드틸트프롭 무인기(QTP-UAV, Quad Tilt-Prop Unmanned Aerial Vehicle)

미래형 개인항공기(PAV, Personal Air Vehicle) 시장에 대비하기 위해 이미 확보한 틸트로터 기술을 바탕으로 로터가 4개 달린 쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV)를 개발했다.

 

 

 

쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV)는 수직이착륙과 고속비행이 가능한 전환형 비행체로, 1개의 전기배터리와 4개의 전기모터 및 프롭으로 구성된 분산전기추진 방식의 무인기이다. 전기 배터리가 여러 개의 모터에 동력을 공급하기 때문에 시스템이 단순하고 4개 로터의 회전수 제어를 통해 비행 안정성을 높일 수 있다. 비행체의 기본 요구조건은 총중량 48kg, 임무중량 3kg, 최대속도 150km/h 이상이다. 최대 체공시간은 배터리 동력 30분, 엔진-발전기-배터리로 구성된 하이브리드 추진의 경우 2시간이다.

쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV)는 이착륙 시 4개의 로터가 헬리콥터처럼 수직 방향으로 위치해 있다가 이륙 후 비행 시에는 일반 고정익 항공기처럼 동체와 수평을 이루기 때문에 고속비행이 가능하다. 쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV) 개발 시 중요한 핵심기술은 여러 개의 로터를 동시에 제어해 이착륙과 비행 시 비행체 자세를 안정적으로 유지하는 자세제어 기술과 전기 배터리에서 여러 개의 파워 라인을 통해 각 모터에 전력을 고르게 보내는 전력제어 기술이다.

쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV)는 2016년부터 2018년까지 3년간 주요사업을 통해 개발했다. 체계종합에서는 무인기 시스템을 설계하고, 비행체 사이징, 성능해석, 형상설계, 프롭 및 틸트 계통에 대한 하중해석과 체계통합 지상 및 비행시험을 수행했다. 추진분야에서는 엔진, 발전기, 배터리로 구성된 하이브리드 시스템을 개발했다. 제어분야에서는 비행제어시스템과 지상관제장치(GCS)를 개발했다. 구조분야에서는 비행체의 구조하중해석과 구조설계를, 공력분야에서는 비행체의 전산유동해석 및 풍동 시험을, 회전익분야에서는 프롭의 설계 및 해석을 진행했다.

쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV) 시스템은 비행체와 지상관제 및 통신장비로 구성되어 있다. 비행체에는 두 개의 UHF 주파수의 통신장비와 센서 일체형 통합 비행제어컴퓨터(FCC)를 장착했다. QTP-UAV는 배터리 버전 2대, 풍동모델 1대 등 3대를 제작했다. 풍동모델은 시험 완료 후 하이브리드 버전으로 개조할 수 있도록 했다.

쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV) 풍동시험은 한국항공우주연구원 중형아음속 풍동에서 수행되었으며 이후 비행시험은 고흥항공센터에서 진행했다. 안전줄을 뗀 최초의 회전익 비행은 2018년 9월 11일에 있었다. 비행시험은 호버 비행을 시작으로 활주로 상공 저고도 회전익 모드 시험, 외부 조종사의 수동비행과 내부조종사의 유지모드, 그리고 최종적으로 자동비행 순으로 진행했다. 회전익모드 비행이 완료된 후 천이 비행은 고도 100~200m, 반경 500~600m의 점항법 비행을 통해 점진적으로 이루어졌다. 2018년 9월 18일에는 점항법 모드에서 단계적인 증속을 통해 틸트 0도, 비행속도 145km/h까지의 천이비행을 성공했다. 2018년 10월 25일 비행에서는 비행특성을 향상시키기 위한 제어로직 및 이득 조정을 거쳐 최대 속도 165km/h까지 도달했다.

쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV) 개발은 쿼드틸트프롭 비행체에 대한 특성과 관련 비행제어기술을 확보하는 성과를 거두었다. 본 과제를 통해 총중량 50kg급의 고속-수직이착륙 무인기 시스템 기술을 확보했다. 또한 분산 추진형 전기추진 수직이착륙 항공기에 대한 원천기술 확보로 차기 전기추진 수직이착륙 개인용 항공기 사업에 적극 활용할 계획이다.