KR100620487B1 - Method and Rotor For Creating Lift - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양력(揚力; lift)을 발생시키는 로터에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 로터는 비행체의 동력원으로부터 동력을 받아 회전되는 공전축과; 상기 공전축과 결합되어 적어도 일부분이 회전되는 허브와; 상기 허브의 회전되는 부분과 방사상으로 결합되는 적어도 2개의 자전축과; 상기 자전축 각각에 결합되는 원통형 날개를 포함하여 이루어지며, 상기 원통형 날개의 원형 단면은 상기 자전축의 길이 방향과 수직하도록 구성되고 상기 원통형 날개는 상기 자전축을 회전의 축으로 하여 자전을 하되, 상기 허브의 위에서 내려다볼 때의 상기 원통형 날개의 공전 방향과 상기 허브의 회전 중심에서 바라볼 때의 상기 원통형 날개의 자전 방향은 어느 하나가 시계 방향이면 다른 하나는 반시계 방향인 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a rotor for generating a lift (lift), the rotor according to the invention is rotated by receiving power from the power source of the aircraft; A hub coupled to the idle shaft and at least partially rotated; At least two rotating shafts radially coupled to the rotating portion of the hub; Comprising a cylindrical blade coupled to each of the rotating shaft, the circular cross section of the cylindrical blade is configured to be perpendicular to the longitudinal direction of the rotating shaft and the cylindrical blade rotates the rotating shaft as the axis of rotation, but the The rotation direction of the cylindrical blade when viewed from the top and the rotational direction of the cylindrical blade when viewed from the center of rotation of the hub is characterized in that the counterclockwise direction if one is clockwise.
로터, 원통형 날개, 허브, 양력Rotor, cylindrical wing, hub, lift
Description
도 1은 본 발명에 따른 로터를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing a rotor according to the present invention.
도 2는 양력이 발생되는 원리를 설명하기 위한 본발명에 따른 로터의 원통형 날개의 단면도이다.Figure 2 is a cross-sectional view of the cylindrical blade of the rotor according to the present invention for explaining the principle of generating lift.
도 3a, 3b는 본 발명에 따른 로터의 원통형 날개의 일실시예의 작동도이다.Figures 3a, 3b is an operation of one embodiment of the cylindrical blade of the rotor according to the present invention.
도 4a, 4b는 본 발명에 따른 로터의 원통형 날개의 또다른 실시예의 작동도이다.Figures 4a, 4b is an operation of another embodiment of the cylindrical blade of the rotor according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 로터의 일실시예를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing an embodiment of a rotor according to the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
11 : 원통형 날개 12 : 공기 주머니11: cylindrical wing 12: air pocket
13 : 수납부 14 : 압축 공기 공급관13: accommodating part 14: compressed air supply pipe
15, 16 : 원통 21 : 허브15, 16: cylinder 21: hub
22 : 베어링집 23 : 베어링부22: bearing collection 23: bearing
24 : 내통 25 : 고정 베벨기어24: inner cylinder 25: fixed bevel gear
26 : 공전축 베어링부 27 : 덮개26: idle shaft bearing portion 27: cover
31 : 공전축 41 : 자전축31: revolution axis 41: rotation axis
42 : 움직 베벨기어 42: moving bevel gear
본 발명은 양력(揚力; lift)을 발생시키는 로터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 헬리콥터의 로터 날개 대신 원통형 날개를 장치하고 상기 원통형 날개가 자전과 공전 모두를 하도록 함으로써 양력을 발생시키는 방법 및 로터에 관한 것이다.The present invention relates to a rotor for generating lift, and more particularly, a method for generating lift by installing a cylindrical wing instead of a rotor blade of a conventional helicopter and allowing the cylindrical wing to rotate and revolve. It's about the rotor.
