• 한국항공우주학회지
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• 제38권8호
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• pp.758-766
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• 2010

태양에너지 기반 무인기는 공급되는 전력량이 날개 면적에 영향을 받으므로 형상설계와 비행에 필요한 전력량이 동시에 고려되어야 하며 따라서 설계 과정이 복잡해진다. 복잡한 설계과정에 앞서 주어진 임무 요구를 만족시키는 태양에너지 기반의 무인기 제작 가능 여부와 제작 가능하다면 무인기의 대략적인 주요 치수를 구하는 방법론이 있다면 이를 활용함으로서 불필요한 설계 시행 오차 없이 무인기를 설계 할 수 있을 것이다. 본 논문에서는 주요 치수 결정 방법론으로 날개 면적을 가정하고 날개 면적과 임무 요구로부터 에어포일(양력계수, 항력계수), 무게를 결정한 후 필요 전력과 태양 전지 효율로부터 다시 날개 면적을 계산하는 것으로 제시하였는데, 이는 날개에서 생산되는 전력, 양력 및 항력이 날개 면적에 직접적으로 영향 받기 때문이다. 앞서 가정된 날개 면적 값과 계산된 날개 면적 값의 오차가 충분히 작아질 때 까지 반복적으로 가정된 날개 면적 값을 바꾸어가며 계산을 수행한다. 본 방법론을 실제 제작된 태양에너지 기반 무인기의 값을 이용해 검증하고, 태양에너지 기반 고고도 장기체공 무인기의 주요 치수를 결정해보았다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권1호
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• pp.47-58
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• 2014

본 연구에서는 대체에너지로 태양광과 수소재생연료전지를 사용하는 고고도 장기체공 무인기의 초기 사이징을 수행하였다. 박스 윙 형태의 형상 대신 해외에서 연구가 많이 진행되어 상대적으로 기본 자료들이 풍부한 글라이더 형태의 형상을 선택하였다. 이륙중량 150 kg 급으로 추진 시스템은 모터와 프로펠러, 태양광 전지, 전기분해를 통해 재충전이 가능한 액체수소 연료전지로 구성되어있다. 하루 동안 순항 비행 시 필요한 최소 요구 에너지와 낮 시간으로부터 얻을 수 있는 태양광 에너지와의 에너지 균형을 고려하여 가로세로비, 날개 길이, 면적 등 항공기 설계변수를 변화시키면서 전체 이륙중량을 추정하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권6호
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• pp.468-477
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• 2014

본 연구에서는 태양광 고고도 무인항공기가 어떻게 태양광 에너지만을 이용해서 지상에서 이륙, 상승비행을 하여 임무고도인 18 km 지점까지 도달할 수 있는지에 관한 연구를 수행하였다. 주익면적 $35.98m^2$와 가로세로비 25의 글라이더 형태의 항공기가 기준 항공기 형상으로 사용되었다. 미국 나사의 공개 프로그램인 OpenVSP와 XFLR5을 사용하여 형상변수 및 양력계수와 항력계수를 계산하였으며, 태양광으로부터의 가용에너지와 상승비행에 필요한 에너지 균형을 통해 항공기의 상승비행을 예측하였다. 각 고도에서 비행속도를 최소화하여 최소시간 상승비행이 가능하도록 하였고 이륙시간에 따른 임무고도 도달까지의 총소요시간과 소모되는 에너지량을 예측하였다. 또한 편서풍과 비행속도에 의한 항공기의 이동거리를 계산하였다.

• 한국항공운항학회지
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• 제24권4호
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• pp.35-43
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• 2016

UAV has been promoted for practical use in the field of civilian and military. Recently, UAV is required high-specification performance such as long-term flight and precision observation. Among these UAVs, High Altitude Long Endurance UAV(HALE UAV) has been developed for the purpose to replace some of the functions of the satellite such as meteorological observation, communications and internet relay while flying a long period in the stratosphere. In order to fly a long period in harsh environment of the stratosphere, aircraft needs high Lift-Drag-Ratio and weight reduction of the structure. This paper performed the structural analysis for fuselage and empennage of HALE UAV. Critical loading conditions for structural analysis are acquired from flight load analysis and finally the results of structural sizing for weight reduction is presented.

• 한국항공운항학회지
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• 제25권3호
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• pp.35-43
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• 2017

Research for solar-powered high altitude long endurance(HALE) UAV was conducted by Korea Aerospace Research Institute(KARI), and the EAV-3 with 19.5m wing span was developed. For HALE flight, aircraft should be lightly designed. Especially, airframe structure that accounts for a large portion of the total weight of aircraft should be lightweight. In this paper, development process of airframe structure for solar-powered HALE UAV, EAV-3, is described briefly. Domestic developed T-800 grade CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) composite material with high modulus and strength was used to design main load carrying structures. Flightloads analysis that takes into account large structural deformation was carried out. Stress and flutter analyses for airframe structure sizing were conducted. Static strength test for main wing and aircraft ground vibration test were conducted successfully and structural integrity was secured.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권12호
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• pp.1035-1047
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• 2015

