KR100533951B1 - 원격조종 날개짓 비행체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 날개짓 비행체에 관한 것으로서, 특히 모터와 배터리를 이용하여 비행체의 규모에 적정한 날개짓 속도와 힘을 갖도록 하고 날개의 수평에 대한 장착각을 적정하게 함으로써 비행효율을 높이며, 날개짓 비행체가 방향전환, 상승 및 강하, 그리고 제어효과와 안정효과를 증진시킬 수 있는 수평 및 수직 꼬리날개를 부착한 원격조종 날개짓 비행체에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 날개짓 비행체는; 모터(11), 배터리(12), 전자변속기(13) 등으로 구성된 동력부(10)와: 상기 동력부와 동력전달부(20), 서보(30) 등이 배설된 동체부(40); 동력전달부에 연결되어 유연한 재료로 만들어진 날개부(50)와 날개구조부(60); 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 수직꼬리 날개부(70)와 수평꼬리날개부(80); 꼬리날개를 조종할 수 있도록 서보와 연결된 와이어(90) 등으로 구성되어 있으며, 소형 비디오카메라, 무선통신장치 등이 배설될 수 있는 기타 장치부(100) 등으로 구성된 것을 특징으로 하여 날개짓 비행을 가능하게 한다.

Description

원격조종 날개짓 비행체{REMOTE CONTROL ORNITHOPTER}

본 발명은 날개짓 비행체에 관한 것으로서, 특히 모터의 동력을 이용하여 날개에 적정한 플랩핑 운동(FLAPPING MOTION)을 유발하고, 날개짓 비행체가 방향전환, 상승 및 강하, 그리고 제어효과와 안정효과를 증진시킬 수 있는 수평 및 수직 꼬리날개를 부착한 원격조종 날개짓 비행체에 관한 것이다.

종래의 '날개짓에 의해 비행하는 비행체'(공개번호 특1999-0064660)란 명칭으로 특허가 출원된 바 있으며, 이를 근거로 고무동력을 이용하여 비행하는 '펄러기'란 제품이 99년 4월 출시된 바 있다. 미국 SCHYLLING社에서 'FLYING BIRD(FLAPPING-WING AIRCRAFT)'를 상품화하여 판매하고 있다. 이러한 상품은 고무줄을 동력원으로 플랩핑 운동(FLAPPING MOTION)을 통하여 46M까지 상승 비행하지만 날개가 크기가 1M이상으로 크고 비행효율 및 조종성이 우수하지 못하다. 최근 미국에서는 날개짓 비행체를 원격조종(RC)가능한 제품을 판매하고 있으며, 한국에서도 원격조종장치(R/C)로 조종하는 ORNITHOPTER를 상품화하였다. 이와 같이 종래의 날개짓 비행체(ORNITHOPTER: 날개를 퍼드덕거리며 나는 비행기)를 원격으로 조종할 수 있으나 효율적으로 플랩핑운동(FLAPPING MOTION)을 구현할 수 없어 효율이 좋은 날개짓 비행체와 동일한 양력을 발생하기 위해 날개면적을 더 크게 하거나 동력을 증가시켜야 한다. 이러한 날개짓 비행체는 최상의 배터리를 사용한다 할지라도 효율이 좋지 않아 비행시간이 짧은 단점이 있다. 또한 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 날개짓 비행체는 효율이 좋지 못하여 날개크기가 크며, 방향전환, 상승 및 강하가 용이하지 못하여 원격조종시 어려움이 있으며, 비행효율이 높지 못한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 비행효율을 높여 날개의 크기를 줄이고 비행 조종성을 높임으로써 원격조종이 원활한 날개짓 비행체를 제공하는데 그 목적이 있다. 따라서 비행성능을 향상시킬 수 있는 효율성 있는 날개짓 비행체를 제작함으로써 날개의 크기를 줄일 수 있으며, 체공시간을 늘릴 수 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 날개짓 비행체는 동력부(10)와 동력전달부(20), 서보(30) 등이 배설된 동체부(40); 날개부(50)와 날개구조부(60); 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 수직꼬리 날개부(70)와 수평꼬리 날개부(80) 등으로 구성된 것을 특징으로 하여 날개짓 비행을 가능하게 한다. 또한 무선조종에 따른 서보(30)와 리시버, 휴대용 무선조종기(미도시)를 추가적으로 사용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 원격조종 날개짓 비행체는 도1에 도시된 바와 같이; 동력부(10)와 동력전달부(20), 서보(30) 등이 배설된 동체부(40); 동력전달부에 연결되어 유연한 재료로 만들어진 날개부(50)와 날개구조부(60); 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 수평꼬리 날개부(70)와 수직꼬리날개부(80) 등으로 구성된 날개짓 비행체의 개략적인 구조도를 나타낸 것이다.

