KR102004227B1 - VERTICAL TAKE OFF AND LANDING AIRCRAFT USING HYBRID-ELECTRIC PROPULSION SYSTEM and THE CONTROL METHOD - Google Patents
VERTICAL TAKE OFF AND LANDING AIRCRAFT USING HYBRID-ELECTRIC PROPULSION SYSTEM and THE CONTROL METHOD Download PDFInfo
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system.
헬리콥터와 같은 회전날개에 기반을 둔 수직이착륙 항공기는 별도의 이착륙 시설이나 장비가 필요하지 않은 장점이 있으나, 고속 비행, 장기 체공 및 고고도 성능에서는 동급의 고정익 기체보다 성능이 낮다.A vertical takeoff and landing aircraft based on a rotating wing such as a helicopter is advantageous in that it does not require a separate takeoff and landing facility or equipment, but has lower performance than a fixed wing aircraft in high speed flight, long flight and high altitude performance.
전기 모터부터 제트 엔진까지 다양한 추진시스템의 선정이 가능한 고정익 기체와 비교하면, 엔진의 축 마력에 의존하는 수직이착륙 항공기는 기체의 중량이 작을수록 추진시스템의 선택이 제한된다.Compared to fixed-wing aircraft, which can select a variety of propulsion systems from electric motors to jet engines, vertical takeoff and landing aircraft, which depend on the engine's axial horsepower, have limited propulsion systems as the weight of the aircraft decreases.
특히, 최대이륙중량 (Maximum take-off weight: MTOW)이 10~300kg 내외로 작은 소형 항공기에 널리 사용되는 왕복 엔진은 출력 대 중량 비율이 2 내외로 매우 작다. 수직이착륙에 필요한 동력을 공급하기 위해서, 엔진의 부피와 무게가 동급의 고정익 기체와 비교하면 매우 커지게 되고, 항공기 건조 중량(empty weight) 대비 추진시스템의 무게가 과도하여 임무에 필요한 유상 하중(payload) 및 체공 시간(Endurance time)을 확보하기 어렵다.In particular, the reciprocating engine widely used for small aircraft with a maximum take-off weight (MTOW) of about 10 to 300 kg has a very low output-to-weight ratio of about 2. In order to supply the necessary power for vertical take-off and landing, the volume and weight of the engine becomes very large compared to the fixed wing gas of the same class, and the weight of the propulsion system to the aircraft's empty weight is excessively large, ) And an endurance time are difficult to secure.
따라서 소형 항공기에는 배터리와 전기 모터를 이용한 추진시스템을 널리 사용하고 있으나, 낮은 에너지 밀도를 가지는 현재 배터리 기술의 한계 때문에 임무에 필요한 충분한 체공시간을 제공할 수 없는 형편이다.Therefore, although a propulsion system using a battery and an electric motor is widely used for a small aircraft, current battery technology having a low energy density can not provide sufficient time required for a mission.
장기 체공을 위해서는 비 에너지(specific energy)가 높은 에너지원과 이를 변환할 수 있는 동력 장치가 요구되지만, 수직이착륙을 위해서는 비 동력(specific power)이 높은 에너지원과 이를 변환할 수 있는 장치가 요구된다.In order to construct a long-term space, energy sources with high specific energy and power units capable of converting them are required. However, for vertical takeoff and landing, energy sources with high specific power and devices capable of converting them are required .
그러나, 비 에너지와 비 동력이 모두 높은 에너지원 및 동력 발생장치가 없으므로 일반적으로 장기 체공을 위해 비 에너지(specific energy)가 높은 에너지원과 동력 발생장치를 항공기에 탑재한다.However, since there is no energy source and no power source for both non-energy and non-power sources, an energy source and a power generator with high specific energy are usually mounted on the aircraft for long-term storage.
항공기의 수직이착륙에는 많은 에너지가 필요하고, 동력 발생장치를 포함한 추진시스템은 수직이착륙에도 충분한 동력을 공급할 수 있도록 설계되어야 하므로, 이러한 구성은 전체 추진시스템의 무게를 비행에 필요한 무게보다 매우 무거우므로 항공기 무게 및 추진시스템의 비효율을 일으킬 수 있다.The vertical take-off and landing of the aircraft requires a lot of energy, and the propulsion system including the power generating device must be designed to supply sufficient power to the vertical take-off and landing, so that the weight of the entire propulsion system is much heavier than the weight required for flight Aircraft weight and propulsion system inefficiency.
최근에는, 비 에너지가 높은 에너지원과 비 동력이 높은 에너지원을 동시에 이용함으로써, 추진시스템의 무게를 줄이고, 효율을 높이며, 더욱 긴 체공시간을 제공하기 위한 노력이 계속되고 있다.In recent years, efforts have been made to reduce the weight of the propulsion system, increase the efficiency, and provide a longer running time by simultaneously using an energy source with high energy and a source with high power.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수직이착륙과 순항 비행 간의 추력의 큰 차이를 해결하여 가용 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system capable of efficiently utilizing available energy by solving a large difference in thrust between vertical takeoff and landing flights and a control method thereof .
