KR100436178B1 - 전기에너지를 이용하는 비행선용 추진시스템 - Google Patents

전기에너지를 이용하는 비행선용 추진시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기에너지를 이용하는 비행선용 추진시스템에 관한 것으로, 특히 고고도에서 장기간의 임무를 수행하여 종래의 왕복엔진에 적용하기 힘든 비행선 시스템이나 정교하며 뛰어난 응답성을 가진 추진시스템을 필요로 하는 비행선 시스템에 적용하기 위한 것이다.
이러한 본 발명은 가스터빈발전기와 전기모터를 사용하는 추진방식의 개념으로 구성된 것으로, 연료탱크(2)로부터 연료를 공급받아 구동되는 가스터빈엔진(3)과,
상기 가스터빈엔진(3)의 회전축에 연결되어 터빈의 구동력으로 전력을 생성하는 발전기(4)와,
상기 발전기(4)로부터 생성된 전력을 시스템 내의 각 장치에 필요로 하는 형태로 변환하여 공급하고, 발전기 출력 및 부하연결상태를 포함한 자기진단을 하며, 가스터빈엔진 및 발전기의 고장으로 주 전원이 중단되는 경우 자동으로 비상배터리로 전환하여 전기에너지를 공급해주는 전원분배 및 제어기(PCU : Power Control Unit)(5)와,
비행조종장치(7)로부터 추진장치의 제어에 필요한 신호를 전달받아 추진장치 내의 각 부분에 명령을 전달하고, 추진장치의 모든 상태정보를 수집하여 비행조종장치(7)로 전송하는 추진장치 제어기(6)와,
상기 추진장치 제어기(6)로부터 비행선의 상태 및 조종자가 필요한 정보를조종자에게 전달하고 추진장치 제어기(6)를 제어하는 비행조종장치(7)와,
상기 전원분배 및 제어기(5)로부터 전원을 공급받아 추진장치 제어기(6)의 제어신호에 의해 주 모터(9)의 회전속도 및 출력을 조절하는 모터드라이브(8)와,
상기 전원분배 및 제어기(5)의 전원을 공급받아 추진장치 제어기(6)의 제어신호에 의해 추력편향장치를 구동시키는 틸트서보모터(10)와,
상기 전원분배 및 제어기(5)의 제어신호에 의해 엔진의 시동 및 재시동을 위하여 이용되는 시동배터리(11)와,
상기 가스터빈엔진(3) 및 발전기(4)의 고장으로 주 전원이 중단되는 경우 전원분배 및 제어기(5)의 제어신호에 의해 비행선의 착륙시까지 최소전력을 공급하는 비상배터리(12)와,
상기 시동배터리(11)와 비상배터리(12)를 충/방전하는 배터리 충/방전기(13)와,
상기 추진장치 제어기(6)로부터 비행선 전체에 필요한 전력량 등의 정보를 가스터빈엔진(3)에 전달하여 필요한 전력량을 공급받을 수 있도록 엔진을 제어하고 가스터빈엔진(3)의 상태를 추진장치 제어기(6)에 전달하는 ECU(14)로 이루어진다.

Description

전기에너지를 이용하는 비행선용 추진시스템{Thrust System of Airship by using Electric Energy}
본 발명은 전기에너지를 이용하는 비행선용 추진시스템에 관한 것으로, 특히 고고도에서 장기간의 임무를 수행하여 종래의 왕복엔진에 적용하기 힘든 비행선 시스템이나 정교하며 뛰어난 응답성을 가진 추진시스템을 필요로 하는 비행선 시스템에 적용하기 위한 것이다.
일반적인 비행선의 추진은 왕복 엔진을 사용하지만 성층권 비행선의 경우는 6개월 이상을 연료공급없이 장기체공해야 하므로 왕복 엔진에 의한 추진방식은 사용할 수 없다.
성층권 비행선이 장기체공하면서 추력발생 및 임무에 필요한 동력을 얻기 위해서는 재생형 연료전지와 태양전지를 결합한 재생전원시스템이 유력한 해결방안으로 제시되고 있는데 이같이 전기를 사용하는 재생전원 시스템 등에 사용할 수 있는 빠르고 정확한 응답성을 가진 추진시스템이 필요한 실정이다.