도2와 도3은 본 발명의 날개짓 비행체의 요부 구성인 동체부가 자세히 도시된 구성도로; 모터(11), 배터리(12), 전자변속기(13) 등으로 구성된 동력부(10)와: 상기 동력부와 동력전달부(20), 서보(30) 등이 배설된 동체부(40); 동력전달부에 연결되어 유연한 재료로 만들어진 날개부(50)와 날개구조부(60); 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 수직꼬리 날개부(70)와 수평꼬리 날개부(80); 꼬리날개를 조종할 수 있도록 서보와 연결된 와이어(90), 소형 비디오카메라, 무선통신장치 등이 배설될 수 있는 기타 장치부(100) 등으로 구성되어 있으며, 특히 날개부의 뒷전(TRAILING EDGE) 연결부(110)에 볼링크를 배설하여 원활한 플랩핑 운동(FLAPPING MOTION)을 하도록 한 것을 특징으로 하여 날개짓 비행을 가능하게 한다.

도4는 본 발명에 따른 일반적인 날개짓 비행체의 요부 구성인 동력전달부를 자세히 나타낸 것이다. 동력전달부(20)는 기본적으로 회전운동을 왕복운동으로 바꾸는 장치이다. 동력전달부(20)를 좀 더 자세히 설명하면, 모터(21)와 모터 축(22)에 연결한 1차 감속기어(23)와 2차 감속기어(24), 상기 2차 감속기어(24)는 양쪽 날개에 연결될 수 있도록 양쪽에 각각 하나 씩 2개로 구성되어 있으며, 날개와 연결되어 유연한 상하운동을 유발할 수 있는 커넥팅 로드(미도시)로 구성된 것을 특징으로 한다. 또한 커넥팅 로드는 볼링크(BALL LINK)로 연결되어 플랩핑 운동을 하면서 커넥팅 로드에 걸리는 하중을 감소시키도록 구성되어 있다.

일반적으로 날개짓 비행체의 진폭을 크게 하면 비행체 동체 자체에 영향을 주어 날개짓 비행체 전체가 위 ·아래로 움직이는 운동을 할 수 있으므로 주의하여야 한다. 그러나 날개짓의 진폭이 너무 작게 되면 비행할 수 있을 정도의 추력과 양력이 발생하지 못한다. 본 발명에 따른 바람직한 실시 예로 날개짓 비행체의 진폭은 수평면에서 윗방향으로 약 25°, 아랫방향으로 약 20°정도로 하였으므로 위 ·아래방향 모두 합쳐서 약 45°정도의 피칭운동을 하고 있다. 이러한 날개짓 비행체의 진폭은 비행체의 크기에 따라 다르게 하여야 한다.