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 동체(2)에 고정익(4)을 갖는 비행체(1); 상기 비행체(1)에 설치되고, 연료를 연소시켜 동력을 생산하는 엔진(10); 상기 엔진(10)에 연결되어 전력을 생산하는 발전기(20); 상기 전력을 관리하는 전력 관리 장치(40); 상기 전력 관리 장치(40)로부터 제공된 전력이 충전되는 배터리 관리 시스템(60); 상기 고정익(4)에 설치되고, 상기 배터리 관리 시스템(60)으로부터 전원을 받아 작동하는 모터(80); 상기 모터(80)로 작동하는 제1 프로펠러(81); 상기 엔진(10)으로 작동하는 제2 프로펠러(82); 및 상기 엔진(10)과 상기 발전기(20)와 상기 모터(80)와 상기 제2 프로펠러(82)의 작동을 제어하는 제어부(50);를 포함하고,According to an aspect of the present invention, there is provided a vertical take-off airplane using a hybrid electric propulsion system, comprising: a flight body having a fixed blade; An engine (10) installed in the air vehicle (1) for burning fuel to produce power; A generator (20) connected to the engine (10) to produce electric power; A power management device (40) for managing the power; A
상기 제어부(50)는 상기 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 상기 모터(80)에 상기 발전기(20)와 상기 전력 관리 장치(40)와 상기 배터리 관리 시스템(60)으로부터 전원이 동시에 상기 모터(80)에 제공하도록 제어하는 것;을 포함한다.The
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 상기 제어부(50)는, 상기 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 상기 제2 프로펠러(82)의 추력이 비행체(1)의 비행에 전혀 영향을 주지 않도록 감소 제어될 수 있다.The
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 상기 제어부(50)는, 상기 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 상기 엔진(10)과 상기 제2 프로펠러(82)의 동력 연결을 차단하도록 제어할 수 있다.The
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 상기 제어부(50)는 상기 비행체(1)가 순항 비행 또는 천이 비행할 때 상기 제2 프로펠러(82)의 추력을 증가시키고 상기 발전기(20)에서 생산된 여유 전력이 상기 배터리 관리 시스템(60)의 배터리(62)에 충전되도록 제어할 수 있다.The
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 제어 방법은, 동력을 생산하는 제1 단계; 상기 동력으로 발전기(20)를 작동시켜 전력을 생산하는 제2 단계; 전력 관리 장치(40)로 비행체(1)의 각 구성에 전력을 분배하여 제공하는 제3 단계; 상기 전력의 일부가 배터리 관리 시스템(60)의 배터리(62)에 충전되는 제4 단계; 및 상기 모터(80)로 제1 프로펠러(81)의 작동시키는 제5 단계;를 포함하고,According to an aspect of the present invention, there is provided a control method for a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system, the method including: a first step of generating power; A second step of operating the generator (20) with the power to produce electric power; A third step of distributing power to each configuration of the
상기 비행체(1)가 수직 상승 또는 수직 하강할 때, 상기 발전기(20)와 상기 전력 관리 장치(40)와 상기 배터리(62)로부터 전원이 동시에 상기 모터(80)에 제공되도록 제어하는 것;을 포함한다.Controlling power supplied from the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 제어방법은, 상기 비행체(1)가 수직 이착륙할 때, 순항을 위한 제2 프로펠러(82)의 추력이 비행체(1)의 비행에 전혀 영향을 주지 않도록 감소 제어되는 것을 포함할 수 있다.The control method of the vertical take-off airplane using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention is such that when the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 제어방법은, 상기 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 상기 엔진(10)과 상기 제2 프로펠러(82)의 동력 연결을 차단하도록 제어되는 것;을 포함할 수 있다.The control method of the vertical take-off airplane using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention is characterized in that when the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 제어방법은, 상기 비행체(1)가 순항 비행 또는 천이 비행할 때 상기 제2 프로펠러(82)의 추력을 증가시키고 상기 발전기(20)에서 생산된 여유 전력이 상기 배터리 관리 시스템(60)의 배터리(62)에 충전되도록 제어하는 것;을 포함할 수 있다.The control method of the vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention is to control the vertical takeoff and landing aircraft to increase the thrust of the
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
위와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기 및 그 제어 방법은, 수직 이착륙할 때 엔진에서 발생한 동력이 제2 프로펠러로 전달되더라도 패더링(Feathering) 상태가 유지되어 동력 손실을 줄일 수 있고, 천이 비행할 때 천이 비행 고도에서 제2 프로펠러의 받음각(Angle of attack)을 조절하여 원하는 추력을 조절할 수 있으며, 순항 비행할 때 제2 프로펠러의 받음각(Angle of attack)을 조절하여 필요한 추력을 발생시킬 수 있다.The vertical takeoff and landing aircraft and the control method thereof using the hybrid electric propulsion system according to the present invention as described above are capable of maintaining the feathering state even when the power generated in the engine is transmitted to the second propeller, And the angle of attack of the second propeller can be adjusted by controlling the angle of attack of the second propeller when the transition flight is performed, and the angular attack of the second propeller can be adjusted So that the required thrust can be generated.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기 및 그 제어 방법은, 받음각 고정형 프로펠러가 채택되었을 때 클러치 장치를 추가함으로써, 수직 이착륙할 때 엔진에서 제2 프로펠러로 동력 전달을 차단하여 동력 손실을 줄일 수 있고, 천이 비행할 때 천이 비행 고도에서 클러치 장치로 제2 프로펠러로 동력을 전달하며 엔진 제어 장치를 제어하여 엔진 출력을 조절할 수 있으며, 순항 비행할 때 클러치 장치로 제2 프로펠러에 동력을 전달하고 수직 이륙 및 수직 착륙을 위한 제1 프로펠러는 항공기 진행 방향과 일치시켜 에너지를 효율적으로 분배 및 이용할 수 있다.Further, the vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention and the control method thereof may include a clutch device when the angularly fixed propeller is adopted, so that the power transmission from the engine to the second propeller And it is possible to reduce the power loss by controlling the engine control device and to transmit the power from the transition flight altitude to the second propeller by the clutch device when the transition flight is performed and to adjust the engine output by controlling the engine control device, The first propeller for delivering power to the propeller and for vertical takeoff and vertical landing can efficiently distribute and utilize energy consistent with the direction of travel of the aircraft.