태양광을 에너지로 사용하고자 하는 인류의 노력은 고갈되어 가는 에너지 자원의 대안으로써 매우 주목받는 에너지원 중에 하나이다. 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 태양광 에너지는 광범위한 무제한 지역의 적용과 지구 온난화, 온실가스등의 위험에도 제한 받지 않을 만큼 무한정, 무공해, 친환경 에너지이며, 소음 발생 요인도 적고, 타 시설에 비해 유지 보수가 간편하여 기계 고장 발생률도 작은 장점을 가지고 있다.
이러한 태양광을 이용한 무인기는 지상으로 연료 충전을 위해 내려올 필요 없이 일정한 태양광 발전을 통하여 비행 공간에서 자체적으로 자가 발전을 통하여 지속적인 장기 체공 비행을 목표로 연구되어 왔다.
태양광 무인기는 공력, 구조, 추진, 태양광 발전시스템, 제어시스템등 다양한 제작 요소들이 설계에 적용된다. 또한, 태양 에너지와 배터리의 제한된 동력으로 장기 체공 운용시간과 비행 효율을 높이기 위해서 저 전력 소모, 고 효율 에너지 발전, 기체 및 탑재물의 경량화가 필수이며, 높고 많은 전력을 생산하기 위해서 태양 전지판들을 많이 장착할 수 있도록 설계, 제작되어야 한다. 그러기 위해서는 기체 구성 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 주 날개 상부에 태양 전지판이 최대한 많이 장착될 수 있도록 제한된 하중에서 날개 면적을 충분히 확보하면서 기체와 날개의 무게를 최대한 경량화 하는 것이 매우 중요하게 고려되어야 한다.
이를 위하여 소형 태양광 무인기 경량화를 위한 복합재 제작공법 연구의 필요성과 날개를 구성하는 복합재 경량 리브 연구, 비행 중 발생하는 좌굴과 비틀림을 받는 복합재 날개 앞전 스킨의 최적 제작방법 연구 등을 통하여 주 날개를 구성하는 모든 복합재 부분품들의 경량화와 기존의 제작 방법으로 제작된 날개 강도 및 다양한 제작 요소들의 비교 등을 통하여 최적의 복합재 주 날개를 제작하고자 하였다.
본 연구에서는 제1장 서론에서는 소형 태양광 무인기 배경 및 복합재 경량화 날개 연구의 필요성과 참고문헌 조사 내용을 제2장은 본 연구의 공력해석 및 기본적인 이론과 재료 물성을 제3장은 본 연구를 위해 개발한 밴드형 프리프레그 일체성형 제조방법을 통한 “복합재를 이용한 경량 날개 및 블레이드 제조방법” 특허출원에 관한 설명 및 복합재 무인기 날개 일체성형 제작방법과 그 특징을 설명하였고 제4장은 경량 날개의 필요성에 따른 경량 복합재 리브 비교 연구를 위한 샘플제작, 시험, 해석을 통하여 최적의 리브를 찾고자 하였으며 제5장은 공력 면을 형성하며 날개의 공기역학적인 정상적인 흐름을 유도하는 기능과 날개 내부 구성요소들의 보호에서도 꼭 필요한 요소인 리딩에지(leading edge)의 최적 날개 앞전 스킨을 찾고자 시험 및 연구 수행을 하였다. 제6장은 날개 리브 추가에 따른 날개들의 비교를 통하여 복합재 날개 특성 연구를 수행하고자 하였다. 또한, 제7장에서는 복합재 날개의 제작공법들을 비교해 봄으로써 연구 고안한 밴드형 프리프레그 일체성형 제작기법의 탁월성을 확인하였다. 제8장은 본 연구의 시험적 한계와 후속 연구 제안 및 일체성형을 통한 무인기의 활용 방안을 서술하였으며 제9장 결론에서는 수행한 복합재 무인기 날개의 각 부분별 요소들의 구축된 데이터를 통한 소형 복합재 무인기 제조 구조물의 적용을 위한 기초적인 연구 및 구조재의 경량화를 위한 대안을 제시하였다.
끝으로 본 연구를 통하여 고안된 복합재 무인기 날개 일체성형 제작방법은 복합재 날개의 다양한 제작 유연성, 경량화, 양산 공정, 제조 단가 개선 및 소형 복합재 구조체의 구조 경량화 방법을 제시하였으며 태양광 무인기 초경량 복합재 날개의 최적 설계 및 제작 분석 연구를 완성하였다.