 생산 및 전송 현재진행형…두루미…하지만 현재 한국우주과학연구소에서 2004년에 날씨를 읽는 ‘두루미’라는 무인항공기를 개발되어 비행에 성공 하였다. 이 비행은 시험비행이었지만 주업무가 될 기상관측적측면에서는 기상관측 센서를 활용하여, 대기 중의 온도 습도 압력 풍향 풍속 등 을 측정하는데 성공 하였다. 날개 길이 3.2m, 동체길이 1.8m, 무게 15kg으로 소형가솔린 엔진 의 도움으로 하늘을 난다. 6리터의 연료로 최고 24시간 동안 비행이 가능하다. 하지만 예산부족으로 그 이후 계발이 중단되었다고 한다. 최근 두루미의 기본 기술을 가지고 다른 프로젝트 준비중에 있음. 결론 * ‘두루미’는 전익기 형태가 아닌 일반 무인항공기 * 두루미의 기본 기술을 전익기에 접목시켜 더 효율이 좋은 무인비행체를 만들 수 있을 것이다. * 아직 다른 UAV 형태의 무인비행기는 각 분야에서 많이 사 용되고 있음 * 전익기 모양을 이용한 무인비행기는 실현되지 않고 있음 * 두루미의 전익기화가 필요 그러기 위해서는… 앞으로의 과제 두루미의 기본기술을 전익기에 장착, 응용하기 현재 두루미 * 날개길이 3.2m, * 동체길이 1.8m, * 무게 15kg * 소형가솔린엔진 6리터 연료로 24시간 비행가능 * 그외 기상 관측장치 미래 두루미 * 비행기 윙폭 8m 이상 * 무게 10Kg 이상 * 연료 태양전지 (모터를 돌릴정도전류생산가능해야함) *브러쉬리스 모터 (60W) (추력좋고 반영구적수명) 그외 리튬베터리(충전식), 충전장치, GPS송수신 장치, 존데, CPU, 자이로스콥(전자나침반) 등과 기상관측장치