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기 및 그 제어 방법은, 이착륙을 위하여 수직 상승 또는 수직 하강할 때, 제1 프로펠러를 이용할 수 있고, 제1 프로펠러의 작동에 엔진과 발전기와 전력 관리 장치로부터 출력되는 전원을 동시에 사용함으로써 배터리의 용량을 줄일 수 있고, 이로써 배터리 무게를 감소할 수 있으며, 배터리 감소만큼 항공기의 무게를 줄일 수 있다.Meanwhile, the vertical takeoff and landing aircraft and the control method thereof using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can use a first propeller when vertically ascending or descending for takeoff and landing, And the power output from the power generator and the power management device can be used simultaneously to reduce the capacity of the battery, thereby reducing the weight of the battery and reducing the weight of the aircraft as much as the battery reduction.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기에서 피치 컨트롤 프로펠러 장착 형식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기에서 클러치 장치 장착 형식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 계통도를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a pitch control propeller mounting type in a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a clutch device mounting type in a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a schematic diagram of a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are views for explaining an example of a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are views for explaining another example of a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8 and 9 are views for explaining another example of a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명하면서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 자세한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시한 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the embodiments described below are provided for illustrative purposes only, and that the present invention may be embodied with various modifications and alterations. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. In addition, the attached drawings are not drawn to scale in order to facilitate understanding of the invention, but the sizes of some components may be exaggerated.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.On the other hand, the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
다른 한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하, 도 1부터 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기 및 그 제어 방법에 관해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기에서 피치 컨트롤 프로펠러 장착 형식을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention and a control method thereof will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a view for explaining a pitch control propeller mounting type in a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 비행체(1), 엔진(10), 발전기(20), 전력 관리 장치(40), 배터리 관리 시스템(60), 모터(80), 제1, 2 프로펠러(81, 82) 및 제어부(50)를 포함하여 구성할 수 있다.The vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention includes a
상기 비행체(1)는 도 4부터 도 9에 나타낸 바와 같이 동체(2)에 고정익(4)을 갖는 구성일 수 있다.The
상기 엔진(10)은 상기 비행체(1)에 설치될 수 있고, 좀 더 상세하게는 상기 고정익(4)에 설치될 수 있으며, 연료를 연소시켜 동력을 생산할 수 있다.The
상기 발전기(20, ISG: Integrated starter generator)는 상기 엔진(10)에 연결될 수 있고 엔진 출력으로 작동하여 전력을 생산할 수 있다.The integrated starter generator (ISG) 20 may be connected to the
상기 발전기(20)는 시동 모터(starter)의 기능을 겸할 수 있고, 이로써 엔진(10)을 기동할 때 발전기(20)에 전원을 공급하여 엔진(10)을 시동할 수 있다.The
상기 전력 관리 장치(40, PMU: Power management unit)는 상기 전력을 관리할 수 있고, 좀 더 상세하게는 생산되는 전력과 잉여 전력과 배터리 충전 전력 등을 관리할 수 있다.The power management unit (PMU) 40 can manage the power, and more specifically, can manage generated power, surplus power, and battery charging power.
상기 배터리 관리 시스템(60)은 제1 배터리(62)를 포함하여 구성할 수 있고, 상기 전력 관리 장치(40)로부터 제공된 전력이 상기 제1 배터리(62)에 충전될 수 있다.The
상기 모터(80)는 상기 고정익(4) 또는 동체(2)에 설치될 수 있고, 상기 배터리 관리 시스템(60)으로부터 전원을 받아 작동할 수 있다.The
상기 제1 프로펠러(81)는 상기 모터(80)로 작동할 수 있다. 한편, 상기 제1 프로펠러(81)는 수직 방향으로 설치될 수 있고, 비행체(1)의 비행 목적에 따라 적절한 기울기로 기울어지도록 설치될 수 있다.The
상기 제2 프로펠러(82)는 상기 엔진(10)으로 작동할 수 있다.The
한편으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제2 프로펠러(82)는 피치 제어 장치(100)가 갖춰질 수 있고, 피치 제어 장치(100)로 제2 프로펠러(82)의 받음각(Angle of attack)을 조절할 수 있다.1, the
다른 한편으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 엔진(10)과 제2 프로펠러(82)의 사이에 클러치 장치(102)가 갖춰질 수 있고, 클러치 장치(102)는 엔진(10)으로부터 제2 프로펠러(82)로 전달되는 동력을 단절시키거나 연결할 수 있다.2, a
상기 제어부(50)는 상기 엔진(10)과 상기 발전기(20)와 상기 모터(80)와 상기 제2 프로펠러(82)의 작동을 제어할 수 있다.The
상기 제어부(50)는 엔진 제어 장치(30), 전력 관리 장치(40), 마스터 제어 유닛(Master control unit), 항공 제어 시스템(90), 비행 제어 장치(FCC: flight control computer) 등에 의하여 구현될 수 있다.The
상기 엔진 제어 장치(30)는 엔진(10)의 회전수를 제어할 수 있고, 좀 더 상세하게는 스로틀 서버(12)를 개폐 제어하여 엔진(10)의 출력을 제어할 수 있다.The
상기 마스터 제어 유닛은 비행체(1)를 총괄하여 제어할 수 있고, 항공 제어 시스템(90) 및 비행 제어 장치 등은 비행체(1)의 운항에 관하여 제어할 수 있고, 예를 들면 비행체(1)의 속도, 압력, 통신, 비행체의 자세 등을 제어하는 데에 이용될 수 있다.The master control unit can collectively control the
상기 제어부(50)는 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 상기 모터(80)에 상기 발전기(20)와 상기 전력 관리 장치(40)와 상기 배터리 관리 시스템(60)으로부터 전원이 동시에 상기 모터(80)에 제공하도록 제어할 수 있다.The
위와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 이착륙을 위하여 비행체(1)가 수직 상승 또는 수직 하강할 때, 제1 프로펠러(81)를 이용할 수 있고, 제1 프로펠러(81)의 작동에 엔진(10)과 발전기(20)와 전력 관리 장치(40)로부터 출력되는 전원을 동시에 사용함으로써 배터리의 용량을 줄일 수 있다.The vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can use the
이로써 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 배터리 무게를 감소할 수 있으며, 배터리 감소만큼 항공기의 무게를 줄일 수 있다. Thus, the vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can reduce the weight of the battery and reduce the weight of the aircraft as much as the battery reduction.
