KR100544623B1 - 공중부양운송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른면, 공기보다 가벼운 부력을 발생시키는 부양부, 지상에서 이동추진력과 제동력을 발생시키는 적어도 하나의 견인부와, 상기 견인부와 상기 부양부를 연결하는 연결부와, 상기 부양부에 결합되어 운송대상물을 수용하는 탑재부를 구비한다.

공중부양, 탑재부, 운송.

Description

공중부양운송장치 {Transportation System with Floating Carriage}

도 1은 본 발명에 따른 공중부양운송장치의 측면도,

도 2는 본 발명에 따른 공기부양 운송장치의 다른 실시예를 도시한 사시도,

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 공기부양 운송장치의 견인부가 레일에 설치된 상태들을 도시한 정면도,

도 5 내지 도 7은 견인부가 레일에 가이드 되는 상태를 나타내 보인 평면도,

도 8은 본 발명에 다른 공기부양운송장치의 추진력 발생수단이 설치된 상태를 도시한 측면도,

도 9은 추진력 발생수단의 다른 실시예를 나타내 보인 측면도,

도 10은 분사노즐의 단면도,

도 11 및 도 12는 분사노즐이 설치된 상태를 개략적으로 나타내 보인 도면,

도 13은 부양부에 보조 날개가 설치된 설치된 상태를 나타내 보인 측면도,

도 14는 부양부에 보조 날개가 설치된 설치된 상태를 나타내 보인 평면도,

도 15는 부양부에 체적가변수단의 보조기낭이 펼쳐진 상태를 나타내 보인 정면도,

도 16은 부양부에 체적가변수단의 보조기낭이 접혀진 상태를 나타내 보인 정면도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101; 부양부 102; 견인부

103; 연결부 104;탑재부

105; 후방연결부 106; 후방 제동부

201,202,203; 운송 레일

301;흡입구 303; 저장탱크

304; 분사노즐

500; 체적확장수단

본 발명은 운송장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 공기와의 비중차이를 이용하여 부양부를 공중부양 시키고 지상에서 이에 이동력을 제공하는 공중부양운송장치(Transportation System with Floating Carriage)에 관한 것이다.

인간사회가 발전하고 확장됨에 따라 교통수단에 대한 요구가 증대하고 이에 부응하여 많은 형태의 교통수단이 발명되고 사용되고 있는데 특히 도시간 육상 장거리 교통에 대하여 살펴보면, 고속도로, 기차, 항공기 등이 크게 발전되어 사용되고 있다. 이때 교통수단에 대한 인간의 요구사항은 단연 안전성, 신속성, 안락감, 편의성, 경제성 등이라 할 수 있다. 각각의 교통수단은 나름대로의 장단점을 가지고 있으나 현대사회에 들어서 급속한 인구와 토지이용의 증가로 인하여 기존 운송채널의 포화가 큰 문제로 대두되고 있음은 주지의 사실이다. 또한 각 운송수단이 갖는 안전상의 취약성은 선천적으로 내재하고 있을 수밖에 없는 문제이기도 하다.

기차의 경우 수송량이 크고 승차감이 상대적으로 우수하며 중앙통제를 통해 효율적인 운송관리가 가능한 강점이 있으나, 중량이 큰 차량과 그 운동성에 따른 선로설치에 제약이 있고 공사에 소요되는 비용이 과다하며 노선 설치에 한계가 있다. 그리고 소음과 부수 오염물에 따른 문제로 주거지역과 공존하기 어려운 문제가 있으며 고중량, 대용량 수송에 따라 유사시 대형사고로 연결되는 안전상의 어려움을 갖고 있다.

자동차를 이용한 도로교통의 경우 기차에 비해 초기 시설비가 작게 소요되고 각 차량의 운행이 자유로와 지점간 수요에 따라 수송할 수 있으며 소량의 운송량으로 밀도 있는 배차가 가능한 장점이 있다. 그러나 고속도로와 같이 빠른 수송을 위한 시설비용은 적지 않고 승차감이 좋지 않으며 각 운행체에 대한 중앙통제가 이루어지지 않아 효율적인 운송관리가 어려운 단점이 있으며 동시에 잦은 사고 위험성 또한 내포하고 있다. 또한 전용도로의 고속운행에 따른 소음과 오염 또한 적지 않고 특히 화석연료 연소에 따른 대기오염의 심각성은 지대하다.

