Former landing methods of fixed wing unmanned aerial vehicles need long runway, otherwise are only applicable to small and light aircrafts. This thesis paper is about a new landing method, which can overcome flaws, by using thrusters for UAVs. The suggested landing technique is a combination of Deep-Stall Landing for some small UAVs, JATO (Jet Assisted Take-Off) for special purpose freights and Powered Descent Landing for lunar landing vehicles. Firstly, creation of the inertia model and aerodynamic model of the UAV for simulating is dealt. Particularly, a method for aerodynamic modeling covering high angle of attack region is introduced. After mentioning optimal control theory briefly, the trajectory optimization is considered in a simple two dimensional point-mass model, longitudinal motion model and 6 degrees of freedom motion model. Lastly, vertical landing control algorithm including pitch angle and rate control is based on result from the trajectory optimization. In addition, this paper dealt with the method of solving analytically or approximately the dynamic equations of motion of the point-mass in the process of complementing the control algorithm. By using it, a method to improve the landing algorithm is proposed.
기존의 고정익 무인기의 착륙 방법들은 긴 활주로를 필요로 하거나, 활주로가 필요 없는 경우에는 무게가 가벼운 소형 무인기에만 적용이 가능했다. 본 학위논문에선 이러한 한계를 극복할 수 있는, 추력기를 이용한 무인기의 새로운 수직 착륙 방법에 대해 다룬다. 제안하는 착륙 방법은 일부 소형 무인가 등에 적용되는 딥스톨 착륙 방식(Deep-Stall Landing)과, 특수 목적의 대형 화물기 등에 적용된 제트 보조 이착륙(JATO: Jet Assisted Take-Off) 혹은 달 착륙선등에 적용되는 동력 하강 착륙(Powered Descent Landing)을 조합한 것이다. 우선 본 논문에서는 제안한 착륙 방법의 시뮬레이션에 사용될 무인기의 관성 모델과 공력 모델 생성에 관한 내용을 다룬다. 특히 공력 모델의 경우 고받음각 영역을 필요로 하기에, 이를 반영하는 모델을 생성하는 방법을 소개하였다. 생성된 무인기 모델을 바탕으로 제안된 착륙 방법의 실행 가능성을 검증하기 위해, 궤적 최적화를 진행하여 타당성을 확인하였다. 이와 관련하여 본 논문에서는 사용된 최적 제어 이론을 간략히 소개하고, 간단한 2차원 질점 모델을 시작으로 종방향 운동 모델 그리고 6 자유도 운동 모델까지 궤적 최적화를 다루었다. 마지막으로 궤적 최적화의 결과를 바탕으로 수직 착륙 제어 알고리즘을 다루었으며, 알고리즘은 피치 자세각 제어와 속도 제어를 포함한다. 추가로 본 논문에서는 제어 알고리즘을 보완하는 과정에서 필요한 중력질점 동역학 운동방정식의 해를 해석적으로 혹은 근사적으로 구하는 방법을 다루었고, 이를 이용하여 착륙 알고리즘을 개선할 수 있는 방안을 제시하였다.