이하, 도 1을 참조하여 제어부(50)의 전자 제어 예를 설명한다.An electronic control example of the
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 수직 이착륙할 때 제1 프로펠러(81)를 이용한다. 먼저 엔진(10)은 엔진 제어 장치(30)의 제어에 따라 연료 시스템(14)으로부터 연료를 받아 동력을 출력한다.The vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention uses the
발전기(20)는 제어부(50)에 의하여 제어될 수 있고, 상기 동력으로 작동하여 전기를 생산할 수 있다.The
발전기(20)에서 생산된 전력은 전력 관리 장치(40)에 의하여 관리될 수 있고, 예를 들면 전력을 필요로 하는 것으로 배전할 수 있고, 과잉 전력이 생산되는지 모니터링하여 과잉 전력이 생산되면 엔진 제어 장치(30)를 통하여 엔진(10) 출력을 감소시키도록 제어할 수 있다.The power generated by the
전력 관리 장치(40)는 배터리 관리 시스템(60)으로 전력을 제공하고 배터리 관리 시스템(60)은 일부 전원을 제1 배터리(62)에 충전하고 다른 일부 전원은 모터(80)에 제공할 수 있다.The
한편, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 여러 개의 모터(80)가 설치될 수 있고, 모터(80)마다 전자 속도 제어 장치(70)가 갖춰질 수 있다.Meanwhile, the vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention may include a plurality of
상기 각 전자 속도 제어 장치(70)는 상기 배터리 관리 시스템(60)으로부터 전력을 받을 수 있고, 상기 각 전자 속도 제어 장치(70)는 제어부(50) 또는 상기 항공 제어 시스템(90)의 명령에 따라 각 모터(80)의 속도를 개별 제어할 수 있고, 이로써 비행체(1)의 자세를 안정화할 수 있다.Each of the electronic
한편, 피치 제어 장치(100)는 제2 프로펠러(82)가 엔진(10)과 연결되어 작동하더라도 제2 프로펠러(82)의 받음각을 조절하여 패더링(Feathering) 상태가 유지되도록 하고, 이로써 제2 프로펠러(82)가 작동하더라도 엔진(10)에서 생성된 동력 손실을 줄일 수 있다.The
상기 제어부(50)는 상기 피치 제어 장치(100)를 제어함으로써, 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 상기 제2 프로펠러(82)의 추력이 비행체(1)의 비행에 전혀 영향을 주지 않도록 감소 제어될 수 있다. 좀 더 상세하게는 제2 프로펠러(82)의 받음각이 0도에 근접하도록 제어될 수 있고, 이로써 제2 프로펠러(82)에 의한 추력이 “0”값이 되어 비행체(1)의 비행에 전혀 영향을 주지 않을 수 있다.The
한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 천이 비행 또는 순항 비행할 때 제2 프로펠러(82)를 이용할 수 있다.On the other hand, the vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can use the
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 천이 비행할 때 천이 비행 고도에서 제2 프로펠러(82)의 받음각(Angle of attack)을 조절하여 원하는 추력을 조절할 수 있다.The vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can control the desired thrust by adjusting the angle of attack of the
마찬가지로 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 순항 비행할 때 제2 프로펠러(82)의 받음각(Angle of attack)을 조절하여 필요한 추력을 발생시킬 수 있다.Similarly, the vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can generate necessary thrust by controlling the angle of attack of the
비행체(1)가 비행할 때에 양향비가 10이라고 가정하면, 순항에 필요한 추력은 수직 상승 또는 수직 하강할 때의 10분의 1 수준일 수 있고, 가속하거나 경사 비행(Dash flight)할 때 대략 5분의 1 수준일 수 있다.Assuming that the flying ratio is 10 when the
즉, 비행체(1)가 수직 상승하거나 수직 하강할 때 많은 에너지가 필요하지만, 천이 비행하거나 순항 비행할 때는 상대적으로 에너지 소모가 적을 수 있고, 이로써 잉여 에너지가 생성될 수 있다. 잉여 에너지는 전기 에너지일 수 있고, 이러한 잉여 전력은 제1 배터리(62)에 충전될 수 있다.That is, when the
상기 제어부(50)는 비행체(1)가 순항 비행 또는 천이 비행할 때 상기 제2 프로펠러(82)의 추력을 증가시킬 수 있고 상기 발전기(20)에서 생산된 여유 전력이 상기 배터리 관리 시스템(60)의 제1 배터리(62)에 충전되도록 제어할 수 있다. 제1 배터리(62)가 충전됨으로써 비행체(1)의 채공 시간을 좀 더 증가시킬 수 있다.The
다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 천이 비행할 때 제1 프로펠러(81)와 제2 프로펠러(82)를 모두 사용할 수 있고, 비행체(1)의 비행 형태에 따라 제1 프로펠러(81)에 제공하는 전기 에너지와 제2 프로펠러(82)에 제공되는 기계적 에너지의 비율은 제어부(50)에서 제어될 수 있다.On the other hand, the vertical take-off airplane using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can use both the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 받음각 고정형 프로펠러가 채택되었을 때 클러치 장치(102)를 추가할 수 있고, 이는 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기에서 클러치 장치 장착 형식을 설명하기 위한 도면이다.In addition, the vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can add the
상기 제어부(50)는 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 상기 엔진(10)과 상기 제2 프로펠러(82)의 동력 연결을 차단하도록 제어할 수 있다.The
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 클러치 장치(102)를 작동시켜 엔진(10)에서 제2 프로펠러(82)로 동력 전달을 차단할 수 있고, 이로써 동력 손실을 줄일 수 있다. 상기 제어부(50)는 상기 클러치 장치(102)의 작동을 제어할 수 있다.The vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention operates the
그리고 엔진(10)에서 생산된 기계적 에너지 전부가 발전기(20)에 제공되어 전기 생산을 증가시킬 수 있고, 이로써 모터(80)에다 대용량이면서 안정적으로 전원 공급이 가능하게 할 수 있다. 나아가 모터(80)의 안정적 작동으로 제1 프로펠러(81)가 양호하게 작동함으로써 비행체(1)의 수직 상승 또는 수직 하강이 더욱 원활하게 구현될 수 있다.All of the mechanical energy produced by the