본 발명은 고고도에서 장기간의 임무를 수행하여 종래의 왕복엔진 등을 적용하기 힘든 비행선 시스템 또는 정교하며 뛰어난 응답성을 가진 추진시스템을 필요로 하는 비행선 시스템 등 전기에너지를 사용하는 비행선에 적용하기 위한 추진시스템을 개발하는데 목적이 있다.
이러한 본 발명은 재생형 연료전지와 태양전지를 결합한 재생전원시스템을 이용하여 전기에너지를 생산하고 이를 이용하는 비행선 시스템 및 전기에너지를 이용하는 비행체 추진시스템의 구성 및 기능을 고려한 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예 구성도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1 : 지상외부전원 2 : 연료탱크
3 : 가스터빈엔진 4 : 발전기
5 : 전원분배 및 제어기(PCU : Power Control Unit)
6 : 추진장치 제어기 7 : 비행조종장치
8 : 모터드라이브 9 : 주 모터
10 : 틸트서보모터 11 : 시동배터리
12 : 비상배터리 13 : 배터리 충/방전기
14 : ECU 15 : 탑재 전기장치
본 발명은 전기에너지를 이용하는 비행선용 추진시스템에 관한 것으로, 특히 고고도에서 장기간의 임무를 수행하여 종래의 왕복엔진에 적용하기 힘든 비행선 시스템이나 정교하며 뛰어난 응답성을 가진 추진시스템을 필요로 하는 비행선 시스템에 적용하기 위한 것이다.
이러한 본 발명은 가스터빈발전기와 전기모터를 사용하는 추진방식의 개념으로 구성된 것으로, 연료탱크(2)로부터 연료를 공급받아 구동되는 가스터빈엔진(3)과,
상기 가스터빈엔진(3)의 회전축에 연결되어 터빈의 구동력으로 전력을 생성하는 발전기(4)와,
상기 발전기(4)로부터 생성된 전력을 시스템 내의 각 장치에 필요로 하는 형태로 변환하여 공급하고, 발전기 출력 및 부하연결상태를 포함한 자기진단을 하며, 가스터빈엔진 및 발전기의 고장으로 주 전원이 중단되는 경우 자동으로 비상배터리로 전환하여 전기에너지를 공급해주는 전원분배 및 제어기(PCU : Power Control Unit)(5)와,
비행조종장치(7)로부터 추진장치의 제어에 필요한 신호를 전달받아 추진장치 내의 각 부분에 명령을 전달하고, 추진장치의 모든 상태정보를 수집하여 비행조종장치(7)로 전송하는 추진장치 제어기(6)와,
상기 추진장치 제어기(6)로부터 비행선의 상태 및 조종자가 필요한 정보를 조종자에게 전달하고 추진장치 제어기(6)를 제어하는 비행조종장치(7)와,
상기 전원분배 및 제어기(5)로부터 전원을 공급받아 추진장치 제어기(6)의 제어신호에 의해 주 모터(9)의 회전속도 및 출력을 조절하는 모터드라이브(8)와,
상기 전원분배 및 제어기(5)의 전원을 공급받아 추진장치 제어기(6)의 제어신호에 의해 추력편향장치를 구동시키는 틸트서보모터(10)와,
상기 전원분배 및 제어기(5)의 제어신호에 의해 엔진의 시동 및 재시동을 위하여 이용되는 시동배터리(11)와,
상기 가스터빈엔진(3) 및 발전기(4)의 고장으로 주 전원이 중단되는 경우 전원분배 및 제어기(5)의 제어신호에 의해 비행선의 착륙시까지 최소전력을 공급하는 비상배터리(12)와,
상기 시동배터리(11)와 비상배터리(12)를 충/방전하는 배터리 충/방전기(13)와,
상기 추진장치 제어기(6)로부터 비행선 전체에 필요한 전력량등의 정보를 가스터빈엔진(3)에 전달하여 필요한 전력량을 공급받을 수 있도록 엔진을 제어하고 가스터빈엔진(3)의 상태를 추진장치 제어기(6)에 전달하는 ECU(14)로 이루어진다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 1 은 본 발명에 따른 전기에너지를 이용한 비행선용 추진시스템의 일 실시예 구성도를 나타낸 것으로 가스터빈엔진(3)의 동력에 의해 구동되는 발전기(4)를 이용하여 발전된 전기에너지로 프로펠러와 연결된 주 모터(9)를 구동하여 동력을 발생시키는 추진시스템을 나타낸 것이다.