본 발명은 기존의 헬리콥터의 로터 날개 대신 장착된 원통형 날개를 자전 및 공전시킴으로써 양력을 얻고 비사용시에는 로터 반경을 축소할 수 있어 다양한 응용이 가능한 양력을 발생시키는 로터를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a rotor for generating lift by rotating and revolving a cylindrical wing mounted in place of the rotor wing of a conventional helicopter and reducing the radius of the rotor when not in use to generate a lift for various applications.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 헬리콥터의 로터(rotor)의 날개(blades)를 원통형으로 바꾸고 이에 자전운동을 부여하여 그 공전운동과 더불어 양력을 발생시키는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of changing the blades of the rotor rotor of the helicopter into a cylindrical shape and giving a rotational movement thereto to generate a lift along with the orbiting movement.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 양력을 발생시키는 로터는 비행체의 동력원으로부터 동력을 받아 회전되는 공전축과; 상기 공전축과 결합되어 적어도 일부분이 회전되는 허브와; 상기 허브의 회전되는 부분과 방사상으로 결합되는 적어도 2개의 자전축과; 상기 자전축 각각에 결합되는 원통형 날개를 포함하여 이루어지며, 상기 원통형 날개의 원형 단면은 상기 자전축의 길이 방향과 수직하도록 구성되고 상기 원통형 날개는 상기 자전축을 회전의 축으로 하여 자전을 하 되, 상기 허브의 위에서 내려다볼 때의 상기 원통형 날개의 공전 방향과 상기 허브의 회전 중심에서 바라볼 때의 상기 원통형 날개의 자전 방향은 어느 하나가 시계 방향이면 다른 하나는 반시계 방향이 되도록 한다.In order to achieve the above object, the rotor for generating a lift according to the present invention includes an idle shaft which is rotated by receiving power from a power source of a vehicle; A hub coupled to the idle shaft and at least partially rotated; At least two rotating shafts radially coupled to the rotating portion of the hub; Comprising a cylindrical blade coupled to each of the rotating shaft, the circular cross section of the cylindrical blade is configured to be perpendicular to the longitudinal direction of the rotating shaft and the cylindrical blade to rotate the rotation axis as the axis of rotation, the hub The rotational direction of the cylindrical vane when viewed from above and the rotational direction of the cylindrical vane when viewed from the center of rotation of the hub is such that one is clockwise and the other is counterclockwise.
또한, 상기 원통형 날개는 그 내부에 압축 공기를 공급하면 원통형으로 단단하게 팽창되고 압축 공기를 배출하면 오므라드는 공기 주머니와 오므라든 상기 공기 주머니를 보관하는 수납부로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the cylindrical wing is preferably composed of an accommodating portion for storing the air bag and the air bag is enclosed when the compressed air is supplied to the inside of the cylinder expands tightly and the compressed air is discharged.
또한, 상기 공기 주머니는 탄소 섬유와 탄성 중합체를 재료로 하는 것이 바람직하다.In addition, the air bag is preferably made of carbon fiber and an elastomer.
또한, 상기 원통형 날개는 신장 및 축소가 가능하도록 다단(多段)식 텔레스코프형으로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the cylindrical wing is preferably composed of a multi-stage telescope type so that it can be extended and contracted.
또한, 상기 허브는 상기 공전축과 일체로 결합하여 회전되며 상기 자전축이 끼워지는 베어링부를 구비하는 베어링집과 비행체에 결합되고 상면이 고정 베벨기어인 중공 형태의 외통을 포함하여 이루어지고, 상기 자전축에는 움직 베벨기어가 일체로 결합되며 상기 움직 베벨기어와 상기 외통에 형성된 고정 베벨기어가 맞물리게 하여 상기 자전축이 상기 베어링집에 끼여공전됨과 동시에 그 자신을 회전의 축으로 하여 자전되게 하는 것이 바람직하다.In addition, the hub is coupled to the rotating shaft and integrally coupled to the bearing housing having a bearing portion to be inserted into the rotating shaft and comprises a hollow outer cylinder of the upper surface is a fixed bevel gear is coupled to the aircraft, the rotating shaft It is preferable that the movable bevel gear is integrally coupled and the movable bevel gear and the fixed bevel gear formed on the outer cylinder are engaged so that the rotating shaft is engaged with the bearing housing and rotated by itself as the axis of rotation.
또한, 상기 베어링집의 상단에는 상기 자전축과 상기 허브의 내부를 덮는 덮개가 결합되는 것이 바람직하다.In addition, the top of the bearing house is preferably coupled to the cover covering the inside of the rotating shaft and the hub.
