KR102734739B1 - Airspeed estimation method and apparatus using propeller performance analysis method - Google Patents
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Abstract
프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법은, 프로펠러 추진방식의 비행체와 연관되어, 프로펠러 등가 공력 데이터로서, 등가 양력계수와 등가 항력계수를 계산하는 단계; 상기 등가 양력계수와 상기 등가 항력계수 각각을, 받음각의 함수인 등가 양력계수 다항식 및 등가 항력계수 다항식으로 작성하는 단계; 및 상기 등가 양력계수 다항식 및 상기 등가 항력계수 다항식을 이용하여, 상기 비행체의 입력 축동력 계수에 해당하는 전진비를 찾음으로써, 상기 비행체의 비행중 대기속도를 추정하는 단계를 포함한다.A method and device for estimating airspeed using a propeller performance analysis method are disclosed. According to an embodiment of the present invention, a method for estimating airspeed using a propeller performance analysis method includes, in connection with a propeller-propelled aircraft, a step of calculating an equivalent lift coefficient and an equivalent drag coefficient as propeller equivalent aerodynamic data; a step of writing each of the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient as an equivalent lift coefficient polynomial and an equivalent drag coefficient polynomial, which are functions of an angle of attack; and a step of finding an advance ratio corresponding to an input shaft power coefficient of the aircraft using the equivalent lift coefficient polynomial and the equivalent drag coefficient polynomial, thereby estimating an airspeed during flight of the aircraft.
Description
본 발명은, 전기모터에 연결된 프로펠러 추진 방식의 비행체에서 프로펠러 관련 센싱값을 이용하여 비행중의 대기속도를 추정하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and device for estimating airspeed using a propeller performance analysis method, which estimates airspeed during flight using propeller-related sensing values in a propeller-propelled aircraft connected to an electric motor.
대기속도(air speed)는, 항공기 조종에 가장 중요한 변수 중 하나이다.Air speed is one of the most important variables in aircraft control.
항공기 장착용으로 판매되는 기존의 대기속도 측정 장치는, 피토-정압(Pitot-static) 방식을 사용하고 있다.Existing airspeed measuring devices sold for aircraft installation use the Pitot-static method.
대기속도 측정에서의 결함은, 잘못된 조종 입력으로 이어져 비행 안전에 심각한 결과를 초래하므로, 항공기는 신뢰할 수 있는 다수의 대기속도 측정 장치를 갖추고 있어야 한다.Because deficiencies in airspeed measurements can lead to erroneous pilot inputs and have serious consequences for flight safety, aircraft must be equipped with multiple reliable airspeed measurement devices.
기존의 피토-정압 방식을 이용한 대기속도 측정 장치는, 외부로 돌출된 피토 튜브를 사용하므로, 결빙이나 물, 습기, 이물질 등에 의해 피토 튜브가 막히는 고장이 발생할 수 있다.Conventional airspeed measuring devices using the pitot-static method use pitot tubes that protrude externally, so failures may occur when the pitot tubes become blocked by ice, water, moisture, foreign substances, etc.
과거 항공기 사고 사례에는, 피토-정압 방식을 이용한 대기속도 측정 장치의 피토 튜브가 막히는 고장으로 인해 발생한 사고가 다수 발표되고 있다.In past aircraft accident cases, many accidents have been reported as being caused by the failure of the pitot tube of an airspeed measuring device using the pitot-static method.
피토 튜브의 고장을 염려하여, 대기 속도 측정 장치를 이중화 또는 삼중화하는 방식이 있으나, 이러한 다중화 방식은, 하드웨어 추가로 인한 무게와 비용을 증가시킨다.Due to concerns about pitot tube failure, there are methods to duplicate or triple the airspeed measuring device, but this redundancy method increases the weight and cost due to the additional hardware.
또한, 대기속도 측정 장치를, 다중화하는 방식은, 대기속도 측정 장치들이 동시에 고장나는 사례를 막을 수 없다는 단점을 가지고 있다.In addition, the method of multiplexing airspeed measuring devices has the disadvantage of not being able to prevent cases where airspeed measuring devices fail simultaneously.
기존의 피토-정압 방식을 이용한 대기속도 측정 장치는, 대기속도가 약 50 km/h 이하에서는 오차가 급격하게 커져, 대기속도의 측정이 정상적으로 이루어지지 않는 문제를 가지고 있다.Existing airspeed measuring devices using the pitot-static pressure method have a problem in that the error increases rapidly when the airspeed is below about 50 km/h, making it difficult to measure airspeed properly.
이러한 기존의 피토-정압 방식을 이용한 대기속도 측정 장치가 갖는 문제들은, 제품별로 최소 측정 가능 속도 값에서 약간의 차이는 있으나, 압력센서의 측정 범위 문제이기 때문에 피할 수 없다.The problems with these existing airspeed measuring devices using the pitot-static method cannot be avoided because they are problems with the measurement range of the pressure sensor, although there are slight differences in the minimum measurable speed values depending on the product.
따라서, 기존의 대기속도 측정장치의 피토 튜브와 같은 하드웨어를 사용하지 않고, 프로펠러 성능해석 방법을 이용하여 대기속도를 추정하는 새로운 대기속도 추정 모델의 등장이 절실히 요구된다.Therefore, there is an urgent need for a new airspeed estimation model that estimates airspeed using a propeller performance analysis method without using hardware such as a pitot tube of existing airspeed measuring devices.
본 발명의 실시예는, 전기모터에 연결된 프로펠러로 추진하는 방식의 비행체에서, 프로펠러와 관련되는 다양한 데이터를 이용하여 대기속도를 추정하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법 및 장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.An embodiment of the present invention aims to provide a method and device for estimating airspeed using a propeller performance analysis method, which estimates airspeed using various data related to a propeller in an aircraft propelled by a propeller connected to an electric motor.
또한, 본 실시예의 목적은, 프로펠러 성능해석 방법을 이용하여 대기속도를 예측하고 있어, 기존의 피토-정압 방식의 대기속도 측정 장치와는 독립성을 갖고 있으므로, 같이 사용하는 경우에 대기속도 측정 장치의 신뢰도를 높이고, 하드웨어의 추가가 없으므로 중량과 비용 절감에 기여하는 데에 있다.In addition, the purpose of this embodiment is to predict airspeed using a propeller performance analysis method, so that it is independent from an existing pitot-static airspeed measuring device, and thus, when used together, the reliability of the airspeed measuring device is increased, and since there is no additional hardware, it contributes to weight and cost reduction.
또한, 본 실시예의 목적은, Primary 장비인 피토-정압 방식의 대기속도 측정 장치의 고장시 백업 기능을 하는 redundancy로 활용하는 데에 있다.In addition, the purpose of this embodiment is to utilize it as a redundancy that serves as a backup function in the event of a failure of the primary equipment, a pitot-static type airspeed measuring device.
또한, 본 실시예의 목적은, 0~50 km/h의 저속 범위에서도 오차가 커지지 않고 정확한 속도 예측을 할 수 있는 대기속도 추정 모델을 제공하는 데에 있다.In addition, the purpose of this embodiment is to provide an airspeed estimation model that can accurately predict speed without increasing error even in a low speed range of 0 to 50 km/h.
본 발명의 일실시예에 따른, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법은, 프로펠러 추진방식의 비행체와 연관되어, 프로펠러 등가 공력 데이터로서, 등가 양력계수와 등가 항력계수를 계산하는 단계; 상기 등가 양력계수와 상기 등가 항력계수 각각을, 받음각의 함수인 등가 양력계수 다항식 및 등가 항력계수 다항식으로 작성하는 단계; 및 상기 등가 양력계수 다항식 및 상기 등가 항력계수 다항식을 이용하여, 상기 비행체의 입력 축동력 계수에 해당하는 전진비를 찾음으로써, 상기 비행체의 비행중 대기속도를 추정하는 단계를 포함 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a method for estimating airspeed using a propeller performance analysis method may include the steps of: calculating an equivalent lift coefficient and an equivalent drag coefficient as propeller equivalent aerodynamic data in relation to a propeller-propelled aircraft; writing each of the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient as an equivalent lift coefficient polynomial and an equivalent drag coefficient polynomial, which are functions of an angle of attack; and estimating an airspeed during flight of the aircraft by finding an advance ratio corresponding to an input shaft power coefficient of the aircraft using the equivalent lift coefficient polynomial and the equivalent drag coefficient polynomial.
또한, 본 발명의 실시예에 따른, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 장치는, 프로펠러 추진방식의 비행체와 연관되어, 프로펠러 등가 공력 데이터로서, 등가 양력계수와 등가 항력계수를 계산하는 계산부; 상기 등가 양력계수와 상기 등가 항력계수 각각을, 받음각의 함수인 등가 양력계수 다항식 및 등가 항력계수 다항식으로 작성하는 작성부; 및 상기 등가 양력계수 다항식 및 상기 등가 항력계수 다항식을 이용하여, 상기 비행체의 입력 축동력 계수에 해당하는 전진비를 찾음으로써, 상기 비행체의 비행중 대기속도를 추정하는 처리부를 포함하여 구성할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, an airspeed estimation device using a propeller performance analysis method may be configured to include a calculation unit that calculates an equivalent lift coefficient and an equivalent drag coefficient as propeller equivalent aerodynamic data in connection with a propeller-propelled aircraft; a writing unit that writes each of the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient as an equivalent lift coefficient polynomial and an equivalent drag coefficient polynomial, which are functions of an angle of attack; and a processing unit that finds an advance ratio corresponding to an input shaft power coefficient of the aircraft using the equivalent lift coefficient polynomial and the equivalent drag coefficient polynomial, thereby estimating an airspeed during flight of the aircraft.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전기모터에 연결된 프로펠러로 추진하는 방식의 비행체에서, 프로펠러와 관련되는 다양한 데이터를 이용하여 대기속도를 추정하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법 및 장치를 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in an aircraft propelled by a propeller connected to an electric motor, an airspeed estimation method and device using a propeller performance analysis method for estimating airspeed using various data related to the propeller can be provided.
또한, 본 발명에 의해서는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용하여 대기속도를 예측하고 있어, 기존의 피토-정압 방식의 대기속도 측정 장치와는 독립성을 갖고 있으므로, 같이 사용하는 경우에 대기속도 측정 장치의 신뢰도를 높이고, 하드웨어의 추가가 없으므로 중량과 비용 절감에 기여할 수 있다.In addition, since the present invention predicts airspeed using a propeller performance analysis method, it is independent from the existing pitot-static pressure type airspeed measuring device, and thus, when used together, the reliability of the airspeed measuring device can be increased, and since there is no additional hardware, it can contribute to weight and cost reduction.