도5는 본 발명에 의한 아랫면에서 본 날개짓 비행체의 개략적인 단면도를 나타낸 것이며, 날개가 완전히 펼쳐져 있지 않고 날개 윗면쪽으로 접힌 상태를 나타내고 있다. 일반적으로 날개짓 비행체의 날개는 무게와 동력(POWER)이 크게 되면 날개면적을 증가시켜야 하고, 무게와 동력(POWER)이 작게 되면 날개면적을 줄일 수 있다. 본 발명에 따른 날개짓 비행체의 날개는 공기 차단성과 기계적강도가 우수한 재질로 표면을 원하는 칼라로 도색이 가능한 재질이다. 이러한 날개재료는 두께가 너무 두꺼우면 날개짓 비행체 자체가 너무 무거워 비행하기 곤란하고, 너무 얇으면 찢어지기 쉽고 바람을 제대로 발생시키지 못하는 단점이 있다. 본 발명에 따른 바람직한 날개재질의 실시 예로 약 53㎛ 두께를 갖는 알루미늄 증착 PET(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE) 필름을 사용하였다.

상기한 바와 같은 날개에서 날개살 및 지지대는 추력과 양력을 발생시키는 핵심이 된다. 만약 날개의 재료로 증착필름만을 부착한다면 펄럭이면서 추력과 양력을 발생시키지 못하지만 날개구조물(60)을 적당히 넣어 보강함으로써 비행할 수 있는 추력과 양력을 발생시킬 수 있다. 날개구조물(60)은 앞전부분을 지지하는 앞전지지대(61), 날개짓 비행체의 동체 중앙부분에서 날개끝 쪽으로 지지하는 중간지지대(62), 앞전에서 뒷전쪽으로 지지하는 날개살(63) 등으로 구성되어 있다. 날개짓 비행체의 날개재질은 날개살 근처(51) 부분에는 길게 하고, 날개살과 날개살 사이(52)에는 짧게 하였다. 따라서 날개 뒷부분은 원호 모양을 여러 개 연결한 형태를 갖게 되며, 이것은 면적을 줄이고 항력을 작게 하는 장점이 있다. 또한 이것은 날개살이 있는 부분을 길게 함으로써 풍량을 증가시킬 수 있으며 미관상에도 좋은 장점이 있다. 날개살(63)은 카본으로 제작하였으며 두께가 굵어지면 추력이 감소하게 되므로 가느다란 카본대(약 0.5~0.7MM)를 사용하여 추력을 증가시켰다. 그리고 날개살도 위치에 따라 굵은 것과 가느다란 것을 병행하여 사용함으로써 추력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 날개 끝에 있는 날개살은 가느다란 것을 사용하고 그 다음 날개살은 굵은 것, 그리고 그 다음은 가느다란 것을 사용하는 방법이다. 또한 날개 전체에 날개살(63)만 있으면 날개가 힘없이 펄럭이므로 추력을 제대로 발생하지 못하므로 중간지지대(62)를 만들어 추력을 높인다, 본 발명에 따른 날개짓 비행체에서의 중간지지대는 중앙에서 뒷전까지 대각선 길이를 길게 하여 힘을 많이 받도록 하였다. 또한 중간지지대(62)는 날개살(63)보다 원면에 배설하느냐 혹은 아랫면에 배설하느냐에 따라 풍량 발생이 아주 다르므로 유의하여야 한다. 날개짓 비행체의 날개뒷전 부분은 플랩핑 운동을 수행할 때 날개재질 밑에 부착된 날개살(63)보다 아래에 중간지지대(62)를 삽입하면 중간지지대 이후의 날개면은 아랫 방향보다 윗방향으로 쉽게 올라간다. 이러한 날개의 구조물은 날개짓 비행체가 비행을 하는데 추력과 양력발생에 도움을 주게 된다. 한편 앞전지지대(61)를 날개끝까지 길게 하거나 이보다 짧게 삽입함으로써 풍량과 날개가 플랩핑운동을 하는 동안 걸리는 힘을 조절할 수 있도록 하였다.

