KR101193242B1 - Method for flight control of ornithopter, apparatus for flight control of ornithopter and ornithopter having the same - Google Patents

Method for flight control of ornithopter, apparatus for flight control of ornithopter and ornithopter having the same Download PDF

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KR101193242B1 KR1020100097039A KR20100097039A KR101193242B1 KR 101193242 B1 KR101193242 B1 KR 101193242B1 KR 1020100097039 A KR1020100097039 A KR 1020100097039A KR 20100097039 A KR20100097039 A KR 20100097039A KR 101193242 B1 KR101193242 B1 KR 101193242B1
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Abstract

본 발명은 날갯짓 비행체의 비행 제어방법, 날갯짓 비행체의 비행 제어장치 및 이를 구비하는 날갯짓 비행체에 관한 것으로, 상기 날갯짓 비행체의 비행 제어방법은, 주날개의 날갯짓 운동에 의하여 비행하며, 꼬리날개의 틸팅에 의하여 비행방향이 제어되는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법에 있어서, 상기 주날개의 날갯짓 운동에 대응하는 제1 주기운동을 감지하는 단계와, 상기 제1 주기운동의 주파수를 이용하여 상기 꼬리날개의 제2 주기운동을 생성하는 단계와, 기설정된 범위내에서 상기 날갯짓 비행체의 진동을 최소화시키는 상기 제2 주기운동의 진폭과 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 탐색하는 단계, 및 상기 탐색된 진폭과 위상차를 이용하여 상기 제2 주기운동을 제어하는 단계를 포함한다. 이에 의하여 날갯짓 비행체의 비행 안정성이 구현될 수 있다.The present invention relates to a flight control method of a wing vehicle, a flight control device of a wing vehicle and a wing aircraft having the same, the method of flight control of the wing aircraft, fly by the wing movement of the main wing, to tilt the tail wing A method for controlling flight of a winged wing controlled by a flying direction, the method comprising: detecting a first periodic motion corresponding to a wing motion of the main blade; and using a frequency of the first periodic motion, a second of the tail wing; Generating a periodic motion, searching for an amplitude of the second periodic motion and a phase difference between the first and second periodic motions to minimize vibration of the wing vehicle within a predetermined range; Controlling the second periodic motion using a phase difference. Thereby, flight stability of the wing vehicle can be realized.

Description

날갯짓 비행체의 비행 제어방법, 날갯짓 비행체의 비행 제어장치 및 이를 구비하는 날갯짓 비행체{METHOD FOR FLIGHT CONTROL OF ORNITHOPTER, APPARATUS FOR FLIGHT CONTROL OF ORNITHOPTER AND ORNITHOPTER HAVING THE SAME}TECHNICAL FOR FLIGHT CONTROL OF ORNITHOPTER, APPARATUS FOR FLIGHT CONTROL OF ORNITHOPTER AND ORNITHOPTER HAVING THE SAME}

본 발명은 날갯짓 운동에 의하여 비행하도록 이루어지는 날갯짓 비행체에 관한 것으로서, 구체적으로는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법, 날갯짓 비행체의 비행 제어장치 및 이를 구비하는 날갯짓 비행체에 관한 것이다.
The present invention relates to a wing vehicle made to fly by a wing movement, and more particularly, to a wing control method of a wing vehicle, a flight control device of a wing vehicle and a wing aircraft having the same.

날갯짓 비행체(Ornithopter)는 자연계의 새와 곤충, 박쥐와 같이 날갯짓 운동을 통해 비행을 하도록 이루어진다. 일반적으로 날갯짓 비행체는 날갯짓 운동 주파수를 통해 비행속도가 조절되며, 꼬리날개를 통하여 비행체가 어느 방향으로 비행할지가 제어된다. 특히, 최근에는 무선 조종(Remote Control) 날갯짓 비행체가 상용화되어 레저용으로 일반인도 쉽게 접할 수 있게 되었다. 그러나, 날갯짓 비행체는 복잡한 공기역학적 특성상 안정적으로 비행하기가 매우 어려운 실정이며, 따라서 숙련된 조종 기술을 요구한다.Ornithopters are made to fly through wing movements such as birds, insects and bats in nature. In general, the wing vehicle is controlled by the flight speed of the wing speed, the tail wing is controlled in which direction the aircraft is flying. In particular, in recent years, the remote control wing control aircraft has been commercialized to be easily accessible to the general public for leisure purposes. However, wing aircrafts are very difficult to fly stably due to complex aerodynamic characteristics, and thus require skilled steering skills.

날갯짓 비행체는 새나 곤충, 박쥐와 같은 자연계의 비행체를 모방하여 날갯짓 운동을 통해 비행할 수 있도록 개발되었기 때문에, 외형적으로 기존의 고정익 비행체나 회전익 비행체와는 달리 위장성(camouflage)이 높다. 따라서 목표에 매우 가까운 위치까지 접근하여 정보 획득, 감시, 정찰 (Intelligence, Surveillance, Reconnaissance, ISR) 등의 임무를 수행하기에 적합한 플랫폼으로 최근 미국, 프랑스, 일본 등 항공 선진국에서 날갯짓 비행체 관련 기초 기반 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.Wings are developed to be able to fly through wing movements by mimicking natural aircraft such as birds, insects and bats, so they have a high camouflage in appearance unlike conventional fixed-wing or rotary wing vehicles. Therefore, it is a platform suitable for performing missions such as intelligence acquisition, surveillance, reconnaissance (Intelligence, Surveillance, Reconnaissance, ISR) by approaching the position very close to the target. Development is underway.

날갯짓 비행체가 감시/정찰/국방용 무인비행플랫폼으로 활용되기 위해서는 기존 레저용으로 개발된 무선 조종 날갯짓 비행체보다 높은 비행 안정성이 구현되어야 한다. 특히, 날갯짓 운동에 의해 비행 중 발생하는 진동 현상은 획득되는 영상 정보를 저하시켜 잘못된 정보를 초래하므로 이러한 진동 문제를 해결할 수 있는 비행 안정성의 증대 기술이 고려될 수 있다.
In order to be used as a surveillance, reconnaissance, and defense unmanned aerial vehicle platform, flight flight must have higher flight stability than radio-controlled wing aircraft developed for leisure. In particular, the vibration phenomenon generated during the flight by the wing movement deteriorates the acquired image information to cause false information, so that the technique of improving flight stability that can solve this vibration problem can be considered.

본 발명은 날갯짓 비행체의 비행 안정성을 증대시키는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법, 날갯짓 비행체의 비행 제어장치 및 이를 구비하는 날갯짓 비행체를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a flight control method for a wing aircraft, a flight control device for a wing vehicle and a wing vehicle having the same, which increases flight stability of a wing vehicle.

