농업용 엔진-발전기 하이브리드 드론에 장착된 진동 감쇠 마운트의 효과에 관한 연구 = A Study on Effectiveness of Vibration Damping Mounts on an Engine-generator Hybrid drone for Agriculture

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Unmanned aerial vehicles (UAVs) and drones have received a
lot of attention for their agricultural applications, and recently,
engine-generator hybrid drones have been studied to maximize
their efficiency in agricultural applications, such as extending
flight time and increasing payload capacity. However, engine
vibration is not only associated with efficiency issues such as
reduced flight performance, shorter flight time, and reduced
durability of the drone airframe, but also with risks that can
seriously threaten the stable operation of the drone. These
problems are mainly caused by the fact that the vibration
generated by the engine drive of the drone is transmitted to the
entire drone through the structure supporting the engine.
Therefore, it is necessary to study how to minimize the
transmission of vibration through the damping device connected
to the airframe. This study was conducted in this context, and
experiments were conducted to determine how effectively an
engine mount applied to an engine-generator hybrid large
agricultural drone can reduce the transmission of vibration from
the engine to the airframe.
Three types of vibration damping mounts with different
vibration transmission characteristics were fabricated and tested.
Model 1 was machined from aluminum and combined with a
rubber damper, Model 2 was made of metal alone, and Model 3
used an industrial rubber damper as a mount. Accelerometers
were attached to the engine frame, fuselage frame, fuselage top,
flight controller (FC), and propeller motor, and a vibration
measurement system was configured using LabVIEW. Vibration
data for each mount type was measured by location to compare
the vibration values and frequency ranges of models 1, 2, and 3
at each location. It was found that Model 1, with its structural
separation of the engine from the airframe and the use of rubber
dampers and anti-vibration pads, reduced the acceleration
characteristics of the engine vibration compared to Model 2, with
metal mounts, and Model 3, with rubber dampers.
This study confirms that the vibration damping device named
Model 1 is the most effective in reducing the vibration
transmitted from the engine to the drone airframe. The
application of this vibration damping device will contribute to
reducing the negative effects on the flight control unit and
motors, which can help improve the stable flight of the drone
and the structural stability of the drone airframe.

국문 초록 (Abstract)

무인 항공기와 드론은 농업용으로 활용도가 높아 많은 관심을 받고 있
으며 최근에는 엔진-발전기 하이브리드 드론이 농업 분야에서 비행시간
연장, 탑재 용량 증가 등의 효율성 극대화를 위해 많은 연구가 이루어지
고 있다. 그러나 엔진에서 발생하는 진동은 비행 성능 저하, 비행시간 단
축, 드론 기체의 내구성 감소와 같은 효율성 저하 문제뿐만 아니라, 드론
의 안정적인 운항을 심각하게 위협할 수 있는 위험성과도 직접 연관되어
있다. 이러한 문제는 주로 드론의 엔진 구동으로 발생하는 진동이 엔진을
지지하는 구조물을 통해 드론 전체로 전달되기 때문에 발생한다. 따라서
엔진의 구동에 따른 진동을 기체와 연결된 감쇠 장치를 통해 진동의 전달
을 최소화하는 연구가 필요하다. 본 연구는 이러한 맥락에서 진행되었으
며, 엔진-발전기 하이브리드 농업용 대형 드론에 적용된 엔진 마운트가
엔진의 진동을 기체에 전달하는 과정에서 얼마나 효과적으로 진동의 전달
을 감소시키는지를 실험을 통해 확인하였다.
진동 전달 특성이 서로 다른 세 가지 유형의 진동 감쇠 마운트를 제작
하여 시험하였다. 모델 1은 알루미늄을 가공하여 고무 댐퍼와 결합한 구
조이며, 모델 2는 금속만으로 제작된 것이고, 모델 3은 산업용 고무 댐퍼
를 마운트로 사용하였다. 엔진 프레임, 기체 프레임, 기체 상판, 비행제어
장치(FC), 프로펠러 모터에 가속도계를 부착하고 LabVIEW를 사용하여
진동 측정 시스템을 구성하였다. 각 마운트 유형에 대한 진동 데이터를
위치별로 측정하여 각 위치에서 모델 1, 2 3,의 진동 값과 주파수 범위를
비교하였다. 금속 마운트인 모델 2와 고무 댐퍼인 모델 3에 비해 엔진과
기체 프레임을 구조적으로 분리하고 고무 댐퍼 및 방진 패드의 사용한 모
델 1이 엔진 진동의 가속 특성을 감소시키는 것으로 나타났다.
본 연구를 통해 모델 1로 명명된 진동 감쇠 장치가 엔진에서 드론 기체
로 전달되는 진동을 감소 시키는데 가장 효과적임을 확인하였다. 이 진동
감쇠 장치의 적용은 비행 제어 장치와 모터에 미치는 부정적인 영향을 줄
이는데 기여 할 것이며, 이는 드론의 안정적인 비행과 드론 기체의 구조
적 안정성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있다.