도6은 본 발명의 원격조종 날개짓 비행체의 요부 구성인 날개의 장착각(120)이 도시된 단면도를 나타낸 것이다. 날개짓 비행체에 작용하는 양력과 추력은 날개짓 운동에 의하여 얻고 있으며, 이것은 날개 자체의 장착각(120)을 통하여 조절하고 있다. 날개의 장착각(120)은 날개짓 비행체의 날개가 지면과 평행하게 놓은 수평꼬리날개와 이루는 각이라 정의할 때, 날개 장착각의 바람직한 실시 예는 약10°±5°정도 이다. 만약 날개짓 비행체의 날개의 장착각이 대략 10°±5°보다 작으면 날개짓 비행체의 앞부분(NOSE)을 들지 못하고, 또 날개의 장착각이 너무 크면 날개짓 비행체의 추력이 너무 작아 앞으로 진행하는 추력이 부족하게 된다. 비교적 규모가 큰 날개짓 비행체는(최대 폭이 약 85CM이상) 이륙시 밑으로 향해도 자세를 수정하여 상승할 수 있는 장점이 있다. 그러나 일반적인 날개짓 비행체는 초기에 비행체를 이륙시킬 때 잘못 던지면 추락하는 단점이 있지만 본 발명에 따른 날개짓 비행체는 이러한 단점을 없는 특징이 있다.

날개짓 비행체를 설계하고 비행에 성공하기 위해서는 기본적으로 가벼워야 하며, 날개를 움직이는 진동수를 크게 하여야 하며, 비행안정성을 이루기 위하여 무게중심위치를 잘 설정하여야 한다. 날개짓 비행체의 무게중심은 날개의 중간정도가 적당하다. 무게중심이 날개의 뒷부분으로 이동하게 되면 비행 중에 앞부분이 들리게 되므로 제어가 곤란하며, 날개의 앞부분으로 이동하게 되면 비행 중에 제어가 용이하나 앞부분을 들지 못하고 엘리베이터가 전진비행에 방해하게 된다. 무게중심이 날개의 중간정도에 있게 되면 최대동력에서 플랩핑이 잘 이뤄지나 동력을 줄이면 앞부분이 들리게 된다. 이것은 엘리베이터를 조종함으로써 머리가 들리는 것을 방지할 수 있다. 또한 무게중심이 날개 중간에 있는 경우 무풍에서는 아주 좋은 효과를 내지만, 바람이 심하게 부는 경우 직진비행에 어려움이 있게 된다.

도7은 본 발명의 원격조종 날개짓 비행체의 요부 구성인 꼬리날개가 개략적으로 도시된 구성도이다. 본 발명에 따른 날개짓 비행체는 기존의 비행체, 또는 새의 꼬리형태와 달리 수직꼬리날개(70)와 수평꼬리날개(80)를 부착하였다. 이것은 방향전환과 상승 및 강하를 하나의 안정판으로 하는 것보다 제어효과와 안정효과가 있다. 수직꼬리날개(70)에 부착된 러더(71)가 너무 큰 날개짓 비행체에 측풍이 부는 경우엔 바람이 없을 때에 비하여 심각한 저항을 유발하며 비행을 방해하므로 최적의 크기를 선택하여야 한다. 측풍이 너무 세게 불면 수직꼬리날개를 움직이는데 힘이 많이 필요하다. 따라서 수직꼬리날개는 작아도 기능을 충분히 수행하므로 수직꼬리날개는 수평꼬리날개의 1/4정도의 크기로 작게 제작하였다.