또한, 상기 허브의 내부에는 상기 허브와 일체로 결합되며 공전축이 통과되는 공전축 베어링부가 구비되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the inside of the hub is provided with an idle shaft bearing unit coupled to the hub and the idle shaft passes.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에서 보는 바와 같이 본 발명은 종래의 헬리콥터의 로터 날개의 전부를 비슷한 길이의 원통(cylinder)형태의 원통형 날개(11)들로 대체하고 상기 원통형 날개들이 허브(21)의 회전되는 부분과 방사상으로 결합되어 공전 운동을 하는 것과 동시에 베벨 기어(bevel gear)와 같은 장치를 통해 그 자신의 축을 회전축으로 하여 자전 운동을 하는 구조를 가지고 있다. 도 1에서 (1)은 공전의 중심이 되는 축과 그 회전 방향을, (2),(3),(4),(5)는 자전의 중심이 되는 축과 그 회전 방향을 표시하고 있다. As shown in FIG. 1, the present invention replaces all of the rotor blades of a conventional helicopter with
상기와 같은 구조와 운동으로 양력을 얻는 원리는 유체 역학에서의 마그너스 효과(Magnus effect)를 기초로 하고 있다. 도 2에서 X는 원통형 날개(11)의 축에 수직한 방향으로의 공기 중에서의 병진 운동을, Y는 그 자전 운동과 방향을 표시하며, Z는 이때 발생하는 양력과 그 방향을 표시하고 있다. 병진 운동은 원통형 날개와 공기 간의 상대운동이므로 이를 정지한 원통형 날개에 부는 바람으로 볼 수도 있다.The principle of lifting force with the above structure and motion is based on the Magnus effect in fluid mechanics. In Fig. 2, X denotes a translational movement in air in a direction perpendicular to the axis of the
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 원통형 날개(11)가 자전 운동을 하면 원통형 날개(11)의 윗 부분은 원통형 날개(11)로 불어오는 바람의 방향과 같은 방향으로 회전을 하므로 원통형 날개(11) 위쪽을 지나는 공기 소용돌이의 속도가 증가하는 반면, 원통형 날개(11)의 아래 부분은 원통형 날개(11)로 불어오는 바람의 방향과 반대 방향으로 회전을 하므로 원통형 날개(11) 아래쪽을 지나는 공기 소용돌이 의 속도는 감소하게 된다. 공기의 압력은 속력이 증가하면 감소하므로 원통형 날개(11) 아래쪽의 기압이 위쪽의 기압보다 커지게 되어 원통형 날개(11)가 위를 향하는 힘을 받게 되는데 이와 같은 힘을 양력이라고 한다.As can be seen in FIG. 2, when the
상기의 원리에 의해 발생되는 양력의 전형적인 공식은 다음과 같다.A typical formula for lift generated by the above principle is as follows.
양력(f)=π×공기밀도(ρ)×자전각속도(ω)×원통날개반경(r)2×풍속(u)×실린더길이(l)Lifting force (f) = π × Air density (ρ) × rotation angle speed (ω) × cylinder blade radius (r) 2 × wind speed (u) × cylinder length (l)
이때 풍속(u)은 본 발명에 있어서 정지된 대기에 대해서의 원통 각 점의 공전에 의한 속도가 되므로, 공전각속도를 Ω라고 하고 원통상의 정적분을 거치면 원통형 날개(11) 하나당의 양력(f)은 다음과 같은 식이 된다.At this time, since the wind speed u is the speed by the revolution of each cylinder point with respect to the stationary atmosphere in the present invention, the idle angular velocity is Ω and the lifting force f per
f=∫(π×ρ×ω×r2×Ω×Γ)dΓf = ∫ (π × ρ × ω × r 2 × Ω × Γ) dΓ
단, Γ은 공전중심으로부터 원통상 임의점까지의 거리, 즉 원통상 임의점의 공전 반경을 표시한다.However, Γ represents the distance from the center of revolution to the point of cylindrical randomness, that is, the radius of revolution of the point of cylindrical randomness.
