Recently, an UAV using green energy for propulsion has been developed due to exhaustion of fossil fuel. This aircraft runs on electric motors rather than internal combustion engines, with electricity coming from fuel cells, solar cells, ultracapacitors, and/or batteries. Especially solar cells are installed in HALE UAV and flight tests are performed in the stratosphere. Although the solar powered UAV has the advantage of zero emission, its energy conversion efficiency is low and operation time is limited. Therefore, the solar powered UAV has been designed to operate with the secondary battery obtaining flexibility of energy management. In this study, we suggest the new operational concept of the solar powered UAV using directed-energy rayed from the surface of earth to UAV. An UAV is able to secure additional power through attaching solar cell to the lower surface of elevator. As a result, the additional energy supplied by directed-energy can improve the energy management and operational flexibility of the solar powered UAV.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.17
no.3
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pp.433-440
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2022
High Altitude Long Endurance(HALE) solar powered UAV is the vehicle that flies for a long time as solar power energy sources. It can be used to replace satellites or provide continuous service because it can perform long-term missions at high altitudes. Due to the property of the mission, it is very important for HALE solar powered UAV to have maximum flight time. It is required for mission performance to fly at high altitudes continuously except a return for temporary maintenance. Therefore mission availability time analysis is a critical factor in the commercialization of HALE solar powered UAV. In this paper, we presented an analytic model and logic for available time analysis based on the design parameters of HALE solar powered UAV. This model can be used to analyze the possibility of applying UAV according to the UAV's mission in concept design before the UAV detail design stage.
Shin, Jeong Woo;Park, Sang Wook;Lee, Sang Wook;Kim, Tae-Uk
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.25
no.3
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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.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.132-138
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2016
Korea Aerospace Research Institute (KARI) is developing an electric-driven HALE UAV in order to secure system and operational technologies since 2010. Based on the flight tests and design experiences of the previously developed electric-driven UAVs, KARI has designed EAV-3, a solar-powered HALE UAV. EAV-3 weighs 53kg, the structure weight is 22kg, and features a flexible wing of 19.5m in span with the aspect ratio of 17.4. Designing the main wing and empennage of the EAV-3 the amount of the bending due to the flexible wing, 404mm at 1-G flight condition based on T-800 composite material, and side wind effects due to low cruise speed, $V_{cr}=6m/sec$, are carefully considered. Also, unlike the general aircraft there is no center of gravity shift during the flight because of the EAV-3 is the solar-electric driven UAV. Thus, static margin cuts down to 28.4% and center of gravity moves back to 31% of the Mean Aerodynamic Chord (MAC) comparing with the previously designed the EAV-2 and EAV-2H/2H+ to upgrade the flight performance of the EAV-3.
Korea Aerospace Research Institute (KARI) is developing an electric-driven HALE UAV in order to secure system and operational technologies since 2010. Based on the 5 years of flight tests and design experiences of the previously developed electric-driven UAVs, KARI has designed EAV-3, a solar-powered HALE UAV. EAV-3 weighs 53 kg, the structure weight is 21 kg, and features a flexible wing of 19.5 m in span with the aspect ratio of 17.4. Designing the main wing and empennage of the EAV-3 the amount of the bending due to the flexible wing, 404 mm at 1-G flight condition based on T-800 composite material, and side wind effects due to low cruise speed, V_cr = 6 m/sec, are carefully considered. Also, unlike the general aircraft there is no center of gravity shift during the flight. Thus, the static margin cuts down to 28.4% and center of gravity moves back to 31% of the Mean Aerodynamic Chord (MAC) comparing to the previously developed scale-down HALE UAVs, EAV-2 and EAV-2H, to minimize a trim drag and enhance a performance of the EAV-3. The first flight of the EAV-3 has successfully conducted on the July 29, 2015 and the test flight above the altitude 14 km has efficiently achieved on the August 5, 2015 at the Goheung aviation center.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.11
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pp.908-914
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2013
This study has developed a small solar powered UAV and performed its flight tests. In daylight, a solar powered UAV flies by using some of electricity generated from solar cells, and stores the remainder into battery. At night it flies by using electricity from battery. A solar powered UAV should have aerodynamically efficient configurations, light-weight, strong wing and fuselage. Its electric propulsion system and solar power system should also be very efficient. In the present study the solar powered UAV and its solar power system are developed for 12 hour continuous flight and the flight tests are performed to verify its performance. The flight tests performed in fall and winter to prove the present solar powered UAV is successful in four-season 12 hour flight.
Park, Kyung-Hyun;Min, Sang-Gyu;Ahn, Jon;Lee, Dong-Ho
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.2
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pp.129-138
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2012
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.
Kim, O-Jong;Yu, Sunkyoung;No, Heekwon;Kee, Changdon;Choi, Minwoo;Seok, Hyojeong;Yoon, Donghwan;Park, Byungwoon;Jee, Cheolkyu
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.3
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pp.545-554
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2017
Among various applications of the High Altitude Long Endurance (HALE) Unmanned Aerial Vehicle (UAV), this paper has a focus on the Global Positioning System (GPS) utilizing pseudolite and its improved performance, particularly during the multi-purpose missions. In a multi-purpose mission, the HALE UAV follows a specified flight trajectory for both navigation applications and missions. Some of the representative HALE missions are remote exploration, surveillance, reconnaissance, and communication relay. During these operations, the HALE UAV can also be an additional positioning signal source as it broadcast signals using pseudolite. The pseudolite signal can improve the availability, accuracy, and reliability of the GPS particularly in areas with poor signal reception, such as shadowed regions between tall buildings. The improvement in performance of navigation is validated through simulations of multi-purpose missions of the solar-powered HALE UAV in an urban canyon. The simulation includes UAV trajectory generation at stratosphere and uses actual geographical building data. The results indicate that the pseudolite-equipped HALE UAV has the potential to enhance the performance of the satellite navigation system in navigationally degraded regions even during multi-purpose operations.
Park, Donghun;Hwang, Seungjae;Kim, Sanggon;Kim, Cheolwan;Lee, Yunggyo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.9
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pp.759-768
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2016
Design and performance analysis of propeller for solar-powered HALE UAV, EAV-3 are conducted. Experiment points of design variables are obtained by using Design of Experiment(DOE) and Kriging meta-model is generated for objective and constraints function. The geometry of propeller is designed by evaluating the response surface with requirement and restrictions. The validity of the design is verified by meta-model based optimization. Computational analyses are carried out by using commercial CFD code and the results are compared with those from a design code and wind tunnel test. The results showed good agreement with predictions of the design code at the design altitude. Also, it is confirmed that the blockage effect due to the measurement device and support strut is included in the test data and the results including this effect compare well with the test data.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.6
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pp.468-477
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2014
In this research, how a solar powered HALE (high altitude long endurance) UAV (Unmanned Aerial Vehicle) can climb and reach mission altitude, 18km, starting from the ground using only solar energy. A glider type aircraft was assumed as a baseline configuration which has wing area of $35.98m^2$ and aspect ratio of 25. Configuration parameters, lift and drag coefficients were calculated using OpenVSP and XFLR5 that are NASA open source programs, and climb flights were predicted through energy balance between available energy from solar power and energy necessary for a climb flight. Minimum time climb flight was obtained by minimizing flight velocities at each altitude and total time and total energy consumption to reach the mission altitude were predicted for different take off time. Also, aircraft moving distances due to westerly wind and flight speed were calculated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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