A Study on Optimum Takeoff Time of the Hybrid Electric Powered Systems for a Middle Size UAV

The target system is a middle size UAV, which is a low-speed long-endurance UAV with a weight of 18 kg and wingspan of 6.4 m. Three electric power sources, i.e. solar cells, a fuel cell, and a battery, are considered. The optimal takeoff time is determined to maximize the endurance because the generated solar cell's energy is heavily dependent on it. Each power source is modeled in Matlab/Simulink, and the component models are verified with the component test data. The component models are integrated into a power system which is used for power simulations. When takeoff time is at 6 pm and 2 am, it can supply the power during 37.5 hrs and 27.6 hrs, respectively. In addition, the thermostat control simulation for fuel cell demonstrates that it yields more power supply and efficient power distribution.

중형무인기용 하이브리드 전기동력시스템의 최적 이륙시간에 관한 연구

연구대상으로 삼은 중형 전기추진 무인기는 무게 18.5 kg, 날개 길이 6.4 m급의 저속 장기체공형으로 태양전지, 연료전지, 배터리를 전력원으로 사용한다. 이륙시간에 따라 태양전지의 에너지 총량이 달라지므로 체공을 최대화하기 위한 최적의 이륙시간을 선정해야 한다. 이를 위해 전압매칭을 통해 각 전력원을 선정하여 모델링을 수행하였으며 단품 성능시험을 통해 검증 후 시뮬레이션을 수행하였다. 이륙시간이 오전 6시, 오전 2시일 때 각각 최대 37.5시간, 최소 27.6시간동안 전력공급이 가능하였다. 배터리 SOC의 사용범위를 25~80%로 제한하도록 연료전지의 작동을 제어할 경우 각각 0.31시간, 0.63시간동안 더 전력공급이 가능하며 각 전력원은 최적 운전점에서 작동함을 확인하였다.