또한, 본 발명은 보다 가볍게 구성되어 실제 비행체에 탑재 및 적용될 수 있는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치를 구현하기 위한 것이다.
In addition, the present invention is to implement a flight control device of a wing aircraft that can be mounted and applied to the actual aircraft more lightly configured.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 주날개의 날갯짓 운동에 의하여 비행하며, 꼬리날개의 틸팅에 의하여 비행방향이 제어되는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법은, 상기 주날개의 날갯짓 운동에 대응하는 제1 주기운동을 감지하는 단계와, 상기 제1 주기운동의 주파수를 이용하여 상기 꼬리날개의 제2 주기운동을 생성하는 단계와, 기설정된 범위내에서 상기 날갯짓 비행체의 진동을 최소화시키는 상기 제2 주기운동의 진폭과 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 탐색하는 단계, 및 상기 탐색된 진폭과 위상차를 이용하여 상기 제2 주기운동을 제어하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, in the flight control method of the wing aircraft flying by the wing movement of the main wing, the flight direction is controlled by the tilting of the tail wing, according to an embodiment of the present invention The method for controlling flight of a wing vehicle includes: detecting a first periodic motion corresponding to a wing motion of the main blade, generating a second periodic motion of the tail wing using a frequency of the first periodic motion; Searching for an amplitude of the second periodic motion and a phase difference between the first and second periodic motions to minimize vibration of the wing vehicle within a predetermined range, and using the detected amplitude and phase difference. Controlling the periodic motion.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 감지 단계는 상기 제1 주기운동의 주파수를 검출하고 상기 주날개의 상승 및 하강 운동을 판별하도록 상기 날갯짓 비행체의 본체에 대한 상기 주날개의 상대 각도를 연속적으로 감지한다. 상기 감지 단계는 상기 상대 각도를 연속적으로 감지하도록, 상기 날갯짓 비행체의 본체에 장착된 감지센서가 상기 주날개에 부착된 자석의 자기장을 감지하는 단계가 될 수 있다.According to an example related to the present invention, the sensing step continuously detects the frequency of the first periodic motion and continuously measures the relative angle of the main blade relative to the main body of the wing aircraft to determine the rising and falling motion of the main blade. Detect. The detecting step may be a step of detecting a magnetic field of a magnet attached to the main wing by a detection sensor mounted on the main body of the wing aircraft to continuously detect the relative angle.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 생성 단계는 상기 주파수와 동일하거나 또는 상기 주파수의 정수배가 되도록 상기 제2 주기운동의 주파수를 설정한다. 상기 제2 주기운동은, 상기 제2 주기운동의 주파수와, 상기 제1 주기운동의 진폭 또는 상기 날갯짓 비행체의 진동 크기에 의하여 설정되는 진폭과, 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 변수로 하는 정현파가 될 수 있다.According to another example related to the present invention, the generating step sets the frequency of the second periodic motion to be equal to the frequency or an integer multiple of the frequency. The second periodic motion is a variable set by a frequency of the second periodic motion, an amplitude set by the amplitude of the first periodic motion or the magnitude of vibration of the wing vehicle, and the phase difference between the first and second periodic motions. Can be sinusoidal.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 탐색 단계는, 상기 날갯짓 비행체의 중심축에서 피치 방향으로 생성되는 상기 날갯짓 비행체의 피치 각속도의 평균 제곱근 값이 최소가 되도록 하는 상기 제2 주기운동의 진폭과 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 탐색한다. 상기 피치 각속도는 상기 날갯짓 비행체에 장착되는 감지센서에 의하여 감지되거나, 상기 날갯짓 비행체에 장착되는 영상센서로부터 송신되는 영상데이터로부터 추출될 수 있다.According to another example related to the present invention, the searching step may include an amplitude of the second periodic motion such that the mean square root value of the pitch angular velocity of the wing vehicle generated in the pitch direction from the central axis of the wing vehicle is minimized. The phase difference between the first and second periodic motions is searched for. The pitch angular velocity may be detected by a sensor mounted on the wing vehicle or extracted from image data transmitted from an image sensor mounted on the wing vehicle.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 날갯짓 비행체의 비행 제어방법는 상기 날갯짓 비행체의 비행상태가 수평 순항비행을 하는 트림상태에 해당하는지를 탐색하는 단계를 포함한다. 상기 생성 단계는 상기 날갯짓 비행체가 트림상태이면, 상기 제2 주기운동을 생성할 수 있다.According to another example related to the present invention, a flight control method of a wing vehicle includes searching for whether a flight state of the wing vehicle corresponds to a trim state of horizontal cruise flight. The generating step may generate the second periodic motion when the wing aircraft is in a trim state.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 주날개의 날갯짓 운동에 의하여 비행하며 꼬리날개의 틸팅에 의하여 비행방향이 제어되는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치에 있어서, 상기 주날개의 날갯짓 운동에 대응하는 제1 주기운동을 감지하는 감지부와, 상기 제1 주기운동의 주파수를 이용하여 상기 꼬리날개의 제2 주기운동을 생성하고 기설정된 범위내에서 상기 날갯짓 비행체의 진동을 최소화시키는 상기 제2 주기운동의 진폭과 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 탐색하며 상기 탐색된 진폭과 위상차를 이용하여 상기 제2 주기운동을 제어하도록 형성되는 꼬리날개 제어부, 및 상기 꼬리날개를 상기 본체에 대하여 상대 운동시키도록 형성되며 상기 꼬리날개 제어부에 의하여 제어되도록 상기 꼬리날개 제어부와 전기적으로 연결되는 꼬리날개 구동부를 포함하는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치를 개시한다. In order to realize the above object, the present invention, in the flight control device of the wing aircraft in which the flight direction is controlled by flying the wing blade movement of the main wing, the tilting of the tail wing, corresponding to the wing blade movement of the main blade A second periodic motion for generating a second periodic motion of the tail blade using a sensing unit detecting a first periodic motion and a frequency of the first periodic motion and minimizing vibration of the wing vehicle within a predetermined range; A tail wing controller configured to search for an amplitude of the phase difference between the first and second periodic motions and to control the second periodic motion using the detected amplitude and phase difference, and the tail wing relative motion with respect to the main body. The tail is formed to be electrically connected to the tail wing control unit to be controlled by the tail wing control unit It discloses a flight control apparatus for aircraft wings comprising at driving.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 감지부는, 상기 주날개에 부착되는 자석, 및 상기 자석의 자기장 변화를 감지하도록 상기 날갯짓 비행체의 본체에 장착되는 감지센서를 포함한다. 상기 제1 주기운동의 주파수를 검출하고 상기 주날개의 상승 및 하강 운동을 판별하도록, 상기 감지부는 상기 자기장 변화를 이용하여 상기 날갯짓 비행체의 본체에 대한 상기 주날개의 상대 각도를 연속적으로 감지할 수 있다.According to another example related to the present invention, the sensing unit includes a magnet attached to the main wing, and a sensing sensor mounted to the main body of the wing aircraft to detect a magnetic field change of the magnet. To detect the frequency of the first periodic motion and to determine the rising and falling movement of the main blade, the detector may continuously detect the relative angle of the main blade relative to the main body of the wing aircraft using the change in the magnetic field. have.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 꼬리날개 구동부는 상기 꼬리날개 및 본체의 연결부분을 중심으로 상기 꼬리날개가 왕복회전하는 피칭운동을 생성하거나, 상기 연결부분에 상기 꼬리날개가 고정된 상태에서 상기 꼬리날개의 몸체가 휘어지는 캠버운동을 생성하도록 이루어진다.According to another embodiment related to the present invention, the tail wing driving unit generates a pitching movement in which the tail wing reciprocally rotates around the connection portion of the tail wing and the main body, or the tail wing is fixed to the connection portion. In the body of the tail wing is made to generate a camber motion.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 꼬리날개 구동부는, 상기 꼬리날개를 상기 본체의 단부에 회전가능하게 연결하는 연결축, 및 상기 피칭운동을 생성하도록 상기 연결축을 왕복회전시키도록 형성되며 상기 꼬리날개 제어부에 의하여 제어되는 구동모터를 포함한다. 상기 꼬리날개 구동부는 상기 캠버운동을 생성하도록 상기 꼬리날개의 일면에 장착되는 표면 곡률 생성기를 포함할 수 있다.According to another embodiment related to the present invention, the tail wing drive unit, the connecting shaft for rotatably connecting the tail wing to the end of the body, and is formed to reciprocally rotate the connecting shaft to generate the pitching motion It includes a drive motor controlled by the tail wing control unit. The tail wing drive unit may include a surface curvature generator mounted on one surface of the tail wing to generate the camber motion.

또한, 본 발명은 날갯짓 비행체의 본체와, 상기 본체가 비행하도록 상기 본체에 장착되며 날갯짓 운동을 하도록 형성되는 주날개와, 상기 본체의 후단에 장착되며 틸팅에 의하여 상기 본체의 비행방향을 제어하는 꼬리날개, 및 상기 날갯짓 비행체의 진동을 저감시키도록 상기 꼬리날개의 운동을 생성 및 제어하도록 형성되는 상기 날갯짓 비행체의 비행 제어장치를 포함하는 날갯짓 비행체를 개시한다.
In addition, the present invention is the main body of the wing flying body, the main wing is mounted to the main body so that the main body is flying and is formed to perform the wing movement, the tail mounted to the rear end of the main body to control the flight direction of the main body by tilting Disclosed is a wing vehicle including a wing and a flight control device of the wing vehicle configured to generate and control the movement of the tail wing to reduce vibration of the wing vehicle.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 날갯짓 비행체의 비행 제어방법, 날갯짓 비행체의 비행 제어장치 및 이를 구비하는 날갯짓 비행체에 의하면, 꼬리날개를 주기운동시킴에 따라 날갯짓 비행체의 비행 안정성이 구현될 수 있다. 또한, 이를 통하여 날갯짓 비행체가 감시, 정찰, 국방용 무인비행체 플랫폼으로 활용될 수 있는 효과가 있다.According to the flight control method of the wing vehicle according to the present invention configured as described above, the flight control device of the wing vehicle and a wing vehicle having the same, the flight stability of the wing aircraft can be implemented by the periodic movement of the tail wing. In addition, there is an effect that the wing aircraft can be used as a drone platform for surveillance, reconnaissance, and defense.