한편으로, 모터(80)마다 전자 속도 제어 장치(70)가 갖춰질 수 있다.On the other hand, an electronic
상기 각 전자 속도 제어 장치(70)는 상기 배터리 관리 시스템(60)으로부터 전력을 받을 수 있고, 상기 각 전자 속도 제어 장치(70)는 제어부(50) 또는 상기 항공 제어 시스템(90)의 명령에 따라 각 모터(80)의 속도를 개별 제어할 수 있고, 이로써 비행체(1)의 자세를 안정화할 수 있다.Each of the electronic
한편으로, 천이 비행할 때 천이 비행 고도에서 클러치 장치(102)를 작동시켜 엔진(10)과 제2 프로펠러(82)를 연결하여 제2 프로펠러(82)가 추력을 증가시킬 수 있도록 한다. 엔진(10)은 엔진 제어 장치(30)를 제어하여 엔진 출력을 조절할 수 있으며, 순항 비행할 때 클러치 장치(102)로 엔진(10)의 동력을 제2 프로펠러(82)에 전달할 수 있다.On the other hand, when the transition is flying, the
한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 순항 비행할 때 제1 프로펠러(81)가 항공기 진행 방향과 일치시키도록 기울어질 수 있고, 이로써 에너지를 효율적으로 분배 및 이용할 수 있다.On the other hand, the vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can be inclined such that the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 계통도를 설명하기 위한 도면이다. 앞서 설명된 기술 설명과 중복된 설명은 생략한다.3 is a diagram for explaining a schematic diagram of a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention. The description of the technical description described above is not repeated.
엔진(10)은 피치 제어 장치(100) 또는 클러치 장치(102)가 갖춰질 수 있다.The
상기 피치 제어 장치(100)로 제2 프로펠러(82)의 받음각(Angle of attack)을 조절할 수 있고, 상기 클러치 장치(102)는 엔진(10)으로부터 제2 프로펠러(82)로 전달되는 동력을 단절시키거나 연결할 수 있다.The
발전기(20)는 센서(22)가 더 갖춰질 수 있고, 센서(22)는 전력 관리 장치(40)와 연결될 수 있다. 센서(22)는 발전기(20)를 모니터링할 수 있고, 검출된 제1 검출 값을 바탕으로 제어부(50)가 현재 전력 생산이 적정한지 아닌지를 판단할 수 있다.
제어부(50)는 전력 생산이 부족하면 엔진 제어 장치(30)를 통하여 스로틀 서보(12)를 개방하도록 제어하고 이로써 엔지 회전수를 증가시킬 수 있다.The
반대로 제어부(50)는 전력이 과잉 생산이면 엔진 제어 장치(30)를 통하여 스로틀 서보(12)를 폐쇄하도록 제어하고 이로써 엔진 회전수를 감소시킬 수 있다.On the other hand, if the electric power is excessive, the
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 여러 개의 모터(80)가 설치될 수 있고, 모터(80)마다 전자 속도 제어 장치(70)가 갖춰질 수 있다. 각 전자 속도 제어 장치(70)는 제어부(50)의 명령에 따라 각 모터(80)의 속도를 개별 제어할 수 있고, 이로써 비행체(1)의 자세를 안정화할 수 있다.In the vertical take-off and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention, a plurality of
또한, 배터리 관리 시스템(60)의 제1 배터리(62)는 각 전자 속도 제어 장치(70)에 전원을 공급할 수 있다. 한편, 각 전자 속도 제어 장치(70)는 제2 배터리(94)에 전원 라인(72)으로 연결되어 전원을 받을 수 있다.In addition, the
상기 제2 배터리(94)는 제어 액추에이터(92)를 구동시키기 위하여 전원을 제공할 수 있다. 상기 제어 액추에이터(92)는 항공 제어 시스템(90)으로부터 명령을 받아 작동할 수 있다. 제어 액추에이터(92)는 비행체(1)의 비행에 필요한 각종 장치를 작동시킬 수 있고, 예를 들면 가동익을 작동시키거나 꼬리 날개를 작동시킬 수 있다. 상기 제2 배터리(94)는 전력 관리 장치(40)로부터 전기가 충전될 수 있다.The
한편, 상기 전원 라인(72)은 상기 각 전자 속도 제어 장치(70)에서 전원을 소비하는 정도에 따라 부하가 변화할 수 있다. 상기 전원 라인(72)에 부하 검출 라인(74)이 연결될 수 있고, 부하 검출 라인(74)은 상기 전원 라인(72)에 형성된 부하 값이 제2 검출 값으로 검출되어 상기 전력 관리 장치(40) 또는 제어부(50)에 제공될 수 있다.On the other hand, the load on the
상기 제2 검출 값이 증가하면 전력 소비가 증가하는 것으로 판단할 수 있고, 이러하면 제어부(50)는 엔진(10)의 엔진 출력을 증가시키도록 제어할 수 있다. 반대로 상기 제2 검출 값이 감소하면 전력 소비가 감소하는 것으로 판단하여 엔진(10)의 엔진 출력을 감소시키도록 제어할 수 있다.If the second detection value increases, it can be determined that the power consumption increases. In this case, the
즉. 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 제1 프로펠러(81)를 작동시키는 데에 소비되는 전력을 실시간으로 검출하여 엔진(10)의 엔진 출력을 제어함으로써 최적의 전력을 생산할 수 있다.In other words. The vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention detects the electric power consumed for operating the
이하, 도 4부터 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 다양한 실시예를 설명한다.Hereinafter, various embodiments of a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 9. FIG.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 비행체(1)의 평면도이고, 도 5는 비행체(1)의 측면도이다.4 and 5 are views for explaining an example of a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention. Fig. 4 is a plan view of the
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 동체(2)의 전방 양쪽에 고정익(4)이 갖춰지고, 양쪽 고정익(4)의 전방과 후방에 모터(80)가 대략 수직 방향으로 설치되며, 모터(80)마다 제1 프로펠러(81)가 갖춰질 수 있고, 양쪽 고정익(4)에 엔진(10)이 수평 방향으로 설치되며 각 엔진(10)에 제2 프로펠러(82)가 갖춰질 수 있다.4 and 5, a fixed
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 비행체(1)의 평면도이고, 도 7은 비행체(1)의 측면도이다.6 and 7 are views for explaining another example of a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention. Fig. 6 is a plan view of the
