뛰는 놈 위에 나는 공대생

최근 Journal of Guidance, Control, and Dynamics (이하 JGCD) editorial에 있는 세 개의 글을 보고 정리하는 글이다. 참고한 글에 대한 정보는 하단에 남기도록 하겠다. 특히나 Guidance와 control은 application을 보면 혼용해서 쓰기도 하고 모호한 부분이 있어서 이런 글들을 통해 알아보고 싶었다. JGCD의 훌륭한 에디터 님의 말에 내 의견도 숟가락을 얹어보도록 하겠다. 참고로 여기서는 항공우주 분야 저널이기 때문에 어플리케이션이나 분류 자체가 항공우주 분야에 맞춰져있다. 목차 1. What is guidance? 2. What is navigation? 3. What is control? 1. What is guidance? 항공우주공학에서..

이번에는 dynamics를 통해 제어기를 생각하는 방법에 대해 다룬다. 사실 제어기를 설계하는 것은 정답이 있는 게 아니라 어떻게 모델링해서 어느 부분을 제어할 것이냐에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본인이 달성하고자 하는 성능 지표나 운용 목적, 센서의 유무 등을 따져보아야 한다. dynamics를 알아야 하므로 다음 글을 참고한다. 1. Outer loop - Inner loop 제어기에서는 내부 루프와 외부 루프로 제어기가 구성된다. 내부 루프는 가장 빠른 response를 기준으로 설정이 된다. 가장 기본적으로 위치, 속도, 자세각, 각속도가 측정 가능하다고 가정한다. (그래야 피드백을 할 수 있으니까) 위 그림과 같이 위치 커맨드가 주어질 때의 루프를 나타낸 것이다. 위치가 주어지면, 이를 위한..

사실 물체의 dynamics 자체는 뉴턴 법칙으로 고정되어있기 때문에 익숙하다. 다만 이 dynamics에서 얼마만큼 더 '정밀하게' 모델링할 것인가는 엔지니어의 몫이다. 예를 들면 $\dot{P}=F$ $\dot{H}=M$ 다음과 같이 운동량의 변화율은 힘이고, 각운동량의 변화율은 모멘트 (즉, 힘과 모멘트로 운동량/각운동량을 변화시킬 수 있다)라는 사실은 변하지 않는다. 하지만 제어하는 사람 입장에서는 이 힘이 어떻게 발생하는지를 디테일하게 따져보게 된다. 일례를 들면, 지금 설명할 드론의 경우 공기로 인한 항력이 발생할 수 있다. 나는 이런 유체역학을 기초적인 부분 밖에 모르지만 모터가 돌면 주변의 발생하는 바람으로 인해 힘에 영향을 줄 수 있다. 하지만 측정이 불가능한 영역이라면 이를 무시하고 d..

angle of attack은 바람에 대한 상대적인 속도를 나타낼 때 사용된다. 공력을 표시할 때 공력은 바람에 대한 상대속도를 기준으로 만들어지기 때문이다. 그 중에서도 total angle of attack ($\alpha_{T}$)과 aerodynamic roll angle ($\phi_{T}$)이라는 개념이 있다. 이 개념은 angle of attack, side slip angle과 달리 XY평면, XZ평면 대칭인 미사일 같은 형상을 다룰 때 사용된다. (AoA와 Side slip angle은 비행기 같은 XZ평면 대칭인 경우에 주로 사용된다.) $\alpha_{T} = \cos^{-1}(\cos\alpha \cos\beta)$ $\phi_{T}=\tan^{-1}\left(\displaystyl..

* 이 글의 그림에서 사용된 아이콘은 모두 flaticon의 Freepik에서 나온 것입니다. 아래 링크로 들어가면 찾아볼 수 있습니다. User icons created by Freepik - Flaticon Coordinated Turn 항공기의 coordinate turn은 slip, skid 없이 롤각으로 이루어지는 turn이다. 원운동하듯이 일정 요각 변화율($\dot{\psi}$)로 움직이고 있는 비행기가 있을 때 이 요각 변화율은 bank angle 덕분에 만들어진 것이다. 일정 요각 변화율로 turn을 하고 싶다면 다음 조건이 만족해야한다. $mU_{0}\dot{\psi} \cos\phi = mg\sin \phi$ $\Rightarrow \tan\phi =\frac{U_{0}\dot{\ps..