도8은 본 발명의 원격조종 날개짓 비행체의 요부 구성인 수평꼬리날개(80)가 도시된 단면도이다. 수평꼬리날개(80)는 날개면적의 30%를 넘도록 제작하였으며 이것은 조종면을 넓게 하여 날개짓 비행체의 제어를 용이하게 하기 위한 것이다. 수평꼬리날개의 조종면이 너무 작게 되면 비행체를 눌러주거나 받쳐주지 못하는 단점이 발생한다. 날개짓 비행체의 규모가 작아질수록 비행체 전진속도가 빨라야 조종면 효과를 낼 수 있으므로 날개짓 비행체의 추력를 끌어다 사용해야 한다. 또한 수평꼬리날개(80)를 제작중에 단단히 고정하기 어려운데 만약 수평꼬리날개가 비행중에 흔들릴 경우 조종성이 급격히 떨어지므로 유의하여야 한다. 날개짓 비행체의 꼬리날개는 러더(71)보다 엘리베이터(81)가 바람의 영향에 예민하다. 이외에도 날개짓 비행체는 꼬리날개를 움직이지 않고 날개짓만을 조종함으로써 비행체를 제어할 수 있다. 날개짓 비행체의 날개의 뒷전 뿌리부분에 지렛대를 이용한 서보를 장착하고 좌우 날개짓의 높이를 조절하여 날개짓 비행체를 제어할 수 있다. 이때 기존의 꼬리날개를 움직이지 않고 고정되어 있거나 약간의 보조적인 조종면 역할을 할 수 있다.

.

도 1은 본 발명에 의한 날개짓 비행체가 개략적으로 도시된 구성도,

도 2는 본 발명의 날개짓 비행체의 요부 구성인 동체부가 도시된 구성도,

도 3은 본 발명의 날개짓 비행체의 요부 구성인 조종메커니즘이 도시된 개략적인 단면도,

도 4는 본 발명의 날개짓 비행체의 요부 구성인 동력전달부가 도시된 구성도,

도 5는 본 발명에 의한 아랫면에서 본 날개짓 비행체의 개략적인 단면도

도 6은 본 발명의 원격조종 날개짓 비행체의 요부 구성인 날개의 장착각이 도시된 단면도,

도 7은 본 발명의 원격조종 날개짓 비행체의 요부 구성인 꼬리날개가 개략적으로 도시된 구성도,

도 8은 본 발명의 원격조종 날개짓 비행체의 요부 구성인 수평꼬리날개가 도시된 단면도,

〈도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명〉

10 : 동력부 11(21) : 모터

12 : 배터리 13 : 전자변속기

20 : 동력전달부 21(11) : 모터

22 : 모터 축 23 : 1차 감속기어

24 : 2차 감속기어 30 : 서보

40 : 동체부 50 : 날개부

51 : 날개살 부분 52 : 날개살이 없는 부분

60 : 날개구조부 61 : 앞전 지지대

62 : 중간지지대 63 : 날개 살

70 : 수직꼬리 날개부 71 : 러더

80 : 수평꼬리 날개부 81 : 엘리베이터

90 : 와이어 100 : 기타장치부

110 : 날개부의 뒷전(TRAILING EDGE) 연결부 120: 장착각

Claims (6)

1. 동력부(10)와 동력전달부(20), 서보(30) 등이 배설된 동체부(40); 상기 동력전달부(20)는 1차와 2차의 감속기어가 부착되어 모터의 회전운동을 날개의 플랩핑 운동으로 바꿀 수 있고; 양력과 추력을 발생시키는 날개부(50)와 날개구조부(60); 상기 날개부(50)의 날개가 수평꼬리날개에 대한 장착각(120)이 5°에서 15°사이의 각도범위에 장착되고; 날개구조물은 0.5MM에서 1.0MM범위를 갖는 굵은 카본과 0.3MM에서 0.7MM의 범위를 갖는 가느다란 카본을 날개살로 병행하여 배설되고; 비행방향을 조절할 수 있는 수직꼬리 날개부(70)와 수평꼬리 날개부(80) 등으로 구성되어 있으며; 날개부의 뒷전(TRAILING EDGE) 연결부에 볼링크(110)를 배설하여 원활한 플랩핑 운동(FLAPPING MOTION)을 하도록 발명한 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제