In the Smart UAV Development Program, one of the 21c Frontier R&D Program, the tiltrotor has been studied as the concept of vehicle. The tiltrortor aircraft take-off and land in rotary wing mode like conventional helicopter, and cruise in fixed wing mode like conventional propeller airplane. For the conversion of the flight mode from helicopter to airplane, the nacelle located at wing tip has to be tilted from about 90 degrees of helicopter mode to about 0 degree of airplane mode. In this study, the aerodynamic characteristics of the wing with tilted nacelle is investigated using computation fluid dynamics technique. In order to feature out aerodynamic interferences between wing and nacelle, the flow calculations are conducted for the wing and the nacelle separately and for the combined geometry of wing and nacelle, respectively. Through this computations, not only the aerodynamic data-base for the wing-nacelle is constructed but also its contribution to the configuration design of the wing-nacelle is anticipated.
Unmanned aerial vehicles (UAVs) that have been recently commercialized can largely be divided into fixed-wing aircraft and rotor aircraft by their styles and flight characteristics. Although the fixed-wing aircraft represents higher power efficiency, higher speed, longer flight distance and larger loading weight than the rotor aircraft, they have a disadvantage of requiring a space for take-off and landing. On the other hand, the rotor aircraft can implement vertical take-off and landing (VTOL) and represents various flight modes (hovering, steep bank turns and low-speed flights). But they require both precision take-off control and attitude control. In this study, we used a quad-tilt rotor UAV to combine advantages in both the fixed-wing aircraft and the rotor aircraft. The quad-tilt rotor (QTR) system was designed and constructed by adding a tilt device with a servo motor to a general quad-rotor vehicle.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.7
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pp.557-564
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2021
This paper describes an automatic landing approach algorithm for fixed-wing UAVs using waypoint guidance. The proposed algorithm utilizes simple 2D Dubin's vehicle pre-simulations in planning the waypoints for landing approach. The remaining time to reach the runway is also estimated in the pre-simulation, and it is used for altitude control. The performance of the designed algorithm was verified by simulations and flight tests.
Recent technological advance in UAV (Unmanned Aerial Vehicle) technology offers new opportunities for assessing crop situation using UAV imagery. The objective of this study was to assess if reflectance and NDVI derived from consumer-grade cameras mounted on UAVs are useful for crop condition monitoring. This study was conducted using a fixed-wing UAV(Ebee) with Cannon S110 camera from March 2015 to March 2016 in the experiment field of National Institute of Agricultural Sciences. Results were compared with ground-based recordings obtained from consumer-grade cameras and ground multi-spectral sensors. The relationship between raw digital numbers (DNs) of UAV images and measured calibration tarp reflectance was quadratic. Surface (lawn grass, stairs, and soybean cultivation area) reflectance obtained from UAV images was not similar to reflectance measured by ground-based sensors. But NDVI based on UAV imagery was similar to NDVI calculated by ground-based sensors.
Jung, Ji In;Hong, Sung Tae;Kim, Seungkeun;Suk, Jinyoung
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.1
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pp.31-39
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2013
A Quad Tilt Wing UAV is a new concept hybrid UAV having the advantages of both fixed-wing and rotary-wing aircraft. This paper presents longitudinal flight dynamic characteristics of a Quad Tilt Wing UAV. The designed Quad Tilt Wing UAV is a configuration of a tandem wing type aircraft with an actuating motor and propeller mounted at each wing. Momentum theory is used to calculate the thrust, and nonlinear modeling is performed considering lift and drag generated by slip stream effect of propellers. Also, Force and moment variation at each tilting angle is considered. Static trim on longitudinal axis is analyzed via numerical simulation. Componentwise force contribution was analyzed at each trim mode. Dynamic characteristics were evaluated through eigenvalue analysis for a linear model at each flight mode. It is verified that longitudinal dynamic characteristics are changing from unstable to stable state by continuous transition of dominant poles.