또한, 본 발명에 의해서는, Primary 장비인 피토-정압 방식의 대기속도 측정 장치의 고장시 백업 기능을 하는 redundancy로 활용할 수 있다.In addition, according to the present invention, it can be utilized as a redundancy that serves as a backup function in the event of a failure of the primary equipment, the pitot-static pressure type airspeed measuring device.
또한, 본 발명에 의해서는, 0~50 km/h의 저속 범위에서도 오차가 커지지 않고 정확한 속도 예측을 할 수 있는 대기속도 추정 모델을 제공할 수 있다.In addition, the present invention provides an airspeed estimation model capable of accurately predicting speed without increasing error even in a low-speed range of 0 to 50 km/h.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 프로펠러 추진 비행체의 구성 예시도이다.
도 3은 블레이드 단면에서의 힘과 속도를 설명하기 위한 도이다.
도 4는 블레이드 단면에서의 속도와 각도 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 5는 APC FF 4.2x4 프로펠러 외형을 예시하는 도이다.
도 6은 받음각과 등가 양력계수를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 7은 받음각과 등가 항력계수를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 8은 주어진 축동력(x축)에 대해 예측된 대기속도 결과(y축)를 보여주는 도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법을 도시한 흐름도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an airspeed estimation device using a propeller performance analysis method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an example of the configuration of a propeller-driven aircraft.
Figure 3 is a diagram explaining the force and speed at the blade cross section.
Figure 4 is a diagram to explain the relationship between speed and angle in the blade cross section.
Figure 5 is a drawing illustrating the external appearance of the APC FF 4.2x4 propeller.
Figure 6 is a graph comparing the angle of attack and the equivalent lift coefficient.
Figure 7 is a graph comparing the angle of attack and the equivalent drag coefficient.
Figure 8 shows the predicted airspeed results (y-axis) for a given shaft power (x-axis).
FIG. 9 is a flow chart illustrating an airspeed estimation method using a propeller performance analysis method according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, since various modifications may be made to the embodiments, the scope of the patent application rights is not limited or restricted by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents, or substitutes to the embodiments are included in the scope of the rights.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are for the purpose of description only and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but should be understood to not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and shall not be interpreted in an idealized or overly formal sense, unless expressly defined in this application.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when describing with reference to the attached drawings, the same components will be given the same reference numerals regardless of the drawing numbers, and redundant descriptions thereof will be omitted. When describing an embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an airspeed estimation device using a propeller performance analysis method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 장치(이하, '대기속도 추정 장치'로 약칭함)(100)는, 계산부(110), 작성부(120), 및 처리부(130)를 포함하여 구성할 수 있다.Referring to FIG. 1, an airspeed estimation device (hereinafter, abbreviated as 'airspeed estimation device') (100) using a propeller performance analysis method according to one embodiment of the present invention may be configured to include a calculation unit (110), a writing unit (120), and a processing unit (130).
우선, 계산부(110)는 프로펠러 추진방식의 비행체와 연관되어, 프로펠러 등가 공력 데이터로서, 등가 양력계수와 등가 항력계수를 계산한다. 즉, 계산부(110)는 프로펠러 기본형상 데이터와 프로펠러 성능 데이터를 이용하여, 상기 프로펠러에 가해지는 등가 양력계수와 등가 항력계수를 계산하는 역할을 할 수 있다.First, the calculation unit (110) is associated with a propeller-driven aircraft and calculates an equivalent lift coefficient and an equivalent drag coefficient as propeller equivalent aerodynamic data. That is, the calculation unit (110) can calculate an equivalent lift coefficient and an equivalent drag coefficient applied to the propeller by using propeller basic shape data and propeller performance data.
양력계수(lift coefficient)는 흐름 중에 놓여진 물체에 작용하는 힘의 흐름에 직각인 성분, 즉 양력을 무차원화한 것으로, 물체의 흐름에 평행한 단면형상, 물체와 흐름이 이루는 각도, 레이놀즈수, 마하수에 의해 정해질 수 있다.The lift coefficient is the dimensionless component of the force perpendicular to the flow acting on an object placed in a flow, i.e., lift. It can be determined by the cross-sectional shape of the object parallel to the flow, the angle between the object and the flow, the Reynolds number, and the Mach number.
항력계수(drag coefficient)는 흐름 속을 움직이는 물체가 흐름에서 받는 항력을 나타내는 계수로서, 흐름 속의 물체가 받는 저항을 수량화 할 때 사용되는 무차원 상수일 수 있다.The drag coefficient is a coefficient that represents the drag force received by an object moving in a flow. It can be a dimensionless constant used when quantifying the resistance received by an object in a flow.
등가 양력계수와 등가 항력계수의 계산에 있어, 계산부(110)는, 상기 프로펠러를 구성하는 블레이드의 블레이드 데이터를 읽을 수 있다.In calculating the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient, the calculation unit (110) can read blade data of the blades constituting the propeller.
예컨대, 계산부(110)는 프로펠러 지름 , 블레이드 수 , 블레이드의 위치에서 코드 , 및 블레이드 피치각 등의 프로펠러의 기본 형상 데이터를 읽을 수 있다.For example, the calculation unit (110) calculates the propeller diameter , number of blades , of the blade Code in location , and blade pitch angle The basic shape data of the propeller can be read.
또한, 계산부(110)는 상기 프로펠러의 프로펠러 성능 데이터를 읽을 수 있다.Additionally, the calculation unit (110) can read propeller performance data of the propeller.
예컨대, 계산부(110)는 초기 주어지는 전진비 , 추력계수 , 및 동력계수 등의 프로펠러 성능 데이터를 읽을 수 있다. 상기 추력계수 , 및 동력계수 는 풍동시험 또는 CFD 계산으로 구할 수 있다.For example, the calculation unit (110) is initially given a forward ratio , thrust coefficient , and power coefficient You can read the propeller performance data of the above thrust coefficient. , and power coefficient can be obtained through wind tunnel testing or CFD calculations.
또한, 계산부(110)는, 상기 블레이드 데이터와 상기 프로펠러 성능 데이터를 입력으로 하는 Newton-Rapson method에 의해, 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를 계산할 수 있다.In addition, the calculation unit (110) calculates the equivalent lift coefficient by the Newton-Rapson method using the blade data and the propeller performance data as inputs. and the equivalent drag coefficient can be calculated.
Newton-Rapson method은 n차 방정식의 실근이 인수분해나 근의 공식 등의 계산에 의하여 구해지지 않을 때, 해를 포함하는 구간 a≤x≤b를 한없이 작게 해 가면서 근삿값을 구하는 반복 해법일 수 있다.The Newton-Rapson method is an iterative solution method that finds approximate values by infinitely reducing the interval a≤x≤b that contains the solution when the real roots of an n-th order equation cannot be found by factoring or calculations such as the root formula.
계산부(110)는, [수식 1]를 만족하여 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를 계산할 수 있다.The calculation unit (110) satisfies [Formula 1] to obtain the equivalent lift coefficient. and the equivalent drag coefficient can be calculated.
[수식 1][Formula 1]
, ,
여기서, 은 'solidity' 이고, 는 'resultant relative velocity' 이며, 은 'rotation rate' 이고, 은 '프로펠러 반지름' 이며, 는 '무차원 길이' 이고, 는 'flow angle' 이며, 는 '추력 계수'이고, 는 '동력 계수' 이다.Here, is 'solidity', is the 'resultant relative velocity', is 'rotation rate', is the 'propeller radius', is a 'dimensionless length', is the 'flow angle', is the 'thrust coefficient', is the 'power coefficient'.
작성부(120)는 상기 등가 양력계수와 상기 등가 항력계수 각각을, 받음각의 함수인 등가 양력계수 다항식 및 등가 항력계수 다항식으로 작성한다. 즉, 작성부(120)는 계산된 등가 양력계수와 상기 등가 항력계수를, 받음각의 함수로 표현하여, 다항식으로 작성하는 역할을 할 수 있다.The writing unit (120) writes the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient as an equivalent lift coefficient polynomial and an equivalent drag coefficient polynomial, respectively, which are functions of the angle of attack. That is, the writing unit (120) can play a role of writing the calculated equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient as polynomials by expressing them as functions of the angle of attack.
받음각(angle of attack)은 비행기의 날개를 절단한 면의 기준선(시위선)과 기류가 이루는 각도를 지칭할 수 있다.The angle of attack can refer to the angle between the baseline (chord line) of the cut surface of the airplane's wing and the airflow.
작성부(120)는, [수식 2]를 만족하여, 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를, 상기 받음각 의 함수로 작성할 수 있다.The writing unit (120) satisfies [Formula 2] and the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient , the angle of reception can be written as a function of .
[수식 2][Formula 2]
처리부(130)는 상기 등가 양력계수 다항식 및 상기 등가 항력계수 다항식을 이용하여, 상기 비행체의 입력 축동력 계수에 해당하는 전진비를 찾음으로써, 상기 비행체의 비행중 대기속도를 추정한다. 즉, 처리부(130)는 상기 등가 양력계수 다항식 및 상기 등가 항력계수 다항식에 의한 상기 비행체의 전진비를 연산하고, 연산된 전진비에 의해 비행체의 대기속도를 추정하는 역할을 할 수 있다.The processing unit (130) estimates the airspeed of the aircraft during flight by finding the advance ratio corresponding to the input shaft power coefficient of the aircraft using the equivalent lift coefficient polynomial and the equivalent drag coefficient polynomial. That is, the processing unit (130) can calculate the advance ratio of the aircraft by the equivalent lift coefficient polynomial and the equivalent drag coefficient polynomial, and estimate the airspeed of the aircraft by the calculated advance ratio.
대기속도의 추정에 있어, 처리부(130)는 상기 프로펠러의 프로펠러 작동 조건을 입력받을 수 있다.In estimating the airspeed, the processing unit (130) can receive the propeller operating conditions of the propeller.
처리부(130)는 프로펠러 작동 조건으로서, 대기온도, 대기압력, 프로펠러 RPM, 프로펠러 블레이드 각 등을 입력받을 수 있다.The processing unit (130) can receive inputs such as atmospheric temperature, atmospheric pressure, propeller RPM, and propeller blade angle as propeller operating conditions.
또한, 처리부(130)는 상기 입력 축동력 계수를 연산할 수 있다.Additionally, the processing unit (130) can calculate the input shaft power coefficient.
처리부(130)는 [수식 3]에 따라, 비행체의 축동력 를 동력 계수 형태로 표현하여, 입력 축동력 계수를 연산할 수 있다.The processing unit (130) calculates the axial power of the aircraft according to [Formula 3]. By expressing it in the form of a power coefficient, the input shaft power coefficient can be calculated.
