Automatic Landing

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솔미 서
5 years ago
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1 드론핵심기술및향후과제 윤광준교수 건국대학교항공우주공학과스마트드론연구소 1

2 목차 1. 스마트드론연구소연구개발도전사례 2. 국내외 Drone 개발현황 3. UAV(Drone) 핵심기술 4. 한국형수직이착륙 Drone 모델제시 2

3 21 세기의비행체? 21 세기에는승객수송을제외한항공관련특수임무 ( 정보탐지, 통신중계, 공중전투등 ) 의수행수단중대 부분이무인비행체로봇으로대체될것이다. 고고도대형무인비행체로봇 중저고도중대형무인비행체로봇 ( 초 ) 소형무인비행체로봇 ( 저고도근거리용 ) 3

4 스마트드론연구소 연구개발도전사례 4

5 Vehicles Developed with Undergraduate Students Hovercraft (1992) Solar Car (1992) Airship (1993) Ultra-Light Aircraft (1997) 5

6 MAV BATWING with Fixed Wing First Place in Surveillance Mission of 2005 Int. MAV Competition Max. size:12.8cm, world s record in 2005 Remote control with video camera vision 6

7 Small Flying Robot FM07 KBS 아침뉴스 Video image taken at 200m altitude and transmitted to 3km ground control center 7 7

8 Micro UAV Crow Developed by MICROAEROBOT Co. our laboratory spin-off venture company 8

9 Micro-UAV Project Characteristics One person operation Backpack carrying Real time video display Specifications Wingspan : 1.2m Weight : 1.6kg Endurance : 70min Speed : 50~120km/h Altitude : ~1.4km Task equipment : EO/IR camera 9

10 Flapping Wing MAV 10

11 국내외 드론연구개발현황 11

12 Definition of Drone (UAV) from Wikipedia Drones are male honey bees which are the product of an unfertilized egg. An unmanned aerial vehicle (UAV), commonly known as a drone, and also referred to as a remotely piloted aircraft (RPA) by the International Civil Aviation Organization (ICAO), is an aircraft without a human pilot aboard. Drone (UAV) is known as a vehicle that can be used for reconnaissance, surveillance, special mission, delivery, agricultural applications and disaster relief etc. 12

13 미국 Target Drone Target-Drone with M. M. ( ),

14 Current UAVs from AFRL USA Greatest Research Needs! COST COMPLEXITY 14

Drones developed in United States Global Hawk RQ-4 Predator MQ-9

SOCOM, USMC, USAF Customer: USMC Capabilities Capabilities Hand

90 Minute Flight Duration GPS Navigation No / Partial / Full

Electric Propulsion 45 Minute Flight Duration GPS Navigation

15 Drones developed in United States Global Hawk RQ-4 Predator MQ-9 Reaper Raven (RQ-11A, RQ-11B) Dragon Eye Customers: US Army, SOCOM, USMC, USAF Customer: USMC Capabilities Capabilities Hand Launchable Day or Night Operation Electric Propulsion 10 km Range 90 Minute Flight Duration GPS Navigation No / Partial / Full Autonomy Raven Backpackable Bungee Launched Day or Night Operation Electric Propulsion 45 Minute Flight Duration GPS Navigation Autonomous Operation Dragon Eye Facts: 4400 UAVs Delivered. Facts: 1000 UAVs Delivered. 15

16 Drones developed in United States 350 Mil $ AV Revenue 년 16

17 Drones developed in Korea KAI UAV KARI Smart UAV Korean Air UAV Hanhwa Micro UAV 17

18 멀티콥터형드론 AR. DRON DJI Phantom 3DR Iris 18

19 멀티콥터형드론 Domino Pizza Amazon Small UAV Market Worth $582.2 Million by 2019 DALLAS, February 25, 2014 /PRNewswire/ -- According to the new market research report "Small UAV Market by Trends (Mini, Micro, Hand Held UAV), by Propulsion (Hydrogen, Electric, Solar, Lithium ION), by Payload (NBC Detection, Telemetry Systems, Software Systems, Meteorology), by Application (Civil, Military, Security), by Region & by Country - Global Forecast to ", 19

20 Best Selling Drone (DJI Co. Ltd., China) Revenue 0.5 Billion$ Employee Phantom 2 Inspire 1 20

21 UAV( 드론 ) 핵심기술 21

22 5kg 급드론비행조종가격 22

23 무인이동체안전운행및임무수행신뢰도제고 공통부품핵심기술확보로기술격차극복 안전운용인프라 공통요소부품 SW 플랫폼 부작용최소화 SW 의범용성, 확장성, 상호운용성확보 무인이동체안심활용환경조성 23