먼저, 지상외부전원(1)은 비행선이 지상에서 착륙 또는 주기시에 가스터빈엔진(3) 즉, 전원공급장치 대신 비행선에 전력을 공급하는 역할을 수행한다.
비행선이 지상 주기시 또는 비행시에는 가스터빈엔진(3)은 연료탱크(2)로부터 연료를 공급받아 추진장치 제어기(3)의 제어신호에 의해 발전기(4)를 돌릴 에너지를 생성한다.
발전기(4)는 가스터빈엔진(3)의 회전축에 연결되어 터빈의 구동력으로 전력을 생성하고 이를 전원분배 및 제어기(5)에 인가한다.
전원분배 및 제어기(5)에서는 발전기(4)로부터 생산된 전력을 시스템내의 추력부인 주 모터(9)와 탑재 전기장치(15)에서 필요로 하는 형태로 변환하여 필요전원을 공급한다.
또한 발전기(4) 출력 및 부하연결상태를 포함한 자기진단을 하며 가스터빈엔진(3)(재생전원시스템 또는 전기에너지를 발생시키는 시스템) 및 발전기(4)의 고장으로 주 전원이 중단되는 경우 자동으로 비상전원으로 전환하여 비상전원 즉, 비상배터리(12)를 이용하여 전기에너지를 공급해준다.
추진장치 제어기(6)는 비행조종장치(7)로부터 추진장치의 제어에 필요한 신호를 전달받아 추진장치 내의 각 부분에 명령을 하달하고, 추진장치의 모든 상태정보를 수집하여 비행조종장치(7)로 전송하는 역할을 한다.
추진장치 제어기(6)가 비행조종장치(7)로부터 전달받는 신호는 가스터빈엔진제어신호, 전원제어신호, 주 모터 rpm 제어신호, 추력편향장치의 틸트 각도 제어 신호등이며, 추진장치 제어기(6)는 시스템 각 구성품의 고장진단정보, 가스터빈엔진상태, 전원분배 및 제어기의 상태정보, 모터 rpm, 틸트각도 등의 추진장치 상태정보를 비행조종장치(7)로 전송해준다.
비행조종장치(7)는 실질적인 조종 즉, 현재 비행선의 상태(추력편향장치의추력각, 조종면의 상태, 엔진의 상태, 비행선의 자세, 속도등) 및 조종자가 필요한 정보를 조종자에게 전달하고 추진장치 제어기(6)를 조종하는 역할을 수행한다.
모터드라이브(8)는 추진장치 제어기(6)로부터 신호를 받고 전원분배 및 제어기(5)로부터 전기를 받아서 주 모터(9)(비행선 좌, 우측에 부착)에 공급하고 회전속도 및 출력을 제어하는 역할을 담당한다.
틸트서보모터(10)는 주 모터(9)와 마찬가지로 추진장치 제어기(6)로부터 제어신호 및 명령을 받고 전원분배 및 제어기(5)로부터 전원을 공급받아 추력편향장치를 구동시키는 역할을 담당한다.
이러한 틸드서보모터(10)는 주 서보모터 2대와 2대의 비상용 보조 서보모터로 이루어진다.
시동배터리(11)는 비행선의 지상 주기시 또는 비행시 가스터빈엔진(3)의 시동이나 재시동시 또는 비행시에 엔진이 정지하였을 때 엔진의 재시동을 위하여 사용하게 된다.
