• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제2권4호
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• pp.367-389
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• 2015

Simple solutions are obtained for the fuel required by internal combustion engine airplanes on trajectories with a constant rate of climb or descent. Three modes of flight are considered: constant speed, constant Mach number and constant angle of attack. Starting from the exact solutions of the equations of motion for the modes of motion considered, approximate solutions are obtained that are much easier to compute while still being quite precise. Simpler formulas are derived for the weight of fuel, speed, altitude, horizontal distance, time to climb, and power required. These formulas represent a new important contribution since they are fundamental for the analysis of aircraft dynamics and thus have direct applications for the analysis of aircraft performances and mission planning.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제7권1호
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• pp.53-78
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• 2020

Automatic trajectory planning is an important task that will have to be performed by truly autonomous vehicles. The main method proposed, for unmanned airplanes to do this, consists in concatenating elementary segments of trajectories such as rectilinear, circular and helical segments. It is argued here that because these cannot be expected to all be flyable at a same constant speed, it is necessary to consider segments on which the airplane accelerates or decelerates. In order to preserve the planning advantages that result from having the speed constant, it is proposed to do all speed changes at maximum deceleration or acceleration, so that they are as brief as possible. The constraints on the load factor, the lift and the power required for the motion are derived. The equation of motion for such accelerated motions is solved numerically. New results are obtained concerning the value of the angle and the speed for which the longest distance and the longest duration glides happen, and then for which the steepest, the fastest and the most fuel economical climbs happen. The values obtained differ from those found in most airplane dynamics textbooks. Example of tables are produced that show how general speed changes can be effected efficiently; showing the time required for the changes, the horizontal distance traveled and the amount of fuel required. The results obtained apply to all internal combustion engine-propeller driven airplanes.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권5호
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• pp.15-21
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• 2021

전기동력을 기반으로 하는 전기추진비행기는 화석연료 사용에 따른 CO2 발생을 줄여서 지구온난화에 대응할 수 있고 에너지의 효율적 사용을 통해서 장기적으로 비행기의 운용비용을 줄일 수 있다. 이런 이유로, 미국과 유럽연합 등 선진 항공국가에서는 미래의 완전한 전기비행기 구현을 위한 혁신적 기술개발을 선도적으로 진행하고 있다. 현재, 국내에서는 기존 2인승 엔진 비행기를 전기추진비행기로 개조하는 연구개발이 진행 중에 있다. 개조대상 비행기는 KLA-100으로써 엔진 장착공간과 부조종사 공간을 활용하여 배터리 팩을 설치하고, 30분의 비행시험을 목표로 하고 있다. 해당 목표를 달성하기 위해서는 배터리 성능이 보장되어야 하는데, 개조 비행기에는 비출력 150Wh/kg, 중량 200kg 그리고 C-rate 3~4인 리튬-이온(Li-ion) 배터리가 설치된다. 본 논문에서는 설계된 배터리 팩이 장착된 전기추진비행기의 비행 가능성을 사전에 점검하고자 한다. 이를 위해 30분 비행 프로파일을 시동 및 활주단계, 이륙단계, 상승단계, 순항단계, 하강단계, 착륙 및 활주단계로 구분하고, 각 단계에서 요구되는 배터리 용량을 계산하여 최종 목표로 하고 있는 30분 비행 가능 여부를 평가하였다. 또한, 비행속도에 따른 비행 가능시간과 항속거리를 분석하여 전기추진비행기용 배터리 팩의 비행성능을 파악하였다.