24 무인산업원천기술개발전략 미래무인 산업시장 예측 민수시장 ( 소형드론 ) 군용시장 ( 소요확실 ) 재난안전 ( 수요창출 ) 다양한육해공 무인이동체 원천기술발굴 추진전략 민군기술협력사업으로수요가확실한군수부문우선추진 원천 요소기술 24

25 원천요소기술과시스템기술과연계 (TRL 기준 ) UAS 차세대 UAS 기술 시연기 시작품단계 (TRL=5~6) 원천요소기술 UAS 기술 합체 / 분리형 육해공무인기기 (TRL=1~4) 공통 UMS 기술 UGS UMS 기술 기술 UGS 기술 시연기 미래창조과학부 연구개발범위 [TRL 1-6] 기술 시연기 스마트충돌회피기능 UGS 차세대 UMS 제품화 / 사업화 ( 국방부, 산업부, 국토부등 ) (TRL=6~9) 25

26 원천요소기술과시스템기술과연계 차세대전동멀티콥터드론 - 풍속 10m/ 초강풍환경에서 1 시간이상임무수행 수소엔진고고도 UAV 미래형원천요소기술예시 무인기기용전문 SoC 개발및응용 - 자율비행제어컴퓨터 FCC SoC - 충돌회피용센서연계 SoC - 관련 SW/MW 고성능센서 / 작동기 - MEMS 기술적용 EO/IR 카메라 - 소형경량 SAR ( 레이더센서 ) 다기능초경량복합재료구조물 3D 프린팅기술 - 탄소섬유보강특수수지 - 레고식조립법연계구조일체형제작기술 - SoC 마운팅전선하니스구조 수소연료왕복엔진 - 고효율초경량구조 - 내구성및안전도향상제품 시연기시스템발굴조건 - 현재진행중인타부처시스템과중복성없어야힘 - 가능한창의적한국형디자인시연기형상 차세대 UGS 스마트충돌회피기능 UGA 26

6 대지원분야도출 ( 안 ) 공통요소 특허기술동향 (19 개 ) 6 대지원분야

상황판단무인기기시스템및통신보안 무인통합컨트롤시스템 무인기위성통신소형경량단말기

/3차원운항로다수무인기기동시통신지원 GCS 휴먼 - 무인기기인터렉션 센서 /

27 6 대지원분야도출 ( 안 ) 공통요소 특허기술동향 (19 개 ) 6 대지원분야 시스템운용 무인기기지능형군집제어충돌회피 / 외부환경인식 / 상황판단무인기기시스템및통신보안 무인통합컨트롤시스템 무인기위성통신소형경량단말기 통신 / 항법 /SW 자율관제 /3차원운항로자율관제 /3차원운항로다수무인기기동시통신지원 GCS 휴먼 - 무인기기인터렉션 센서 / 작동기 효율적인무인기기주파수이용 / 확보기술무인기기초고속무선광통신기술유뮤인정보융합네트워크디지털 MEMS 기반렌즈센서다중센서융합무인기기 SLAM 무인기기 3D LIDAR 센서 무인센서 / 작동기서브시스템 다기능소재 / 구조물 소재 / 구조물 3D 프린팅무인기기다기능구조재무인기기초경량금속소재 무인추진 / 동력 무인기기형샹변형구조 고고도고효율무인기추진시스템 추진 / 동력 무인기용경량고에너지밀도 2차전지무인기용고효율 / 고속응답전기모터 융합형新무인기기시스템 27

28 무인이동체 5 대원천기술분야및미래수준제시 시스템운용 통신 / 항법 /SW 센서 / 작동기 소재 / 구조물 추진 / 동력 5 대 무인기기의안전 무인기기통신및 충돌회피를위한 다기능구성소재 고효율무인기추 원천기술 분야 한운용 / 관리 무인기기제어및자율운행 시스템간상호 운용성 위성통신 자율관제, 다수무인기기동시통신 정보융합 네트워크 센서 / 작동기 MEMS 기반센서 3D LIDAR 다중센서융합무인기기 SLAM 및구조물 무인기기초경량 금속소재 무인기기형상 변형구조 진시스템 경량고에너지밀도 2차전지 고효율 / 고속응답 전기모터 대표적과거원천기술 소형 / 경량 SoC 적용 100Hz 급자세안정비행제어컴퓨터 GPS 항법기술 고속유무인통신기술 독립형지상관제 기술 소형 / 경량 EO/IR 카메라 MEMS 기반 AHRS 자세제어센서 경량 3D LIDER 고강도 / 고강성탄소섬유복합재구조물 신소재폴리머 초경량구조물 리튬 / 폴리머배터리 초경량고성능엔진 고효율 BLDC 전기모터 미래원천기술수준사례제시 500Hz 급자세안정초견량비행제어시스템컴퓨터 충돌회피용센서융합공간정보용 SLAM 시스템 차세대 LTE 통신적용원격제어시스템 3 차원운항로통신및관제기술 MEMS 렌즈적용초고속가변초점 EO/IR 카메라 생체모사초경량인공근육작동기기술 평균비중 0.7 이하 3D 프린팅구조물제조기술 센서내장형초경랑다기능구조물기술 현경량배터리에너지밀도 2 배이상향상기술 고고도용고효율 엔진기술 28

