소형 태양광 무인기 복합재 날개의 리브 간격 최적화 연구
The Analysis of Optimized Rib Distance for Solar-Powered UAV’s Ultra-Light Composite Wing
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공력, 구조, 추진, 제어시스템 및 태양광 발전시스템 등 다양한 제작 설계 요소들이 반영된 태양광 무인기는 제한된 배터리의 동력을 높이기 위하여 저전력, 고효율에너지 축적 전력시스템, 무인기 기체 및 탑재물의 경량화를 통해 장기 체공 운용 시간과 비행 효율화를 위한 노력을 하고 있다. 일반적으로 태양광 무인항공기의 경우 장기체공과 긴 항속거리 등을 위하여 최대한 경량화한 세장비(aspect ratio)가 큰 날개를 장착한다. 본 연구에서는 태양광 무인항공기 시험비행 중 날개와 날개 연결 부분에서 비틀림 현상으로 발생한 날개 앞전 스킨의 좌굴과 구조적 문제에서, 날개의 리브 간격은 장기 체공 및 항공기 안전성, 날개 고유 양력에도 영향을 줄이고 효율을 최적화화하기 위해 매우 중요한 요인으로 확인되었다. 이에 샘플 제작 및 구조 시험 전 유한요소해석을 통하여 항공기 날개 리브 간격이 날개 앞전 스킨의 좌굴에 미치는 영향을 분석하고, ANSYS 프로그램을 이용한 방법으로 구조해석을 수행하여 태양광 무인항공기의 최적 리브 간격을 도출하였다.
Abstract
Reflecting various fabrication design elements, such as air power, structure, propulsion, control systems and solar power systems, Specially solar powered unmanned aerial vehicles are making efforts to improve long-term air time and flight efficiency through the lightweighting of low-power, high-efficiency energy storage systems, unmanned aerial vehicles and payloads in order to increase the power of the limited batteries. Generally, in the case of a solar unmanned aerial vehicle, it is equipped with a wing having a large aspect ratio so as to be lightweight for a long-term gliding and long-range enduarance. In this study, the buckling and structural problems of the wing front skin caused by torsion at the wing and wing connections during a test flight of a solar unmanned aerial vehicle, the rib spacing of wings has been identified as a very important factor to reduce impact and for long duration of flight and aircraft safety and wing-specific lift and to optimize its efficiency. Prior to sample production and structural testing, the finite element analysis analyzed the effects of aircraft wing ribs on the buckling of the wing front skin, and the structural analysis was performed using the ANSYS program to derive the optimal rib clearance for solar unmanned aircraft.
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