KR101965704B1 - 고각도 착륙형 무인항공기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고각도 착륙형 무인항공기에 관한 것으로서, 상기 무인항공기(UAV)의 측방에 설치되며 지면과의 거리를 측정하여 출력시키는 라이더(lidar)와; 상기 무인항공기의 후방을 향해 감속 프로펠러와 함께 설치되는 역추진 모터와; 상기 무인항공기에 내장되며 상기 라이더 정보로 지면과의 거리를 연산하여 상기 역추진 모터를 구동시키는 제어부를; 포함하여 구성되어 착륙시 고각도 급하강하면서 지면에 근접하면 상기 역추진 모터를 구동시켜 감속함으로써 착륙 거리를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하여, 무인항공기에 추가 장치를 설치하지 않고 기존에 장착되어 있는 장치들을 효율적으로 사용하여 무인항공기의 착륙속도를 감속시켜 착륙거리를 감소시키는 고각도 착륙형 무인항공기가 제공되는 이점이 있다.

Description

고각도 착륙형 무인항공기{UAV system with speed dive gradiant}

본 발명은 고각도 착륙형 무인항공기에 관한 것으로서, 무인항공기(UAV)의 측방에 설치되며 지면과의 거리를 측정하여 출력시키는 라이더(lidar)와 역추진 모터를 이용하여 고각도 급하강 감속착륙함으로써 비행착륙 거리를 감소시키는 고각도 착륙형 무인항공기에 관한 것이다.

무인항공기(UAV : Unmanned Aerial Vehicle System)는 조종사가 비행체에 직접 탑승하지 않고 지상에서 원격조종(Remote piloted), 사전 프로그램된 경로에 따라 자동(auto-piloted) 또는 반자동(Semi-auto-piloted)형식으로 자율비행하거나 인공지능 탑재하여 자체 환경판단에 따라 임무를 수행하는 비행체와 지상통제장비(GCS: Ground Control Station/System) 및 통신장비(Data link) 지원장비(Support Equipments) 등의 전체 시스템을 통칭한다.

한글 용어는 무인항공기로 변화가 없었지만, 영문 용어는 기술의 진보 단계에 따라 변경해서 불리어져 왔다.

이에 따르면 RPV(Remote Piloted Vehicle) (1980 년대 )는 지상에서 무선통신으로 원격조종 비행하는 무인비행체이며, UAV(Unmanned/Uninhabited/ Unhumanized Aerial Vehicle System) (1990 년대 )는 외부조종사, 탑재장비 운용관이 동시 편성되어, 실시간 비행체 및 임무지역 상황을 지상통제소에서 원격 모니터링하며 운용하는 무인항공기시스템을 의미하며, UAS(Unmanned Aircraft System) (2000 년대)는 무인항공기가 일정하게 한정된 공역에서의 비행뿐만 아니라 민간 공역에 진입하게 됨에 따라 , Vehicle 이 아닌 Aircraft 로서의 안전성과 신뢰성을 확보해야 하는 항공기임을 강조하는 용어로 사용된다.

무인항공기는 독립된 체계 또는 우주, 지상체계들과 연동시켜 운용하는데, 활용분야에 따라 다양한 장비(광학, 적외선, 레이더 센서 등)를 탑재하여 감시, 정찰, 정밀공격무기의 유도, 통신/정보중계, EA/EP, Decoy 등의 임무를 수행하며, 폭약을 장전시켜 정밀무기 자체로도 개발되어 실용화되고 있어 향후 미래의 주요 군사력 수단으로 주목을 받고 있다. (이상 구글 위키 정보)

무인항공기는 비행 임무를 마친 후 안전하게 회수되어 비행자료와 비행체를 안전하게 보존하여야 하고, 다음 비행 임무를 수행할 준비를 하여야 하는데, 비행임무 시간을 늘리고 효율을 좋게 하기 위하여 통상 글라이더에 가까운 형태를 가지게 되어 착륙시 프로펠러 추력을 끄고 활공하여 착륙하게 된다.

그런데, 이와 같이 추력을 끄는 무인항공기 착륙 방법은 활강시 비행기 형상에 따라 활강거리가 길어져 착륙 거리가 증가되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 공기와의 저항을 늘릴 수 있는 스포일러 등을 장착할 수 있으나 무인항공기와 같은 작은 비행체에 구조물을 추가 장착하기에는 제작의 어려움, 비행체 무게 증가, 가격 상승, 신뢰성 문제 등의 어려움이 있다.

또한, 무인항공기가 수행하는 비행 임무의 효율을 좋게 하기 위해 설계되는 비행기의 형상이나 설치 장비에 의해서도 착륙 거리가 길어지는 문제점이 있다.

무인 비행기의 착륙 거리는 비행 임무를 수행할 주변 지역에 이를 만족하는 착륙장을 필히 구비해야 하는 것을 의미하므로 무인 비행기의 임무 활용 가능성을 판단하는 주요 요소가 된다.

