• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제16권4호
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• pp.614-623
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• 2015

When the speed of a coaxial rotor helicopter in forward flight increases, the wake skew angle of the rotor increases and consequently the position of the vena contracta of the upper rotor with respect to the lower rotor changes. Considering ambient air and the effect of the upper rotor, this study proposes a nonuniform inflow model for the lower rotor of a coaxial rotor helicopter in forward flight. The total required power of the coaxial rotor system was compared against Dingeldein's experimental data, and the results of the proposed model were well matched. A plant model was also developed from first principles for flight simulation, unknown parameter estimation and control analysis. The coaxial rotor helicopter used for this study was manufactured for surveillance and reconnaissance and does not have any stabilizer bar. Therefore, a feedback controller was included during flight test and parameter estimation to overcome unstable situations. Predicted responses of parameter estimation and validation show good agreement with experimental data. Therefore, the methodology described in this paper can be used to develop numerical plant model, study non-uniform inflow model, conduct performance analysis and parameter estimation of coaxial rotor as well as other rotorcrafts in forward flight.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제13권2호
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• pp.101-107
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• 2007

A coaxial rotor flying robot is developed for surveying and reconnoitering various circumstances under calamity environment. The robot has two contrarotating rotors on a common axis, an embedded microcontroller, an IMU(Inertial Measurement Unit), an IR sensor for height control, a micro camera for surveillance, ultrasonic position sensors and wireless communication devices. A bell-bar mounted on the top of the upper rotor hub increases stability and improves flight performance. In this paper, we present a dynamic model of a coaxial rotor flying robot and design an embedded controller far the robot, and implement them to control the developed flying robot. Experimental results show that the proposed controller is valid for autonomous hovering and position control.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제23권4호
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• pp.311-318
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• 2020

This study investigates the performance and blade airloads for a rigid coaxial rotor of high-speed compound unmanned rotorcrafts. The present compound unmanned rotorcraft uses not only a rigid coaxial rotor, but also wings and propellers for high-speed flights. For the rigid coaxial rotor in this work, CAMRAD II, a rotorcraft comprehensive analysis code, is used to study the performance at a flight speed of up to 250 knots and blade section lift forces at 230 knots. As the flight speed increases, the rotor power decreases; however, the power of propellers increases to overcome the drag force of a rotorcraft in high-speed flight. The effective lift-to-drag ratio of a rotor has the maximum value of about 11.6 which is much higher than the value of the conventional helicopter. The blade section lift forces of the upper and lower rotors at 230 knots show the similar variation trends for one rotor revolution, and the impulses because of the aerodynamic interaction between both rotors are observed.

• 한국항공운항학회지
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• 제22권3호
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• pp.60-67
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• 2014

Technical history of VTOL aircraft is examined from the early helicopter appearance to recent experimental rotorcraft in order to distinguish the core issues of those aircraft. Performance and technological challenges of some VTOL aircraft such as tilt rotor, convertiplane, gyroplane, and coaxial helicopter are discussed. As a new generation high performance rotorcraft, Sikorsky X2 is intensively investigated. Considering the developmental history of X2, the autorotational ability at high speed is recognized as a core technology. Analytic method of autorotation and some results are shown and presents research subjects related to the future Korean high performance rotorcraft.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권1호
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• pp.154-164
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• 2017

This work conducts a validation study for the XH-59A helicopter using a rigid coaxial rotor system in order to establish the techniques of the conceptual design and performance analysis for the lift-offset compound rotorcraft. As a tool for conceptual design and performance analysis, NDARC (NASA Design and Analysis of Rotorcraft) is used for the present study. An assumed mission profile is considered for the conceptual design of the XH-59A. As a validation result of the design, the dimensions and weight of the XH-59A are appropriately designed when compared to the target values since the relative error is less than 0.5%. Then, performance analyses are conducted for the designed XH-59A model with and without auxiliary propulsion in hover and forward flight conditions. The present analyses show good validity since the prediction results compare well with both the flight test and previous analyses. Therefore, the techniques for the conceptual design and performance analysis of the lift-offset compound helicopter are overall considered to be appropriately established. In addition, this study investigates the influence of the lift-offset on the rotor effective lift-to-drag ratio of the XH-59A helicopter with auxiliary propulsion. As a result, the improvement of the rotor effective lift-to-drag ratio can be obtained by appropriately increasing the lift-offset in high-speed flight.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권10호
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• pp.975-983
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• 2009