[수식 3][Formula 3]
: 공기 밀도 : air density
: rotation frequency (revolution per second) : rotation frequency (revolution per second)
: 프로펠러 지름 : Propeller diameter
: 축동력 : Axial power
: 입력 축동력 계수 : Input shaft power coefficient
계속해서, 처리부(130)는 상기 프로펠러 작동 조건과 상기 입력 축동력 계수를 입력으로 하는 Newton-Rapson method에 의해, Inner Loop와 Outer Loop를 수행할 수 있다.Continuing, the processing unit (130) can perform the Inner Loop and Outer Loop by the Newton-Rapson method using the propeller operating conditions and the input shaft power coefficient as inputs.
처리부(130)는 Newton-Rapson method로, Inner Loop, Outer Loop 2번 계산할 수 있다. 처리부(130)는 전진비 를 변수로 하여 Outer Loop 계산하고, dummy variable 를 변수로 하는 Inner Loop 계산할 수 있다.The processing unit (130) can calculate the inner loop and outer loop twice using the Newton-Rapson method. The processing unit (130) can calculate the forward ratio Calculate the Outer Loop using dummy variable as a variable Inner Loop can be calculated using as a variable.
Newton-Rapson method의 Outer Loop는 parameter가 전진비 가 될 수 있다. 전진비 에 대해 Newton-Rapson method의 Inner Loop는 parameter가 dummy variable 가 될 수 있다.The outer loop of the Newton-Rapson method has a parameter called the forward ratio. It can be. Forward ratio The inner loop of the Newton-Rapson method has a dummy variable parameter It can be.
이후, 처리부(130)는 상기 Inner Loop와 상기 Outer Loop의 반복 수행에 의해, 상기 전진비 를 일정치로 수렴할 수 있다.Afterwards, the processing unit (130) performs the forward ratio by repeatedly performing the Inner Loop and the Outer Loop. can converge to a certain value.
상기 전진비 의 일정치 수렴 후, 처리부(130)는, [수식 4]를 만족하여, 일정치로 수렴된 상기 전진비 로부터 대기속도 를 추정할 수 있다.The above advance ratio After convergence to a certain value, the processing unit (130) satisfies [Formula 4] and converges to the above advance ratio to a certain value. From air speed can be estimated.
[수식 4][Formula 4]
상기 은 'rotation frequency' 이고, 상기 는 '프로펠러 지름' 일 수 있다.Above is the 'rotation frequency', and the above can be the 'propeller diameter'.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전기모터에 연결된 프로펠러로 추진하는 방식의 비행체에서, 프로펠러와 관련되는 다양한 데이터를 이용하여 대기속도를 추정하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법 및 장치를 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in an aircraft propelled by a propeller connected to an electric motor, an airspeed estimation method and device using a propeller performance analysis method for estimating airspeed using various data related to the propeller can be provided.
또한, 본 발명에 의해서는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용하여 대기속도를 예측하고 있어, 기존의 피토-정압 방식의 대기속도 측정 장치와는 독립성을 갖고 있으므로, 같이 사용하는 경우에 대기속도 측정 장치의 신뢰도를 높이고, 하드웨어의 추가가 없으므로 중량과 비용 절감에 기여할 수 있다.In addition, since the present invention predicts airspeed using a propeller performance analysis method, it is independent from the existing pitot-static pressure type airspeed measuring device, and thus, when used together, the reliability of the airspeed measuring device can be increased, and since there is no additional hardware, it can contribute to weight and cost reduction.
또한, 본 발명에 의해서는, Primary 장비인 피토-정압 방식의 대기속도 측정 장치의 고장시 백업 기능을 하는 redundancy로 활용할 수 있다.In addition, according to the present invention, it can be utilized as a redundancy that serves as a backup function in the event of a failure of the primary equipment, the pitot-static pressure type airspeed measuring device.
또한, 본 발명에 의해서는, 0~50 km/h의 저속 범위에서도 오차가 커지지 않고 정확한 속도 예측을 할 수 있는 대기속도 추정 모델을 제공할 수 있다.In addition, the present invention provides an airspeed estimation model capable of accurately predicting speed without increasing error even in a low-speed range of 0 to 50 km/h.
본 발명에 따른 대기속도 추정 장치(100)는, 프로펠러 추진방식의 비행체에서 비행 중에 정보를 입력받아, 대기속도를 실시간으로 계산하고 조종사나 비행제어컴퓨터에 제공할 수 있다.The airspeed estimation device (100) according to the present invention can receive information during flight from a propeller-driven aircraft, calculate the airspeed in real time, and provide it to a pilot or a flight control computer.
입력받는 정보는, 비행체에 장착된 센서에 의해 측정되는 센싱값일 수 있고, 예컨대, 대기온도, 대기압력, 대기밀도(대기온도와 대기압력을 알면 대기밀도 계산가능), 프로펠러 RPM, 프로펠러 블레이드 각도, 프로펠러 축동력 등을 예시할 수 있다.The input information may be sensing values measured by sensors mounted on the aircraft, and examples thereof include atmospheric temperature, atmospheric pressure, atmospheric density (atmospheric density can be calculated if atmospheric temperature and atmospheric pressure are known), propeller RPM, propeller blade angle, and propeller shaft power.
이중, 프로펠러 축동력은 입력받는 정보 중에서 가장 중요한 변수일 수 있다.Of these, propeller shaft power may be the most important variable among the input information.
프로펠러를 구동하는 방식은, 전기모터 방식, 왕복엔진 방식, 터보프롭엔진 방식을 예시할 수 있다.Examples of methods for driving a propeller include the electric motor method, reciprocating engine method, and turboprop engine method.
전기모터의 전기동력원은 배터리, 연료전지, 배터리-엔진 결합의 하이브리드 방식이 있다.The electric power sources for electric motors include batteries, fuel cells, and hybrid methods combining batteries and engines.
전기동력원으로 가장 많이 사용되는 배터리를 포함하는 프로펠러 추진 비행체의 시스템 구성은 도 2와 같다.The system configuration of a propeller-driven aircraft including a battery, which is the most commonly used electric power source, is as shown in Fig. 2.
도 2는 프로펠러 추진 비행체의 구성 예시도이다.Figure 2 is an example of the configuration of a propeller-driven aircraft.
프로펠러 추진 비행체는, ESC(Electronic Speed Controller)를 통해 배터리로부터의 전력을 모터에 전달하고, 전력을 전달받은 모터에 의해 생성되는 회전력을 프로펠러에 전달 함으로써, 프로펠러를 회전시켜 비행하는 방식을 가지고 있다.Propeller-driven aircraft fly by transmitting power from a battery to a motor through an ESC (Electronic Speed Controller), and transmitting the rotational force generated by the motor that received the power to the propeller, thereby rotating the propeller.
배터리로부터 ESC(모터제어기)로 입력되는 전력(Electric power)을 측정하면 입력 전기동력을 알 수 있다.By measuring the electric power input from the battery to the ESC (motor controller), the input electric power can be determined.
: 모터 효율 : Motor Efficiency
: 모터제어기 효율 : Motor controller efficiency
: 전기 동력 : Electric power
: 축동력 : Axial power
프로펠러를 구동하는 방식으로, 왕복엔진 방식이나 터보프롭엔진 방식을 사용하는 경우에는, 프로펠러 연결축에서 토크를 측정하여 축동력을 계산할 수 있다.When using a reciprocating engine or turboprop engine to drive the propeller, the shaft power can be calculated by measuring the torque at the propeller connecting shaft.
: 회전속도 : Rotation speed
: 토크 : Talk
대기속도 추정 장치(100)는, 프로펠러 진행 방향과 회전축이 동축일 때, 정확한 대기속도 예측을 할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can accurately predict airspeed when the propeller direction and rotation axis are coaxial.
도 3은 블레이드 단면에서의 힘과 속도를 설명하기 위한 도이다.Figure 3 is a diagram explaining the force and speed at the blade cross section.
도 3에서는, 프로펠러를 해석하기 위해, 대표되는 블레이드 단면에서 작용하는 속도 및 힘의 관계를 설명한다.In Fig. 3, the relationship between the velocity and force acting on a representative blade cross-section is explained to analyze the propeller.
도 3에서는, 프로펠러 진행방향에 대해, 단면을 보는 방향에서의, 프로펠러의 속도, 힘, 각도를 정의한다.In Fig. 3, the speed, power, and angle of the propeller are defined in the direction of cross-section with respect to the propeller travel direction.
힘은, 을 통해 정의될 수 있다.The power is, can be defined through .
는 요소에 작용하는 추력(프로펠러에 의해 발생하는 힘, 프로펠러 진행 방향)이다. is the thrust (force generated by the propeller, direction of propeller movement) acting on the element.
는 요소에 작용하는 토크이다. is the torque acting on the element.
은 요소에 작용하는 접선방향 힘(프로펠러 회전 반대방향으로 작용하는 힘)이다. is the tangential force acting on the element (a force acting in the direction opposite to the propeller rotation).
는 요소 항력(속도 방향 힘으로 회전과 반대방향이다)이다. is the element drag (velocity (It is the opposite direction to the rotation with the directional force).
은 요소 양력(속도 에 수직 방향 힘으로 블레이드를 위 방향이다)이다. Silver element lift (velocity) (The blade is pushed upward by a vertical force.)
속도는, 를 통해 정의될 수 있다.The speed is, can be defined through .
는 대기 속도(프로펠러 전진 속도)이다. is the airspeed (propeller forward speed).
은 반지름 r에서 프로펠러 회전에 의한 속도이다. is the speed due to propeller rotation at radius r.
는 유도 속도(프로펠러 후류에 의해 생기는 속도)이다. is the induced speed (the speed generated by the propeller wake).
는 프로펠러 전진속도와 회전속도의 합이다. Is It is the sum of the propeller's forward speed and rotational speed.
는 resultant relative velocity이다. (, ) is the resultant relative velocity. ( , )
각도는 를 통해 정의될 수 있다.The angle is can be defined through .
는 받음각(angle of attack)(속도 에서 블레이드 단면 시위 선까지 각도)이다. is the angle of attack (speed (angle from the blade cross-section to the demonstration line).
는 블레이드 피치각(프로펠러 전진방향의 수평 선에서 블레이드 단면 시위선까지 각도)이다. is the blade pitch angle (the angle from the horizontal line in the forward direction of the propeller to the blade cross-section chord line).
는 유동각(프로펠러 전진방향의 수직선에서 속도 까지 각도)이다. is the flow angle (velocity in the vertical line of the forward direction of the propeller) ) is the angle.
