6조 - 4드론 러쉬

서론

팀 소개

기술개발 과제

국문 :작동시간 향상을 위한 무인항공기용 액화수소 카트리지형 저장용기의 단열 성능 연구

영문 : Study on the insulation performance of liquid hydrogen cartridge type storage container for drone to improve operation time.

지도교수

서울시립대학교 기계정보공학과 전산유체역학 연구실 이광훈 교수님

팀원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430001 김동우

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430012 신홍규

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430023 이동우

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430031 장진혁

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430038 한상태

개발 기간

2017.09.06 ~ 2017.12.20

개발과제의 개요

개발 과제 요약

본 개발 과제에서는 ㈜하이리움 산업의 수요에 맞게 현재 액화수소 카트리지 용기의 단열성능을 향상시켜 무인항공기의 체공시간을 증가시키도록 하는 설계안을 제공하고자 한다. 액화수소의 특성상 시간 및 비용적인 부분이 크게 차지하기 때문에 전산유체역학을 통해 다양한 Case 및 해석프로세스를 활용하여 단열성능 향상 방안을 제시하고자 한다.

개발 과제의 배경 및 효과

드론 (Drone) 또는 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)로 불리는 무인항공기는 정찰, 정밀타격 등의 군사적 용도로 처음 개발되었으나, 여러 운용상 장점으로 인해 최근 영상촬영, 지도제작, 시설물진단, 산불감시, 농약살포, 택배 등의 민간·상업용 으로도 활용이 급격히 늘어나고 있으며 그 활용도는 폭발적으로 증가할 것으로 예상되고 있다.
현재 리튬-이온 배터리 2차 전지를 동력원으로 사용하고 있는 민간용 무인항공기 멀티콥터의 가장 큰 기술적인 제약은 짧은 체공시간으로, 한번 충전에 최대 20~30분 정도의 비행이 가능한 수준이다. 이로 인해 드론 등 민간 무인항공기의 응용분야 확장에 있어 큰 걸림돌이 되고 있다.

개발 과제의 목표와 내용

  ⚫ 무인항공기용 액화수소 카트리지용기 단열성능 향상 설계안 제시
  ⚫ 극저온 용기 단열에 대한 방향 제시
  ⚫ 5.5L급 액화수소 카트리지 용기를 중심으로 한 설계
  ⚫ 전산해석 프로세스 진행 후 액화수소 혹은 질소를 이용한 실제 단열성능 확인
  ⚫ 액화수소용기의 단열성능 향상을 통한 드론의 체공시간 향상 가능성 확인

관련 기술의 현황

선행연구

⚫ ㈜하이리움산업과의 협업을 통한 50L급 액화수소 용기 설계 및 개발 연구 수행

- 전산유체 해석 프로그램을 통한 50L급 액화수소 저장용기 연구방법론 제시
- 액화수소 내부로의 열전달 경로 분석 및 단열 설계

관련연구

⚫J. A. Paivanas et al. 의 Cooper Conductive shield 의 실험적 연구

-일반적인 극저온 탱크의 단열재 사이에 구리를 추가하여 구리의 높은 열전도도를 이용해서 침입되는 열을 수소관 내부로 전달하여 내부 용기로의 열침입량 감소 효과 확인

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

- 무인항공기의 체공시간을 증대시킬 수 있는 액화수소 카트리지용기의 단열성능 향상에 대한 설계안 제공으로 무인항공기의 효율을 높여줄 수 있음
- 해당 연구를 통한 설계안을 바탕으로 액화수소 카트리지용기를 사용하는 무인항공기 시장에 기술력 제공 및 시장경쟁력을 확보 가능

경제적 및 사회적 파급효과

- 액화수소 카트리지용기를 사용하는 무인항공기용 파워팩 기술은 전기차의 주행거리 연장을 위한 Range Extender, 전기모터바이크 등에 용이하게 활용 가능
- 더 나아가 다른 극저온 저장용기의 안전성 및 단열성능 향상 기술 개발에 응용

구성원 및 추진체계

팀원 명	역 할
한상태	팀장: 프로젝트 총괄 및 일정관리, 업체와의 협업 관리
장진혁	전산유체해석
이동우	현장 실험, 카메라/영상 담당
신홍규	구조설계, 개발사업비 관리
김동우	CAD 모델링 및 구현

설계

설계 사안

무인 항공기용 액화 수소 연료전지를 설계 할 때, 우리는 두 가지 목표사항을 생각하였다. 먼저 효율성을 보면, 구리판을 삽입하여 열 차단효과를 알기 위하여 기화율을 분석하여 열전달률을 분석해 설계의 효율성을 따져본다. 그리고 기능성에서는, 효과적인 열 차단을 위한 구리판을 삽입한 용기의 형상 설계와 실제로 구동시간이 증가하였는지 확인하여 기능을 확인하여 본다. 효율성을 확인 할땐 STAR-CCM을 사용하고, 기능성의 용기 형상을 위해 CAD를 사용한다.

개념 설계안

이론적 계산 및 시뮬레이션

부품도

부록

참고문헌 및 참고사이트

J. A. Paivanas et al. “Multishielding – An Advanced Superinsulation Technique”, Advabces in Cryogenic Engineering, Vol 10, pp 197-207