Landing is the most dangerous phase of entire flight phases. If total loss of thrust occurs during flight, a powered aircraft converts to a glider, which can use kinetic and potential energy only. For this reason, a proper scheme is needed for safe landing in cases of total loss of thrust. Researches about unpowered landing have been widely performed. However, the platform of previous studies is mainly reusable launch vehicle (RLV) like a space-shuttle. Moreover, researches about the vertical plane have been mainly performed, and studies about the horizontal plane have not been conducted much. Therefore, this dissertation presents three-dimensional unpowered auto-landing guidance based on trajectory generation, expanding the concept of the energy-to-range ratio.
The terminal velocity estimation method for a horizontal plane to apply to three-dimensional space is proposed; this method is based on the previously suggested terminal velocity estimation method for a vertical plane. Then, trajectory generation for landing guidance combining vertical with horizontal waypoints is shown and the proposed auto-landing guidance with trajectory generation is evaluated by numerical simulation. For numerical simulation, a fully functional guidance and control law, including waypoints guidance and the classical feedback control law, are also designed. An investigation about a generated trajectory change according to the induced drag factor variations is also conducted. Furthermore, a scheme to improve the performance of an unpowered auto-landing under steady wind conditions is studied, and the proposed performance improvement method is evaluated by numerical simulation.
착륙단계는 항공기의 비행단계 중 가장 위험한 단계이다. 비행 중 추력상실이 발생하면 비행체는 운동에너지와 위치에너지 만을 이용할 수 있는 글라이더와 같은 특성을 갖게 된다. 이런 이유로 추력상실이 발생했을 때 비행체를 안전하게 착륙시킬 수 있는 적절한 기법이 필요하다. 무추력 착륙에 관한 기존의 연구는 주로 우주왕복선과 같은 재사용 발사체를 대상으로 수행되었다. 또한, 수직평면에 대한 연구가 주로 수행되었으며, 수평면에 대한 연구는 많이 수행되지 않았다. 따라서, 본 연구에서는 궤적 생성에 기반한 3차원 무추력 자동착륙 유도에 대해 다루고자 한다.
3차원 무추력 자동착륙 유도에 적용한 궤적 생성 방법은 에너지-거리 비 개념을 확장한 것이다. 이를 위해 기존에 개발된 수직평면에 대한 종말속도추정 기법을 바탕으로, 3차원 공간에 적용하기 위해 수평면에 대한 종말속도추정 방법을 제안한다. 그리고 수평면 및 수직평면 종말속도추정 기법을 이용하여 생성된 항로점을 결합하여 착륙 유도를 위한 궤적을 생성하고, 시뮬레이션을 통해 궤적 생성에 기반한 제안된 자동착륙 유도의 성능을 평가한다. 또한, 시뮬레이션을 위해 항로점 유도와 고전 피드백 제어를 포함한 유도 및 제어법칙을 설계한다. 유도 항력 계수 변화에 따른 생성된 궤적 변화에 대한 연구 역시 수행된다. 이와 함께, 바람이 있는 상태에서의 자동착륙 성능을 향상시키기 위한 기법을 연구하고, 시뮬레이션을 통해 제안된 기법의 성능을 평가한다.
