• 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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• 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.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제13권3호
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• pp.87-94
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• 2019

본 논문에서는 무인항공기가 수명주기 동안 노출될 수 있는 운용 환경조건 입증을 위한 시험절차를 제안한다. 시험절차는 국방과학연구소 초대형 기후환경 챔버에서 시스템 요구조건을 입증할 수 있도록 수립되었다. 다양한 환경조건 중 비행체 단위에서 요구받는 강우, 습도 및 온도(저온 저장, 저온 운용, 고온 운용 및 일광(고온 저장)) 환경조건에 대하여 MIL-STD-810G w/Change 1을 기반으로 수립된 시험단계와 상세 프로파일에 대해 제안하였다.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제24권4호
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• pp.229-235
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• 2023

최근 드론에 탑재량 증가에 따라 비행시간 연장에 대한 수요 및 농업용을 활용하는 방안이 필요하다. 현재 태양 전지를 이용한 드론의 배터리 기술에 의해 탑재 무게 증가 및 비행시간 연장에 관한 연구가 수행되고 있다. 또한, 지속적인 비행을 위해 배터리를 충전하거나 교체해야 하는 번거로움을 줄이기 위한 대안으로 태양 전지를 이용한 드론이 실용적인 해결 방안으로 제시되고 있다. 이에 본 연구에서는 드론의 주동력 시스템을 최적화하기 위해 기존 배터리와 태양 전지를 부착하여, 태양광 드론을 실험적으로 분석 및 검증하였다. 그 결과 태양광 드론은 약 2-3% 정도의 비행시간을 연장하였다. 제안된 태양광 드론은 비행 시 평균 55W의 에너지 소모를 하며, 태양 전지의 최대 충전 시 약 25W의 에너지를 공급받았다. 이를 통해 장기 체공을 위한 비행시간 연장을 실험적으로 검증하였다.

• 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.

• 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.

• 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.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제7권1호
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• pp.41-51
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• 2016

In the stratosphere, the air is stable and a photovoltaic (PV) system can produce more solar energy compared to in the atmosphere. If unmanned aerial vehicles (UAVs) fly in the stratosphere, the flight stability and efficiency of the mission are improved. On the other hand, the weakened lift force of the UAV due to the rarefied atmosphere can require more power for lift according to the weight and/or wing area of the UAV. To solve this problem, it is necessary to minimize the weight of the aircraft and improve the performance of the power system. A regenerative fuel cell (RFC) consisting of a fuel cell (FC) and water electrolysis (WE) combined PV power system has been investigated as a good alterative because of its higher specific energy. The WE system produces hydrogen and oxygen, providing extra energy beyond the energy generated by the PV system in the daytime, and then saves the gases in tanks. The FC system supplies the required power to the UAV at night, so the additional fuel supply to the UAV is not needed anymore. The specific energy of RFC systems is higher than that of Li-ion battery systems, so they have less weight than batteries that supply the same energy to the UAV. In this paper, for a stratospheric long-endurance hybrid UAV based on an RFC system, three major design factors (UAV weight, wing area and performance of WE) affecting the ability of long-term flight were determined and a simulation-based feasibility study was performed. The effects of the three design factors were analyzed as the flight time increased, and acceptable values of the factors for long endurance were found. As a result, the long-endurance of the target UAV was possible when the values were under 350 kg, above 150 m² and under 80 kWh/kg H₂.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.554-559
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• 2017

최근 대기오염 물질의 배출, 소음, 과도한 운용비용, 안전성 및 위험 문제 해결을 위한 신개념 항공 추진시스템 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 기존 항공추진시스템의 효율향상과 연료소모율 감소, 수소나 태양에너지 등 신재생에너지를 이용한 친환경적인 추진시스템 개발, 전기추진과 핵추진 시스템 개발 등을 통한 추력대 중량비가 높은 고효율의 신개념 항공기 개발에 대한 다양한 연구를 수행하고 있다. 이러한 신개념의 항공기 개발을 위하여 두 개 이상의 동력원을 조합하여 추진력을 얻는 하이브리드 추진시스템의 개발이 하나의 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 미래의 친환경적 첨단 무인 항공기에 적용할 수 있는 하이브리드 추진시스템의 동향, 특징 및 개발방안, 발전방안 등을 고찰하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권3호
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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.