또한, 본 발명은 꼬리날개의 운동 제어를 이용하여 진동을 저감시키므로, 탑재 중량에 제한이 큰 날갯짓 비행체에 적용 가능하며, 나아가 본 발명의 제어장치는 기존에 날갯짓 비행체에 장착된 구성품을 활용하고, 최소한의 구성품 추가와 함께 가볍게 구성되어 실제 비행체에 탑재, 적용될 수 있다.
In addition, since the present invention reduces the vibration by using the movement control of the tail wing, it can be applied to the wing aircraft having a large limit on the payload, and furthermore, the control device of the present invention utilizes the components mounted on the wing aircraft previously, Lightly configured with minimal component additions, it can be mounted and applied to real vehicles.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 날갯짓 비행체와, 이의 비행 제어방법 및 장치를 나타내는 개념도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 날갯짓 비행체의 비행 제어방법을 보여주는 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 날갯짓 비행체의 주날개의 한 주기 운동에 따라 꼬리날개 운동을 생성하는 일실시예를 나타내는 개념도들.
도 4a 및 도 4b는 도 3a 내지 도 3d에 도시된 주날개 및 꼬리날개의 주기운동을 나타내는 그래프들.
도 5는 도 1의 날갯짓 비행체의 상세 구성도.
도 6a 및 도 6b는 각각 도 5의 날갯짓 비행체의 꼬리날개 구동부의 피칭운동 및 캠버운동을 나타내는 개념도들.
도 7은 도 5에 도시된 주날개 및 꼬리날개의 주기운동을 나타내는 그래프.
1 is a conceptual diagram showing a wing wing and a flight control method and apparatus thereof according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart showing a flight control method of the wing aircraft according to an embodiment of the present invention.
3A to 3D are conceptual views illustrating an embodiment of generating a tail wing movement according to one cycle movement of a main wing of a wing vehicle.
4A and 4B are graphs showing periodic movements of the main wing and the tail wing shown in FIGS. 3A to 3D.
5 is a detailed configuration diagram of the wing vehicle of FIG.
6A and 6B are conceptual views illustrating a pitching motion and a camber motion of the tail wing drive unit of the wing wing of FIG. 5, respectively.
7 is a graph showing the periodic movement of the main wing and the tail wing shown in FIG.

이하, 본 발명에 관련된 날갯짓 비행체의 비행 제어방법, 날갯짓 비행체의 비행 제어장치 및 이를 구비하는 날갯짓 비행체에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, a flight control method of a wing vehicle according to the present invention, a flight control device for a wing vehicle, and a wing vehicle having the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification, different embodiments are given the same or similar reference numerals for the same or similar configurations, and the description is replaced with the first description. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 날갯짓 비행체와, 이의 비행 제어방법 및 장치를 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a wing wing and a flight control method and apparatus thereof according to an embodiment of the present invention.

본 도면을 참조하면, 날갯짓 비행체(100)는 본체(110), 주날개(120) 및 꼬리날개(130)를 포함한다.Referring to this figure, the wing aircraft 100 includes a main body 110, the main wing 120 and the tail wing 130.

본체(110)는 날갯짓 비행체(100)의 외관을 형성하며, 일방향(길이방향)으로 길도록 이루어질 수 있다.The main body 110 forms an appearance of the wing wing body 100 and may be formed to be long in one direction (length direction).

주날개(120)는 본체(110)에 장착되며 날갯짓 운동이 가능하도록 복수로 구비된다. 즉, 주날개(120)의 날갯짓 운동에 의하여 본체(110)가 비행하게 된다.The main wing 120 is mounted to the main body 110 and is provided in plurality to enable the wing movement. That is, the main body 110 is flying by the wing movement of the main wing 120.

꼬리날개(130)는 본체(110)의 후단에 장착되며, 틸팅에 의하여 상기 본체(110)의 비행방향을 제어한다. 즉, 꼬리날개(130)가 본체(110)의 길이방향 중심축에 대하여 틀어짐에 의하여 본체(110)의 비행방향이 제어될 수 있다.Tail wing 130 is mounted on the rear end of the main body 110, and controls the flight direction of the main body 110 by tilting. That is, the flight direction of the main body 110 may be controlled by the tail wing 130 is twisted with respect to the longitudinal center axis of the main body 110.

도시에 의하면, 날갯짓 비행체(100)에는 상기 날갯짓 비행체(100)의 진동을 저감시키도록 꼬리날개(130)의 운동을 생성 및 제어하도록 형성되는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치(140, 도 5 참조)가 구비된다.According to the drawing, the wing vehicle 100 has a flight control device 140 (see FIG. 5) of the wing vehicle is formed to generate and control the movement of the tail wing 130 to reduce the vibration of the wing vehicle 100 It is provided.

비행 제어장치(140)는 주날개(120)의 연속적인 운동에 따라 꼬리날개(130)의 운동, 예를 들어 꼬리날개의 피칭운동(151), 캠버운동(152), 혹은 이들의 조합운동을 생성하고, 이에 의해 날갯짓 비행체(100)는 복잡한 모델링, 제어기 설계 과정을 거치지 않고도 보다 안정성 높게 비행하게 된다.The flight controller 140 performs the movement of the tail wing 130, for example, the pitching movement 151 of the tail wing, the camber movement 152, or a combination thereof according to the continuous movement of the main wing 120. In this way, the wing vehicle 100 may fly with higher stability without undergoing complicated modeling and controller design process.

여기서, 피칭운동(151)은 꼬리날개 및 본체의 연결부분을 중심으로 꼬리날개가 피칭 방향으로 왕복회전하는 운동을 지칭하며, 캠버운동(152)는 상기 연결부분에 상기 꼬리날개가 고정된 상태에서 상기 꼬리날개의 몸체가 휘어지는 운동을 지칭한다.Here, the pitching movement 151 refers to the movement of the tail wing reciprocating in the pitching direction about the connecting portion of the tail wing and the main body, camber movement 152 in the state where the tail wing is fixed to the connection portion Refers to the bending motion of the body of the tail blades.

이하, 상기 날갯짓 비행체(100)의 비행을 제어하는 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of controlling the flight of the wing vehicle 100 will be described in more detail.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 날갯짓 비행체의 비행 제어방법을 보여주는 순서도이고, 도 3a 내지 도 3d는 날갯짓 비행체의 주날개의 한 주기 운동에 따라 꼬리날개 운동을 생성하는 일실시예를 나타내는 개념도들이며, 도 4a 및 도 4b는 도 2a 내지 도 2d에 도시된 주날개 및 꼬리날개의 주기운동을 나타내는 그래프들이다.Figure 2 is a flow chart showing a flight control method of the wing aircraft according to an embodiment of the present invention, Figures 3a to 3d shows an embodiment of generating a tail wing motion in accordance with one period of the main wing of the wing aircraft 4A and 4B are graphs showing the periodic movements of the main wing and the tail wing shown in FIGS. 2A to 2D.

도 2를 참조하면, 날갯짓 비행체의 비행 제어방법은 먼저, 상기 날갯짓 비행체의 비행상태가 수평 순항비행을 하는 트림상태에 해당하는지를 탐색한다(S100).Referring to FIG. 2, first, a flight control method of a wing vehicle searches for whether a flying state of the wing vehicle corresponds to a trim state of horizontal cruise flight (S100).

트림 탐색 단계(S100)에서는 날갯짓 비행체의 비행 시험을 통해 일반적으로 주날개의 운동 주파수에 따라 결정되는 꼬리날개의 트림각도를 찾는 단계가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 이는 날갯짓 비행체가 일정한 고도를 유지하며, 조종사의 추가적인 조종 입력없이 일직선으로 날아가는 비행상태, 즉 트림상태를 찾는 과정이다. In the trim search step (S100), it may be a step of finding a trim angle of the tail wing which is generally determined according to the flight frequency of the main wing through a flight test of the wing vehicle. More specifically, this is a process in which the wing aircraft maintains a constant altitude and finds a flying state, that is, a trim state, flying in a straight line without additional pilot input.