도 4는 블레이드 단면에서의 속도와 각도 관계를 설명하기 위한 도이다.Figure 4 is a diagram to explain the relationship between speed and angle in the blade cross section.
도 4에서는 도 3에 의해 기술한 속도 및 각도 정의에서, 본 발명에 따른 계산 과정에서 추가되는 속도 및 각도 관계를 보여준다.FIG. 4 shows the velocity and angle relationships added in the calculation process according to the present invention in the velocity and angle definitions described in FIG. 3.
도 4에서의 속도는, 에 더해, 를 추가하여 정의될 수 있다.The speed in Fig. 4 is, In addition, can be defined by adding .
는 유도 속도()의 축방향 성분이다. is the induction speed ( ) is the axial component.
는 유도 속도()의 접선방향 성분이다. is the induction speed ( ) is the tangential component.
는 resultant 속도()의 축방향 성분이다. is the resultant speed ( ) is the axial component.
는 resultant 속도()의 접선방향 성분이다. is the resultant speed ( ) is the tangential component.
도 4에서의 각도는 에 더해, 를 통해 정의될 수 있다.The angle in Fig. 4 is In addition, can be defined through .
는 유도각(induced angle)이다. is the induced angle.
는 inflow angle이다. is the inflow angle.
는 dummy variable이다 (). is a dummy variable ( ).
본 발명에서 사용되는 Nomenclature는 다음과 같다.Nomenclature used in the present invention is as follows.
또한, 본 발명에서 사용되는 Subscripts는 다음과 같다.In addition, the Subscripts used in the present invention are as follows.
Lock(Lock, C. N. A, Graphical Method of Calculating the Performance of an Airscrew, British A.R.C., Report and Memoranda 1675, 1935.)은 깃-요소 이론의 계산시간을 단축하기 위해, 프로펠러의 추력과 축동력을 블레이드의 0.7R에 위치한 한 개 프로펠러 블레이드 기준 단면에서의 등가 양력계수 및 등가 항력계수와 적분계수로 표현하는 단일 요소 방법을 개발하였다.Lock (Lock, C. N. A, Graphical Method of Calculating the Performance of an Airscrew, British A.R.C., Report and Memoranda 1675, 1935.) developed a single-element method to express the thrust and shaft power of a propeller in terms of the equivalent lift coefficient, equivalent drag coefficient, and integration coefficient at a single propeller blade reference cross-section located at 0.7R of the blade, in order to shorten the calculation time of the blade-element theory.
프로펠러 블레이드 기준 단면의 등가 양력계수와 등가 항력계수는, 블레이드의 같은 위치 단면의 실제 양력 계수 및 항력계수와는 다른 프로펠러 전체를 대표하는 값으로, 시험을 통해 측정된 프로펠러의 전진비에 대한 추력 및 동력 데이터로부터 구할 수 있다.The equivalent lift coefficient and equivalent drag coefficient of a reference cross-section of a propeller blade are values representing the entire propeller, which are different from the actual lift coefficient and drag coefficient of the cross-section at the same location of the blade, and can be obtained from thrust and power data for the advance ratio of the propeller measured through testing.
본 발명에서는 Lock의 방법을 기반으로 하여, 매개변수를 이용한 유도속도 계산 방법을 결합한 프로펠러 성능해석 방법을 제안한다.In the present invention, a propeller performance analysis method is proposed that combines a parameter-based induced speed calculation method based on Lock's method.
본 발명에 따른 프로펠러 성능해석 방법은 블레이드의 3차원 형상 데이터나 반지름 방향으로 단면들의 공력 데이터가 필요 없이, 프로펠러 블레이드 기준 단면에서의 코드(chord)와 피치각, 그리고 풍동시험으로부터 구축한 프로펠러의 전진비, 추력계수 및 동력계수 데이터를 입력으로 하여, 임의의 블레이드 각 및 전진비에서 추력과 축동력을 빠르게 예측할 수 있다.The propeller performance analysis method according to the present invention can quickly predict thrust and shaft power at any blade angle and advance ratio by inputting chord and pitch angle at a reference cross-section of a propeller blade, and advance ratio, thrust coefficient and power coefficient data of the propeller constructed from a wind tunnel test, without requiring three-dimensional shape data of the blade or aerodynamic data of cross-sections in the radial direction.
대기속도 추정 장치(100)는, 프로펠러 성능해석 방법을, 대기속도를 예측하는 데 활용할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can utilize the propeller performance analysis method to predict airspeed.
대기속도 추정 장치(100)는, 비행 중에 프로펠러의 축동력을 인지하여, 프로펠러 성능해석 방법을 이용하여 전진비를 계산하고, 전진비를 정의한 식으로부터 대기속도를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can recognize the shaft power of the propeller during flight, calculate the advance ratio using a propeller performance analysis method, and calculate the airspeed from an equation defining the advance ratio.
대기속도 추정 장치(100)는, 프로펠러 등가 공력 데이터를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can calculate propeller equivalent aerodynamic force data.
비행 중 대기속도를 계산하기 위해서는, 프로펠러 블레이드 기준 단면에서의 등가 양력계수와 등가 항력계수가 필요하다.To calculate the airspeed during flight, the equivalent lift coefficient and equivalent drag coefficient at the propeller blade reference cross-section are required.
대기속도 추정 장치(100)는, 프로펠러의 기하학적 데이터로, 지름, 블레이드 수, 0.7R 위치에서 코드 길이 및 피치각과, 풍동시험으로부터 구축한 프로펠러 성능 데이터로 전진비에 대한 추력계수 및 동력계수를 입력으로 하여, 프로펠러 등가 공력 데이터로, 등가 양력계수와 등가 항력계수를 구할 수 있다.The airspeed estimation device (100) inputs propeller geometric data, such as diameter, number of blades, chord length at 0.7R position, and pitch angle, and propeller performance data, such as thrust coefficient and power coefficient for advance ratio, constructed from wind tunnel tests, and can obtain equivalent lift coefficient and equivalent drag coefficient as propeller equivalent aerodynamic data.
대기속도 추정 장치(100)는, 구해진 등가 양력계수와 등가 항력계수를, 받음각의 함수인 다항식으로 만들어, 대기속도 계산 과정에 활용할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can use the obtained equivalent lift coefficient and equivalent drag coefficient as a polynomial that is a function of the angle of attack in the airspeed calculation process.
프로펠러 등가 공력 데이터를 받음각의 함수로 만드는 과정에 있어, 대기속도 추정 장치(100)는, 프로펠러의 기본 형상 데이터와, 프로펠러 성능 데이터를 입력받을 수 있다.In the process of creating propeller equivalent aerodynamic data as a function of angle of attack, the airspeed estimation device (100) can receive basic shape data of the propeller and propeller performance data.
프로펠러의 기본 형상 데이터는, 프로펠러 지름 , 블레이드 수 , 블레이드의 위치에서 코드 , 및 블레이드 피치각 일 수 있다.The basic shape data of the propeller is propeller diameter , number of blades , of the blade Code in location , and blade pitch angle It could be.
프로펠러 성능 데이터는 전진비 , 추력계수 , 및 동력계수 일 수 있다. 전진비 는 풍동시험 또는 CFD 계산으로 구할 수 있다.Propeller performance data is forward ratio , thrust coefficient , and power coefficient It could be. Forward ratio can be obtained through wind tunnel testing or CFD calculations.
대기속도 추정 장치(100)는, 입력되는 데이터들을 통해 구해진 등가 양력계수와 등가 항력계수를, 받음각의 함수로서, 등가 양력계수 다항식과 등가 항력계수 다항식으로 만들 수 있다.The airspeed estimation device (100) can create an equivalent lift coefficient and an equivalent drag coefficient polynomial, obtained through input data, as a function of the angle of attack.
대기속도 추정 장치(100)는, 블레이드 수 , 프로펠러 반지름 , 프로펠러 블레이드 기준 단면 위치(, )에서의 코드 와 블레이드 피치각 ( and at )를 읽을 수 있다(은 반지름 방향 길이).The airspeed estimation device (100) is a device that can estimate the number of blades. , propeller radius , cross-sectional location based on the propeller blade ( , ) Code in Wow blade pitch angle ( and at ) can be read ( (is the radial length).
대기속도 추정 장치(100)는, 블레이드 수 , 코드 , 반지름 방향 길이 을 이용하여, solidity (를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a device that can estimate the number of blades. , code , radial length Using solidity ( can be calculated.
대기속도 추정 장치(100)는, 프로펠러 성능 데이터를 읽을 수 있다.The airspeed estimation device (100) can read propeller performance data.
전진비 , 추력계수 , 동력계수 는 풍동시험 결과로 주어진다.Advance rate , thrust coefficient , power coefficient is given as a result of wind tunnel test.
대기속도 추정 장치(100)는, solidity 와 프로펠러 성능 데이터를 입력으로 하여, Newton-Rapson method로 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is solidity And propeller performance data can be input and calculated using the Newton-Rapson method.
대기속도 추정 장치(100)는, dummy variable의 범위 of 을 정할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a dummy variable of the range of can be determined.
대기속도 추정 장치(100)는, 를 통해, dummy variable 를 Newton-Rapson method의parameter로 하여 residual이 이하가 될 때까지 반복 계산한다.The airspeed estimation device (100) is Through, dummy variable The residual is set as a parameter of the Newton-Rapson method. Repeat the calculation until it becomes as follows.
는 inflow angle이고, 는 유도각(induced angle)이다. is the inflow angle, is the induced angle.
본 계산에서는 로 정할 수 있다.In this calculation can be determined as
대기속도 추정 장치(100)는, relative resultant velocity 의 축방향 성분 , 접선방향 성분 을 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a relative resultant velocity Axial component of , tangential component can be calculated.
전진비(Advance ratio)인 와 는 와 로 표현할 수 있다.Advance ratio and Is and can be expressed as
이를 로 정리하면 이다(는 원주율).This If we organize it as am( is the circumference of the circle).
축방향 성분 는 로 표현할 수 있다.Axial component Is can be expressed as
접선방향 성분 는 로 표현할 수 있다.Tangential component Is can be expressed as
relative resultant velocity 는 로 표현할 수 있다.relative resultant velocity Is can be expressed as
대기속도 추정 장치(100)는, flow angle 을 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a flow angle can be calculated.
대기속도 추정 장치(100)는, 블레이드 피치각 에서 flow angle 를 차감하여, 받음각(angle of attack) 을 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a blade pitch angle flow angle in By subtracting the angle of attack can be calculated.
대기속도 추정 장치(100)는, 등가 양력계수 , 등가 항력계수 를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is an equivalent lift coefficient , equivalent drag coefficient can be calculated.