비행기를 이용한 항공운송수단은 2차원적 지상을 벗어나 높이공간을 활용한다는 점에서 획기적이나 공항을 설치 운영에 많은 비용이 소요되고, 이, 착륙시 소음과 연료비용이 매우 크다. 따라서 운송비용이 높은 편이며 특히 취항거리가 짧 은 경우 경제 효율성이 떨어지는 문제가 있어 노선관리에 어려움이 있으며 사고시 대형참사로 이어지는 약점을 안고 있다.

1852년에 프랑스의 앙리 지파르 (Henri Giffard1825-1882)에 의해 개발된 비행선은 브라질의 듀몽(Alberto Santos Dumont, 1873~1932), 독일의 쩨펠린(Count Ferdinand von Zeppelin :1838-1917)의 노력으로 꾸준한 발전을 이루어 1930년대 물자 수송 등의 큰 활약을 한 바 있다. 동력 비행기의 발달로 인하여 한동안 쇠퇴하게 되었으나, 현대에 들어 환경 문제에 대한 고려와 광고 수단 혹은 통신 수단으로써 관심이 커지며 강도 높은 경량 복합소재의 개발로 첨단 운송체계로서 비행선이 주목을 받고 있다.

비행선은 기낭(氣囊: 공기주머니)에 들어있는 공기보다 가벼운 기체로부터 양력의 대부분을 얻는 비행체이다. 양력은 기체가 갖는 물리적 특성으로부터 생성되므로 부양을 위한 에너지를 필요치 않으며 엔진으로부터는 추진력만을 제공받는다. 결과적으로 공기보다 무거운 항공기와 비교할 때 상대적으로 경제적이며 또한 훨씬 환경 친화적인 장치이다. 안정성 측면에서, 주로 사용되는 헬륨은 불활성이며 비연소성으로서 폭발이나 화재의 위험이 없다. 엔진이 정지하는 경우에도 비행선은 가벼운 물체이기 때문에 기낭내의 헬륨가스에 의해 상승을 유지할 수 있으며, 만일 기낭이 파손되는 상황이 발생하더라도 비행선내의 상승가스는 형태를 유지할 수 있는 정도의 매우 낮은 압력을 유지하고 있기 때문에 작은 구멍이 발생하더라도 가스 유출은 매우 느리고, 여러 개의 구멍이 있더라도 양력에 실질적인 영향을 주지는 않아 정기적인 유지보수 검사기간 중에 보수할 수 있다. 1994년에 영국 국방부 에서 비행선의 기낭 실험이 있었는데, 이때 수백 대의 비행선 기낭에 사격을 하여 구멍을 내었으나 가스가 모두 유출되고 추락하는데 여러 시간이 소요되었다. 비행선의 운항을 취소할 정도의 커다란 구멍일지라도 비행선은 여전히 필수 보수를 위해 기지로 되돌아 올 수 있다.

비행선은 자유로운 풍선이 아니므로, 심각한 돌풍을 제외하고는 엔진에 의해 대부분의 경우 조정이 가능하다. 구조적인 안정성, 승선감, 조정성능 등으로 인하여 전천후 조종능력을 제공한다. 큰 재해가 되기도 하는 눈과 얼음은 비행기에 비해 중요한 위험요소가 아니다. 단적으로 고정익 항공기가 비행할 수 있는 모든 기후조건에서 비행선도 비행할 수 있다.

비행선은 최고속도 80노트를 초과하지 않으며 통상적으로는 30 내지 50 노트로 운항하는 저속의 비행체로서 해상 선박보다는 상당히 빠르나 현대사회가 요구하는 고속 운항 성능은 떨어지는 편이며, 필요한 부양력을 얻기 위하여 기낭의 크기가 매우 커지고(헬륨의 경우 1 m³당 약 1kg 의 부력발생) 이에 따라 바람의 영향을 받게 되므로 원하는 항로를 정밀하게 유지하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 환경 친화적이고 경제적이며 안전성이 높은 비행선의 기체를 이용한 부력 특성을 이용하여 기존에 설치된 지상의 운송채널을 3차원적으로 확장 가능한 공중부양 운송장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 비행선만으로 부족한 부분인 운항속도, 운송중량, 운송용량 등을 보안하고 기존의 운송시스템 특징을 결합하여 고속의 효율적이고 안락하며 환경 친화적인 시스템의 구현이 가능한 공기부양장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 공기 부양장치는

공기보다 가벼운 부력을 이용하여 부양시키는 부양부와, 지상에서 이동추진력과 제동력을 발생시키는 견인부와, 상기 견인부와 부양부를 연결하는 연결부, 부양부에 결합되어 운송대상물을 수용하는 탑재부를 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 부양부는 공기보다 비중이 상대적으로 낮은 기체가 주입되는 기낭을 포함하며, 상기 부양부에는 기낭 내부의 기체 온도를 제어하여 부양력을 가감시키는 온도 조절수단을 더 구비한다.