날갯짓 비행체에는 트림상태에서 날갯짓 운동에 의해 날갯짓 운동 주파수를 주 진동 주파수로 갖는 주기적인 진동 현상이 발생한다. 날갯짓 비행체 본체에 부착된 영상 센서 등을 통해 날갯짓 비행체의 트림 비행시 발생하는 주기적인 진동 현상은 확인될 수 있다. 본 발명의 비행 제어방법은, 상기 주기적인 진동을 저감시키도록 트림상태에 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In the wing vehicle, a periodic vibration phenomenon occurs with the wing movement frequency as the main vibration frequency by the wing movement in the trim state. Periodic vibration phenomena generated during the trim flight of the wing vehicle can be confirmed through an image sensor attached to the wing body. The flight control method of the present invention may be applied to a trim state to reduce the periodic vibration, but is not necessarily limited thereto.

다음은, 주날개 운동을 감지한다(S200). 예를 들어, 감지 단계(S200)는 상기 주날개의 날갯짓 운동에 대응하는 제1 주기운동을 감지한다.Next, the main wing movement is detected (S200). For example, the sensing step S200 detects a first periodic motion corresponding to the wing movement of the main blade.

감지 단계(S200)는 상기 제1 주기운동의 주파수를 검출하고 상기 주날개의 상승 및 하강 운동을 판별하도록 상기 날갯짓 비행체의 본체에 대한 상기 주날개의 상대 각도를 연속적으로 감지한다. 주날개 운동은 꼬리날개 운동의 생성시에 기준이 되는 신호이기 때문에 연속적으로 정확히 측정되어야 한다. 따라서, 주 날개의 상승운동(upstroke) 및 하강운동(downstroke)을 구분하고, 왜곡없는 깨끗한 정현파 형태가 되도록 주파수 분석 등의 신호 처리 과정을 거칠 수 있다.The sensing step S200 continuously detects the relative angle of the main blade with respect to the main body of the wing vehicle to detect the frequency of the first periodic motion and determine the rising and falling motion of the main blade. The main wing motion must be measured continuously and accurately because it is a reference signal in the generation of the tail wing motion. Therefore, it is possible to distinguish the upstroke and the downstroke of the main blade and to perform signal processing such as frequency analysis to form a clean sinusoidal waveform without distortion.

보다 구체적으로, 상기 상대 각도를 연속적으로 감지하도록, 상기 날갯짓 비행체의 본체에 장착된 감지센서가 상기 주날개에 부착된 자석의 자기장을 감지할 수 있다. 또한, 감지 단계(S200)에서는 주날개 운동에 대응하도록 측정된 감지센서의 출력 전압 변화를 제1 주기운동으로 변환한다.More specifically, to detect the relative angle continuously, a detection sensor mounted on the main body of the wing aircraft can detect the magnetic field of the magnet attached to the main wing. In addition, the sensing step (S200) converts the output voltage change of the sensing sensor measured to correspond to the main wing motion to the first periodic motion.

예를 들어, 주날개 운동을 연속적으로 감지하는 홀-효과 센서를 기반으로 주 날개의 운동 각도가 측정되며, 이는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.For example, the angle of movement of the main wing is measured based on a Hall-effect sensor that continuously detects the main wing motion, which is expressed by Equation 1 below.

Figure 112010064370757-pat00001
Figure 112010064370757-pat00001

여기서, f는 날갯짓 운동 주파수이며, 홀-효과 센서는 κ0값이 0이 되는 날갯짓 비행체의 본체 위치에 부착되며, κ1값은 일반적으로 미리 설정된 값을 가지나, 비행시 변화하는 진폭을 갖는 경우에는 감지될 수도 있다. 다만, 홀-효과 센서 이외에 이와 상응하여 주날개의 운동을 연속적으로 감지할 수 있는 센서는 주날개 운동의 감지에 적용 가능하다.Here, f is the wing movement frequency, and the Hall-effect sensor is attached to the position of the body of the wing aircraft whose value κ 0 is 0, and the value κ 1 generally has a preset value but is detected when the amplitude changes during flight. May be However, in addition to the Hall-effect sensor, a sensor capable of continuously detecting the movement of the main wing is applicable to the detection of the main wing motion.

다음은, 꼬리날개의 운동을 생성한다(S300). 예를 들어, 생성단계(S300)는 상기 제1 주기운동의 주파수를 이용하여 상기 꼬리날개의 제2 주기운동을 생성한다. 부가적으로, 생성단계(S300)는 상기 날갯짓 비행체가 트림상태이면, 상기 제2 주기운동을 생성하도록 이루어질 수 있다.Next, to generate the tail wing movement (S300). For example, the generating step S300 generates a second periodic motion of the tail wing using the frequency of the first periodic motion. In addition, the generating step (S300) may be made to generate the second periodic motion, if the wing aircraft is in a trim state.

보다 구체적으로, 생성단계(S300)는 상기 주파수와 동일하거나 또는 상기 주파수의 정수배가 되도록 상기 제2 주기운동의 주파수를 설정하는 단계가 될 수 있다. 상기 제2 주기운동은, 상기 제2 주기운동의 주파수와, 상기 제1 주기운동의 진폭 또는 상기 날갯짓 비행체의 진동 크기에 의하여 설정되는 진폭과, 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 변수로 하는 정현파가 될 수 있다.More specifically, the generating step (S300) may be a step of setting the frequency of the second periodic motion to be equal to the frequency or an integer multiple of the frequency. The second periodic motion is a variable set by a frequency of the second periodic motion, an amplitude set by the amplitude of the first periodic motion or the magnitude of vibration of the wing vehicle, and the phase difference between the first and second periodic motions. Can be sinusoidal.

즉, 꼬리날개의 제2 주기운동은 예를 들어, 아래의 수학식 2와 같은 형태로 생성될 수 있다.That is, the second periodic motion of the tail blades may be generated in the form of, for example, Equation 2 below.

Figure 112010064370757-pat00002
Figure 112010064370757-pat00002

여기서, f는 날갯짓 운동 주파수(제1 주기운동의 주파수)와 동일한 값을 갖도록 설정된 꼬리날개 운동 주파수이며, δ0값은 트림 탐색 단계(S100)에서 제1 주기운동의 주파수와 함께 결정되는 최초 진폭(즉, 틸팅값)이며, δ1값은 꼬리날개 운동 진폭값이고, ψ는 주날개의 운동과 꼬리날개의 운동 간의 위상 차이다.Here, f is the tail wing movement frequency set to have the same value as the wing movement frequency (frequency of the first periodic movement), the value δ 0 is the initial amplitude determined with the frequency of the first periodic movement in the trim search step (S100) ( That is, the tilting value),? 1 is the tail wing motion amplitude value, and ψ is the phase difference between the main wing motion and the tail wing motion.

또는, 꼬리날개의 운동 주파수는 주날개의 날갯짓 운동 주파수와 관계없는 하나 또는 그 이상의 주파수 성분을 이용하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 꼬리날개의 운동 주파수는 제1 주기운동의 주파수의 정수배가 될 수 있으며, 아래의 수학식 3과 같은 형태로 생성될 수 있다.Alternatively, the movement frequency of the tail wing can be configured using one or more frequency components independent of the wing movement frequency of the main wing. For example, the movement frequency of the tail wing may be an integer multiple of the frequency of the first periodic movement, and may be generated in the form of Equation 3 below.

Figure 112010064370757-pat00003
Figure 112010064370757-pat00003

여기서, N은 날갯짓 비행체의 비행 안정성을 증대하기 위해, 꼬리날개 운동 생성에 필요한 주파수 조합의 개수를 나타낸다. Here, N represents the number of frequency combinations necessary for generating the tail wing motion in order to increase the flight stability of the wing vehicle.

꼬리날개 운동 진폭 δ1 혹은 δn은 0보다 크고, 주날개의 운동 진폭 κ1, 혹은 날갯짓 비행체의 진동 크기에 따라 변화하며, 위상차 ψ 혹은 ψn은 0보다 크거나 같고 보다는 작은 범위에서 변화한다.Tail wing motion amplitude δ1 or δn is greater than 0 and varies with the motion amplitude κ1 of the main wing or the magnitude of vibration of the wing vehicle, and the phase difference ψ or ψn varies in a range greater than or equal to 0 and less than.