따라서, 착륙거리를 짧게 하여 지형 제약에 크게 구애받지 않고 비행 임무 수행 가능성을 높이는 것은 무인항공기의 비행 임무 수행능력을 향상시키는 중요한 요소이므로 무인항공기의 설계시 이를 반드시 반영해야 한다.

무인항공기의 착륙거리를 감소시키기 위해서는 착륙시 무인항공기의 비행 속도를 급감시킬 필요가 있는데, 무인항공기에 추가 장치를 설치하는 것은 상기한 바와 같이 오히려 착륙거리를 연장시키는 모순점을 안고 있으므로 이와 같은 모순점을 해결하면서 기존에 장착되어 있는 장치들을 효율적으로 사용하여 무인항공기의 착륙속도를 감소시키는 기술 개발이 요구되고 있다.

대한민국 공개번호 10-2015-0023397 (2015.03.05) 무인 비행 오브젝트들의 포인트 이륙 및 착륙

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무인항공기에 추가 장치를 설치하지 않고 기존에 장착되어 있는 장치들을 효율적으로 사용하여 무인항공기의 착륙속도를 감속시켜 착륙거리를 감소시키는 고각도 착륙형 무인항공기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 무인항공기에 있어서, 상기 무인항공기(UAV)의 측방에 설치되며 지면과의 거리를 측정하여 출력시키는 라이더(lidar)와; 상기 무인항공기의 몸체부에서 후방을 향해 감속 프로펠러와 함께 설치되는 역추진 모터와; 상기 무인항공기에 내장되며 상기 라이더 정보로 지면과의 거리를 연산하여 상기 역추진 모터를 구동시키는 제어부를; 포함하여 구성되며 상기 라이더는 지면을 지향하여 가동되는 각도제어장치가 포함되어 상기 무인항공기의 비행각에 대해서 항상 지면을 지향하여 지면 정보를 수집하면서 착륙시 고각도 급하강하면서 지면에 근접하면 상기 역추진 모터를 구동시켜 감속함으로써 착륙 거리를 감소시키는 것을 특징으로 하는 고각도 착륙형 무인항공기를 기술적 요지로 한다.

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상기한 본 발명에 의하여, 무인항공기에 추가 장치를 설치하지 않고 기존에 장착되어 있는 장치들을 효율적으로 사용하여 무인항공기의 착륙속도를 감속시켜 착륙거리를 감소시키는 고각도 착륙형 무인항공기가 제공되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시에의 사시도
도 2는 본 발명의 실시 예시도

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 일실시에의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 무인항공기에 관한 것으로서, 크게 라이더(20)(lidar)와 감속 프로펠러(300), 역추진 모터(30)와 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 무인항공기(10)는 외부조종사, 탑재장비 운용관이 동시 편성되어, 실시간 비행체 및 임무지역 상황을 지상통제소에서 원격 모니터링하며 운용하는 무인항공기시스템 UAV(Unmanned/Uninhabited/ Unhumanized Aerial Vehicle System) 뿐만 아니라, UAS(Unmanned Aircraft System)를 포함하는 의미이다.

본 발명에서는 이와 같은 무인항공기(10)를 주로 항공 사진측량용으로 사용하고 있다.

본 발명의 라이더(20)(lidar)는 빛을 이용해 물체를 감지하고 거리를 측정하는 장치(light detection and ranging)를 의미하며, 물체 감지와 거리 측정을 하는 수단이 레이저이므로 흔히 레이저 레이더나 3차원 스캐너라고도 한다.

레이더(RADAR)와 비슷한 이름에서도 알 수 있듯, 두 장치의 기본 원리는 비슷한데, 레이더는 전자기파를 주기적으로 쏘았을 때 물체에 부딪쳐 반사되는 전자기파를 읽어 물체와의 거리, 움직이는 방향, 높이 등을 확인하는 것에 비하여, 라이더는 물체의 물리적 특성을 확인하기 위해 전자기파 대신 레이저를 쓴다는 것이 레이더와 다르다.

파장이 짧은 레이저를 사용하므로 레이더보다 측정 정밀도와 공간 해상도가 높아, 물체 형태를 빠르게 입체적으로 파악할 수 있다. 또한, 물체 특성에 따라 레이더가 감지하지 못하는 것도 확인할 수 있다는 장점도 있다.

과거에는 기상관측에 주로 쓰였지만, 다양한 응용 기술이 발달하면서 최근에는 자동차에 활용하기 위한 목적으로도 개발이 이어지고 있다.

요즘 부분 자율주행 기술이 쓰인 자동차에서는 주변 물체를 감지하기 위해 여러 종류의 장치를 쓴다. 주로 장거리는 레이더, 단거리는 카메라를 이용하고 차와 아주 가까운 주변은 초음파 센서의 도움을 받는다.