This study performed an on-site demonstration of the topographic surveying technique at a large-scale open-pit limestone mine in Korea using a fixed-wing unmanned aerial vehicle (UAV, Drone, SenseFly eBee). 288 sheets of aerial photos were taken by an automatic flight for 30 minutes under conditions of 300 m altitude and 12 m/s speed. Except for 37 aerial photos in which no keypoint was detected, 251 aerial photos were utilized for data processing including correction and matching, then an orthomosaic image and digital surface model with 7 cm grid spacing could be generated. A comparison of the X, Y, Z-coordinates of 4 ground control points measured by differential global positioning system and those determined by fixed-wing UAV photogrammetry revealed that the root mean squared errors were around 15 cm. Because the fixed-wing UAV has relatively longer flight time and larger coverage area than rotary-wing UAVs, it can be effectively utilized in large-scale open-pit mines as a topographic surveying tool.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.7
no.3
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pp.38-44
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2003
In this study, a performance model of the smart UAV propulsion system with ducts, tip jets and variable main nozzle, which has flight capability of the rotary wing mode for the take-off/landing and low speed forward flight as well as the fixed wing mode for high speed forward flight, has been newly developed With the proposed model, steady-state performance analysis was performed at various flight modes such as rotary wing mode, fixed wing mode, compound ing mode and altitude as well as at flight speed conditions. In investigation of performance analysis. it was noted that the operational capability of the propulsion system was limited due to the duct losses depending on each flight mode, and the limitation with the altitude variation case had much greater than that with the flight speed variation case.
The Damage Tolerant Design is developed to help alleviate structural failure and cracking problems in aerospace structures. Recently, the Damage Tolerant Design is required and recommended for most of aircraft design. In this paper, the damage tolerant design is applied to tilt rotor UAV. First of all, the fatigue load spectrum for the tilt rotor UAV is developed and fatigue analysis is performed for the flaperon joint which has FCL (fatigue critical location). Tilt rotor UAV has two modes: helicopter mode when UAV is taking off and landing; fixed wing mode when the tilt rotor UAV is cruising. To make fatigue load spectrum, FELIX is used for helicopter mode. TWIST is used for fixed wing mode. Fatigue analysis of flaperon joint is performed using fatigue load spectrum. E-N curve approach is used for picking crack initiation point. The LEFM(Linear Elastic Fracture Method) is considered for analyzing crack growth or propagation. Finally, including the crack initiation and propagation, the fatigue life is evaluated. Therefore the Damage Tolerant Design can be done.
Lee, In Su;Lee, Jae One;Kim, Su Jeong;Hong, Soon Heon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.6
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pp.2593-2600
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2013
The main purpose of this study is to carry out the performance evaluation of Ultra-light Fixed Wing UAV(Unmanned Aerial Vehicle) photogrammetry which is being, currently, applied for various fields such as cultural assets, accident survey, military reconnaissance work, and disaster management at home and abroad. Firstly, RMSE estimation of Aerial Triangulation (AT) are within approximately 0.10 cm in position (X, Y). And through the comparison of parcel's boundary points coordinates by terrestrial surveying and by UAV photogrammetry, the analysis shows that RMSE are shifted approximately 0.174~0.205 m in X-direction, 0.294~0.298 m in Y-direction respectively. Lastly, parcel's area by orthophoto of UAV photogrammetry and by that of cadastre register has been shown the difference by 0.118 m2. The results presented in this study is just one case study of orthophoto accuracy assessment of Ultra-light fixed wing UAV photogrammetry, hereafter various researches such as AT, direct-georeferencing, flight planning, practical applications, etc. should be necessary continuously.
Kim, Dong-Gyun;Lee, Byoungjin;Lee, Young Jae;Sung, Sangkyung
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.9
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pp.759-765
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2016
This paper presents the principle, dynamics modeling and control, hardware implementation, and flight test result of a hybrid-type unmanned aerial vehicle (UAV). The proposed UAV was designed to provide both hovering and fixed-wing type aerodynamic flight modes. The UAV's flight mode transition was achieved through the attitude transformation in pitch axis, which avoids a complex rotor tilt mechanism from a structural and control viewpoint. To achieve this, a different navigation coordinate was introduced that avoids the gimbal lock in pitch singularity point. Attitude and guidance control algorithms were developed for the flight control system. For flight test purposes, a quadrotor attached with a tailless fixed-wing structure was manufactured. An onboard flight control computer was designed to realize the navigation and control algorithms and the UAV's performance was verified through the outdoor flight tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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