29 원천요소기술 Working Group 원천요소기술세부과제명 초소형 / 초경량운행제어컴퓨터모듈군집제어기술고속도피드백자세제어기술주파수자원운용효율화기술지상 / 수상자동정밀수직이착륙시스템무인기기자율운행및자동복구기술유 무인기통합항공교통관리기술 시스템운용기술 무인기기시스템보안기술 민 군무인기기통신 / 항법 / 감시시스템상호운용기술 경량고신뢰성자동비행시스템구성품기술고고도외란 ( 구름, 외풍 ) 을고려한궤적최적화기술건강진단 / 고장예측기반운영기술형상최적설계기술고효율익형및날개설계기술고효율프로펠러형상설계기술 성층권운영무인기임무장비기술 29

30 원천요소기술 Working Group 기술 / 과제명 무인기기제어및임무용무선통신기술무인기용 Conformal 위상배열안테나기술무인기기 GNSS 항재밍 / 항스푸핑및대체항법기술다중감시데이터기반의충돌회피기술무인기기운용을위한주파수자원확보및효율적이용기술생체모방자율군집비행및고정밀도센서기술 통신, 항법및 S/W 기술 무인기기 ad hoc 통신네트워크기술 민 군무인기기통신 / 항법 / 감시 (CNS) 상호운용기술 비가시선및수중환경에강인한무선통신기술수중항법인프라기술실시간 3D 지형지물회피 / 상황인식및예측 / 결정알고리즘기술무인기기용고신뢰 OS 기술무인기기용고신뢰개방형 S/W 플랫폼기술 무인로봇동작모델링및시뮬레이션기술 30

31 원천요소기술 Working Group 센서 / 작동기지능시스템기술 Working Group 무인기기응용기술 기술 / 과제명감시 경계용주야간겸용 full color night vision sensor system Hyper Spectral 3D LIDAR 기술전천후 Interferometric SAR 기술 3D 복합환경맵실시간구성을위한 MEMS 기반소형 / 경량고속 EO/IR 3D Camera 기술 MMW/UWB Radar 기술다기능 / 다중센서정합 / 융합및확장된 3D 환경맵실시간구축을위한고성능 Embedded 시스템및지능형 S/W Suite 기술무인기탑재충동위험감지센서기술 Secured ADS-B 기술 ( 협력적충돌위험감지센서 ) 지상기반항공감시레이더 (GBSAA) 기술기술 / 과제명무인기기기반감시및모니터링기술무인기기기반센서 /IoT 네트워크기술 31

32 구조시스템경량화 / 지능화기술 32 경량지능복합재료 / 구조 - 생체모방다기능지능복합재료구조 - 생체모방스마트스킨외피구조 - 경량금속파워시스템구조재료 BT/NT 융합 현재사용복합재료보다 20-50% 경량 복합재료구조물적용 Morphing 형구조물을적용시켜비행시 비행거리증대 센서 / 작동기 / 구조물복합생체모방 구조시스템적용 32 32

33 섬유복합재료활용경량화기술 내공 (foam/honeycomb) 형프리폼섬유복합재료 제조기술 NT 융합 나노기술을적용한파괴인성치증대및표면저항저감 Braided Composite Parts for RTM Duct Preform for Aircraft Actuator Piston & Housing Satellite Hub Glass/Epoxy (Torsion Rod) Composite Cover Satellite Bracket Fitting Composite Spar 33 33

34 한국형수직이착륙드론 모델제시 34

35 멀티콥터형드론 SWOT 분석 35

36 한국형수직이착륙고속이동드론개발방향 특수임무용드론 풍속 15m/s, 강우 10mm/h, 온도 -30 C~+50 C 가혹환경에서 1시간이상운용가능한수직이착륙드론개발필요 건물옥상, 자동차 / 선박지붕정밀자동이착륙기능적용 ( 자동차 / 선박정지상태자동이착륙장치에서이동상태로진화 ) 저렴한충돌회피기능기술적용 차세대통신기술활용사물인터넷기능적용 36