등가 양력계수 , 등가 항력계수 는 입력 값인 전진비 , 추력계수 , 동력계수 로부터 계산할 수 있다.Equivalent lift coefficient , equivalent drag coefficient is the input value, the forward ratio , thrust coefficient , power coefficient can be calculated from
[수식 1][Formula 1]
, ,
대기속도 추정 장치(100)는, induced angle 를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is an induced angle can be calculated.
대기속도 추정 장치(100)는, 유도속도 를 계산하지 않고 dummy variable 의 기하학적 관계로부터 induced angle 을 직접 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is an induction speed dummy variable without calculating Induced angle from geometric relationship can be calculated directly.
대기속도 추정 장치(100)는, dummy variable 에서 flow angle 를 차감하여, induced angle 을 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a dummy variable flow angle in By subtracting the induced angle can be calculated.
대기속도 추정 장치(100)는, tip loss factor 를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a tip loss factor can be calculated.
대기속도 추정 장치(100)는, 등가 양력계수 과 vortex theory로부터 유도된 와의 차이를 residual 로 정의할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is an equivalent lift coefficient and derived from vortex theory The difference can be defined as residual.
대기속도 추정 장치(100)는, 다음 iteration 에서의 dummy variable 를 구할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a dummy variable in the next iteration can be obtained.
대기속도 추정 장치(100)는, 까지 반복 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is It can be calculated repeatedly up to .
대기속도 추정 장치(100)는, iteration 마다 residual 값을 와 비교하여, 보다 작으면 수렴으로 판정하고 계산 종료할 수 있다.The airspeed estimation device (100) calculates the residual value for each iteration. Compared to, If it is smaller, it can be judged as convergence and the calculation can be terminated.
대기속도 추정 장치(100)는, 계산된 , 를 받음각 의 함수로 다항식을 만든다.The airspeed estimation device (100) calculates , Received each Create a polynomial as a function of .
[수식 2][Formula 2]
대기속도 추정 장치(100)는, 비행중 대기속도를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can calculate the airspeed during flight.
대기속도를 계산하기 위해 필요한 데이터는, 프로펠러 작동 조건으로 대기온도, 대기압력, 프로펠러 RPM, 프로펠러 블레이드 각도, 프로펠러 축동력 등을 예시할 수 있다.Data required to calculate airspeed include propeller operating conditions such as air temperature, air pressure, propeller RPM, propeller blade angle, and propeller shaft power.
프로펠러 축동력은 모터제어기(또는 모터)로 입력되는 전력(Electric power)으로부터 모터 효율과 모터제어기 효율을 고려하여 구할 수 있다.The propeller shaft power can be obtained by considering the motor efficiency and motor controller efficiency from the electric power input to the motor controller (or motor).
대기속도 추정 장치(100)는, 프로펠러 작동 조건에 관한 데이터들과 등가 양력계수 및 등가 항력계수 다항식을 이용하여 입력 동력계수에 해당하는 전진비 를 반복 계산법으로 찾을 수 있다.The airspeed estimation device (100) uses data on propeller operating conditions and polynomials of equivalent lift coefficient and equivalent drag coefficient to calculate the advance ratio corresponding to the input power coefficient. can be found by iterative calculation.
대기속도 추정 장치(100)는, 대기온도, 대기압력, 프로펠러 RPM, 프로펠러 블레이드 각도, 프로펠러 축동력을 프로펠러 작동 조건에 관한 입력 정보로 입력받을 수 있다.The airspeed estimation device (100) can receive input information regarding propeller operating conditions, such as air temperature, air pressure, propeller RPM, propeller blade angle, and propeller shaft power.
프로펠러 축동력은 모터제어기(또는 모터)로 입력되는 전력(Electric power)으로부터 모터 효율과 모터제어기 효율을 고려한 계산할 수 있다.Propeller shaft power can be calculated by considering the motor efficiency and motor controller efficiency from the electric power input to the motor controller (or motor).
대기속도 추정 장치(100)는, 입력 정보와, 등가 양력계수 다항식 및 등가 항력계수 다항식을 이용하여, 동력계수 에 해당하는 전진비 를 반복 계산법으로 찾을 수 있다(Newton-Rapson method).The airspeed estimation device (100) uses input information, an equivalent lift coefficient polynomial, and an equivalent drag coefficient polynomial to estimate the power coefficient. The corresponding advance ratio can be found by iterative calculation (Newton-Rapson method).
대기속도 추정 장치(100)는, 축동력 가 주어짐에 따라, 이를 동력 계수 형태로 바꿀 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a shaft power As given, it can be converted into a power coefficient form.
: 공기 밀도 : air density
: rotation frequency (revolution per second) : rotation frequency (revolution per second)
: 프로펠러 지름 : Propeller diameter
: 축동력 : Axial power
: 입력 축동력 계수 : Input shaft power coefficient
대기속도 추정 장치(100)는, Newton-Rapson method로, Inner Loop, Outer Loop 2번 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can calculate the inner loop and outer loop twice using the Newton-Rapson method.
대기속도 추정 장치(100)는, 전진비 를 변수로 하여 Outer Loop 계산하고, dummy variable 를 변수로 하는 Inner Loop 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a forward speed Calculate the Outer Loop using dummy variable as a variable Inner Loop can be calculated using as a variable.
대기속도 추정 장치(100)는, Outer Loop에서, 전진비의 범위 를 정할 수 있다(Newton-Rapson method for ).The airspeed estimation device (100) is, in the outer loop, the range of the advance ratio. can be determined (Newton-Rapson method for ).
Newton-Rapson method의 Outer Loop는 parameter가 전진비 가 된다.The outer loop of the Newton-Rapson method has a parameter called the forward ratio. It becomes.
대기속도 추정 장치(100)는, Inner Loop에서, dummy variable의 범위 를 정할 수 있다(Newton-Rapson method for ).The airspeed estimation device (100) is, in the inner loop, the range of the dummy variable. can be determined (Newton-Rapson method for ).
전진비 에 대해 Newton-Rapson method의 Inner Loop는 parameter가 dummy variable 가 될 수 있다.Advance rate The inner loop of the Newton-Rapson method has a dummy variable parameter It can be.
대기속도 추정 장치(100)는, relative resultant velocity 의 축방향 성분 , 접선방향 성분 을 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a relative resultant velocity Axial component of , tangential component can be calculated.
대기속도 추정 장치(100)는, flow angle 을 계산한다.The airspeed estimation device (100) is a flow angle Calculate .
대기속도 추정 장치(100)는, tip loss factor 를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a tip loss factor can be calculated.
대기속도 추정 장치(100)는, 받음각(angle of attack) 을 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is an angle of attack can be calculated.
대기속도 추정 장치(100)는, 받음각 에 해당하는 등가 양력계수 과 등가 항력계수 를, 등가 양력계수 및 등가 항력계수 다항식으로부터 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is an angle of attack Equivalent lift coefficient corresponding to and equivalent drag coefficient , can be calculated from the equivalent lift coefficient and equivalent drag coefficient polynomials.
[수식 2][Formula 2]
대기속도 추정 장치(100)는, induced angle 을 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is an induced angle can be calculated.
대기속도 추정 장치(100)는, residual를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can calculate the residual.
대기속도 추정 장치(100)는, dummy variable 를 update 할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a dummy variable can be updated.
대기속도 추정 장치(100)는, 까지 반복계산 할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is It can be repeatedly calculated up to .
대기속도 추정 장치(100)는, Inner Loop가 수렴되면 parameter(전진비) 에 해당하는 동력 계수 를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) calculates the parameter (advance ratio) when the inner loop converges. Power coefficient corresponding to can be calculated.
, ,
대기속도 추정 장치(100)는, 입력 동력 계수 와 의 차이를 residual 로 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is an input power coefficient and The difference can be calculated as the residual.
대기속도 추정 장치(100)는, parameter(전진비) 를 update 할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a parameter (advance ratio) can be updated.
이를 통해, 대기속도 추정 장치(100)는, 다음 iteration 에서의 parameter 를 구할 수 있다.Through this, the airspeed estimation device (100) calculates the parameters in the next iteration. can be obtained.
대기속도 추정 장치(100)는, 까지 반복계산 할 수 있다(Outer Loop).The airspeed estimation device (100) is It can be repeated up to (Outer Loop).
대기속도 추정 장치(100)는, iteration 마다 residual 값을 와 비교하여 보다 작으면 수렴으로 판정하고 계산을 종료할 수 있다.The airspeed estimation device (100) calculates the residual value for each iteration. Compared to If it is smaller, it is considered convergence and the calculation can be terminated.
대기속도 추정 장치(100)는, 수렴된 parameter 로부터 대기속도 를 계산한다.The airspeed estimation device (100) is a converged parameter From air speed Calculate .
[수식 4][Formula 4]
UIUC의 M. Selig는 RC 비행기나 소형 UAV에 사용되는 여러 프로펠러 제작사들의 다양한 소형 프로펠러들에 대해 풍동시험을 통한 성능측정 연구를 수행하고, 시험결과 데이터를 공개하고 있다(Brandt, J. B., Deters, R. W., Ananda, G. K., Dantsker, O. D., and Selig, M., UIUC Propeller Data Site, https://m-selig.ae.illinois.edu/props/propDB.html.).M. Selig of UIUC has conducted wind tunnel performance measurements on a variety of small propellers from various manufacturers used in RC airplanes and small UAVs and has published the test results (Brandt, J. B., Deters, R. W., Ananda, G. K., Dantsker, O. D., and Selig, M., UIUC Propeller Data Site, https://m-selig.ae.illinois.edu/props/propDB.html.).
개발한 계산 방법의 검증을 위해서는, UIUC의 프로펠러 데이터 중에서 APC FF 4.2x4 모델을 대상으로 계산하고, 풍동시험 결과와 비교해야 할 필요가 있다.To verify the developed calculation method, it is necessary to perform calculations using the APC FF 4.2x4 model among the UIUC propeller data and compare it with the wind tunnel test results.
도 5는 APC FF 4.2x4 프로펠러 외형을 예시하는 도이다.Figure 5 is a drawing illustrating the external appearance of the APC FF 4.2x4 propeller.
도 5의 APC FF 4.2x4 프로펠러는 고정 피치의 2개 블레이드로 구성되고 지름이 10.7cm일 수 있다.The APC FF 4.2x4 propeller of Figure 5 may have two fixed-pitch blades and a diameter of 10.7 cm.
UIUC 데이터베이스에 있는 APC FF 4.2x4 프로펠러의 형상 데이터는, 무차원화된 블레이드의 반지름 방향 길이 , 무차원화된 코드 , 블레이드 피치각도 가 다음과 같이 주어져 있다.The geometry data of the APC FF 4.2x4 propeller in the UIUC database is the radial length of the blades, which is non-dimensionalized. , non-dimensionalized code , blade pitch angle is given as follows.
