공학설계 - 솔라셀 자동차solar car 업로드 설계 계획서
공학설계 - 솔라셀 자동차[solar car] 설계 계획서
솔라셀 자동차 설계 계획서
1.설계과제 해결을 위한 아이디어.
(1)자동차를 2륜 자동차가 아닌 4륜 자동차를 사용하는 것을 고려해본다.
(2)자동차의 모터를 앞쪽에 배치할 것 인가, 뒤쪽에 배치할 것인가를 고려해본다.
(3)솔라셀의 출력을 최대한 높일 수 있는 방법을 고려해본다.
(4)모터를 1개를 사용하였을 때와 2개를 사용할 때를 고려해본다.
(5)자동차에 쓰이는 부품들을 경량화 할 수 있는 방안을 고려해 본다.
(6)경사진 면을 올라가는 바퀴의 접지력을 높일 수 있는 방안을 고려해 본다.
(7)자동차의 지상고를 높일 것이나 낮출 것인가를 고려해 본다.
2.창작품의 주요 구성 요소
기어모터박스 - 샤프트 - 암세트 - 바퀴 - 솔라셀
3.일정표
월
9월
10월
11월
12월
시기
초
(25일)
중
말
(29일)
초
(11일)
중
말
초
중
말
초
중
내용
브레인 스토밍
문헌검색
설계계획서 작성
계획서 검토
자동차 제작
자동차 완성
자동차 테스트
테스트 후 단점 보안
최종완성보고
설계경연
4.상세 계획
저희 조는 이번 솔라셀을 이용한 자동차 만들기가 경사로를 빠르게 오르는 것이 아닌 안정적으로 올라가는 것에 주안점을 두고 생각을 한 끝에 자동차의 롤 모델로 걸프전쟁을 통해 유명해진 군용차량 험비를 정하고 이를 기반으로 자동차 설계를 진행하기로 하였습니다.
이 험비의 특징을 분석해 보면서 저희 조의 설계 컨셉트를 잡기 시작하였습니다. 우선 이번 설계에서 가장 중요한 등판능력에 관한 것입니다. 실제 자동차의 경우 엔진을 후방에 배치하는 RR 방식을 통하여 최대의 등판능력을 얻을 수 있습니다. 이 RR은 리어 엔진 리어 드라이브의 약자로 굴리는 힘을 최대한 얻는다는 장점과 실내 공간의 최대화를 얻을 수 있다는 이점이 있지만 트렁크의 크기가 작아지는 것이 단점입니다. RR방식에서 트렁크의 크기가 작아지는 단점은 저희의 자동차에게는 트렁크는 필요 없을뿐더러 불필요한 공간이며 모터기어 박스와 솔라셀 배치를 위한 실내 공간을 최대한 확보 할 수 있으며 등판능력을 최대로 얻을 수 있는 장점 등은 단점은 오히려 저희의 장점이 되고 장점은 본래의 장점을 배가시킬 수 있는 최선 선택이라고 생각 됩니다.
또한, 자동차가 2WD으로 구성한 것 보다 험비와 같은 4WD로 구성된 자동차가 스피드를 고려한 측면에서는 뒤떨어질 수 있지만 등판 능력을 비롯한 전체적인 자동차의 힘이 더 좋아 자동차를 2WD이 아닌 4WD으로 구성하기로 선택하였습니다.
그리고 모든 조에게 지급 되는 솔라셀은 기본적으로 같을 것이며 실제 평가시에 주어지는 주변환경도 모두 큰 차이가 없을 것입니다. 여기에 솔라셀을 임의로 저희가 추가할 수 없는 상황에서 ‘솔라셀의 출력을 좀 더 높일 수 없을까’ 를 고민 해본 결과 솔라셀이 빛을 최대한 많이 받도록 자동차를 설계해 보면 어떨까라는 고민을 해보았습니다. 그래서 나온 의견이 차체를 비롯한 내부 바닥과 벽면에 알루미늄 호일과 같은 빛을 반사시킬 수 있는 재질을 붙임과 동시에 이러한 반사된 빛들이 솔라 셀을 향할 수 있도록 내부를 설계하는 것이 좋다는 결론을 내렸습니다.
또한, 조원들과의 토의 도중 모터를 1개가 아닌 2개로 구성해보는 것이 어떤가에 대하여서도 고민을 해보았는데 솔라셀의 전압이 생각보다 낮으며 자동차의 무게를 줄이는 것이 중요하다고 생각되므로 2개를 구성하는 것보다 모터를 기존의 1개로 구성하는 것이 더 좋은 생각이라고 의견을 모았습니다.
다음으로 주어진 솔라셀의 전압이 생각보다 낮은 상황에서 자동차의 효율을 최대로 높이기 위해서는 자동차의 경량화가 필수라고 생각하여 이에 대하여 많은 토의를 해보았습니다.
우선 차체에 대하여 고민을 하였습니다. 차체는 최대한 가벼우면서도 저희가 원하는 어느 정도의 강도를 만족시켜줄 수 있는 재질이여야 했습니다. 그래서 차체에 관하여 조원들이 고민을 하던 중 예전에 f1 in school이라는 울산시 주최로 치러진 대회에서 차체를 발사나무를 이용하여 대회가 진행 되었던 것을 상기시켜 발사나무에 대해서 조사를 시작하였습니다.
알아본 결과 이 발사나무는 현재 비행기를 비롯한 자동차 모형 제작 등에서 이미 널리 사용되어지는 재료로 나무임에도 불구하고 비중이 불과 0.2에 불과해 저희가 원하는 자동차 경량화를 충분히 만족시켜줄 수 있는 재질이었습니다. 이 발사목을 구입 후 카티아를 비롯한 툴을 사용하여 간단한 설계 후 CNC가공을 통한 가공방법을 현재 생각하고 있습니다.
그 다음으로 가장 고심되는 부품중의 하나인 바퀴에 대하여도 저희 조원들의 많은 토론 과정을 거친 결과 플라스틱의 일종인 아크릴을 CNC가공 등의 가공방법을 통하여 저희가 원하는 형태를 얻은 후 이에 접지력을 높이기 위하여 고무튜브를 덧대는 방식을 현재 계획하고 있습니다.
마지막으로 바퀴의 크기와 차고를 비롯한 지상고에 관한 것 인데 저희가 롤 모델로 삼은 험비가 183CM의 차고임에도 불구하고 40.6CM의 최저 지상고를 가지고 있다는 것에 착안하여 저희의 자동차도 차고를 되도록 낮추고 차륜의 직경을 증가시키는 등의 방법을 통하여 지상고를 높이는 쪽으로 자동차 제작을 진행하기로 하였습니다.
방향으로 운동이 일어나지 않으므로 고려를 할 필요가 없다.
방향으로는 일 때 등속/가속하여 경사면을 올라갈 수 있다.
따라서, , 는 바퀴가 지면이 가하는 힘에 대한 반력이고 동력이 발생되어 바퀴에 도달하는데 까지 20% 동력 손실이 있다고 가정하면, 솔라 셀 출력은 최대 0.2w, 20% 동력손실이 된다고 가정하면, 바퀴에 도달하는 동력은 0.16w이다
경사면의 길이를 1m로 가정, 시간제한은 2분 (손실을 고려해서 100초로 계산)
이제 바퀴의 반경을 구하면,
출력이 0.16w 이므로 로부터
는 최소 이므로 이고,
각속도는, 로부터 이므로
,
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자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/detail.asp?pk=13123294&sid=ddangkung&key=
[문서정보]
문서분량 : 5 Page
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파일이름 : 공학설계 - 솔라셀 자동차[solar car] 설계 계획서.hwp
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