[논문]다양한 eVTOL 유형별 호버 효율, 회전판 하중 및 필요 배터리 비에너지 분석

김동희; 장한용; 황호연

doi:10.12673/jant.2021.25.3.203

다양한 eVTOL 유형별 호버 효율, 회전판 하중 및 필요 배터리 비에너지 분석
Analyses of Hover Lift Efficiency, Disc Loading and Required Battery Specific Energy for Various eVTOL Types 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.25 no.3, 2021년, pp.203 - 210

김동희 (세종대학교 물리천문학과, 항공우주공학과) , 장한용 (세종대학교 항공우주공학과) , 황호연 (세종대학교 항공우주공학과, 지능형드론 융합전공학과)

초록
AI-Helper

전 세계의 많은 대도시는 도시화에 따른 지상 및 지하 교통망이 포화되고 있다. 또한 지구온난화 방지를 위한 탄소배출 규제가 더욱 엄격해지고 있으며 이러한 문제의 해결책으로 복잡한 도심에서도 운행 가능한 eVTOL이 차세대 친환경 교통수단으로 각광받고 있다. 본 연구에서는 eVTOL을 멀티콥터형, 양력+순항형, 추력편향형으로 분류하여 각 유형별 eVTOL들의 호버 효율과 회전판 하중을 계산하였으며 공력해석 프로그램인 OpenVSP, Fluent와 JavaProp을 이용하여 각국의 감항당국 및 우버 사에서 발표한 보고서를 바탕으로 가까운 미래에 실현될 eVTOL의 원활한 운행에 필요한 배터리 비에너지를 계산하고 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In many metropolitan cities around the world, ground and underground transportation networks are saturated due to urbanization. In addition, regulations on carbon emissions to prevent global warming are becoming stricter, and eVTOL, which will be operating in complex cities, is gaining popularity as the next generation of eco-friendly transportation. In this study, the hover lift efficiency and disc loading of eVTOLs for each type were calculated by classifying eVTOLs into following types: multicopter, lift+cruise, and vectored thrust. In addition, using the aerodynamic analysis programs OpenVSP, Fluent and Javaprop, the specific battery energy required for the smooth operation of eVTOL, which will be realized in the near future, was calculated and analyzed base on reports published by Uber and airworthiness authorities of each country.

주제어

표/그림 (13)

그림 그림 1. 글로벌 UAM 레이더[3] Fig. 1. The global urban air mobility radar[3].
그림 그림 2. 글로벌 전기 추진 레이더[3] Fig. 2. The global electric propulsion radar[3].
표 표 1. 선정된 eVTOL 목록 Table 1. Selected eVTOL list.
그림 그림 3. VTOL 항공기들의 회전판 하중과 호버 효율간의 관계[13 ]Fig. 3. Correlation between disc loading and hover lift efficiency for various VTOL aircraft[13].
그림 그림 4. eVTOL의 회전판 하중과 호버 효율간의 관계 Fig. 4. Correlation between disc loading and hover lift efficiency for various eVTOL.
그림 그림 5. Uber 사의 운항 기준별 배터리 충전량[19] Fig. 5. Uber's SoC conditions by operation criteria[19].
표 표 2. eVTOL 호버링 파워 및 호버 효율, 회전판 하중 Table 2. eVTOL hovering power, efficiency and disc loading.
그림 그림 6. OpenVSP로 구현한 eVTOL 형상 Fig. 6. eVTOL configuration using OpenVSP.
표 표 3. eVTOL 항속거리 및 순항속도[4] Table 3. eVTOL range and cruise speed [4].
그림 그림 7. eVTOL의 순항거리 대비 필요 배터리팩 비에너지 Fig. 7. eVTOL's required battery pack specific energy compared to range.
그림 그림 8. 리튬-이온 배터리셀의 비에너지 발전 동향[27] Fig. 8. Specific energy progress trend of lithium-ion battery cell[27].
그림 그림 9. 차세대 배터리셀의 비에너지 발전 동향[28] Fig. 9. Specific energy progress trend of next generation battery cell[28].
표 표 4. eVTOL 배터리팩 중량 및 비에너지 Table 4. eVTOL battery pack weight and specific energy.

