• 한국항공운항학회지
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• 제19권2호
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• pp.1-9
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• 2011

Several studies on the development for solar powered uninhabited aerial vehicles(UAVs) are under way as the use of the renewable energy becomes more and more important these days. This paper is for the conceptual design by a discrete and iterative method. An initial design point with 1.5 meter wing span is determined in the global design, which deploys the mass and energy balances among each component of UAV including solar cells and airframe. Then, the iteration for subsystems is carried out with the help of Vortex Lattice Method(VLM) to optimize the aircraft configuration and the solar power system. It is demonstrated in simulations that the optimized design increases the flight time from 62 to 120 minutes when the solar power system is installed. Also, the associated dynamic analysis reveals that the designed small aircraft has the acceptable stability and controllability.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제10권1호
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• pp.43-50
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• 2016

In order to suggest the optimal manufacturing technology of composite wings of solar-powered unmanned aerial vehicles, this study compared forming technologies to reduce wing weight for long-endurance flight and to improve the manufacturing process for cost-saving and mass production. It compared the manufacturing time and weight of various composite wing molding technologies, including cocuring, secondary bonding, and manufacturing by balsa. As a result, wing weight was reduced through cocuring methods such as band type composite fiber/tape lamination technology, which enabled prolonged flight duration. In addition, the reduced manufacturing time led to a lower cost, which is a good example of weight lightening for not only small solar-powered UAVs, but also composite aircraft.

• 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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• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.55.2-55.2
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• 2011

This research aims to study the effects of the incidence angle and surface temperature on the power generation performance of a thin-film CIGS solar cell for solar powered unmanned aerial vehicles (UAVs). The test rig consists of a unit CIGS solar cell is installed on a table whose angle is controlled manually. A K-type thermocouple is attached to the solar cell surface for temperature measurements. A solar module analyzer measures the voltage and current generated from the test solar cell. The solar module analyzer also calculates the maximum solar power and efficiency of the solar cell. All test data are acquired in a PC. Test results show that the solar cell efficiency decreases significantly with increasing incidence angle and increasing surface temperature in general. As the incidence angle increases from 0 degree to 90 degree, the solar cell efficiency decreases by 60%. The solar cell efficiency decreases by 10% with increasing solar cell surface temperature from $20^{\circ}C$ to $30^{\circ}C$, for exmaple. The direct cooling method of the solar cell using dry ice decreases dramatically the solar cell surface temperature, thus increasing the solar cell efficiency by 15%.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제10권1호
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• pp.59-65
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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 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.

• 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.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제17권4호
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• pp.631-640
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• 2016

A dual-mode power management for a hybrid-electric UAV with a cruise power of 200W is proposed and empirically verified. The subject vehicle is a low-speed long-endurance UAV powered by a solar cell, a fuel cell, and a battery pack, which operate in the same voltage bounds. These power sources of different operational characteristics can be managed in two different methods: passive management and active management. This study proposes a new power management system named PMS2, which employs a bypass circuit to control the individual power sources. The PMS2 normally operates in active mode, and the bypass circuit converts the system into passive mode when necessary. The output characteristics of the hybrid system with the PMS2 are investigated under simulated failures in the power sources and the conversion of the power management methods. The investigation also provides quantitative comparisons of efficiencies of the system under the two distinct power management modes. In the case of the solar cell, the efficiency difference between the active and the passive management is shown to be 0.34% when the SOC of the battery is between 25-65%. However, if the SOC is out of this given range, i.e. when the SOC is at 90%, using active management displays an improved efficiency of 6.9%. In the case of the fuel cell, the efficiency of 55% is shown for both active and passive managements, indicating negligible differences.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제8권4호
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• pp.32-38
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• 2014

Sufficient energy charging during a day is essential for a solar-powered long-endurance aircraft. Variations of flight path that is superior to a basic circle path are sought in this study for more efficient charging. Flight path associated with roll and pitch attitudes are investigated. It seems that the pitch angle can play more important role than the roll angle for the solar charging efficiency. Thus, more energy charging is observed when the entire flight path is tilted toward the direction of the sun.

• 항공우주기술
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• 제12권1호
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• pp.1-9
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• 2013

태양전지 및 전기동력을 이용한 장기 체공 무인기의 체공 효율을 증가시키기 위해서는 구조 경량화가 필수적이다. 본 논문에서는 24시간 장기체공 전기동력 무인항공기인 EAV-2H의 주익 경량화 및 구조 건전성 확보를 위하여 Mylar Film과 섬유강화 복합재료로 구성된 주익을 설계하였다. 보이론 해석을 이용하여 주익 Spar의 형상 선정 및 구조 사이징을 수행하였다. EAV-2H 임무를 고려하여 하중해석을 수행하고 주익의 주요 구성품에 대해 유한요소해석을 수행하였다. 마지막으로 주익의 정적구조시험을 통해 주익의 구조 건전성을 확인하였다. 본 연구를 통하여 개발된 EAV-2H 주익은 이전 모델인 EAV-2에 비교하여 Span 기준 42%의 중량이 감소되었으며, 설계극한하중을 부가하는 정적구조시험을 통과하였다.