A Sizing Method for Solar Power Long Endurance UAVs

태양에너지 기반 장기체공 무인기 주요 치수 결정 방법론

The design procedure of Solar Power UAVs is complicated because the configuration and required power for flight must be considered simultaneously as the supplied power is influenced by the wing area. In order to minimize trial and error for the Solar Power UAVs design, a systematic sizing method is proposed which can be used to determine whether a Solar Power UAV is feasible for a given mission, and to derive preliminary dimensional specification of it. The sizing procedure begins with initially assumed wing area because the power, lift, and drag of the wing are directly proportional to it. The assumed wing area and mission requirements are then used to determine step by step the airfoil specifications including lift coefficient and drag coefficient, weight, required power, and wing area. This procedure is iterated for each newly assumed wing area until the error between the assumed wing area and calculated wing area becomes significantly small enough. This sizing methodology was applied to previously developed Solar Power UAVs for validation purposes, resulting in good agreement. The methodology was also applied to determine the dimensions and specifications of the Solar Power High-Altitude Long-Endurance UAV.

태양에너지 기반 무인기는 공급되는 전력량이 날개 면적에 영향을 받으므로 형상설계와 비행에 필요한 전력량이 동시에 고려되어야 하며 따라서 설계 과정이 복잡해진다. 복잡한 설계과정에 앞서 주어진 임무 요구를 만족시키는 태양에너지 기반의 무인기 제작 가능 여부와 제작 가능하다면 무인기의 대략적인 주요 치수를 구하는 방법론이 있다면 이를 활용함으로서 불필요한 설계 시행 오차 없이 무인기를 설계 할 수 있을 것이다. 본 논문에서는 주요 치수 결정 방법론으로 날개 면적을 가정하고 날개 면적과 임무 요구로부터 에어포일(양력계수, 항력계수), 무게를 결정한 후 필요 전력과 태양 전지 효율로부터 다시 날개 면적을 계산하는 것으로 제시하였는데, 이는 날개에서 생산되는 전력, 양력 및 항력이 날개 면적에 직접적으로 영향 받기 때문이다. 앞서 가정된 날개 면적 값과 계산된 날개 면적 값의 오차가 충분히 작아질 때 까지 반복적으로 가정된 날개 면적 값을 바꾸어가며 계산을 수행한다. 본 방법론을 실제 제작된 태양에너지 기반 무인기의 값을 이용해 검증하고, 태양에너지 기반 고고도 장기체공 무인기의 주요 치수를 결정해보았다.