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 동체(2)의 양쪽에 고정익(4)이 갖춰지고, 양쪽 고정익(4)의 전방과 후방에 모터(80)가 대략 수직 방향으로 설치되며, 모터(80)마다 제1 프로펠러(81)가 갖춰질 수 있고, 양쪽 고정익(4)에 엔진(10)이 수평 방향으로 설치되며 각 엔진(10)에 제2 프로펠러(82)가 갖춰질 수 있다. 또한, 비행체(1)의 후방에 엔진(10)과 제2 프로펠러(82)가 더 갖춰질 수 있다.6 and 7, a fixed
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 비행체(1)의 평면도이고, 도 9는 비행체(1)의 측면도이다.FIGS. 8 and 9 are views for explaining another example of a vertical takeoff and landing aircraft using a hybrid electric propulsion system according to an embodiment of the present invention. Fig. 8 is a plan view of the
도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 동체(2)의 후방 양쪽에 고정익(4)이 갖춰지고, 양쪽 고정익(4)의 전방과 후방에 모터(80)가 대략 수직 방향으로 설치되며, 모터(80)마다 제1 프로펠러(81)가 갖춰질 수 있고, 양쪽 고정익(4)에 엔진(10)이 수평 방향으로 설치되며 각 엔진(10)에 제2 프로펠러(82)가 갖춰질 수 있다.8 and 9, a
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기는, 도 4부터 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 비행체(1)의 구조가 다양하더라도 적용이 가능할 수 있다.The vertical takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can be applied even if the structure of the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 해당 업계 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be possible.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is to be understood, therefore, that the embodiments described above are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the following claims and any claims which come within the meaning and range of equivalency of the claims and their equivalents All changes or modifications should be construed as being included within the scope of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기 및 그 제어 방법은, 비행체를 수직 이착륙 비행, 천이 비행 및 순항 비행 등의 비행을 제어하는 데에 이용할 수 있다.The vertical takeoff and landing aircraft and the control method thereof using the hybrid electric propulsion system according to the embodiment of the present invention can be used to control flight such as vertical take off and landing flights, transition flights, and cruise flights.
1: 비행체 2: 동체
4: 고정익 10: 엔진
12: 스로틀 서보 14: 연료 시스템
20: 발전기 22: 센서
30: 엔진 제어 장치 40: 전력 관리 장치
50: 마스터 제어 장치 60: 배터리 관리 시스템
62, 94: 제1, 2 배터리 70: 전자 속도 제어 장치
72: 전원 라인 74: 부하 검출 라인
80: 모터 81, 82: 제1, 2 프로펠러
90: 항공 제어 시스템 92: 제어 액추에이터
94: 제2 배터리 100: 피치 제어 장치
102: 클러치 장치1: Flight 2: Fuselage
4: Fixed wing 10: Engine
12: throttle servo 14: fuel system
20: generator 22: sensor
30: engine control device 40: power management device
50: master control device 60: battery management system
62, 94: first and second batteries 70: electronic speed control device
72: power supply line 74: load detection line
80:
90: air control system 92: control actuator
94: second battery 100: pitch control device
102: clutch device
Claims (8)
상기 비행체(1)에 설치되고, 연료를 연소시켜 동력을 생산하는 엔진(10);
상기 엔진(10)에 연결되어 전력을 생산하는 발전기(20);
상기 전력을 관리하는 전력 관리 장치(40);
상기 전력 관리 장치(40)로부터 제공된 전력이 충전되는 배터리 관리 시스템(60);
상기 고정익(4)에 설치되고, 상기 배터리 관리 시스템(60)으로부터 전원을 받아 작동하는 모터(80);
상기 모터(80)로 작동하는 제1 프로펠러(81);
상기 엔진(10)으로 작동하는 제2 프로펠러(82);
상기 엔진(10)과 상기 제2 프로펠러(82) 사이에 위치하고, 상기 엔진(10)으로부터 상기 제2 프로펠러(82)로 전달되는 동력을 단절시키거나 연결하는 클러치 장치(102);
상기 전력 관리 장치(40)와 연결되어 상기 발전기(20)를 모니터링하여 제1 검출 값을 생성하는 상기 발전기(20)에 구비된 센서(22); 및
상기 엔진(10)과 상기 발전기(20)와 상기 모터(80)와 상기 제2 프로펠러(82) 및 상기 클러치 장치(102)의 작동을 제어하는 제어부(50);를 포함하고,
상기 제어부(50)는 상기 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 상기 모터(80)에 상기 발전기(20)와 상기 전력 관리 장치(40)와 상기 배터리 관리 시스템(60)으로부터 전원이 동시에 상기 모터(80)에 제공하도록 제어하고,
상기 제어부(50)는 상기 제1 검출 값을 바탕으로 상기 발전기(20)가 생산하는 현재 전력 생산이 적정한지 여부를 판단하고,
상기 제2 프로펠러(82)가 제2 방향으로 추진력을 발생시키도록 상기 엔진(10)은 상기 비행체(1)에 고정되고,
상기 제1 프로펠러(81)가 제1 방향으로 추진력을 발생시키도록 상기 모터(80)는 상기 고정익(4)에 고정되고,
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 서로 동일하지 않은 방향이고,
상기 제어부(50)는 상기 클러치 장치(102)를 통하여 상기 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 상기 엔진(10)과 상기 제2 프로펠러(82)의 동력 연결을 차단하도록 제어하는, 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기.
