• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제11권1호
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• pp.23-31
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• 2024

This paper addresses the enhancement of long-endurance solar-powered aircraft through the integration of a rechargeable battery and Maximum Power Point Tracking (MPPT) controller. Traditional long-endurance aircraft often rely on non-renewable energy sourcessuch as batteries orjetfuel, contributing to carbon emissions. The proposed system aims to mitigate these environmental impacts by harnessing solar energy and efficiently managing its storage and utilization. The MPPT controller optimizes the power output of photovoltaic cells, enabling simultaneous charging and discharging of the battery for propulsion and servo control. A prototype is presented to illustrate the practical implementation and functionality of the proposed design, marking a promising step towards more sustainable and enduring solar-powered flight.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권6호
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• pp.523-535
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• 2012

태양광 추진 항공기는 감시, 지구 모니터링, 통신 등에 대기 오염 없이 그리고 가까운 장래에 인공위성과의 가격 경쟁력까지 갖추게 될 수 있어 미래의 고고도 장기체공 임무수행을 위해 더욱더 그 중요성이 증대되고 있다. 그러나 전통적인 항공기 사이징 방법들은 태양광 추진 항공기에 바로 적용될 수 없다. 본 연구에서는 다양한 동력 시스템 구성품들이 태양광 추진 장기 체공 항공기의 사이징에 어떤 영향을 미치는지를 파악하기 위하여 에너지 균형 및 구속조건 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 동력 생성과 연료전지의 재생 에너지 저장을 위한 광전지 모듈을 동력 시스템 구성품으로 고려하였다. 또한 본 연구 결과를 검증하기 위해 고고도 무인기에 이 새로운 사이징 기법을 적용하여 결과를 제시하였다.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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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• 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.