Abstract
A MDO study of a midium-sized solar powered High Altitude Long Endurance (HALE) UAV has been performed, focused on energy balance. In the MDO process, Vortex Lattice Method(VLM) is employed for the aerodynamic modeling of the vehicle, of which structural weight is estimated with the modeling proposed by Cruz. Tail volume ratios have been set as constants, while the location of tail surfaces is determined from longitudinal static stability criterion. By balancing the available energy from solar cells, battery, and altitude, with the energy-requirement of the vehicle, the possibility of continuous flight over 24-hours has been investigated. The solar radiation level is set as that of summer at the latitude of $36^{\circ}$ north. During the daytime, the aircraft climbs using solar energy, accumulating potential energy, which supplements energy balance during the night. Optimizations have been sought in size of the vehicle, its weight distribution, and flight strategy.
에너지 균형조건을 고려하여 중형 태양광 추진 고고도 장기체공 무인기의 다분야 통합 최적설계를 수행하였다. 무인기의 공력 모델로 Vortex Lattice Method (VLM)를 사용하였으며 Cruz가 제안한 중량분석 모델로서 비행체 중량을 추정하였다. 비행체의 세로 정안정성 확보를 위하여 꼬리날개의 부피비를 고정하고 정안정성을 확보할 수 있도록 꼬리날개의 위치를 결정하였다. 태양전지, 축전지, 비행 고도 등 사용가능한 에너지와, 비행체의 필요에너지를 비교하여 24시간 지속비행 가능성을 결정하였다. 태양 입사 에너지는 북위 $36^{\circ}$의 여름을 기준으로 하였으며, 주간비행 중 태양에너지를 이용한 상승비행으로 확보한 위치에너지를 이용하여 야간 비행에 필요한 에너지를 보충하였다. 이를 바탕으로, 무인기의 주요 치수, 중량 분포 최적 설계와 장기체공을 실현할 수 있는 비행전략을 제시하였다.