레이더는 멀리 떨어진 물체를 확인하기에는 좋고 주변 밝기나 날씨의 영향을 거의 받지 않지만 해상도가 떨어지는 한계가 있고, 카메라는 다양한 사물을 인식할 수 있지만 환경이나 날씨에 따라 정확도가 떨어질 수 있고 거리를 파악하려면 스테레오 카메라와 별도의 처리기술이 필요하다. 초음파 센서는 다른 장비보다 값이 싸지만 감지 거리가 짧고 물체를 뚜렷하게 확인하기 어려워 주차할 때와 같은 제한적인 조건에서만 활용한다. 이에 비하여 라이더는 레이저의 특성상 레이더와 카메라의 약점을 효과적으로 보완할 수 있는 이점이 있다.

즉, 라이더(20)(lidar)는 레이저 펄스를 주사하여, 반사된 레이저 펄스의 도달시간을 측정함으로써 반사 지점의 공간 위치 좌표를 계산해내어 3차원의 정보를 추출하는 측량 장치로서, 라이더를 사용하는 경우 대상물의 특성에 따라 반사되는 시간이 모두 다르기 때문에 건물 및 지형지물의 정확한 수치표고모델 생성이 가능하므로 고해상도 영상과 융합되어 건물 레이어의 자동 구축, 광학영상에서 획득이 어려운 정보의 획득, 취득된 고정밀 수치표고모델을 이용하여 지형 DEM과 건물 및 구조물 DEM으로 구분하여 생성, 융합함으로써 신속하고 효율적으로 3차원 모델을 생성하는 이점이 있다.

본 발명은 이와 같은 라이더(20)를 도 1에 도시된 바와 같이 무인항공기(10)의 측방에 설치하여 지면과의 거리를 출력시킨다.

본 발명의 역추진 모터(30)는 상기 무인항공기(10)의 후방을 향해 감속 프로펠러(300)와 함께 설치된다.

상기 역추진 모터(30)는 무인항공기(10)의 후방을 향해 설치된 구동 모터로서 비행 조건에 따라 구동되어 상기 감속 프로펠러(300)를 회전시킴에 따라 비행 속도를 감소시킨다.

본 발명의 제어부(미도시)는 상기 무인항공기(10)에 내장되며 상기 라이더(20) 정보로 지면과의 거리를 연산하여 상기 역추진 모터(30)를 구동시키는 회로부이다.

상기 제어부(미도시)는 상기 라이더(20)의 정보를 수집하고 해석하여 상기 역추진 모터(30)의 구동을 결정하는 비행조건을 설정하고, 상기 역추진 모터(30)의 구동을 제어한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 무인항공기(10) 착륙시 착륙 구간 A에서 고각도 급하강를 실시하고, 상기 라이더(20) 감지신호에 의하여 지면에 근접되는 구간 B에 진입되면 상기 역추진 모터(30)를 구동시켜 강하 속도와 랜딩 속도를 조절시켜 착륙거리를 감소시키는 고각도 착륙형 무인항공기가 제공되게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 무인항공기(10)의 급하강과 착륙 속도의 조절로 착륙거리를 조정하는 것이므로, 이를 가능하게 하는 라이더(20)의 감지 신호가 매우 중요하다.

따라서, 본 발명의 상기 라이더(20)에는 지면을 지향하여 가동되는 각도제어장치(미도시)가 포함되어, 상기 무인항공기(10)의 비행각에 대해서 항상 지면을 지향하여 지면 정보를 수집할 수 있게 한다.

또한, 상기 라이더(20)를 하나 이상 복수 개를 병행 설치하여 수집 정보 오류를 각 라이더(20) 정보를 비교하여 검증함으로서, 무인항공기의 착륙 신뢰성이 향상되도록 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 도 2에서 보여지는 바와 같이 종래기술방식과 달리 짧은 착륙거리를 가짐으로써, C 만큼의 착륙 공간을 절감하게 되므로, 무인항공기의 활용 가능성을 크게 향상시키게 된다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10 : 무인항공기 20 : 라이더(lidar)
30 : 역추진 모터 300 : 감속 프로펠러(300)

Claims (3)

1. 무인항공기에 있어서,
   상기 무인항공기(UAV)의 측방에 설치되며 지면과의 거리를 측정하여 출력시키는 라이더(lidar)와;
   상기 무인항공기의 몸체부에서 후방을 향해 감속 프로펠러와 함께 설치되는 역추진 모터와;
   상기 무인항공기에 내장되며 상기 라이더 정보로 지면과의 거리를 연산하여 상기 역추진 모터를 구동시키는 제어부를;
   포함하여 구성되며
   상기 라이더는 지면을 지향하여 가동되는 각도제어장치가 포함되어
   상기 무인항공기의 비행각에 대해서 항상 지면을 지향하여 지면 정보를 수집하면서 착륙시 고각도 급하강하면서 지면에 근접하면 상기 역추진 모터를 구동시켜 감속함으로써 착륙 거리를 감소시키는 것을 특징으로 하는 고각도 착륙형 무인항공기.
   
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