고고도 장기체공 축소형 전기 동력 무인기(EAV-2H+)용 프로펠러의 성능을 평가하기 위해 풍동시험과 전산해석을 수행하였다. 3종의 프로펠러에 대해 성능 곡선을 측정하고, 운용 조건을 평가하여 EAV-2H+에 적용 가능 여부를 판단하였다. 낮은 rpm 영역에서 성능 계수의 저하 경향을 확인하였다. 프로펠러 성능에 미치는 강체 천이 테이프 부착 효과를 측정하고 분석하였다. 상용 전산유체역학 코드를 사용한 성능 해석을 수행하여 시험과 해석의 추력계수-동력계수 선도가 잘 일치함을 확인하였다. 전진비에 따른 성능 계수를 비교하고 결과 차이에 기여하는 시험장치의 영향을 평가하였다. 시험에서 관찰된 낮은 rpm 영역의 성능 감소 경향을 transition SST 모델이 유사하게 모사함을 확인하였다. 낮은 레이놀즈수에 의한 깃 요소의 공력 성능 저하가 프로펠러 성능 감소의 주원인으로 분석되었다. 고고도 조건 해석으로부터 프로펠러 성능 저하를 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제19권6호
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• pp.22-27
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• 2015

최근 고고도 장기체공 무인기의 개발이 활발하게 진행되고 있는 가운데, 중량당 에너지 밀도가 높아서 왕복동 엔진의 연료로서 적합한 수소 연료를 적용하는 것이 경제성과 기술성 측면에서 유리한 것으로 검토되었다. 본 연구에서는 2.4리터급 왕복동 가솔린엔진을 수소엔진으로 개조하기 위하여 수소연료를 공급하기 위한 실험장치를 구축하고 수소연료 공급이 가능한 인젝터를 장착하였으며 범용 엔진제어기를 이용하여 엔진을 구동시킴으로써 시동 및 공회전 시의 연소 특성을 파악하였다. 안전하게 엔진 시동성을 확보하였고 공회전 상태를 유지할 수 있는 조건을 탐색하였다. 또한 공회전 상태에서 공연비와 점화 타이밍을 변경해보면서 연소 안정성을 비롯한 기본적인 연소 특성을 살펴봄으로써 향후 수소엔진을 활용한 무인기의 동력원을 개발하기 위한 기초를 마련하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권10호
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• pp.927-934
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• 2011

상승 비행에 의해 위치에너지를 축적하는 태양동력 장기체공 무인기에 대하여 설계 인자 분석을 수행하였다. 위치에너지 축적을 위한 비행과 관련된 인자인 최저 및 최고 수평 비행 고도, 활강 및 상승 각도, 설계점 속도 및 고도, 활강 및 상승 시작 시각을 분석 대상으로 하였다. 태양동력 무인기 구성품의 중량 모델을 이용하여 항공기 크기 및 중량을 결정하고 비행 중 생산 및 소모하는 에너지를 계산함으로써 임무 수행에 필요한 배터리 용량을 결정하였다. 각 설계 인자값과 무인기 중량의 관계를 연구하였다. 최고 수평 비행 고도, 활강 및 상승 각도, 설계점 속도 및 고도, 활강 및 상승 시작 시각에는 설계가 가능하도록하는 범위가 존재하며 이 범위 내에서 총 중량을 최소화하는 최적값이 존재하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.150-155
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• 2017

Proper cooling of PEM fuel cell stack is essential for the high-performance operation of fuel cell system. Insufficient cooling of the stack can cause significant damage to components due to overheating and also can decrease cell performance by dehydration of the polymer electrolyte. In the present study, we performed a computational analysis to assess the condition of the cooling system to secure the proper temperature in fuel cell stack system for high altitude long endurance (HALE) unmanned aerial vehicle (UAV).

• 한국항공우주학회지
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• 제46권3호
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• pp.189-196
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• 2018

고고도 무인기용 프로펠러의 추력 및 토크를 측정하기 위한 시험장치를 고안하였으며, 직경 1 m급 2개의 모델에 대해 성능시험을 수행하였다. 기계적인 동력을 측정하기 위해 프로펠러 회전축에 토크센서를 설치하였으며, 작은 추력을 정밀하게 측정하기 위해 프로펠러 및 구동부 전체를 지지하는 가이드레일 시스템을 적용하였다. 반복성시험 분석 및 불확도 분석을 통해 프로펠러 성능시험에 영향을 미치는 인자들을 고찰하였다. 불확도 분석결과는 추력 로드셀의 정밀도와 시험부 풍속을 결정하는 측정인자의 정밀도가 유사한 정도로 프로펠러 성능시험에 영향을 주고 있음을 나타내고 있다. 특정 RPM 조건에서 풍속을 변경시켜가며 프로펠러의 성능을 측정한 후, 5개의 서로 다른 RPM 조건에 대한 측정결과를 프로펠러 성능계수로 나타내었다.