다시, 도 2를 참조하면, 다음은 비행 안정성을 확보한다(S400). 안정성 확보 단계(S400)는 탐색 단계와 제어 단계를 포함한다.Referring back to FIG. 2, the following secures flight stability (S400). The stability securing step S400 includes a search step and a control step.

탐색 단계는 기설정된 범위내에서 상기 날갯짓 비행체의 진동을 최소화시키는 상기 제2 주기운동의 진폭과 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 탐색하고, 제어 단계는 상기 탐색된 진폭과 위상차를 이용하여 상기 제2 주기운동을 제어한다.The searching step searches for the amplitude of the second periodic motion and the phase difference between the first and second periodic motions to minimize the vibration of the wing vehicle within a predetermined range, and the control step uses the searched amplitude and phase difference. The second periodic motion is controlled.

예를 들어, 탐색 단계는 상기 날갯짓 비행체의 중심축에서 피치 방향으로 생성되는 상기 날갯짓 비행체의 피치 각속도의 평균 제곱근 값이 최소가 되도록 하는 상기 제2 주기운동의 진폭과 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 탐색한다. 이 경우, 상기 피치 각속도는 상기 날갯짓 비행체에 장착되는 감지센서에 의하여 감지되거나, 상기 날갯짓 비행체에 장착되는 영상센서로부터 송신되는 영상데이터로부터 추출될 수 있다.For example, the searching step includes the amplitude of the second periodic motion and the first and second periodic motions such that the mean square root value of the pitch angular velocity of the wing vehicle is generated in the pitch direction from the central axis of the wing vehicle. Search for the phase difference of. In this case, the pitch angular velocity may be detected by a sensor mounted on the wing vehicle or extracted from image data transmitted from an image sensor mounted on the wing vehicle.

보다 구체적으로, 최적의 꼬리날개 운동은 아래의 수학식 4 또는 5에 의하여 결정된다.More specifically, the optimum tail wing movement is determined by Equation 4 or 5 below.

Figure 112010064370757-pat00004
Figure 112010064370757-pat00004

Figure 112010064370757-pat00005
Figure 112010064370757-pat00005

q는 날갯짓 비행체의 중심축에서 피치 방향으로 생성되는 날갯짓 비행체의 피치 각속도로 날갯짓 운동에 의해 발생되는 진동 현상을 나타낸다. 이와 같은 비행체의 피치 각속도는 날갯짓 비행체에 부착된 영상 센서의 품질을 저하시키는 주요 원인이다.q denotes a vibration phenomenon generated by the wing movement at the pitch angular velocity of the wing vehicle generated in the pitch direction from the central axis of the wing vehicle. Such pitch angular velocity of the vehicle is a major cause of deterioration of the image sensor attached to the wing aircraft.

꼬리날개 진폭 δ1 혹은 δn, 주 날개와 꼬리날개 운동의 위상차 ψ 혹은 ψn에 의해 변화되는 날갯짓 비행체 주날개 운동의 한주기마다 계산된 피치 각속도의 평균제곱근 값(Root-Mean-Square, RMS)이 최소가 되도록 하는 최적의 꼬리날개 운동 진폭 δ*1 혹은 δ*n과 주날개와 꼬리날개 운동의 위상차 ψ* 혹은 ψ*n를 상기 변화 범위 내에서 반복하여 탐색한다. 즉, 꼬리날개 운동 진폭을 0보다 큰 범위에서, 주날개의 운동 진폭 κ1, 혹은 날갯짓 비행체의 진동 크기에 따라 변화시켜 가고, 위상차를 0보다 크거나 같고 보다 작은 범위에서 변화시켜가며, 피치 각속도의 평균 제곱근 값(Root-Mean-Square, RMS)이 최소가 되도록 하는 최적의 꼬리날개 운동 진폭과 주날개 운동과 꼬리날개 운동의 위상차를 획득한다.Root-Mean-Square (RMS) of the mean angular velocity of the pitch angular velocity calculated for each period of the wing vane main wing motion, which is changed by the tail wing amplitude δ1 or δn and the phase difference ψ or ψn of the main wing and tail wing motions. The optimum tail wing motion amplitude δ * 1 or δ * n and the phase difference ψ * or ψ * n between the main wing and the tail wing motion are searched repeatedly within the above range. That is, the tail wing motion amplitude is changed in a range greater than 0, the main wing motion amplitude κ1, or the magnitude of the vibration of the wing vehicle, and the phase difference is changed in a range greater than or equal to 0 and smaller, and the pitch angular velocity is changed. Obtain optimal tail wing amplitude and phase difference between main wing and tail wing movements to minimize root mean square value (Root-Mean-Square, RMS).

만약, 날갯짓 비행체의 탑재체 무게 제한에 의해 비행체의 피치 각속도 를 측정할 수 있는 센서를 장착하기 어려운 경우라면, 피치 각속도 성분은 영상 센서로 송신되는 영상 데이터의 광류(optic flow) 분석으로부터 대략적으로 추출될 수 있다.If it is difficult to mount a sensor capable of measuring the pitch angular velocity of the aircraft due to the weight of the payload of the wing vehicle, the pitch angular velocity component may be extracted approximately from the optical flow analysis of the image data transmitted to the image sensor. Can be.

이 후, 제어 단계에서는 탐색된 진폭 및 위상차에 대응하도록 꼬리날개를 피칭 운동 또는 캠버 운동시키거나, 이들의 조합에 의해 꼬리날개 운동을 실시한다. 이 경우, 진동 현상의 저감, 절연 또는 날갯짓 비행체에 장착된 영상 센서로부터 전송된 영상이 흔들림 없이 확보되는 것으로부터 날갯짓 비행체가 비행 안정성을 확보했다는 것은 확인될 수 있으며, 비행 안정성 미확보 시 꼬리날개 운동을 재생성하여 비행 안정성을 확보할 때까지 반복하게 된다.Subsequently, in the control step, the tail blades are pitched or camberd to correspond to the detected amplitude and phase difference, or the tail blades movement is performed by a combination thereof. In this case, it can be confirmed that the wing vehicle ensures flight stability from the vibration reduction, the insulation, or the image transmitted from the image sensor mounted on the wing vehicle, without shaking. It will repeat until it is regenerated to ensure flight stability.

도 3a, 3b, 3c 및 3d는 주날개(120)의 운동(153)에 따라 생성된 꼬리날개(130)의 운동(154)의 변화를 도식화 한 것으로, 화살표의 방향에 따라 순차적으로 실시된다. 도 3a 내지 도 3d는 주날개의 운동(153)과 꼬리날개의 운동(154)의 위상차가 0인 경우에 해당하는 것을 나타낸 것으로, 주날개(120)가 상승운동(upstroke, 153a, 153d)을 하는 경우, 꼬리날개(130)도 이에 대응하여 상승운동(154a, 154d)을 하고, 주날개(120)가 하강운동(downstroke, 153b, 153c)을 하는 경우, 꼬리날개(130)도 이에 대응하여 하강운동(154b, 154c)을 하게 된다. 3A, 3B, 3C, and 3D illustrate changes in the movement 154 of the tail wing 130 generated according to the movement 153 of the main wing 120, and are sequentially performed according to the direction of the arrow. 3A to 3D show that the phase difference between the main blade movement 153 and the tail blade movement 154 is zero, and the main blade 120 performs the upstrokes 153a and 153d. In this case, the tail wing 130 also corresponds to the ascending movement (154a, 154d), and when the main wing 120 performs the down movement (downstroke, 153b, 153c), the tail wing 130 correspondingly Descent movements (154b, 154c) will be.

도 4a 및 도 4b는 각각 주날개 운동(153)과 꼬리날개 운동(154)의 변화를 날갯짓 운동의 한주기에 대해 그래프로 나타낸 것으로, 수학식 1에 따라 κ1(153a), κ0(153b, 153d), -κ1(153c)의 값을 가지며, 도 3b의 실선은 수학식 2에 따라 δ1(154a), δ0(154b, 154d), -δ1(154c), ψ=0의 값을 갖는다. 만일, 0이 아닌 위상차(155)가 생성되었을 경우의 꼬리날개 운동은 도 3b의 점선과 같이 나타난다.4A and 4B are graphs showing changes in the main wing movement 153 and the tail wing movement 154 for one period of the wing movement, respectively, κ1 (153a) and κ0 (153b, 153d) according to Equation (1). , and the solid line of FIG. 3B has values of δ1 (154a), δ0 (154b, 154d), -δ1 (154c), and ψ = 0 according to equation (2). If the non-zero phase difference 155 is generated, the tail wing movement is shown as a dotted line in FIG. 3B.