37 한국형수직이착륙드론예시 37

38 한국형수직이착륙고속이동드론개발예시 성능 혁신 수직이착륙멀티콥터의비행시간, 거리, 최대속도 2배이상구현 자율비행및자동수직이착륙기능보유, 전기모터-배터리시스템 탑재하중 : 5-30kg, Cruse Speed: 35m/sec, 비행시간 : 1시간이상 기존 2-로터틸트비행체의틸트불안정성혁신적향상 헬리콥터 VTOL 성능 수직이동 날개부착형틸트멀티콥터 고정익 비행모드 신뢰성 안정성 이동거리 수평속도 자동차 고정익항공기 수직이착륙모드 에너지효율 38

39 수직이착륙고속이동드론성능혁신방안 고속고정익비행모드 저속고정익비행모드 코너 4- 로터 틸트후 고속비행 중앙 2-로터전진틸트시코너 4-로터수평자세유지역할 자동차 주행모드 수직 이착륙모드 39 39

40 Rotor Tilt Angle (deg) 틸트로터비행체 회전익모드 고정익모드 Conversion Corridor Helicopter Mode F 25 o 60 F 22 o 스마트무인기 Conversion Mode Tilt Angle : 80º ~ 0º 40kph F 16 o 로터다단 틸트비행체 Airplane Mode 0 RPM Conversion Mode F 11 o Airspeed (kph)

41 VTOL Drone with Precision Landing Station Carbon/Epoxy Structure of Multi-rotor Drone Robot Flight Control System with FCC & DGPS IOT Sensors and Networks System Base Point Contact Power-off Switch Landing Strut Structure Automatic Battery Recharging System Design Illustration Landing Station with Sliding Funnel for Precision Landing 41

42 정밀수직이착륙드론예시 42 42

43 육 / 해 / 공겸용합체 / 분리형미래무인기기 고속 / 정지비행임무 무인선박 / 무인항공기합체 필요에따라 합체및분리 임무수행 무인자동차 / 무인항공기합체 정지 / 저속지상 / 수상임무 43

44 VTOL drone with IoT communication network agency 44

45 자율주행자동차 촬영드론 택배드론스포츠, 오락주택관리, 경비 정밀농업 자동임업 해저광업 미래양식업 인프라관리 화재진압해난구조산불진압치안 45

46 시스템구현 한국형수직이착륙 Drone 향후추진전략 100% % 2028 유인 3-D 운행체 - 탑재하중 : 1000kg - 비행시간 : 3h 특수용도 3-D 운행체 ( 민군겸용신비차 ) - 탑재하중 : 150kg - 비행시간 : 2h 30 % 2020 무인 3-D 운행체 ( 정보수집용, 농업용, 택배용 ) - 탑재하중 : 30kg - 비행시간 : 1h 핵심기술 - 안전운항기술 : 항공기수준 - 기체경량화 : 30% 경량화 - 형상 / 표면 : 공기저항 30% 저감 - 소음 / 진동 : 50% 저감 - 파워시스템효율 : 30% 향상 46

47 맺음말 : ICT 융합드론개발전략 국내의무인항공기기술수준은선진국의 70-95% 수준 개발전략 : 모방연구에서선도형연구로전환필요예시 : 육해공겸용고정익 / 회전익복합비행체개발및운용 미래국방항공무인기술은국내의 IT H/W & S/W 기술과통신네트워크기술이융합되어세계최고수준으로될수있음 미래무인기기신시장을창출하고선점할수있는 First Mover 전략수립필요 기획패러다임 : 기존추격형무인기기기술개발에서 ICT 융합미래선도형기술및시스템개발로!!! 47

<C7D1B1B9C1A4BAB8BBEABEF7BFACC7D5C8B85FC0CCBDB4B8AEC6F7C6AE28323031352D303620B5E5B7D0C0C720B1E2BCFA20B9D720BDC3C0E520C6AEB7BBB5E5BFCD20B9ABC7D1C7D120B1E2C8B82D32C2F72E687770>

<C7D1B1B9C1A4BAB8BBEABEF7BFACC7D5C8B85FC0CCBDB4B8AEC6F7C6AE28323031352D303620B5E5B7D0C0C720B1E2BCFA20B9D720BDC3C0E520C6AEB7BBB5E5BFCD20B9ABC7D1C7D120B1E2C8B82D32C2F72E687770> KESSIA ISSUE REPORT 드론의 기술 및 시장 트렌드와 무한한 기회 (표지와 동일한 디자인) 본 Issue Report는 헬셀 장성기 대표와 KESSIA 신성훈 선임이 집필하였습니다. 보고서에 대한 자세한 문의사항은 아래로 연락주시기 바랍니다. o 문의 : 임베디드소프트웨어 시스템산업협회 신성훈 선임연구원 T) 02-2132-0756 F) 02-782-1266