참고문헌 (28)

Forbes, The end of internal combustion engine cars, [Internet]. Available: https://www.forbes.com/sites/peterlyon/2020/09/27/will-the-internal-combustion-enginereally-take-a-back-seat-to-evs/?sh7cbd08d653d5
Volocopter, Volocopter white paper 2.0, [Internet]. Available: https://www.volocopter.com/content/uploads/20210324_Volocopter_WhitePaper_Roadmap_to_scalable_UAM.pdf
Roland Berger, roland berger urban air mobility 1, [Internet]. Available: https://www.rolandberger.com/publications/publication_pdf/roland_berger_urban_air_mobility_1.pdf
eVTOL News, eVTOL Aircraft Directory, [Internet]. Availble: https://evtol.news/aircraft
FAA, Type certification for UAM - Back to the future, [Internet]. Available: https://www.faa.gov/uas/resources/events_calendar/archive/2019_uas_symposium/media/Type_Certification_for_UAS-Back_to_the_Future.pdf
EASA, Special Condition for small-category VTOL aircraft, [Internet]. Available: https://www.easa.europa.eu/sites/default/files/dfu/SC-VTOL-01.pdf
Ehang, ehang 216, [Internet]. Available: https://www.ehang.com/uam/
wikipedia, cityairbus [Internet]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Airbus_CityAirbus
A. Bacchini, "Electric VTOL Configurations Comparison," Aerospace, Vol. 6, No. 3, pp. 26, 2019.

상세보기
Beta, ALIA, [Internet]. Available: https://www.beta.team/
Lilium, Architectural performance assessment of an electric vertical take-off and landing (e-VTOL) aircraft based on a ducted vectored thrust concept, [Internet]. Available: https://lilium.com/files/redaktion/refresh_feb2021/investors/Lilium_7-Seater_Paper.pdf
Archer, archer maker, [Internet]. Available: https://www.archer.com/
Wikipedia, disk loading, [Internet]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Disk_loading
Uber, uber white paper, [Internet]. Available: https://www.uber.com/elevate.pdf
R. W. Prouty, Helicopter Performance, Stability and Control, malabar, FL: Krieger publishing company, 2002.
J. Gordon Leishman, Principles of Helicopter Aerodynamics, 2nd ed, New York, NY: Cambridge university press, 2006.
Freedom Motors, Performance Evaluation of Select Personal Air Vehicles, [Internet]. Available: https://freedom-motors.com/brochures/Performance%20Evaluation%20of%20Select%20Air%20Vehicles%20June%202020%20v7.pdf
eVTOL News, Beta ALIA, [Internet]. Available: https://evtol.news/news/us-air-force-primes-the-evtol-industry
Uber, UberAir Vehicle Requirements and Missions, [Internet]. Available: https://s3.amazonaws.com/uber-static/elevate/Summary+Mission+and+Requirements.pdf
Fran Hoffart, "Proper care extends li-ion battery life," Power Electronics Technology, Vol. 34, No. 4, pp. 24-28, 2008.

상세보기
M. Hepperle, "Electronic flight - potential and limitations," in AVT-209 Workshop in Energy Efficient Technologies and Concepts Operation, Lisbon: Portugal, pp. 9-14, March, 2012.
OpenVSP, [Internet]. Available: http://openvsp.org/.
Moller International, critique of battery powered flying cars, [Internet]. Available: https://moller.com/brochures/Critique-of- Battery-Powered-Flying-Cars.pdf
Vertical, CityAirbus, [Internet]. Available: https://verticalmag.com/news/cityairbus-evtol-urban-air-mobilityprogram-presses-ahead/
Aviation Today, Airbus' Vahana, [Internet]. Available: https://www.aviationtoday.com/2019/10/16/airbus-vahanademonstrator-complete-flight-test-campaign-year/
Forbes, Has Joby Cracked The Power Problem To Make Electric Air Taxis Work?, [Internet]. Available: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2020/11/23/joby-batteries-electric-aviation/?sh67871f3d76a7
RMI, Breakthrough batteries, [Internet]. Available: https://rmi.org/wp-content/uploads/2019/10/rmi_breakthrough_batteries.pdf
PushEVs, Battery cells with hugest energy density in China, [Internet]. Available: https://pushevs.com/2020/06/10/battery-cells-with-highest-energy-density-in-china/

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증