A flying body (1) having a fixed blade (4) on the body (2);
An engine (10) installed in the air vehicle (1) for burning fuel to produce power;
A generator (20) connected to the engine (10) to produce electric power;
A power management device (40) for managing the power;
A battery management system 60 in which the power provided from the power management device 40 is charged;
A motor 80 installed in the fixed wing 4 and operated by receiving power from the battery management system 60;
A first propeller 81 operated by the motor 80;
A second propeller 82 operating as the engine 10;
A clutch device (102) located between the engine (10) and the second propeller (82) for disconnecting or connecting power transmitted from the engine (10) to the second propeller (82);
A sensor (22) connected to the power management device (40) and provided in the generator (20) for monitoring the generator (20) to generate a first detection value; And
(50) for controlling the operation of the engine (10), the generator (20), the motor (80), the second propeller (82) and the clutch device (102)
The control unit 50 controls the motor 80 to supply power from the generator 20, the power management unit 40 and the battery management system 60 to the motor 80 at the same time when the air vehicle 1 takes off and land vertically. 80,
Based on the first detection value, the controller 50 determines whether current power generation produced by the generator 20 is appropriate,
The engine 10 is fixed to the airplane 1 such that the second propeller 82 generates propulsion force in the second direction,
The motor 80 is fixed to the fixed wing 4 so that the first propeller 81 generates a propelling force in the first direction,
Wherein the first direction and the second direction are directions that are not equal to each other,
The control unit 50 controls the hybrid electric propulsion system 102 to shut off the power connection between the engine 10 and the second propeller 82 when the airplane 1 vertically takes off and land via the clutch device 102. [ Vertical takeoff and landing aircraft.
상기 제어부(50)는 상기 비행체(1)가 수직 이착륙할 때 상기 제2 프로펠러(82)의 추력이 비행체(1)의 비행에 전혀 영향을 주지 않도록 감소 제어하는 것;
을 포함하는 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기.
The method according to claim 1,
The control unit 50 controls the thrust of the second propeller 82 to prevent the flight of the airplane 1 from affecting the flying of the airplane 1 when the airplane 1 takes off and land vertically;
A vertical takeoff and landing aircraft utilizing a hybrid electric propulsion system including a propulsion system.
상기 제어부(50)는 상기 비행체(1)가 순항 비행 또는 천이 비행할 때 상기 제2 프로펠러(82)의 추력을 증가시키고 상기 발전기(20)에서 생산된 여유 전력이 상기 배터리 관리 시스템(60)의 배터리(62)에 충전되도록 제어하는 것
을 포함하는 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기.
The method according to claim 1,
The control unit 50 increases the thrust of the second propeller 82 when the airplane 1 is cruising or transiting and the surplus electric power generated by the generator 20 is supplied to the battery management system 60 And to charge the battery 62
A vertical takeoff and landing aircraft utilizing a hybrid electric propulsion system including a propulsion system.
상기 동력으로 발전기(20)를 작동시켜 전력을 생산하는 제2 단계;
전력 관리 장치(40)로 비행체(1)의 각 구성에 전력을 분배하여 제공하는 제3 단계;
상기 전력의 일부가 배터리 관리 시스템(60)의 배터리(62)에 충전되는 제4 단계; 및
모터(80)로 제1 프로펠러(81)의 작동시키는 제5 단계;를 포함하고,
상기 비행체(1)가 수직 상승 또는 수직 하강할 때, 상기 발전기(20)와 상기 전력 관리 장치(40)와 상기 배터리(62)로부터 전원이 동시에 상기 모터(80)에 제공되도록 제어하고
엔진(10)과 제2 프로펠러(82)의 동력 연결을 차단하도록 클러치 장치(102)를 제어하고,
상기 제2 프로펠러(82)가 제2 방향으로 추진력을 발생시키도록 상기 엔진(10)은 상기 비행체(1)에 고정되고,
상기 제1 프로펠러(81)가 제1 방향으로 추진력을 발생시키도록 상기 모터(80)는 고정익(4)에 고정되고,
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 서로 동일하지 않은 방향이고,
상기 클러치 장치(102)는 상기 엔진(10)과 상기 제2 프로펠러(82) 사이에 위치하며 상기 엔진(10)으로부터 상기 제2 프로펠러(82)로 전달되는 동력을 단절시키거나 연결하는, 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 제어 방법.
A first step of producing power;
A second step of operating the generator (20) with the power to produce electric power;
A third step of distributing power to each configuration of the air vehicle 1 by the power management device 40;
A fourth step in which a part of the electric power is charged in the battery 62 of the battery management system 60; And
And a fifth step of operating the first propeller (81) with the motor (80)
The power from the generator 20, the power management device 40 and the battery 62 is controlled to be supplied to the motor 80 at the same time when the air vehicle 1 vertically rises or falls vertically
Controls the clutch device 102 to block the power connection between the engine 10 and the second propeller 82,
The engine 10 is fixed to the airplane 1 such that the second propeller 82 generates propulsion force in the second direction,
The motor 80 is fixed to the fixed wing 4 so that the first propeller 81 generates a propelling force in the first direction,
Wherein the first direction and the second direction are directions that are not equal to each other,
The clutch device 102 is disposed between the engine 10 and the second propeller 82 and includes a hybrid electric motor 82 that disconnects or connects power transmitted from the engine 10 to the second propeller 82, Control method of vertical takeoff and landing aircraft using propulsion system.