계산에서는 에서의 코드 및 블레이드 피치각 값을 사용한다.In the calculation Uses the code and blade pitch angle values in .
UIUC 데이터베이스에 있는 APC FF 4.2x4 프로펠러의 성능 데이터로, 첫째 열은 전진비(advance ratio, 두 번째 열은 추력계수, 세 번째 열은 동력계수, 네 번째 열은 효율 값이 주어져 있다.Performance data for the APC FF 4.2x4 propeller in the UIUC database, the first column is the advance ratio ( The second column gives the thrust coefficient, the third column gives the power coefficient, and the fourth column gives the efficiency value.
여기에는 프로펠러 회전속도가 6,000 RPM, 8,000 RPM, 10,000 RPM의 3가지 경우에 대한 데이터가 있는데, 본 계산에서는 10,000 RPM에서의 추력계수와 동력계수를 입력 데이터로 사용한다.Here, there is data for three cases of propeller rotation speeds: 6,000 RPM, 8,000 RPM, and 10,000 RPM. In this calculation, the thrust coefficient and power coefficient at 10,000 RPM are used as input data.
프로펠러 등가 공력 데이터의 계산에 있어, 대기속도 추정 장치(100)는 블레이드 데이터를 읽는다.In calculating propeller equivalent aerodynamic data, the airspeed estimation device (100) reads blade data.
대기속도 추정 장치(100)는, 프로펠러 성능 데이터를 읽어 저장한다.The airspeed estimation device (100) reads and stores propeller performance data.
and and
대기속도 추정 장치(100)는, Newton-Rapson method 로 계산한다.The airspeed estimation device (100) calculates using the Newton-Rapson method.
대기속도 추정 장치(100)는, parameter 의 경계값과 수렴 기준을 다음과 같이 정한다.The airspeed estimation device (100) is a parameter The boundary values and convergence criteria are set as follows.
도 6은 받음각과 등가 양력계수를 비교하여 보여주는 그래프이다.Figure 6 is a graph comparing the angle of attack and the equivalent lift coefficient.
도 6에서는 양력계수 계산 결과를 도시한다.Figure 6 shows the results of calculating the lift coefficient.
도 6의 x축은 받음각 이고, y축은 양력계수를 나타낸다.The x-axis of Fig. 6 is the angle of attack , and the y-axis represents the lift coefficient.
마크는 원래 계산된 값들인데, 이것을 받음각의 2차식으로 fitting 한 결과를 도 6의 실선으로 나타낸다.The marks are the original calculated values, and the result of fitting them to the second-order equation of the angle of attack is shown as a solid line in Fig. 6.
등가 양력계수 2차 다항식은 아래와 같다.The equivalent lift coefficient second-order polynomial is as follows.
도 7은 받음각과 등가 항력계수를 비교하여 보여주는 그래프이다.Figure 7 is a graph comparing the angle of attack and the equivalent drag coefficient.
도 7에서는 등가 항력계수 계산 결과를 도시한다.Figure 7 shows the results of calculating the equivalent drag coefficient.
도 7의 x축은 받음각이고, y축은 등가 항력계수를 나타낸다.The x-axis of Fig. 7 is the angle of attack , and the y-axis represents the equivalent drag coefficient.
마크는 계산된 값들인데, 이것을 받음각의 2차식으로 fitting 한 결과를 도 7의 실선으로 나타낸다.The marks are calculated values, and the result of fitting them to the second-order equation of the angle of attack is shown as a solid line in Fig. 7.
등가 항력계수 2차 다항식은 아래와 같다.The equivalent drag coefficient second-order polynomial is as follows.
대기속도 추정 장치(100)는, 등가 양력계수 2차 다항식과 등가 항력계수 2차 다항식을, 프로펠러 작동조건과 함께 대기속도 계산에 사용할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can use the second-order polynomial of the equivalent lift coefficient and the second-order polynomial of the equivalent drag coefficient together with the propeller operating conditions to calculate the airspeed.
대기속도 추정 장치(100)는, APC FF 4.2x4 프로펠러의 축동력 값을 입력으로 주고, 그에 해당하는 대기속도를, 아래 과정에 따라 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can input the shaft power value of the APC FF 4.2x4 propeller and calculate the corresponding airspeed according to the following process.
대기속도 추정 장치(100)는, 프로펠러 작동 조건을 읽는다.The airspeed estimation device (100) reads the propeller operating conditions.
프로펠러 작동 조건은 대기온도, 대기압력, 프로펠러 RPM, 프로펠러 블레이드 피치각 등을 예시 할 수 있다.Propeller operating conditions can include atmospheric temperature, atmospheric pressure, propeller RPM, and propeller blade pitch angle.
대기속도 추정 장치(100)는, 입력 동력 계수를 읽는다.The airspeed estimation device (100) reads the input power coefficient.
대기속도 추정 장치(100)는, 2중의 Newton-Rapson method로 계산한다.The airspeed estimation device (100) calculates using a double Newton-Rapson method.
대기속도 추정 장치(100)는, 전진비 에 대한 계산 Loop(Newton-Rapson method for ) Outer Loop를 수행한다.The airspeed estimation device (100) is a forward speed Calculation Loop for Newton-Rapson method for ) performs the Outer Loop.
define define
대기속도 추정 장치(100)는, 더미변수 에 대한 계산 Loop(Newton-Rapson method for ) Inner Loop를 수행한다.The airspeed estimation device (100) is a dummy variable Calculation Loop for Newton-Rapson method for ) performs the inner loop.
define define
대기속도 추정 장치(100)는, 전진비 계산 Loop 안에서 더미변수 계산 Loop를 실행할 수 있다.The airspeed estimation device (100) is a forward speed Dummy variables inside the calculation loop You can run a calculation loop.
대기속도 추정 장치(100)는, 주어진 에 대해서 더미변수 계산이 수렴됨에 따라, 다음 에 대한 더미변수 계산을 수행하여 최종으로 수렴된 를 찾을 수 있다.The airspeed estimation device (100) is given Dummy variable for As the calculation converges, Dummy variable for The calculation was performed and finally converged. can be found.
대기속도 추정 장치(100)는, 수렴된 로부터 대기속도(비행속도) 를 계산한다.The airspeed estimation device (100) is converged From airspeed (airspeed) Calculate .
[수식 4][Formula 4]
도 8은 주어진 축동력(x축)에 대해 예측된 대기속도 결과(y축)를 보여주는 도이다.Figure 8 shows the predicted airspeed results (y-axis) for a given shaft power (x-axis).
도 8에서는, UIUC의 풍동시험에서 측정된 동력계수 범위를 포함하도록 축동력 값을 입력 데이터로 하였다.In Fig. 8, the shaft power value was used as input data to include the power coefficient range measured in the wind tunnel test at UIUC.
도 8은 x축의 각 입력 동력에 대해 계산된 대기속도(y축)를 표현한 것이다.Figure 8 shows the calculated airspeed (y-axis) for each input power on the x-axis.
도 8에서 마크는 UIUC의 풍동시험 데이터이고, 실선은 본 계산 방법의 결과로, 풍동시험 데이터와 매우 잘 일치하는 것을 볼 수 있다.In Fig. 8, the marks are the wind tunnel test data of UIUC, and the solid line is the result of this calculation method, which can be seen to be very good agreement with the wind tunnel test data.
대기속도 추정 장치(100)는, 피토-정압 방식의 대기속도 측정 장치가 부정확한 결과를 보이는 50 km/h 이하의 속도에서도 매우 정확한 예측을 할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can make very accurate predictions even at speeds below 50 km/h, where pitot-static type airspeed measuring devices show inaccurate results.
이하, 도 9에서는 본 발명의 실시예들에 따른 대기속도 추정 장치(100)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.Below, FIG. 9 describes in detail the work flow of the air speed estimation device (100) according to embodiments of the present invention.
본 실시예에 따른 대기속도 추정 방법은, 대기속도 추정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.The airspeed estimation method according to the present embodiment can be performed by an airspeed estimation device (100).
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법을 도시한 흐름도이다.FIG. 9 is a flow chart illustrating an airspeed estimation method using a propeller performance analysis method according to an embodiment of the present invention.
우선, 대기속도 추정 장치(100)는 프로펠러 추진방식의 비행체와 연관되어, 프로펠러 등가 공력 데이터로서, 등가 양력계수와 등가 항력계수를 계산한다(910). 단계(910)는 프로펠러 기본형상 데이터와 프로펠러 성능 데이터를 이용하여 , 상기 프로펠러에 가해지는 등가 양력계수와 등가 항력계수를 계산하는 과정일 수 있다.First, the airspeed estimation device (100) is associated with a propeller-driven aircraft and calculates an equivalent lift coefficient and an equivalent drag coefficient as propeller equivalent aerodynamic data (910). Step (910) may be a process of calculating an equivalent lift coefficient and an equivalent drag coefficient applied to the propeller using propeller basic shape data and propeller performance data.
양력계수(lift coefficient)는 흐름 중에 놓여진 물체에 작용하는 힘의 흐름에 직각인 성분, 즉 양력을 무차원화한 것으로, 물체의 흐름에 평행한 단면형상, 물체와 흐름이 이루는 각도, 레이놀즈수, 마하수에 의해 정해질 수 있다.The lift coefficient is the dimensionless component of the force perpendicular to the flow acting on an object placed in a flow, i.e., lift. It can be determined by the cross-sectional shape of the object parallel to the flow, the angle between the object and the flow, the Reynolds number, and the Mach number.
항력계수(drag coefficient)는 흐름 속을 움직이는 물체가 흐름에서 받는 항력을 나타내는 계수로서, 흐름 속의 물체가 받는 저항을 수량화 할 때 사용되는 무차원 상수일 수 있다.The drag coefficient is a coefficient that represents the drag force received by an object moving in a flow. It can be a dimensionless constant used when quantifying the resistance received by an object in a flow.
등가 양력계수와 등가 항력계수의 계산에 있어, 대기속도 추정 장치(100)는, 상기 프로펠러를 구성하는 블레이드의 블레이드 데이터를 읽을 수 있다.In calculating the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient, the airspeed estimation device (100) can read blade data of the blades constituting the propeller.
예컨대, 대기속도 추정 장치(100)는 프로펠러 지름 , 블레이드 수 , 블레이드의 위치에서 코드 , 및 블레이드 피치각 등의 프로펠러의 기본 형상 데이터를 읽을 수 있다.For example, the airspeed estimation device (100) is a propeller diameter , number of blades , of the blade Code in location , and blade pitch angle The basic shape data of the propeller can be read.
