CADE는 Comprehensive Aircraft Design Environment의 약자로, 초기 설계부터 개념 설계 까지의 항공기 설계에 있어 전체적인 플랫폼을 구축하고 프로세스를 제공하는데 목적을 둔다. CADE 내 다분야 해석(Multi-Disciplinary Analysis, MDA) 모듈 내에는 크게 [Configuration], [Weight & Balance], [Aerodynamic & Stability N Control], [Propulsion], [Performance & Mission], [Load], [Sizing]로 제공되는 7가지의 모듈을 통해, 항공기의 초기 설계와 단일 및 통합 분야 해석을 지원한다.
개발 배경
UAM(Urban Air Mobility), RAM(Regional Air Mobility)와 같은 수많은 전기 추진 시스템 기반의 Advanced Air Mobility(AAM) 항공기는 아직까지 상용화가 이루어지지 못하였다. 이는 AAM이 갖는 전통적인 항공기와는 다른 독특한 특성 때문이며, 아래와 같다.
친환경 전기 추진 시스템
AAM의 경우 지속 가능성의 관심에 따라 기존의 내연 엔진이 아닌, 배터리와 모터를 기반으로 전기 추진 시스템에 초점이 맞추어져 있다. 따라서 배터리, 컨버터, 인버터, 모터와 같은 전통적인 항공기와 다른 요소들을 가지며, 이러한 요소들을 적용한 항공기의 설계 해석 프로그램의 개발이 필요하였다.
멀티모드 비행
AAM중 가장 주목받고 있는 UAM의 경우, 도심 내외의 저고도 환경에서 운용하기 위한 멀티 모드(수직 이착륙, 순항 비행 등) 비행을 수행해야 하며, 이러한 비행 방식들을 모두 포함해 해석할 수 있는 설계 해석 프로그램의 개발이 필요하였다.
주안점
프로그램 구조
다양한 항공기 형상해석을 위한 형상 요소 별 파라미터 분석 및 도출
주날개 및 꼬리날개 등의 양력면, 동체, 착륙장치, 추진 시스템
항공기 형상 Plotting 모듈을 통한 형상 가시화
항공기 형상 요소 별 구조 공허중량 예측
Raymer/Torenbeek/USAF/AFDD 중량 예측 방식 제공
각 구성품 및 서브 시스템 별 무게, 무게중심(CG), 관성모멘트(MoI) 도출
다양한 항공기 형상에 대한 받음각 및 정밀도 별 공력 해석 기법 제공
VLM/Wing-Strip/Data Extrapolation/Flat-Plat 해석
데이터 융합(Data Fusion) 모듈을 통한 효율적인 공력 데이터베이스 구축
모듈식 프로그램 구조를 통한 항공기 추진 시스템 해석
분산 추진 방식(DEP) 해석 제공
전기 추진 시스템 구성품 해석
프로펠러, 모터, 기어박스, 인버터, 컨버터, 배터리, 수소연료전지
추진 시스템 구성품 별 단일 해석 및 통합 시스템 해석 결과 제공
다양한 비행 모드 및 추진 시스템을 고려한 항공기 성능 해석 지원
사용자 친화적인 입/출력 및 유연한 항공기 임무(Mission) 설정
항공기 설계 평가(Design Evaluation)을 위한 다양한 성능 파라미터 계산
항공기 인증 규정을 고려한 하중 조건(Load Condition) 및 V-n 선도 도출
다양한 형상 및 비행 모드(CTOL/VTOL/TILT)를 고려한 비행/지상 하중 해석
성능/임무 요구도 기반의 전기추진 항공기 사이징 모듈
전기추진 시스템 기반의 항공기에 대한 사이징
배터리(Battery), 수소연료전지(Fuelcell), 하이브리드(Battery + Fuelcell)
설계자의 목적에 맞는 최적화 모듈 제공
사용자 친화적인 최적화 제약조건/목적함수/변수 설정
해석 및 검증 사례