비상배터리(12)는 비행선 내부 또는 외부 요인으로 인하여 주 전원(가스터빈)이 공급되지 않을 때 비행선 조종면 및 부력조절장치 등 중요 임무장비에 착륙시까지의 전원을 공급하여 비행선의 회수를 위한 최소전력을 공급하는 역할을 한다.
배터리 충/방전기(13)는 시동배터리(11)와 비상배터리(12)의 충방전을 돕는 역할을 한다.
ECU(14)는 가스터빈엔진(3)을 제어하는 역할을 하게 되며 추진장치제어기(6)로부터 비행선 전체에 필요한 전력량등의 정보를 엔진에 전달하여 필요한 전력량을 공급받을 수 있도록 엔진을 조절하는 동시에 엔진의 상태를 추진장치 제어기(6)에 전달하는 역할을 수행한다.
지금까지 본 발명은 가스터빈 및 가스터빈엔진(3)의 동력으로 구동되는 발전기(4)를 이용하여 발전된 전기에너지로 프로펠러와 연결된 주 모터(9)를 구동하여 동력을 발생시키는 추진시스템을 일 실시예로 기술하였으나 재생형 연료전지와 태양전지를 결합한 재생전원시스템을 이용하여 전기에너지를 생산하고 이를 이용하는 비행선 시스템에 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 특정 실시예로만 제한되는 것이 아니라, 오히려 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위내의 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 추진시스템에 포함된 추진장치 제어기로 인하여 추진시스템의 현재상태를 정확하게 판단할 수 있으며. 전기에너지를 이용하는 비행선용 추진시스템에 적용이 가능한 것으로 빠르고 정확한 추진시스템의 응답성을 가질 수 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 연료탱크(2)로부터 연료를 공급받아 구동되는 가스터빈엔진(3)과,
    상기 가스터빈엔진(3)의 회전축에 연결되어 터빈의 구동력으로 전력을 생성하는 발전기(4)와,
    상기 발전기(4)로부터 생성된 전력을 시스템 내의 각 장치에 필요로 하는 형태로 변환하여 공급하고, 발전기 출력 및 부하연결상태를 포함한 자기진단을 하며, 가스터빈엔진 및 발전기의 고장으로 주 전원이 중단되는 경우 자동으로 비상배터리로 전환하여 전기에너지를 공급해주는 전원분배 및 제어기(5)와,
    비행조종장치(7)로부터 추진장치의 제어에 필요한 신호를 전달받아 추진장치 내의 각 부분에 명령을 전달하고, 추진장치의 모든 상태정보를 수집하여 비행조종장치(7)로 전송하는 추진장치 제어기(6)와,
    상기 추진장치 제어기(6)로부터 비행선의 상태 및 조종자가 필요한 정보를 조종자에게 전달하고 추진장치 제어기(6)를 제어하는 비행조종장치(7)와,
    상기 전원분배 및 제어기(5)로부터 전원을 공급받아 추진장치 제어기(6)의 제어신호에 의해 주 모터(9)의 회전속도 및 출력을 조절하는 모터드라이브(8)와,
    상기 전원분배 및 제어기(5)의 전원을 공급받아 추진장치 제어기(6)의 제어신호에 의해 추력편향장치를 구동시키는 틸트서보모터(10)와,
    상기 전원분배 및 제어기(5)의 제어신호에 의해 엔진의 시동 및 재시동을 위하여 이용되는 시동배터리(11)와,
    상기 가스터빈엔진(3) 및 발전기(4)의 고장으로 주 전원이 중단되는 경우 전원분배 및 제어기(5)의 제어신호에 의해 비행선의 착륙시까지 최소전력을 공급하는 비상배터리(12)와,
    상기 시동배터리(11)와 비상배터리(12)를 충/방전하는 배터리 충/방전기(13)와,
    상기 추진장치 제어기(6)로부터 비행선 전체에 필요한 전력량 등의 정보를 가스터빈엔진(3)에 전달하여 필요한 전력량을 공급받을 수 있도록 엔진을 제어하고 가스터빈엔진(3)의 상태를 추진장치 제어기(6)에 전달하는 ECU(14)로 구성됨을 특징으로 하는 전기에너지를 이용하는 비행선용 추진시스템.
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