본 논문은 동축반전 로터 블레이드의 성능 특성 파악을 위한 선행연구로서, 단일 로터 블레이드에 대한 공력 데이터 획득 및 성능 특성을 확인하기 위한 연구에 중점을 두었다. 이를 위해 제자리 비행 상태에서 추력과 토크의 측정이 가능한 소형 로터 블레이드용 회전 시험장치를 구성하고 제작하였다. 로터 회전 시험장치는 회전장치부, 센서부, 그리고 데이터 획득 시스템으로 구성되었으며, 고정된 회전속도에서 콜렉티브 피치각을 변화시키면서 추력과 토크를 측정할 수 있도록 하였다. 이를 통하여 저 레이놀즈 수 ($Re{\approx}3{\times}10^5$) 영역에서 운용되는 단일 로터의 제자리 비행 성능 시험을 수행하였고 소형 로터 블레이드의 제자리 비행 성능을 획득하여 로터 회전 시험장치의 성능을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권12호
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• pp.997-1004
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• 2020

Synchropter는 서로 경사진 한 쌍의 회전날개가 동조 교차 회전하는 회전익 항공기의 일종으로 동축반전 헬리콥터와 마찬가지로 꼬리 회전날개를 제거할 수 있어서 효율적이며 간결한 형태의 비행체 구성이 가능하다. 드론 체계로서의 적합성을 검토하기 위하여 소형 Synchropter를 설계, 제작하여 비행시험을 수행하였다. 설계한 Synchropter는 로터 직경이 1.4m이며 중량이 7kg인 소형비행체로서 효율적으로 비행 특성을 확인하기 위하여 상용부품 기반으로 제작하였다. 비행 제어 시스템은 Open Architecture인 Pixhawk를 기반으로 구성하였으며, Sychropter 제어법칙을 PX4 펌웨어에 탑재할 수 있도록 개발하였다. 정성적 비행시험을 통해 Synchropter의 비행 특성을 분석하였으며, 분석 결과, 드론 체계로서의 활용 가능성을 파악할 수 있었다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제24권4호
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• pp.357-367
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• 2021

This paper studies the simulations of active airframe vibration controls for the Sikorsky X2 helicopter with a lift-offset coaxial rotor. The 4P hub vibratory loads of the X2TD rotor are obtained from the previous work using a rotorcraft comprehensive analysis code, CAMRAD II. The finite element analysis software, MSC.NASTRAN, is used to model the structural dynamics of the X2TD airframe and to analyze the 4P vibration responses of the airframe. A simulation study using Active Vibration Control System(AVCS) with Fx-LMS algorithm to reduce the airframe vibrations is conducted. The present AVCS is modeled using MATLAB Simulink. When AVCS is applied to the X2TD airframe at 250 knots, the 4P longitudinal and vertical vibration responses at the specified airframe positions, such as the pilot seat, co-pilot seat, engine deck, and prop gearbox, are reduced by 30.65 ~ 94.12 %.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권1호
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• pp.75-84
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• 2021

저자는 이전 두 편의 논문[1,2]을 통하여 미국과 유럽의 헬리콥터/회전익 개발에 대한 현황을 발표하였다. 그러나, 최근 세계적으로 진행되고 있는 차세대 회전익의 개발은, 이제까지 전통적으로 사용되었던 헬리콥터의 단점을 보완하는 새로운 형상(틸트 로터, 동축반전, 복합형)의 회전익 수직 이착륙기들이 나타나고 있다. 이러한 새로운 형상의 회전익 개발을 위해서는, 이제까지 전통적인 헬리콥터 개발에 사용되었던 기본개념설계/통합해석 프로그램을 한 단계 업그레이드한 새로운 설계/해석 프로그램이 필요하다. 미국과 유럽에서는 이미 반세기 이상 자체 축적되었던 기술 및 데이터 베이스를 이용하여 새로운 개발 프로그램들이 만들어지고 있다. 국내에서도 지난 20여 년간 헬리콥터와 다양한 형상의 회전익 개발이 이루어지면서 국내 연구진들에 의해 요소기술(공력, 구조해석 및 동역학, 비행역학, 소음해석 등 분야)들이 개발되었고 여전히 진행 중이다. 이들 개발된 요소기술들의 성숙도는 해외 선진국에 상응하는 정도이다. 본 논문에서는 미국/유럽에서 사용되고 있는 차세대 회전익 개발에 사용되는 기본개념설계/통합해석 프로그램들에 대한 장/단점들을 요약해 보고, 또한 앞에서 언급한 국내 연구진들에 의해 축적된 기술들에 대한 평가와, 이들을 통합하여 우리자체의 기본개념설계/통합해석 프로그램을 개발하는 가능성과 문제점들을 조사해 보았다.