• 한국항공우주학회지
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• 제50권7호
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• pp.489-496
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• 2022

본 논문에서는 한국항공대학교에서 설계 및 개발한 태양광 무인기인 KAU-SPUAV의 시스템을 소개하고 비행시험을 통하여 성능을 검증하였다. 두 가지 버전의 태양광 무인기의 제원과 전장 구성 그리고 지상 관제 시스템을 소개하였다. 제시한 시스템으로 전파맵 구축, 제주도 해안선 일주 그리고 장기 체공 비행의 세 가지 임무 비행을 수행하였다. 각 임무는 태양광 무인기의 특성을 이용하는 비행으로서 주로 장시간 및 장거리 임무로 구성되었다. 본 연구를 통하여 태양광 무인기의 장기체공 능력을 이용해 다양한 임무에 사용될 수 있음을 보였다. 비행 시험 결과를 기반으로 시스템 추가 개선을 통하여 성능 향상을 도모할 수 있음을 확인하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.433-440
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• 2022

고고도 장기체공 태양광 무인기는 성층권에서 태양광을 에너지원으로 장기간 비행하며 임무를 수행하는 무인기를 의미하며 고고도에서 장기적으로 임무 수행이 가능하여 지역적으로 통신위성 대체, 군사적 목적으로 임시 통신망 구축, 지상 촬영을 통한 감시 정찰 기능 등으로 사용할 수 있다. 이런 임무특성상 임무 수행 가용시간을 분석하는 것은 무인기를 상용화하는 데 매우 중요한 요소이다. 하지만 고고도에서 태양광 전력의 획득은 운용 위도와 계절에 영향을 받고 여러 요소가 복합적으로 작용하여 가용일수의 분석이 쉽지 않다. 본 논문에서는 고고도 장기체공 무인기의 설계 파라미터를 바탕으로 가용시간의 분석 모델 및 로직을 제시하고 태양광 획득 조건에 따른 고고도 장기체공 태양광 무인기의 가용시간을 분석하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권7호
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• pp.479-487
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• 2022

본 논문에서는 한국항공대학교에서 연구, 개발한 태양광 무인기 KAU-SPUAV의 자동 비행을 위한 제어기 설계 및 유도기법에 관하여 기술했다. 와류격자법을 활용하여 공력계수들을 계산했고 이를 항공기의 6자유도 방정식에 적용했다. 또한 깃요소이론을 활용하여 프로펠러의 추력 및 토크계수를 계산했다. 상승풍을 맞닥뜨렸을 때 효율적으로 활공하기 위하여 추력을 사용한 고도제어기가 KAU-SPUAV에 사용되었다. 또한 태양광 무인기의 장기체공 임무를 위해 운용 중에 발생하는 바람의 영향을 고려하기 위한 바람 추정 기법을 적용하였고, 강한 맞바람에 대처하기 위한 유도기법과 자동 착륙 알고리즘을 구성하였으며 2021년 8월, 56시간 33분의 태양광 장기체공 실험을 통해 제어 및 유도기법의 성능을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권7호
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• pp.471-478
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• 2022

본 논문은 한국항공대학교에서 연구 및 개발한 태양광 무인기 KAU-SPUAV에 관한 내용으로, 2020년 6월 32시간 19분 장기체공 비행에 성공한 주익 4.2m 태양광 무인기의 설계 과정에 관하여 기술하였다. 태양광 무인기의 장기체공 능력을 향상시키기 위해 항력을 줄이기 위한 원형 단면의 동체를 설계하였고, 유리섬유 복합재를 사용한 모노코크 구조를 적용하여 가볍고 튼튼한 동체를 제작하였다. 또한 4.2m 태양광 무인기의 날개 형상에 최적화된 태양광 모듈을 구성하여 배열하였고, 23[in] × 23[in] 프로펠러를 적용한 추진시스템을 구성하여 충전 및 비행 효율을 향상시켰다. 개발된 태양광 무인기는 순항할 때 평균 55W를 소비하고, 주간에 최대 165W 에너지를 공급받을 수 있으며 비행실험을 통해 장기체공 성능을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권11호
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• pp.908-914
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• 2013