아래의 표는 원통형 날개(11)의 반경과 길이를 달리하여 구한 양력과 이에 필요한 동력의 수치를 정리한 것이다. 단, 공전속도는 120rpm, 자전속도는 공전속도의 4배인 480rpm으로 대입하였다.The table below summarizes the lift and the power required to obtain the
위 표에서 제1열은 원통형 날개(11)의 직경, 제2열은 원통형 날개(11)의 길이, 제3열은 양력, 제4열은 이 양력에 필요한 동력을 표시한다.In the above table, the first row indicates the diameter of the
상기와 같은 구조의 로터를 일반적인 차량에 적용할 경우 동력면에서 기존의 자동차 출력으로 지상 주행과 공중 비행 모두 가능하다. 위 표에서 알 수 있는 바와 같이 하나의 원통형 날개(11)로 730kgf까지 들어올릴 수 있으므로 4개의 원통형 날개(11)를 이용할 경우 2톤이 넘는 물체도 들어올릴 수 있다는 결론이 도출된다. 다만 종래의 차량에 본 발명에 따른 로터를 적용해서 비행이 가능하게 하려면 종래의 헬리콥터와 같이 로터에서 발생된 토크를 상쇄하기 위한 꼬리 로터나 이와 같은 역할을 하는 장치를 추가시켜서 구성해야 하며, 이때 꼬리 로터에도 본 발명과 같은 구조의 로터를 응용할 수 있다. When the rotor having the above structure is applied to a general vehicle, both the ground driving and the aerial flight are possible with the output of a conventional vehicle in terms of power. As can be seen in the above table, it can be lifted up to 730kgf with one
본 발명에 따른 원통형 날개(11)는 회전되지 않을 때에는 보관이나 자동차의 지상 주행에 적합하도록 그 길이를 대폭 축소할 필요가 있는데 이에 대한 방법으로 이하에서 다음의 두가지를 제시한다.When the
첫번째 방법은, 도 3에 나온 바와 같이, 원통형 날개(11)를 탄소섬유 등의 강력한 섬유천에 탄성중합체(엘라스토머) 등을 덧붙여 만든 기밀성과 탄력이 있는 주머니(포대)에 압축공기를 주입하여 단단한 상태가 되게 팽창시키는 것으로 구성하는 것이다. 이와 같은 공기 주머니(12)는 사용하지 않을 때에는 내부의 압축공기를 배출함으로써 적은 부피가 되도록 변형시킬 수 있다. In the first method, as shown in FIG. 3, the
원통형 날개(11)를 사용할 필요가 없을 때에는 변형되지 않는 재료로 만들어진 속이 비어있고 일면이 개방된 원통 형상의 공기주머니 수납부(13)에 공기 주머니(12) 전체가 수납된 상태로 있게 된다. 그리고 원통형 날개(11)를 사용할 필요가 있을 때에는 도 4와 같이 허브(21)와 연결된 압축 공기 공급관(14)으로부터 공기 주머니(12)로 압축 공기를 공급하면 공기 주머니(12)가 단단해질 때까지 팽창됨으로써 팽창된 공기 주머니(12)는 수납부(13)의 개방된 부분으로 길게 뻗은 원통 형상이 되며 원통형 날개(11)의 역할을 할 수 있게 된다. When the
이와 같은 방법은 공기 탱크가 구비되어 있는 차량에 용이하게 적용할 수 있다. 공기 탱크로부터 이어진 압축 공기 공급관(14)은 공기 주머니(12)의 입구까지 연결되며 공급관(14)의 도중에 방향 전환 밸브를 설치함으로써 조종사의 조작에 의해 압축 공기를 공기 주머니(12)에 채우거나 제거할 수 있다. Such a method can be easily applied to a vehicle provided with an air tank. The compressed
두번째 방법은, 원통형 날개(11)를 2개 또는 3개로 나누어 다단식 텔레스코프형으로 구성하는 것이다. 이는 여러 개의 원통들(15,16)이 서로에 대해 슬라이딩 가능하게 구성하여 길이를 조정할 수 있게 하는 방식으로 안테나 등의 길이를 변화될 수 있게 하는 구성으로 흔히 이용되는 방식이다. 원통형 날개(11)를 사용할 필요가 없을 때에는 도 5와 같이 여러 개의 원통들(15,16)이 모두 겹쳐진 상태로 있 게 되고, 원통형 날개(11)를 사용할 필요가 있을 때에는 도 6과 같이 원통(15)의 끝단부만 그 다음 원통(16)의 끝단부에 걸려서 고정되도록 슬라이딩 시킴으로써 원통형 날개(11)가 양력 발생에 충분한 길이가 되도록 길이를 늘린다. 원통(15)에는 끈과 같은 것을 부착하여 이를 잡아 끌어서 원통(15)을 이동시킬 수 있으며 자동으로 신장과 축소가 되게 하는 장치를 장착할 수도 있다.The second method is to divide the