이하, 상기 제어방법이 적용될 수 있는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치 및 이를 구비하는 날갯짓 비행체에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a flight control apparatus for a wing aircraft to which the control method can be applied, and a wing vehicle including the same will be described in more detail.

도 5는 도 1의 날갯짓 비행체의 상세 구성도이고, 도 6a 및 도 6b는 각각 도 5의 날갯짓 비행체의 꼬리날개 구동부의 피칭운동 및 캠버운동을 나타내는 개념도들이며, 도 7은 도 5에 도시된 주날개 및 꼬리날개의 주기운동을 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the wing vehicle of FIG. 1, and FIGS. 6A and 6B are conceptual views illustrating pitching and camber movements of a tail wing driving unit of the wing vehicle of FIG. 5, respectively. FIG. 7 is a main view of FIG. 5. It is a graph showing the periodic movement of wing and tail wings.

날갯짓 비행체의 본체(110)에는 영상센서(144)가 장착되며, 영상센서(144)가비행체의 주변의 영상 데이터를 감지한다. 날갯짓 비행체의 비행 제어장치(140)는 상기 영상 데이터의 품질을 향상시키도록 날갯짓 비행체의 비행 안정성을 증대시킨다. The image sensor 144 is mounted on the main body 110 of the wing vehicle, and the image sensor 144 detects image data around the vehicle. The flight control device 140 of the wing vehicle increases the flight stability of the wing vehicle so as to improve the quality of the image data.

도시에 의하면, 날갯짓 비행체의 비행 제어장치(140)는 감지부(141), 꼬리날개 제어부(142) 및 꼬리날개 구동부(143)를 포함한다.According to the illustration, the flight control device 140 of the wing vehicle includes a sensing unit 141, tail wing control unit 142 and tail wing drive unit 143.

감지부(141)는 주날개(120)의 날갯짓 운동에 대응하는 제1 주기운동을 감지하도록 형성된다. 예를 들어, 상기 감지부(141)는 자석(미도시) 및 감지센서(미도시)를 구비한다. The sensing unit 141 is configured to detect a first periodic motion corresponding to the wing motion of the main wing 120. For example, the detector 141 includes a magnet (not shown) and a sensor (not shown).

자석은 주날개(120)에 부착되며, 감지센서는 상기 자석의 자기장 변화를 감지하도록 날갯짓 비행체의 본체(110)에 장착된다. 상기 제1 주기운동의 주파수를 검출하고 상기 주날개의 상승 및 하강 운동을 판별하도록, 감지부(141)는 상기 자기장 변화를 이용하여 상기 날갯짓 비행체의 본체(110)에 대한 상기 주날개의 상대 각도를 연속적으로 감지하도록 이루어진다. 이러한 동작이 가능한 일 예로, 감지센서는 홀-효과 센서가 될 수 있으며, 이를 통하여 수학식 1의 주기운동이 감지될 수 있다.The magnet is attached to the main wing 120, the detection sensor is mounted on the main body 110 of the wing aircraft to detect the change in the magnetic field of the magnet. To detect the frequency of the first periodic motion and to determine the rising and falling motion of the main blade, the detector 141 uses the magnetic field change relative angle of the main blade relative to the main body 110 of the wing aircraft. To be detected continuously. As one example of such a possible operation, the sensing sensor may be a Hall-effect sensor, through which the periodic motion of Equation 1 may be detected.

도시에 의하면, 감지부(141)에서 측정되는 신호는 꼬리날개의 운동을 생성 및 제어하는 꼬리날개 제어부(142)로 전기 와이어(145a)에 의하여 전달된다.According to the illustration, the signal measured by the sensing unit 141 is transmitted by the electric wire 145a to the tail wing control unit 142 for generating and controlling the movement of the tail wing.

꼬리날개 제어부(142)는 도 2에서 설명된 꼬리날개 제어방법을 이용하여 꼬리날개(130)의 주기운동을 제어하도록 형성되며, 꼬리날개 구동부(143)는 상기 꼬리날개(130)를 상기 본체(110)에 대하여 상대 운동시키도록 형성되며, 상기 꼬리날개 제어부(142)에 의하여 제어되도록 상기 꼬리날개 제어부(142)와 전기적으로 연결된다.The tail wing control unit 142 is formed to control the periodic movement of the tail wing 130 using the tail wing control method described in Figure 2, the tail wing drive unit 143 is the tail wing 130 to the main body ( It is formed to be relative to the movement relative to 110, and is electrically connected to the tail wing control unit 142 to be controlled by the tail wing control unit 142.

도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 꼬리날개 구동부(143)는 꼬리날개(130) 및 본체(110)의 연결부분을 중심으로 상기 꼬리날개(130)가 왕복회전하는 피칭운동을 생성하거나, 상기 꼬리날개(130) 및 본체(110)의 연결부분에 상기 꼬리날개(130)가 고정된 상태에서 상기 꼬리날개(130)의 몸체가 휘어지는 캠버운동을 생성하도록 이루어진다.5, 6A and 6B, the tail wing drive unit 143 generates a pitching movement in which the tail wing 130 is reciprocally rotated around the connecting portion of the tail wing 130 and the main body 110 or In addition, the tail wing 130 and the body of the tail wing 130 is fixed to the connecting portion of the tail wing 130 and the main body 110 is made to generate a camber movement.

도 5 및 도 6a를 참조하면 예를 들어, 꼬리날개 구동부(143)는 연결축(미도시) 및 구동모터(143a)를 포함한다.5 and 6A, for example, the tail wing driving unit 143 includes a connecting shaft (not shown) and a driving motor 143a.

연결축은 꼬리날개(130)를 본체(110)의 단부에 회전가능하게 연결하며, 구동모터(143a)는 상기 피칭운동을 생성하도록 상기 연결축을 왕복회전시키도록 형성되며, 상기 꼬리날개 제어부(142)에 의하여 제어된다. 꼬리날개 제어부(142)에서 생성된 꼬리날개 운동 작동 신호는 전기 와이어(145b)에 의하여 구동모터(143a)에 전달된다.The connecting shaft rotatably connects the tail wing 130 to the end of the main body 110, and the driving motor 143a is formed to reciprocally rotate the connecting shaft to generate the pitching motion, and the tail wing control unit 142 Controlled by The tail wing movement operation signal generated by the tail wing controller 142 is transmitted to the driving motor 143a by the electric wire 145b.

즉, 연결축은 날갯짓 비행체의 본체(110)와 꼬리날개(130)를 체결하고, 이와 동시에 체결부에 구동모터(143a) 혹은 이와 상응하여 생성된 꼬리날개 운동을 실시할 수 있는 장치가 장착되어 꼬리날개 운동 각도(θ)를 생성한다. That is, the connecting shaft is coupled to the main body 110 and the tail wing 130 of the wing wing, and at the same time is equipped with a device capable of performing the drive motor 143a or the corresponding tail wing movement generated in the fastening portion tail Generate the blade motion angle θ.

구동모터(143a)는 서보모터가 될 수 있으며, 예를 들어 비교적 낮은 주파수의 꼬리날개 운동 구동에 사용 가능하며, 약 3Hz 정도로 꼬리날개 피칭 운동을 구동하도록 이루어진다.The drive motor 143a may be a servomotor, for example, may be used for driving a relatively low frequency tail wing movement, and may be configured to drive a tail wing pitching movement at about 3 Hz.

도 6a는 꼬리날개의 피칭 운동(151)을 도 5의 라인 Ⅵ-Ⅵ를 단면으로 하는 평면에서 나타낸 것으로 꼬리날개 구동부(143)는 꼬리날개(130)에 피칭운동 각속도(ω)을 생성한다. 이 경우, 꼬리날개의 단면(131)은 꼬리날개의 운동에 의해 휘어지지 않을 정도로 충분히 가볍고 단단한 강체로 이루어진다. 이러한 꼬리날개의 단면(131)의 피칭운동(151)은 날갯짓 비행체가 비행 안정성을 갖기 위해 꼬리날개(130)에서 주기적인 공기역학 힘이 발생하게 하며 다음 수학식 6와 같이 무차원화 되어 표현된다.FIG. 6A shows the pitching motion 151 of the tail blades in a plane taken along the line VI-VI of FIG. 5. The tail wing driving unit 143 generates the pitching motion angular velocity? In the tail wing 130. In this case, the end face 131 of the tail wing is made of a rigid body that is light enough and hard to bend by the movement of the tail wing. The pitching movement 151 of the cross section 131 of the tail wing allows the wing body to generate periodic aerodynamic force in the tail wing 130 in order to have flight stability and is expressed dimensionlessly as shown in Equation 6 below.