이번에는 추진 방법에 대한 분류를 정리하도록 한다. 분류를 할 때는 그 기준이 중요하다. 위의 그림과 같이 크게 Power source, Working fluid를 기준으로 분류를 할 수 있다. 어떻게 추진을 만들어내는지에 따라 piston engine, jet engine, rocket engine으로 나눌 수 있고, 추진 과정에서 사용되는 작동유체에 따라, 공기를 사용하는 방식인 airbreathing propulsion과 rocket propulsion으로 나눌 수 있다. NOTE : 여기서 제트 엔진, 피스톤 엔진, 그리고 가스 터빈까지 온갖 용어를 혼재해서 사용하는 경향이 있어서 몹시 헷갈린다. 가스 터빈은 열역학에서 배우는 Brayton cycle을 사용하는 회전 동력 기관이다. 입력으로 들어..

추진에 대해서 아는 게 많지 않아서 이번에 정리하는 글. 1. Propulsion이란 추진 자체는 넓게 이해한다면, 어떤 물체를 움직이게 하는 것이라고 할 수 있다. 지상이동체, 해양운송에 쓰이는 동체, 비행체(우주비행체든 항공기든)이 추진을 통해 움직이는 물체이고 이런 이동하는 물체를 위해 추진공학이 필요하다. 2. Propulsion 기본 원리 기계공학, 항공우주공학에서 식을 유도할 때 기본이 되는 원리는 Newton's Second Law, Momentum conservation이다. 비행기가 날기 위해서는 외부 공기를 흡입해서 압축한 다음에 연소를 통해 빠른 속도로 공기를 방출함으로써 mass와 속력 변화 덕분에 추진을 할 수 있다. 로켓을 쏘기 위해서는 외부 공기를 쓰지 않더라도 내부에 있는 추..

이전 글을 반드시 참고할 것 https://normal-engineer.tistory.com/187?category=954775 쿼터니언 quaternion (1) 쿼터니언 개념과 오일러각 쿼터니언은 해밀턴이 고안한 대수체계인데, 이 대수체계가 회전과 연관이 있어서 물리에서 많이 사용된다. 이 글에서는 내가 생각하는 쿼터니언 개념 및 수학적인 계산, 표현을 정리해놓는다. normal-engineer.tistory.com 쿼터니언 업데이트 식 navigation 문제에서 오일러각의 단점인 gimball lock을 피하기 위해, 오일러각을 사용하는 대신 쿼터니언을 이용해서 navigation frame에 대한 body frame의 각도를 계속 업데이트한다. 오일러각과 쿼터니언은 서로 바꿔가며 쓸 수 있기 때..

쿼터니언은 해밀턴이 고안한 대수체계인데, 이 대수체계가 회전과 연관이 있어서 물리에서 많이 사용된다. 이 글에서는 내가 생각하는 쿼터니언 개념 및 수학적인 계산, 표현을 정리해놓는다. 쿼터니언 개념 고등학교에서 배운 것을 바탕으로 보면 가장 넓은 범위의 복소수는 실수와 허수로 나눌 수 있고 허수는 나뉘어 $i$라는 허수부를 뜻하는 문자와 함께 표현된다. $i=\sqrt{-1}$임을 다들 알고 있을 것이다. 이는 x축을 실수, y축을 허수로 해놓은 공간에서 $i$를 곱함으로써 xy평면에서 시계 반대 방향(CCW)로 회전하는 것과 동일하게 생각할 수 있다. $1\times i=i$ $i\times i = -1$ $-1 \times i = -i$ $-i \times i = 1$ 이러한 개념을 삼차원으로 확장하..

비행동역학을 공부할 때 Stick-free static stability와 Stick-fixed static stability를 구분할 필요가 있다. (각각 줄여서 stick-free, static fixed라고 쓰겠다) 일반적으로 수업 자료에서 배우는 stick-fixed이지만 간혹 stick-fixed, stick-free stability임을 언급하는 논문이 있었고 이에 대한 이해도 필요하다고 느꼈다. 여기서 말하는 stick은 조종하는 부분을 말하는데, control surface의 각도가 특정한 각도로 고정된 경우를 stick-fixed라고 한다. 예를 들면 elevator가 특정 각도만큼 바뀐 상태에서 stability를 분석하게 된다. 이 때 deflection angle은 조종사가 결정하는..