• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 한국태양에너지학회 2012년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.313-318
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• 2012

In the present study, the preliminary study on a small solar-powered RC airplane are performed for the development of a long-endurance solar-powered UAV. Solar energy enables the solar-powered UAV to fly longer or eternally. The solar-powered UAV transfers the solar energy to electric energy and this energy is used for the flight and the battery charge. To increase the flying time, the efficiency of the solar-cell power system must be increased and the required power for flight must be minimized. Hence, the system integration including solar cell and controller, the power system design, and the aerodynamic and structural designs of the UAV is very important. The present study have performed the design, manufacture, and flight test of the small solar-powered UAV for the preliminary study of the long-endurance solar-powered UAV. From this study, the system integration technology of the solar-powered UAV design is established, and the possibility and the issue points for the development of the long-endurance solar-powered UAV are discussed.

• 신재생에너지
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• 제7권3호
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• pp.59-66
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• 2011

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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제17권1호
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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.

• 한국항공운항학회지
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• 제23권3호
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• pp.1-7
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• 2015

In the present study, we conducted the research on the high efficiency propulsion system for the development of long-endurance UAV with an electric propulsion system. For the long endurance UAV, fair aerodynamic characteristics with the high efficiency of the propulsion system is required because the flight power and the duration time of the long-endurance UAV vary greatly depending on the efficiency of the propulsion system. Therefore, in this study, the tracking program which records the performance of motor, propeller was developed because of their wide variation in the efficiency depending on the using condition, and records from the existing flight test program were utilized to check the accuracy of the program we had developed. For the development of future long-endurance solar UAV, we confirmed the applied voltage of motor, the optimal rotation of propeller and the gear ratio of reduction gear in order to get the highest efficiency on the propulsion system at the optimal flying condition.

• 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.

• 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.