Figure 112010064370757-pat00006
Figure 112010064370757-pat00006

여기서, CF는 꼬리날개에서 피칭 운동에 의해 생성되는 무차원화 된 힘을 나타내는 계수이며, 이 계수는 라인 Ⅵ-Ⅵ을 단면으로 하는 꼬리날개의 길이 c, 꼬리날개의 운동 각속도 혹은 꼬리날개의 피칭 운동 속도 ω, 날갯짓 비행체의 비행속도 V로부터 결정된다.Where C F is a coefficient representing the non-dimensionalized force generated by the pitching motion in the tail wing, which is the length c of the tail wing having the line VI-VI in cross section, the angular velocity of the tail wing or the pitching of the tail wing. It is determined from the movement speed ω and the flight speed V of the wing vehicle.

도 5 및 도 6b를 참조하면, 꼬리날개 구동부(143)는 캠버운동을 생성하도록 꼬리날개(130)의 일면에 장착되는 표면 곡률 생성기(143b)를 포함한다. 꼬리날개 제어부(142)에서 생성된 꼬리날개 운동 작동 신호는 전기 와이어(145c)에 의하여 표면 곡률 생성기(143b)로 전달될 수 있다.5 and 6B, the tail wing drive unit 143 includes a surface curvature generator 143b mounted to one surface of the tail wing 130 to generate a camber motion. The tail wing movement operation signal generated by the tail wing controller 142 may be transmitted to the surface curvature generator 143b by the electric wire 145c.

표면 곡률 생성기(143b)는 꼬리날개(130)의 표면에 힘을 지지할 수 있는 몇 개의 지지대와 함께 부착되어, 꼬리날개 표면에 곡면을 생성하여 캠버 운동을 할 수 있도록 한다. 표면 곡률 생성기(143b)는, 예를 들어 MFC(Macro Fiber Composite)와 같은 유연하고 변형률이 큰 지능형 재료를 포함할 수 있다. The surface curvature generator 143b is attached with several supports that can support a force on the surface of the tail wing 130, thereby creating a curved surface on the tail wing surface to enable camber movement. Surface curvature generator 143b may comprise a flexible, high strain intelligent material, such as, for example, a Macro Fiber Composite (MFC).

도 6b는 꼬리날개 구동부(143)를 도 5의 라인 Ⅵ-Ⅵ를 단면으로 하는 평면에서 나타낸 것으로 꼬리날개 표면에 부착된 표면 곡률 생성기(143b)는 꼬리날개(130)의 표면을 휘어지게 하여 곡률(132)이 생성되도록 하며, 결과적으로 꼬리날개에 캠버가 만들어진다. 표면 곡률 생성기(143b)는 캠버의 크기를 주기적으로 변화시킴으로써 꼬리날개의 피칭운동(151, 도 1 참조)에 의해 생성되는 꼬리날개 각도 운동과 동일한 공기역학적 성능을 구현할 수 있다. 이러한 캠버에 의해 생성되는 공기역학적 힘은 다음 수학식 7과 같이 표현된다.FIG. 6B shows the tail wing driving unit 143 in a plane taken along the line VI-VI of FIG. 5, and the surface curvature generator 143b attached to the tail wing surface has a curvature by bending the surface of the tail wing 130. 132 is produced, resulting in a camber on the tail wing. The surface curvature generator 143b may implement the same aerodynamic performance as the tail wing angular movement generated by the pitching movement of the tail blades 151 (see FIG. 1) by periodically changing the size of the camber. The aerodynamic force generated by this camber is expressed by the following equation.

Figure 112010064370757-pat00007
Figure 112010064370757-pat00007

여기서, CF는 꼬리날개의 캠버 운동으로 생성되는 무차원화 된 힘을 나타내는 계수이며, 이 계수는 라인 Ⅵ-Ⅵ를 단면으로 하는 꼬리날개의 길이 c, 꼬리날개(130)에 부착된 표면 곡률 생성기(143b)에 의해 생성된 캠버 ε로부터 결정된다.Here, C F is a coefficient representing the non-dimensionalized force generated by the camber motion of the tail blades, and this coefficient is the length c of the tail blades having the line VI-VI in cross section, and the surface curvature generator attached to the tail blades 130. It is determined from the camber epsilon generated by 143b.

상기 수학식 6와 수학식 7로부터 꼬리날개의 피칭운동과 캠버운동은 날갯짓 비행체의 비행 안정성 방법을 실시하는데 있어 동일한 공기역학적 성능을 가짐이 다음 수학식 8을 통해 표현된다.From the equations (6) and (7), the pitching motion and the camber motion of the tail blades are expressed by the following equation (8) having the same aerodynamic performance in performing the flight stability method of the wing vehicle.

Figure 112010064370757-pat00008
Figure 112010064370757-pat00008

따라서, 꼬리날개 제어부(142)에서 수학식 2 또는 수학식 3과 같이 생성된 꼬리날개 운동은 꼬리날개 구동부(143)를 통하여 피칭운동, 캠버운동 또는 이들의 조합을 통해 실시될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 꼬리날개(130)의 피칭운동(151) 구동 시에, 이에 대응하는 정현파(134)와 함께, 수학식 3과 같이 고차의 조화함수(135)를 이용하고, 피칭운동(151)과 캠버운동(152, 이상 도 1 참조)을 조합하여 꼬리날개(130)가 구동될 수 있다.Therefore, the tail wing movement generated by Equation 2 or Equation 3 in the tail wing controller 142 may be performed through a pitching movement, a camber movement, or a combination thereof through the tail wing driving unit 143. For example, as shown in FIG. 7, when the pitching movement 151 of the tail wing 130 is driven, a higher-order harmonic function 135 as shown in Equation 3 together with the corresponding sinusoidal wave 134. The tail wing 130 may be driven by combining the pitching motion 151 and the camber motion 152 (see FIG. 1).

상기와 같은 날갯짓 비행체의 비행 제어방법, 날갯짓 비행체의 비행 제어장치 및 이를 구비하는 날갯짓 비행체는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.Such a flight control method of a wing vehicle, a flight control device of a wing vehicle and a wing aircraft having the same is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, the embodiments are implemented so that various modifications can be made All or part of the examples may be optionally combined.

Claims (16)