도 7은 본 발명의 구체적인 실시예를 나타낸 것이다. 본 실시예에 따른 허브(21)는 공전축(31)의 상단부에 일체로 결합된 베어링집(22)과 공전축을 둘러싸는 내부가 빈 원통으로서 비행체에 고정되며 상단면에는 경사진 기어인 고정 베벨기어(25)가 형성되어 있는 내통(24)으로 구성된다. Figure 7 shows a specific embodiment of the present invention. The
4개의 자전축(41)은 베어링집(22)에 구비되어 있는 4개의 베어링부(23)에 각각 끼워져서 회전 가능하게 지지된다. 자전축(41)의 끝단에는 움직 베벨기어(42)가 결합되며 움직 베벨기어(42)는 내통의 고정 베벨기어(25)와 맞물린 채로 있다. The four
한편, 베어링집(22)의 상단에는 덮개(27)가 결합되는데 이로 인해 베벨 기어가 작동되는 곳으로 사람이 접근하지 못하게 되어 안전성이 증대되며 우천시 허브(21)의 내부에 빗물이 고이지 않게 된다. 또한, 내통의 내부에는 공전축 베어링부(26)가 마련되어 공전축(31)이 휘어지지 않도록 지탱해준다. 또한 내통(24)의 둘레에는 외통(28)이 비행체의 상단면에 고정된다. On the other hand, the
상기와 같은 구조에 의한 본 발명에 따른 로터의 작용은 다음과 같다. 비행이 필요할 때에는 공기 주머니(12)에 압축공기를 채우거나 다단 원통(15,16)을 길게 한 후, 엔진을 구동시키면 공전축(31)이 회전하게 되고 공전축(31)과 일체로 된 베어링집(22)이 회전되면서 이에 따라 자전축(41)도 공전하게 된다. 자전축(41)에 결합된 움직 베벨기어(42)가 내통(24)의 상단면을 따라 회전을 하게 되면 움직 베벨기어(42)는 내통(24)의 상단면에 형성된 고정 베벨기어(25)에 맞물려 있으므로 자전축(41)을 회전의 축으로 하여 자전을 하면서 공전을 하게 된다. 따라서 자전축(41)과 일체로 결합된 원통형 날개(11)도 자전과 공전을 동시에 하게 되어 상술한 원리에 의하여 양력이 발생되어 비행체가 뜨게 된다. 양력의 세기는 공전축의 회전속도를 바꿀 수 있는 변속장치를 조작함으로써 조절할 수 있다. 비행이 불필요한 경우에는 원통형 날개(11)들을 축소시켜서 원통형 날개(11)의 길이로 인한 불편을 제거한다. The action of the rotor according to the present invention by the above structure is as follows. When flight is required, the compressed air is filled in the
이상에서와 같이, 본 발명에 의한 양력을 발생시키는 로터에 의하면 로터 날개의 자전 및 공전 운동을 통한 마그너스 효과를 이용하여 기존의 일반적인 차량의 동력으로도 차량을 들어올릴만한 충분한 양력을 발생시킬 수 있으며 비행을 하지 않을 때에는 원통형 날개의 길이를 축소하여 좁은 공간에서 보관할 수 있고 일반적인 차량에의 적용이 용이하다는 장점이 있다. As described above, according to the rotor for generating a lift according to the present invention, by using the Magnus effect through the rotation and orbital movement of the rotor blade can generate a sufficient lift to lift the vehicle even with the power of the existing general vehicle. When not flying, the cylindrical wings can be reduced in length to be stored in a narrow space and have the advantage of easy application to a general vehicle.
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