또한, 대기속도 추정 장치(100)는 상기 프로펠러의 프로펠러 성능 데이터를 읽을 수 있다.Additionally, the airspeed estimation device (100) can read propeller performance data of the propeller.
예컨대, 대기속도 추정 장치(100)는 초기 주어지는 전진비 , 추력계수 , 및 동력계수 등의 프로펠러 성능 데이터를 읽을 수 있다. 상기 추력계수 , 및 동력계수 는 풍동시험 또는 CFD 계산으로 구할 수 있다.For example, the airspeed estimation device (100) is initially given a forward speed , thrust coefficient , and power coefficient You can read the propeller performance data of the above thrust coefficient. , and power coefficient can be obtained through wind tunnel testing or CFD calculations.
또한, 대기속도 추정 장치(100)는, 상기 블레이드 데이터와 상기 프로펠러 성능 데이터를 입력으로 하는 Newton-Rapson method에 의해, 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를 계산할 수 있다.In addition, the airspeed estimation device (100) uses the Newton-Rapson method, which inputs the blade data and the propeller performance data, to estimate the equivalent lift coefficient. and the equivalent drag coefficient can be calculated.
Newton-Rapson method은 n차 방정식의 실근이 인수분해나 근의 공식 등의 계산에 의하여 구해지지 않을 때, 해를 포함하는 구간 a≤x≤b를 한없이 작게 해 가면서 근삿값을 구하는 반복 해법일 수 있다.The Newton-Rapson method is an iterative solution method that finds approximate values by infinitely reducing the interval a≤x≤b that contains the solution when the real roots of an n-th order equation cannot be found by factoring or calculations such as the root formula.
대기속도 추정 장치(100)는, [수식 1]를 만족하여 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) satisfies [Formula 1] to obtain the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient can be calculated.
[수식 1][Formula 1]
, ,
여기서, 은 'solidity' 이고, 는 'resultant relative velocity' 이며, 은 'rotation rate' 이고, 은 '프로펠러 반지름' 이며, 는 '무차원 길이' 이고, 는 'flow angle' 이며, 는 '추력 계수'이고, 는 '동력 계수' 이다.Here, is 'solidity', is the 'resultant relative velocity', is 'rotation rate', is the 'propeller radius', is a 'dimensionless length', is the 'flow angle', is the 'thrust coefficient', is the 'power coefficient'.
또한, 대기속도 추정 장치(100)는 상기 등가 양력계수와 상기 등가 항력계수 각각을, 받음각의 함수인 등가 양력계수 다항식 및 등가 항력계수 다항식으로 작성한다(920). 단계(920)는 계산된 등가 양력계수와 상기 등가 항력계수를, 받음각의 함수로 표현하여, 다항식으로 작성하는 과정일 수 있다.In addition, the airspeed estimation device (100) writes each of the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient as an equivalent lift coefficient polynomial and an equivalent drag coefficient polynomial, which are functions of the angle of attack (920). Step (920) may be a process of writing the calculated equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient as polynomials by expressing them as functions of the angle of attack.
받음각(angle of attack)은 비행기의 날개를 절단한 면의 기준선(시위선)과 기류가 이루는 각도를 지칭할 수 있다.The angle of attack can refer to the angle between the baseline (chord line) of the cut surface of the airplane's wing and the airflow.
대기속도 추정 장치(100)는, [수식 2]를 만족하여, 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를, 상기 받음각 의 함수로 작성할 수 있다.The airspeed estimation device (100) satisfies [Formula 2] and the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient , the angle of reception can be written as a function of .
[수식 2][Formula 2]
계속해서, 대기속도 추정 장치(100)는 상기 등가 양력계수 다항식 및 상기 등가 항력계수 다항식을 이용하여, 상기 비행체의 입력 축동력 계수에 해당하는 전진비를 찾음으로써, 상기 비행체의 비행중 대기속도를 추정한다(930). 단계(930)는 상기 등가 양력계수 다항식 및 상기 등가 항력계수 다항식에 의한 상기 비행체의 전진비를 연산하고, 연산된 전진비에 의해 비행체의 대기속도를 추정하는 과정일 수 있다.Continuing, the airspeed estimation device (100) estimates the airspeed of the aircraft during flight by finding a forward ratio corresponding to the input shaft power coefficient of the aircraft using the equivalent lift coefficient polynomial and the equivalent drag coefficient polynomial (930). Step (930) may be a process of calculating the forward ratio of the aircraft by the equivalent lift coefficient polynomial and the equivalent drag coefficient polynomial, and estimating the airspeed of the aircraft by the calculated forward ratio.
대기속도의 추정에 있어, 대기속도 추정 장치(100)는 상기 프로펠러의 프로펠러 작동 조건을 입력받을 수 있다.In estimating the airspeed, the airspeed estimation device (100) can receive the propeller operating conditions of the propeller.
대기속도 추정 장치(100)는 프로펠러 작동 조건으로서, 대기온도, 대기압력, 프로펠러 RPM, 프로펠러 블레이드 각 등을 입력받을 수 있다.The airspeed estimation device (100) can receive inputs such as air temperature, air pressure, propeller RPM, and propeller blade angle as propeller operating conditions.
또한, 대기속도 추정 장치(100)는 상기 입력 축동력 계수를 연산할 수 있다.Additionally, the airspeed estimation device (100) can calculate the input shaft power coefficient.
대기속도 추정 장치(100)는 [수식 3]에 따라, 비행체의 축동력 를 동력 계수 형태로 표현하여, 입력 축동력 계수를 연산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) calculates the axial power of the aircraft according to [Formula 3]. By expressing it in the form of a power coefficient, the input shaft power coefficient can be calculated.
[수식 3][Formula 3]
: 공기 밀도 : air density
: rotation frequency(revolution per second) : rotation frequency (revolution per second)
: 프로펠러 지름 : Propeller diameter
: 축동력 : Axial power
: 입력 축동력 계수 : Input shaft power coefficient
계속해서, 대기속도 추정 장치(100)는 상기 프로펠러 작동 조건과 상기 입력 축동력 계수를 입력으로 하는 Newton-Rapson method에 의해, Inner Loop와 Outer Loop를 수행할 수 있다.Continuing, the airspeed estimation device (100) can perform an inner loop and an outer loop by the Newton-Rapson method using the propeller operating conditions and the input shaft power coefficient as inputs.
대기속도 추정 장치(100)는 Newton-Rapson method로, Inner Loop, Outer Loop 2번 계산할 수 있다. 대기속도 추정 장치(100)는 전진비 를 변수로 하여 Outer Loop 계산하고, dummy variable 를 변수로 하는 Inner Loop 계산할 수 있다.The airspeed estimation device (100) can calculate the inner loop and outer loop twice using the Newton-Rapson method. The airspeed estimation device (100) can calculate the forward ratio Calculate the Outer Loop using dummy variable as a variable Inner Loop can be calculated using as a variable.
Newton-Rapson method의 Outer Loop는 parameter가 전진비 가 될 수 있다. 전진비 에 대해 Newton-Rapson method의 Inner Loop는 parameter가 dummy variable 가 될 수 있다.The outer loop of the Newton-Rapson method has a parameter called the forward ratio. It can be. Forward ratio The inner loop of the Newton-Rapson method has a dummy variable parameter It can be.
이후, 대기속도 추정 장치(100)는 상기 Inner Loop와 상기 Outer Loop의 반복 수행에 의해, 상기 전진비 를 일정치로 수렴할 수 있다.Afterwards, the airspeed estimation device (100) calculates the forward speed by repeatedly performing the Inner Loop and the Outer Loop. can converge to a certain value.
상기 전진비 의 일정치 수렴 후, 대기속도 추정 장치(100)는, [수식 4]를 만족하여, 일정치로 수렴된 상기 전진비 로부터 대기속도 를 추정할 수 있다.The above advance ratio After the constant value converges, the airspeed estimation device (100) satisfies [Formula 4] and the advance ratio converges to a constant value. From air speed can be estimated.
[수식 4][Formula 4]
상기 은 'rotation frequency' 이고, 상기 는 '프로펠러 지름' 일 수 있다.Above is the 'rotation frequency', and the above can be the 'propeller diameter'.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전기모터에 연결된 프로펠러로 추진하는 방식의 비행체에서, 프로펠러와 관련되는 다양한 데이터를 이용하여 대기속도를 추정하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법 및 장치를 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in an aircraft propelled by a propeller connected to an electric motor, an airspeed estimation method and device using a propeller performance analysis method for estimating airspeed using various data related to the propeller can be provided.
또한, 본 발명에 의해서는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용하여 대기속도를 예측하고 있어, 기존의 피토-정압 방식의 대기속도 측정 장치와는 독립성을 갖고 있으므로, 같이 사용하는 경우에 대기속도 측정 장치의 신뢰도를 높이고, 하드웨어의 추가가 없으므로 중량과 비용 절감에 기여할 수 있다.In addition, since the present invention predicts airspeed using a propeller performance analysis method, it is independent from the existing pitot-static pressure type airspeed measuring device, and thus, when used together, the reliability of the airspeed measuring device can be increased, and since there is no additional hardware, it can contribute to weight and cost reduction.
또한, 본 발명에 의해서는, Primary 장비인 피토-정압 방식의 대기속도 측정 장치의 고장시 백업 기능을 하는 redundancy로 활용할 수 있다.In addition, according to the present invention, it can be utilized as a redundancy that serves as a backup function in the event of a failure of the primary equipment, the pitot-static pressure type airspeed measuring device.
또한, 본 발명에 의해서는, 0~50 km/h의 저속 범위에서도 오차가 커지지 않고 정확한 속도 예측을 할 수 있는 대기속도 추정 모델을 제공할 수 있다.In addition, the present invention provides an airspeed estimation model capable of accurately predicting speed without increasing error even in a low-speed range of 0 to 50 km/h.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program commands that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program commands, data files, data structures, etc., alone or in combination. The program commands recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiment or may be those known to and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specially configured to store and execute program commands such as ROMs, RAMs, flash memories, etc. Examples of the program commands include not only machine language codes generated by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiment, and vice versa.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing device to perform a desired operation or may independently or collectively command the processing device. The software and/or data may be permanently or temporarily embodied in any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, or transmitted signal waves, for interpretation by the processing device or for providing instructions or data to the processing device. The software may also be distributed over network-connected computer systems, and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents, appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also included in the scope of the claims described below.