주날개의 날갯짓 운동에 의하여 비행하며, 꼬리날개의 틸팅에 의하여 비행방향이 제어되는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법에 있어서,
상기 주날개의 날갯짓 운동에 대응하는 제1 주기운동을 감지하는 단계;
상기 제1 주기운동의 주파수를 이용하여 상기 꼬리날개의 제2 주기운동을 생성하는 단계;
기설정된 범위내에서 상기 날갯짓 비행체의 진동을 최소화시키는 상기 제2 주기운동의 진폭과 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 탐색하는 단계; 및
상기 탐색된 진폭과 위상차를 이용하여 상기 제2 주기운동을 제어하는 단계를 포함하는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법.
In the flying control method of the wing aircraft flying by the wing movement of the main wing, the flight direction is controlled by the tilting of the tail wing,
Detecting a first periodic motion corresponding to the wing movement of the main blade;
Generating a second periodic motion of the tail blade using the frequency of the first periodic motion;
Searching for an amplitude of the second periodic motion and a phase difference between the first and second periodic motions to minimize vibration of the wing vehicle within a predetermined range; And
And controlling the second periodic motion by using the searched amplitude and phase difference.
제1항에 있어서,
상기 감지 단계는,
상기 제1 주기운동의 주파수를 검출하고 상기 주날개의 상승 및 하강 운동을 판별하도록 상기 날갯짓 비행체의 본체에 대한 상기 주날개의 상대 각도를 연속적으로 감지하는 것을 특징으로 하는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법.
The method of claim 1,
The detecting step,
And continuously detecting a relative angle of the main blade relative to the main body of the wing aircraft to detect the frequency of the first periodic motion and to determine the rising and falling motion of the main blade.
제2항에 있어서,
상기 감지 단계는,
상기 상대 각도를 연속적으로 감지하도록, 상기 날갯짓 비행체의 본체에 장착된 감지센서가 상기 주날개에 부착된 자석의 자기장을 감지하는 단계인 것을 특징으로 하는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법.
The method of claim 2,
The detecting step,
And detecting a magnetic field of a magnet attached to the main blade by a detection sensor mounted on a main body of the wing aircraft to continuously detect the relative angle.
제1항에 있어서,
상기 생성 단계는,
상기 주파수와 동일하거나 또는 상기 주파수의 정수배가 되도록 상기 제2 주기운동의 주파수를 설정하는 단계인 것을 특징으로 하는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법.
The method of claim 1,
Wherein the generating comprises:
And setting the frequency of the second periodic motion so as to be equal to the frequency or to be an integer multiple of the frequency.
제4항에 있어서,
상기 제2 주기운동은,
상기 제2 주기운동의 주파수와, 상기 제1 주기운동의 진폭 또는 상기 날갯짓 비행체의 진동 크기에 의하여 설정되는 진폭과, 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 변수로 하는 정현파인 것을 특징으로 하는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법.
The method of claim 4, wherein
The second periodic motion,
A sine wave whose amplitude is set by a frequency of the second periodic motion, an amplitude of the first periodic motion or a magnitude of vibration of the wing vehicle, and a phase difference between the first and second periodic motions are variables. Flight control method for wing aircraft.
제1항에 있어서,
상기 탐색 단계는,
상기 날갯짓 비행체의 중심축에서 피치 방향으로 생성되는 상기 날갯짓 비행체의 피치 각속도의 평균 제곱근 값이 최소가 되도록 하는 상기 제2 주기운동의 진폭과 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 탐색하는 단계인 것을 특징으로 하는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법.
The method of claim 1,
The search step,
Searching for an amplitude of the second periodic motion and a phase difference between the first and second periodic motions such that an average square root value of the pitch angular velocity of the wing vehicle is minimized in the pitch direction from the central axis of the wing vehicle; Flight control method of the wing aircraft, characterized in that.
제6항에 있어서,
상기 피치 각속도는 상기 날갯짓 비행체에 장착되는 감지센서에 의하여 감지되거나, 상기 날갯짓 비행체에 장착되는 영상센서로부터 송신되는 영상데이터로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법.
The method of claim 6,
The pitch angular velocity is detected by a sensing sensor mounted on the wing aircraft, or the flight control method of the wing aircraft, characterized in that extracted from the image data transmitted from the image sensor mounted on the wing aircraft.
제1항에 있어서,
상기 날갯짓 비행체의 비행상태가 수평 순항비행을 하는 트림상태에 해당하는지를 탐색하는 단계를 더 포함하는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법.
The method of claim 1,
The method of claim 1, further comprising: searching whether the flight state of the wing vehicle corresponds to a trim state of horizontal cruise flight.
제8항에 있어서,
상기 생성 단계는,
상기 날갯짓 비행체가 트림상태이면, 상기 제2 주기운동을 생성하는 것을 특징으로 하는 날갯짓 비행체의 비행 제어방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the generating comprises:
And if the wing aircraft is in a trim state, generating the second periodic motion.
주날개의 날갯짓 운동에 의하여 비행하며, 꼬리날개의 틸팅에 의하여 비행방향이 제어되는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치에 있어서,
상기 주날개의 날갯짓 운동에 대응하는 제1 주기운동을 감지하는 감지부;
상기 제1 주기운동의 주파수를 이용하여 상기 꼬리날개의 제2 주기운동을 생성하고, 기설정된 범위내에서 상기 날갯짓 비행체의 진동을 최소화시키는 상기 제2 주기운동의 진폭과 상기 제1 및 제2 주기운동의 위상차를 탐색하며, 상기 탐색된 진폭과 위상차를 이용하여 상기 제2 주기운동을 제어하도록 형성되는 꼬리날개 제어부; 및
상기 꼬리날개를 상기 날갯짓 비행체의 본체에 대하여 상대 운동시키도록 형성되며, 상기 꼬리날개 제어부에 의하여 제어되도록 상기 꼬리날개 제어부와 전기적으로 연결되는 꼬리날개 구동부를 포함하는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치.
In the flight control device of the wing aircraft flying by the wing movement of the main wing, the flight direction is controlled by the tilting of the tail wing,
A detector configured to detect a first periodic motion corresponding to the wing motion of the main blade;
The second periodic motion and the first and second periods of the second periodic motion to generate a second periodic motion of the tail wing using the frequency of the first periodic motion, and to minimize the vibration of the wing aircraft within a predetermined range A tail wing controller configured to search for a phase difference of motion and to control the second periodic motion by using the detected amplitude and phase difference; And
And a tail wing drive unit electrically connected to the tail wing controller to be controlled by the tail wing controller to move the tail wing relative to the main body of the wing vehicle.
제10항에 있어서,
상기 감지부는,
상기 주날개에 부착되는 자석; 및
상기 자석의 자기장 변화를 감지하도록 상기 날갯짓 비행체의 본체에 장착되는 감지센서를 포함하는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치.
The method of claim 10,
The sensing unit includes:
A magnet attached to the main wing; And
And a sensing sensor mounted to the main body of the wing vehicle to detect a change in the magnetic field of the magnet.
제11항에 있어서,
상기 제1 주기운동의 주파수를 검출하고 상기 주날개의 상승 및 하강 운동을 판별하도록, 상기 감지부는 상기 자기장 변화를 이용하여 상기 날갯짓 비행체의 본체에 대한 상기 주날개의 상대 각도를 연속적으로 감지하는 것을 특징으로 하는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치.
The method of claim 11,
The sensing unit continuously detects the relative angle of the main blade relative to the main body of the wing vehicle using the magnetic field change to detect the frequency of the first periodic motion and determine the rising and falling motion of the main blade. The flight control device of the wing aircraft.
제10항에 있어서,
상기 꼬리날개 구동부는,
상기 꼬리날개 및 본체의 연결부분을 중심으로 상기 꼬리날개가 왕복회전하는 피칭운동을 생성하거나, 상기 연결부분에 상기 꼬리날개가 고정된 상태에서 상기 꼬리날개의 몸체가 휘어지는 캠버운동을 생성하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치.
The method of claim 10,
The tail wing drive unit,
To generate a pitching motion of the tail wing reciprocating rotation around the connecting portion of the tail wing and the main body, or to generate a camber motion of the body of the tail wing is bent in the state that the tail wing is fixed to the connecting portion The flight control device of the wing aircraft.
제13항에 있어서,
상기 꼬리날개 구동부는,
상기 꼬리날개를 상기 본체의 단부에 회전가능하게 연결하는 연결축; 및
상기 피칭운동을 생성하도록 상기 연결축을 왕복회전시키도록 형성되며, 상기 꼬리날개 제어부에 의하여 제어되는 구동모터를 포함하는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치.
The method of claim 13,
The tail wing drive unit,
A connecting shaft rotatably connecting the tail wing to an end of the main body; And
It is formed to reciprocate the connecting shaft to generate the pitching motion, flight control device of a wing vehicle including a drive motor controlled by the tail wing control unit.
제13항에 있어서,
상기 꼬리날개 구동부는,
상기 캠버운동을 생성하도록 상기 꼬리날개의 일면에 장착되는 표면 곡률 생성기를 포함하는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치.
The method of claim 13,
The tail wing drive unit,
And a surface curvature generator mounted to one surface of the tail wing to generate the camber motion.
날갯짓 비행체의 본체;
상기 본체가 비행하도록 상기 본체에 장착되며 날갯짓 운동을 하도록 형성되는 주날개;
상기 본체의 후단에 장착되며, 틸팅에 의하여 상기 본체의 비행방향을 제어하는 꼬리날개; 및
상기 날갯짓 비행체의 진동을 저감시키도록 상기 꼬리날개의 운동을 생성 및 제어하도록 형성되며, 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따르는 날갯짓 비행체의 비행 제어장치를 포함하는 날갯짓 비행체.
Main body of the wing vehicle;
A main wing mounted to the main body so as to fly the main body and formed to make a wing movement;
A tail wing mounted at a rear end of the main body and controlling a flying direction of the main body by tilting; And
15. A wing vehicle, comprising: a flight control device for a wing vehicle according to any one of claims 10 to 15, wherein the tail wing is configured to generate and control the movement of the tail wing to reduce vibration of the wing vehicle.
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