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연구의 목적 및 내용
본 연구는 다기능성 구조 전지를 사용하는 전기 추진 드론의 개념설계를 통하여 복합재 구조 채택에 따른 경량화와 함께 배터리 기반 드론의 체공시간 증대를 목적으로 함.
1차년도에는 구조전지가 적용된 신개념 무인 이동체인 드론의 개념설계를 수행하여 TRL 2를 만족하는 형상 모델링을 제시할 것임. 이 때 기초 수치해석을 통해서 역설계를 수행하고, 기대되는 정량데이터를 획득함. 전기 모터와 탑재장비를 제외한 모든 부품을 복합재로 설계하여 경량화 목표를 도출하고, 전지 성능이 충족되는 적층 설계를 도출 예정

연구의 목적 및 내용
본 연구는 다기능성 구조 전지를 사용하는 전기 추진 드론의 개념설계를 통하여 복합재 구조 채택에 따른 경량화와 함께 배터리 기반 드론의 체공시간 증대를 목적으로 함.
1차년도에는 구조전지가 적용된 신개념 무인 이동체인 드론의 개념설계를 수행하여 TRL 2를 만족하는 형상 모델링을 제시할 것임. 이 때 기초 수치해석을 통해서 역설계를 수행하고, 기대되는 정량데이터를 획득함. 전기 모터와 탑재장비를 제외한 모든 부품을 복합재로 설계하여 경량화 목표를 도출하고, 전지 성능이 충족되는 적층 설계를 도출 예정임.

2-3차년도에는 1차년도에 제안된 개념설계 모델을 바탕으로 프로토타입 제작 및 성능평가를 수행하여 TRL 3를 만족하는 실험실 규모의 기본성능을 검증함.
더불어 구조 및 전지의 통합 시스템을 향상시키는 연구를 수행함. 본 연구에서는 복합재에 내장되는 전극을 성능이 우수한 재질로 사용하여 전기적 성능을 극대화하고, 유전층과 복합재 케이싱이 하중을 지지하고 전달하는 개념으로 기계적 성능을 극대화 하는 방법으로 시스템을 구현함.

2-3차년도에는 이러한 방법론을 통해서 기본설계를 도출하고 구조 전지 드론 시스템의 통합을 수행함.
본 연구에서 최종 성능목표는 기존 전기 추진 드론 대비 10% 이내의 에너지용량 증대를 통한 체공성 향상을 목표로 함. 본 연구에서 채택 예정인 약 1kg의 이륙중량을 갖는 소형 드론의 제원을 활용할 경우 체공시간이 10% 정도 향상된 층상형 복합재 구조전지가 적용된 드론의 개념설계가 가능함.

연구개발성과
1. TRL 3를 만족하는 구조전지 드론 개념의 실험적 검증
2. 실제 드론에 적용하기 위한 선행요건인 단층 복합재 구조전지 설계 및 제작
3. 단층 복합재 구조 전지의 성능평가 및 이를 기반으로 한 적층 복합재 구조 전지 설계
4. 향후 실제 드론 적용시 필요한 성능요구조건 및 다기능성 확보를 위한 지표 설정

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
군사적 목적으로는 체공시간 증대를 통한 임무능력 확장이 가능하고, 산업적 측면에서는 새로운 산업인프라 조성으로 신규 산업의 창출과 함께 다양한 파생기술의 전파 및 확산이 기대됨. 경제·산업적 고부가가치 창출 효과를 기대할 수 있음.
또한, 복합재 구조전지를 드론에 적용함으로써 다기능 초경량 소재 및 구조물 기술 개발과 친환경 고효율의 전기추진 동력원 기술 개발이 가능함.
이는 각각 드론의 플랫폼 기술과 동력원 기술의 핵심기술로써, 이러한 신개념의 드론 기술을 독자 개발하여 기존 장애기술에 대한 조기 극복을 통해서 글로벌 드론 시장에서 fast-follower가 아닌 선도적 위치의 first-mover로 도약이 가능함.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1.1 개요 ... 7
• 가. 연구배경 및 필요성 ... 7
• 나. 연구개발의 중요성 ... 7
• 1.2 연구 목표 및 내용 ... 7
• 가. 연구개발의 최종 목표 ... 7
• 나. 연차별 개발 목표 및 내용 ... 8
• 1.3 연구 개발의 추진 전략·방법 및 추진 체계 ... 8
• 가. 연구 개발 추진 전략·방법 ... 8
• 나. 연구 개발 추진 체계 ... 11
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 13
• 2.1 1차년도 연구수행내용 ... 13
• 가. 구조전지 개념설계 ... 13
• 나. 체공성 향상 기법 ... 14
• 다. 구조중량을 이용한 프레임 모델링 및 유한요소 해석 ... 17
• 라. 구조전지가 적용된 구조물의 다기능성 지표 ... 20
• 마. 결론 ... 22
• 바. EAV3 기체에 구조전지 적용성 평가 ... 23
• 2.2 2차년도 연구수행내용 ... 24
• 가. 구조전지 전극재료 선정 ... 24
• 나. 구조전지 분리막 세부사양 선정 ... 26
• 다. 초기 구조 설계 (평면형) ... 28
• 라. 효율성 사전 평가 및 고찰 ... 29
• 마. 결론 ... 32
• 2.3 3차년도 연구수행내용 ... 32
• 가. 기본 설계 최적화(최종 설계도 도출) ... 32
• 나. 복합재 구조전지 제작 및 성능 평가 ... 34
• 다. 특정 하중 하에서 전기화학적 특성 변화 연구 ... 39
• 라. 구조 및 전지의 통합 시스템 향상 연구 ... 40
• 2.4 연구성과 ... 40
• 가. 결과고찰 ... 41
• 나. 연구결과의 우수성 ... 41
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 42
• 3.1 연구개발목표의 달성도 ... 42
• 가. 1차년도 ... 42
• 나. 2차년도 ... 43
• 다. 3차년도 ... 43
• 3.2 평가의 착안점에 따른 목표 달성도에 대한 자체 평가 ... 43
• 가. 1차년도 ... 43
• 나. 2차년도 ... 44
• 다. 3차년도 ... 44
• 3.3 관련 분야 기여도 ... 44
• 가. 항공기 분야 ... 45
• 나. 자동차 분야 ... 45
• 다. 로봇 응용 분야 ... 45
• 라. 그 외 에너지저장장치 적용 분야 ... 46
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 46
• 4.1 연구개발성과 활용 계획 ... 46
• 가. 당해연도 활용계획 ... 46
• 나. 활용방법 ... 46
• 다. 차년도 이후 활용계획 ... 46
• 4.2 기대효과 ... 47
• 4.3 문제점 및 건의사항 ... 47
• 붙임. 참고문헌 ... 48
• 끝페이지 ... 49