본 연구에서는 소형 태양광 무인항공기를 개발하여 비행시험을 수행하였다. 태양광 무인기는 날개에 설치된 태양전지로부터 전력을 생산하고, 생산된 전력의 일부를 비행동력으로 사용하며, 나머지를 일몰 후 비행을 위해 배터리에 저장을 한다. 태양광 무인항공기는 공기역학적으로 매우 효율이 높아야 하며, 구조적으로 경량이면서 고강도를 가져야 한다. 또한, 태양광 무인기의 전기추진시스템과 태양광 발전시스템도 높은 효율을 가져야 한다. 본 연구에서는 12시간 이상의 연속 비행을 위한 태양광 무인항공기 및 태양광 시스템을 개발하고, 그 성능을 파악하기 위해 비행시험을 수행하였다. 가을과 겨울철의 비행시험 결과 본 연구에서 개발한 태양광 무인항공기의 사계절 모두 12시간 이상의 연속비행이 가능함을 알 수 있었다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제17권4호
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• pp.10-17
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• 2023

본 논문은 한국항공대학교에서 연구 및 개발한 태양광 무인기에 관한 것으로, 주익 4.2 m 장기체공 태양광 무인항공기 KAU-SPUAV-2019에 대한 연구를 기반으로 하여 임무 비행을 위해 개발한 주익 3.0 m 태양광 무인항공기 KAU-SPUAV-2020의 시스템 설계에 관하여 기술하였다. 기체의 경량화를 위하여 동체에 복합재료를 적용하였고, 태양광 충전 시스템을 적용하였다. 임무 수행 활용성을 위하여 비상시 긴급하게 착륙하기 유리하도록 Deep Stall Landing이 가능하도록 제작하였으며, 강제 실속 착륙 시 항공기에 가해지는 충격을 흡수하기 위한 에어백 모듈을 장착하였다. 개발된 3.0 m 태양광 무인항공기의 비행 성능 및 임무 수행 능력은 비행 실험을 통해 그 수행 능력을 검증하였으며, 147 km에 달하는 제주도 해안선을 3 시간 50 분 만에 비행하는 것에 성공함으로 태양광 무인항공기가 다양한 분야에서 촬영, 모니터링 임무에 활용 가능함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권2호
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• pp.129-138
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• 2012

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.

• 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.

• 한국항행학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.401-407
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• 2016

본 논문에서는 태양광 장기체공 무인기의 전력모델을 포함한 3차원 경로계획과 유도에 대하여 기술한다. 본 논문에서 사용한 Dubins curve는 계산속도가 빨라 경로계획에 곧바로 적용이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 Dubins curve의 경로생성 문제는 2차원 평면에서 정의되기 때문에 실제 항공기의 경로계획을 위해 Randal W. Beard에 의해 수행된 비행 경로각의 한계를 고려하여, 고도 차이에 따라 선회경로를 추가하는 방식의 3차원 Dubins 경로생성 알고리즘을 활용하였다. 본 논문에서 사용한 항공기 모델은 Aileron이 없기 때문에 Rudder를 사용하여 횡축 방향 제어기를 설계하였으며, 비선형 경로추종 유도기법을 사용하여 경로추종 시뮬레이션을 수행하였다. 고도조건에 따른 예제를 생성하였으며, 시뮬레이션 결과 생성된 경로를 잘 추종하는 것을 확인하였다. 마지막으로 태양에너지 수율에 대한 계산식을 통해 태양광 장기체공 무인기의 전력 시스템을 모델링하여 48시간 연속비행 시뮬레이션을 실시하였고, 이에 대한 시뮬레이션 결과를 제시하였다.

• 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.