100 : 대기속도 추정 장치
110 : 계산부
120 : 작성부
130 : 처리부100 : Airspeed Estimation Device
110 : Calculation Department
120 : Writing Department
130 : Processing Unit
Claims (13)
상기 등가 양력계수와 상기 등가 항력계수 각각을, 받음각의 함수인 등가 양력계수 다항식 및 등가 항력계수 다항식으로 작성하는 단계; 및
상기 등가 양력계수 다항식 및 상기 등가 항력계수 다항식을 이용하여, 상기 비행체의 입력 축동력 계수에 해당하는 전진비를 찾음으로써, 상기 비행체의 비행중 대기속도를 추정하는 단계
를 포함하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법.In relation to a propeller-driven aircraft, a step of calculating an equivalent lift coefficient and an equivalent drag coefficient as propeller equivalent aerodynamic data;
A step of writing the above equivalent lift coefficient and the above equivalent drag coefficient as an equivalent lift coefficient polynomial and an equivalent drag coefficient polynomial, which are functions of the angle of attack, respectively; and
A step of estimating the airspeed of the aircraft during flight by finding the advance ratio corresponding to the input shaft power coefficient of the aircraft using the equivalent lift coefficient polynomial and the equivalent drag coefficient polynomial.
A method for estimating airspeed using a propeller performance analysis method, including:
상기 계산하는 단계는,
상기 프로펠러를 구성하는 블레이드의 블레이드 데이터를 읽는 단계;
상기 프로펠러의 프로펠러 성능 데이터를 읽는 단계; 및
상기 블레이드 데이터와 상기 프로펠러 성능 데이터를 입력으로 하는 Newton-Rapson method에 의해, 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를 계산하는 단계
를 포함하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법.In the first paragraph,
The above calculation steps are:
A step of reading blade data of blades constituting the above propeller;
A step of reading propeller performance data of the above propeller; and
By the Newton-Rapson method using the above blade data and the above propeller performance data as input, the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient Steps to calculate
A method for estimating airspeed using a propeller performance analysis method, including:
상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를 계산하는 단계는,
[수식 1]를 만족하여 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를 계산하는 단계
[수식 1]
,
- 은 'solidity' 이고, 는 'resultant relative velocity' 이며, 은 'rotation rate' 이고, 은 '프로펠러 반지름' 이며, 는 '무차원 길이' 이고, 는 'flow angle' 이며, 는 '추력 계수'이고, 는 '동력 계수' 임-
를 포함하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법.In the second paragraph,
The above equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient The steps to calculate are:
The equivalent lift coefficient above satisfies [Formula 1] and the equivalent drag coefficient Steps to calculate
[Formula 1]
,
- is 'solidity', is the 'resultant relative velocity', is 'rotation rate', is the 'propeller radius', is a 'dimensionless length', is the 'flow angle', is the 'thrust coefficient', is the 'power factor' -
A method for estimating airspeed using a propeller performance analysis method, including:
상기 작성하는 단계는,
[수식 2]를 만족하여, 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를, 상기 받음각 의 함수로 작성하는 단계
[수식 2]
를 포함하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법.In the third paragraph,
The steps for writing the above are:
Satisfying [Formula 2], the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient , the angle of reception Steps to write as a function of
[Formula 2]
A method for estimating airspeed using a propeller performance analysis method, including:
상기 비행체의 비행중 대기속도를 추정하는 단계는,
상기 프로펠러의 프로펠러 작동 조건을 입력받는 단계;
상기 입력 축동력 계수를 연산하는 단계;
상기 프로펠러 작동 조건과 상기 입력 축동력 계수를 입력으로 하는 Newton-Rapson method에 의해, Inner Loop와 Outer Loop를 수행하는 단계; 및
상기 Inner Loop와 상기 Outer Loop의 반복 수행에 의해, 상기 전진비 를 일정치로 수렴하는 단계
를 포함하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법.In paragraph 4,
The step of estimating the airspeed of the above aircraft during flight is as follows:
A step for receiving propeller operating conditions of the above propeller;
A step of calculating the above input shaft power coefficient;
A step of performing an inner loop and an outer loop by the Newton-Rapson method using the above propeller operating conditions and the above input shaft power coefficient as inputs; and
By repeating the above Inner Loop and the above Outer Loop, the forward ratio Step to converge to a certain value
A method for estimating airspeed using a propeller performance analysis method, including:
상기 비행체의 비행중 대기속도를 추정하는 단계는,
[수식 4]를 만족하여, 일정치로 수렴된 상기 전진비 로부터 대기속도 를 추정하는 단계
[수식 4]
- 상기 은 'rotation frequency' 이고, 상기 는 '프로펠러 지름' 임 -
를 더 포함하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 방법.In paragraph 5,
The step of estimating the airspeed of the above aircraft during flight is as follows:
The above advance ratio converges to a constant value by satisfying [Formula 4] From air speed Steps to estimate
[Formula 4]
- Above is the 'rotation frequency', and the above is 'propeller diameter' -
A method for estimating airspeed using a propeller performance analysis method, which further includes:
상기 등가 양력계수와 상기 등가 항력계수 각각을, 받음각의 함수인 등가 양력계수 다항식 및 등가 항력계수 다항식으로 작성하는 작성부; 및
상기 등가 양력계수 다항식 및 상기 등가 항력계수 다항식을 이용하여, 상기 비행체의 입력 축동력 계수에 해당하는 전진비를 찾음으로써, 상기 비행체의 비행중 대기속도를 추정하는 처리부
를 포함하는, 프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 장치.In relation to a propeller-driven aircraft, a calculation unit that calculates the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient as propeller equivalent aerodynamic data;
A writing unit that writes the above equivalent lift coefficient and the above equivalent drag coefficient as an equivalent lift coefficient polynomial and an equivalent drag coefficient polynomial, which are functions of the angle of attack, respectively; and
A processing unit that estimates the airspeed of the aircraft during flight by finding the advance ratio corresponding to the input shaft power coefficient of the aircraft using the equivalent lift coefficient polynomial and the equivalent drag coefficient polynomial.
An airspeed estimation device using a propeller performance analysis method, including:
상기 계산부는,
상기 프로펠러를 구성하는 블레이드의 블레이드 데이터를 읽고, 상기 프로펠러의 프로펠러 성능 데이터를 읽으며, 상기 블레이드 데이터와 상기 프로펠러 성능 데이터를 입력으로 하는 Newton-Rapson method에 의해, 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를 계산하는
프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 장치.In Article 7,
The above calculation part,
The blade data of the blades constituting the propeller are read, the propeller performance data of the propeller is read, and the equivalent lift coefficient is obtained by the Newton-Rapson method using the blade data and the propeller performance data as inputs. and the equivalent drag coefficient Calculating
Airspeed estimation device using propeller performance analysis method.
상기 계산부는,
[수식 1]를 만족하여 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를 계산하는
[수식 1]
,
- 은 'solidity' 이고, 는 'resultant relative velocity' 이며, 은 'rotation rate' 이고, 은 '프로펠러 반지름' 이며, 는 '무차원 길이' 이고, 는 'flow angle' 이며, 는 '추력 계수'이고, 는 '동력 계수' 임-
프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 장치.In Article 8,
The above calculation part,
The equivalent lift coefficient above satisfies [Formula 1] and the equivalent drag coefficient Calculating
[Formula 1]
,
- is 'solidity', is the 'resultant relative velocity', is 'rotation rate', is the 'propeller radius', is a 'dimensionless length', is the 'flow angle', is the 'thrust coefficient', is the 'power factor' -
Airspeed estimation device using propeller performance analysis method.
상기 작성부는,
[수식 2]를 만족하여, 상기 등가 양력계수 과, 상기 등가 항력계수 를, 상기 받음각 의 함수로 작성하는
[수식 2]
프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 장치.In Article 9,
The above writing department,
Satisfying [Formula 2], the equivalent lift coefficient and the equivalent drag coefficient , the angle of reception Written as a function of
[Formula 2]
Airspeed estimation device using propeller performance analysis method.
상기 처리부는,
상기 프로펠러의 프로펠러 작동 조건을 입력받고, 상기 입력 축동력 계수를 연산하며, 상기 프로펠러 작동 조건과 상기 입력 축동력 계수를 입력으로 하는 Newton-Rapson method에 의해, Inner Loop와 Outer Loop를 수행하고, 상기 Inner Loop와 상기 Outer Loop의 반복 수행에 의해, 상기 전진비 를 일정치로 수렴하는
프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 장치.In Article 10,
The above processing unit,
The propeller operating conditions of the propeller are input, the input shaft power coefficient is calculated, and the inner loop and outer loop are performed by the Newton-Rapson method using the propeller operating conditions and the input shaft power coefficient as inputs, and the advance ratio is calculated by repeatedly performing the inner loop and the outer loop. Converging to a certain value
Airspeed estimation device using propeller performance analysis method.
상기 처리부는,
[수식 4]를 만족하여, 일정치로 수렴된 상기 전진비 로부터 대기속도 를 추정하는
[수식 4]
- 상기 은 'rotation frequency' 이고, 상기 는 '프로펠러 지름' 임 -
프로펠러 성능해석 방법을 이용한 대기속도 추정 장치.In Article 11,
The above processing unit,
The above advance ratio converges to a constant value by satisfying [Formula 4] From air speed Estimating
[Formula 4]
- Above is the 'rotation frequency', and the above is 'propeller diameter' -
Airspeed estimation device using propeller performance analysis method.
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US20200324910A1 (en) | 2018-07-02 | 2020-10-15 | Joby Aero, Inc. | System and method for airspeed determination |
US20210132103A1 (en) | 2019-11-05 | 2021-05-06 | Airbus Helicopters | Method and apparatus for estimating an airspeed of a rotorcraft by analyzing its rotor |
US20210269170A1 (en) | 2020-02-28 | 2021-09-02 | Bell Textron Inc. | Probeless airspeed and angle of attack measurements for propeller driven vehicles |
CN114194412A (en) | 2021-12-15 | 2022-03-18 | 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 | Cruise propeller matching optimization method suitable for piston power unmanned aerial vehicle |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20200324910A1 (en) | 2018-07-02 | 2020-10-15 | Joby Aero, Inc. | System and method for airspeed determination |
US20210132103A1 (en) | 2019-11-05 | 2021-05-06 | Airbus Helicopters | Method and apparatus for estimating an airspeed of a rotorcraft by analyzing its rotor |
US20210269170A1 (en) | 2020-02-28 | 2021-09-02 | Bell Textron Inc. | Probeless airspeed and angle of attack measurements for propeller driven vehicles |
CN114194412A (en) | 2021-12-15 | 2022-03-18 | 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 | Cruise propeller matching optimization method suitable for piston power unmanned aerial vehicle |
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