| 제목 |
450 kg급 VTOL 직렬 하이브리드 추진시스템 시뮬레이션 모델 연구 |
| 분야 |
모빌리티 동력 및 구동시스템 |
| 언어 |
Korean |
| 저자 |
권영우(국민대학교), 조건군(국민대학교), 박기영( 국민대학교), 김정민( 국민대학교), 송교원( 국민대학교), 이성욱( 국민대학교) |
| Key Words |
VTOL(수직이착륙기), Hybrid(하이브리드), Energy density(에너지 밀도), Simulation(시뮬레이션), Fuel consumption(연료 소모량), Endurance(체공시간), Payload(탑재 중량) |
| 초록 |
최근 민, 군을 포함한 해양 구조 및 감시, 산림 탐색, 군 정찰 450등 이착륙을 위한 넓은 공간이 크게 필요하지 않은 VTOL의 수요가 꾸준히 증가하고 있는 실정이다. 기존의 VTOL 추진시스템은 배터리(이차전지)만을 사용하였으며 구조적으로 간단하고 패키징이 우수하지만 낮은 에너지 밀도로 인해 짧은 체공시간을 갖으며 배터리의 에너지 밀도를 향상시키는 기술 없이는 현시점에 수요처의 임무 수행 충족에 제한적이라는 문제가 있다. 따라서, 장거리 및 고중량 대응에 문제가 있고 국내외 시장 확장에 대해 어렵다는 문제가 꾸준히 발생했다. 또한 금전적, 안전성의 문제로 직접 시험을 하는데 어려움이 있다. 이에 가상의 설계환경에서 해석 기법을 활용한 하이브리드 추진시스템의 성능 예측 모델 구축이 필수적이다. 본 연구에서는 VTOL 하이브리드 추진시스템의 체공시간, 연료소모량, 탑재중량 등을 예측하고 발전용 엔진의 주요 인자 간의 영향성을 파악에 관한 연구를 진행하였다. 하이브리드 추진시스템은 1.0 L급 T-GDI 엔진과 100 kW급 BLAC 모터를 발전기로 구성하였다. 추진시스템 적용 및 성능 예측을 위해 가상의 비행체를 선정하고 X-plane 시뮬레이터를 통해 김포공항-잠실헬기장을 상세 구간으로 지정하여 한강을 따라가는 비행경로를 구축하고 비행프로파일을 작성하였다. 비행 시뮬레이터에서 추출된 운행 정보를 AVL 社의 CRUISE-M 소프트웨어를 통해 항공용 하이브리드 시스템 모델링을 구축하여 가상 엔진의 주요 평가 인자인 RPM 별 토크와 연료 소모율에 대한 가상 추진시스템 시뮬레이션 해석을 진행하였다. 0-Dimension, 1-Dimension 시뮬레이션 해석 결과를 기반으로 발전용 엔진의 주요 성능 인자 식별과 영향성을 파악하고 하이브리드 추진시스템이 탑재된 비행체의 연료 소모량에 따른 체공시간과 탑재중량 등을 도출하였다. 결과적으로 UAV에서 하이브리드 추진시스템은 연료 소모를 최소화하여 체공 시간을 늘리는 전략과 엔진 및 배터리 조합을 통해 늘어난 이륙중량은 탑재 중량을 증가시키는 전략이 효율적인 것으로 확인하였다. |
| 원문(PDF) |
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