고고도 태양광 비행체의 24시간 비행을 위한 가로세로비가 큰 날개의 FSI해석 및 최적 설계

Abstract

본 연구에서는 고고도에서 운용하는 태양광 비행체의 날개 최적화를 수행, 20km 상공에서 24시간 연속 비행이 가능하도록 하였다. 공력해석에는 Euler CODE 를 사용하였고 구조해석에는MSC.Nastran을 사용하여 공력해석결과와 구조해석결과가 수렴할 때까지 반복계산을 수행하였다. 최적설계를 수행하기 전 설계변수를 결정하기 위한 파라메트릭 스터디를 수행하였으며, 최적화를 위해서는 다목적 최적화 유전 알고리즘인 NSGA-II를 이용하여 비행시 필요한 에너지를 최소화 하고 낮 동안 태양광으로부터 저장가능한 에너지를 최대화 하였다. 최적화된 날개형상을 가지는 태양광 비행체의 에너지 해석을 통해 낮 동안 저장된 에너지를 이용해 야간비행이 가능함, 즉 24시간 연속 비행이 가능함을 보였다

In this paper, S-HALE aircraft wing sizing optimization process is conducted at 20km altitude by modifying 3 variables including span length, aspect ratio and weight deviation along span for 24-hour continuous flight. For aerodynamic analysis, 3-dimensional Euler equation is used and MSC.Nastran is used for structural analysis. From this, Fluid-Structural Interaction was conducted for static stability of wing and high estimation of aerodynamic performance. Finally we check the energy flow of S-HALE during one day and confirmed that the S-HALE can 24-hour continuous flight.