상기 비행체(1)가 수직 이착륙할 때, 순항을 위한 상기 제2 프로펠러(82)의 추력이 비행체(1)의 비행에 전혀 영향을 주지 않도록 감소 제어되는 것;
을 포함하는 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기의 제어 방법.
6. The method of claim 5,
The thrust of the second propeller 82 for cruising is controlled so as not to have any effect on the flight of the air vehicle 1 when the air vehicle 1 is vertically taken off and landed;
Wherein the control unit controls the vertical electric takeoff and landing aircraft using the hybrid electric propulsion system.
상기 비행체(1)가 순항 비행 또는 천이 비행할 때 상기 제2 프로펠러(82)의 추력을 증가시키고 상기 발전기(20)에서 생산된 여유 전력이 상기 배터리 관리 시스템(60)의 배터리(62)에 충전되도록 제어하는 것;
을 포함하는 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기용 제어 방법.
The method according to claim 6,
The surplus electric power generated by the generator 20 is supplied to the battery 62 of the battery management system 60 by increasing the thrust of the second propeller 82 when the air vehicle 1 is cruising or transiting, To be controlled;
Wherein said control means is operable to control said vertical electric take-off aircraft.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020096254A1 (en) * | 2018-11-07 | 2020-05-14 | 문창모 | Vertical takeoff and landing aircraft using hybrid electric propulsion system and control method therefor |
KR20220049058A (en) | 2020-10-13 | 2022-04-21 | 현대오토에버 주식회사 | Power distribution system and method for aircraft |
KR20220059993A (en) | 2020-11-02 | 2022-05-11 | 주식회사 대한항공 | Control device of hybrid system battery and loasd current feedback |
KR20220059991A (en) | 2020-11-02 | 2022-05-11 | 주식회사 대한항공 | Control device of hybrid system battery current feedback |
JP2022551562A (en) * | 2019-10-09 | 2022-12-12 | キティー・ホーク・コーポレーション | Hybrid power system for different flight modes |
KR102490173B1 (en) | 2022-01-04 | 2023-01-19 | (주)창인에이비에이션 | VERTICAL TAKE OFF AND LANDING AIRCRAFT USING HYBRID PROPULSION SYSTEM and THE CONTROL METHOD |
CN116853507A (en) * | 2023-08-17 | 2023-10-10 | 翔鸿电子科技(深圳)有限公司 | Oil-electricity hybrid direct-drive system and vertical take-off and landing fixed wing unmanned aerial vehicle |
US20240043133A1 (en) * | 2022-08-04 | 2024-02-08 | The Boeing Company | Hybrid-electric powertrains for aircraft |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20110112402A (en) | 2009-01-05 | 2011-10-12 | 이반 노비코브-코프 | Method for comprehensively increasing aerodynamic and transport characteristics, a wing-in-ground-effect craft for carrying out said method (variants) and a method for realizing flight |
KR101615486B1 (en) | 2015-07-17 | 2016-04-26 | 주식회사 한국카본 | Vertical take off and landing aircraft using hybrid-electric propulsion system |
KR101638964B1 (en) | 2015-07-17 | 2016-07-13 | 주식회사 한국카본 | Vertical take off and landing aircraft using hybrid-electric propulsion system |
KR101667330B1 (en) | 2015-07-17 | 2016-10-19 | 주식회사 한국카본 | Vertical take off and landing aircraft using hybrid-electric propulsion system |
-
2018
- 2018-11-07 KR KR1020180136057A patent/KR102004227B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20110112402A (en) | 2009-01-05 | 2011-10-12 | 이반 노비코브-코프 | Method for comprehensively increasing aerodynamic and transport characteristics, a wing-in-ground-effect craft for carrying out said method (variants) and a method for realizing flight |
KR101615486B1 (en) | 2015-07-17 | 2016-04-26 | 주식회사 한국카본 | Vertical take off and landing aircraft using hybrid-electric propulsion system |
KR101638964B1 (en) | 2015-07-17 | 2016-07-13 | 주식회사 한국카본 | Vertical take off and landing aircraft using hybrid-electric propulsion system |
KR101667330B1 (en) | 2015-07-17 | 2016-10-19 | 주식회사 한국카본 | Vertical take off and landing aircraft using hybrid-electric propulsion system |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020096254A1 (en) * | 2018-11-07 | 2020-05-14 | 문창모 | Vertical takeoff and landing aircraft using hybrid electric propulsion system and control method therefor |
JP2022551562A (en) * | 2019-10-09 | 2022-12-12 | キティー・ホーク・コーポレーション | Hybrid power system for different flight modes |
JP7342250B2 (en) | 2019-10-09 | 2023-09-11 | キティー・ホーク・コーポレーション | Hybrid power system for different flight modes |
US11787537B2 (en) | 2019-10-09 | 2023-10-17 | Kitty Hawk Corporation | Hybrid power systems for different modes of flight |
KR20220049058A (en) | 2020-10-13 | 2022-04-21 | 현대오토에버 주식회사 | Power distribution system and method for aircraft |
KR20220059993A (en) | 2020-11-02 | 2022-05-11 | 주식회사 대한항공 | Control device of hybrid system battery and loasd current feedback |
KR20220059991A (en) | 2020-11-02 | 2022-05-11 | 주식회사 대한항공 | Control device of hybrid system battery current feedback |
KR102490173B1 (en) | 2022-01-04 | 2023-01-19 | (주)창인에이비에이션 | VERTICAL TAKE OFF AND LANDING AIRCRAFT USING HYBRID PROPULSION SYSTEM and THE CONTROL METHOD |
US20240043133A1 (en) * | 2022-08-04 | 2024-02-08 | The Boeing Company | Hybrid-electric powertrains for aircraft |
CN116853507A (en) * | 2023-08-17 | 2023-10-10 | 翔鸿电子科技(深圳)有限公司 | Oil-electricity hybrid direct-drive system and vertical take-off and landing fixed wing unmanned aerial vehicle |
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