삼중 덕티드 팬 비행체 운동모델링 및 리아푸노프 제어를 이용한 안정화

Abstract

로터를 이용한 무인비행체는 노출된 블레이드로 운용 시 위험이 따른다. 반면 덕티드 팬은 블레이드 주위를 덕트로 감싸 위험요소를 줄여주고, 동일 동력 하중을 사용한 로터보다 향상된 추력성능을 보인다. 본 논문에서는 덕티드 팬의 장점을 적용하고자 세 개의 덕티드 팬으로 구성된 삼중 덕티드 팬 비행체 형상을 제안한다. 크기가 동일한 두 개의 덕티드 팬과, 크기가 다른 한 개의 덕티드 팬으로 구성되며 3개의 덕티드 팬 중 하나는 추력 방향 조절을 통해 신속한 자세 제어가 가능하다. 삼중 덕티드 팬 비행체의 운동방정식을 유도 하였고, 리아푸노프 함수를 적용하여 시스템을 안정하게 하는 제어 입력을 도출 하였다. 그리고 비행체 초기모델의 파라미터를 적용하여 비선형 모델 시뮬레이션을 통해 안정한 자세각이 출력됨을 확인하고 결과를 분석하였다.

Because of the exposed blade, the UAV using the rotors entail the risks during operation. While a wrapped duct around the fan blades reduces risks, it is a higher thrust performance than the same power load rotor. In this paper, for applying advantages of a ducted fan, the tri-ducted fan air vehicle configuration is proposed. The vehicle has three ducted fans. Two of them are the same shape and size and the third one is the smaller. It is possible to control a rapid attitude stability using thrust vector control. The equations of motion of the tri-ducted fan were derived. Lyapunov control input was applied to the system and stable inputs were derived. A nonlinear simulation was fulfilled by using parameters of a prototype vehicle. It verified a stable attitude and analyzed results.