한편, 상기 부양부에는 진행에 따른 속도에 의해 양력을 발생시키는 날개를 더 구비하며, 상기 부양부는 기낭의 체적을 가변시키기 위한 체적가변수단을 구비한다. 그리고 상기 공기부양운송장치는 상기 견인부를 이동방향으로 가이드 하는 적어도 하나의 가이드 레일을 더 구비한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공기부양 운송장치의 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 에는 본 발명에 따른 공기부양운송장치의 일 실시예를 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 공기부양 운송장치(100)는 공기와의 비중차이를 가지는 기체에 의해 부양되는 부양부(101), 상기 지상에 설치되며 상기 부양부(101)를 견인하기 위한 구동부(102a)를 구비한 견인부(102)와, 상기 부양부(101)와 견인부(102)를 연결하는 연결부(103)를 구비한다. 그리고 상기 부양부(101)에는 승객 또는 화물의 운송을 위한 탑재부(104)를 구비한다.

상기 부양부(101)는 내부에 공기보다 가벼운 기체가 채워진 기낭(101a)을 포함하고 있어 그 자체의 물리적 성질로 인하여 추가적인 동력을 소모하지 않고 상기 부양부(101)의 하부에 설치된 탑재부(104)를 장착하고 공중에 부상할 수 있다.

상기 견인부(102)는 부양부(101)와 연결부(103)에 의해 연결되어 상기 부양부(101)를 견인하는 것으로, 상대적으로 큰 밀도를 차지하는 구동부(102a)인 엔진과 연료 등 추진체에 관련된 장치을 구비한다. 이러한 견인부(102)에 구동부(102a)등 추진체에 관련된 장치의 설치는 상기 부양부(101)과의 상호 작용을 통하여 보다 효율이 높은 추진력을 발휘하며 승객이 탑승하거나 운송화물이 적재되는 탑재부(104)로 전달되는 진동과 소음을 감소시키는 효과가 있다. 또한 부양부(101)가 받는 하중을 감소시켜 최소한의 부피를 갖도록 함으로써 고속운행시 갖는 저항의 감소와 운행공간 활용을 용이하게 한다.

한편, 상기 공기부양 운송장치(100)의 부양부(101)는 전방의 상기 견인부(102)와 연결부(103)에 의해 연결되어 곡선주행을 할 경우 후방의 요란이 발생할 수 있으며 전방에 위치한 견인부(102)만을 이용하여 제동하고자할 시 유연한 구조인 연결부(103)를 통해 유지되는 부양부(101)의 반응시간에 지연이 발생하 므로 보다 안정된 자세유지를 위하여 상기 부양부(101)의 자세유지 및 제동을 위해 부양부(101)와 후방 연결부(105)에 의해 연결된 후방 제동부(106)가 더 구비된다.

상기 후방 제동부(106)는 실질적 견인력을 발생시키지 아니하지만 후방연결부(105)의 적절한 조절을 통하여 부양부(101)와 탑재부(104)의 자세유지를 유지하도록 일반상태에서 견인부(102)와 같은 속도의 추진력을 갖도록 구동부(106a)를 구비함이 바람직하다.

상기와 같은 지상의 견인부(102)는 하중의 변화 없이 일정한 규모의 경량 추진체를 유지할 수 있으며, 이송하는 화물과 여객의 부담은 부양부(101)의 공중부양력으로 상쇄하게 된다. 또한 충돌과 같은 최악의 상황에서도 부양부(101)의 기낭(101a)은 자체적으로 에어백과 같은 충격완화기능 역할을 담당할 수 있다.

그리고 연결부(103)는 상기 견인부(102)와 부양부(101)를 연결하는 것으로, 이 연결부(103)는 로프로 이루어지는데, 상기 견인부(102) 또는 부양부(101)에는 상기 로프를 감거나 풀어 연결길이를 조정하기 위한 길이 조정수단인 윈치(미도시)가 설치된다. 이 로프가 감긴 윈치에 의해 이를 통해 부양부(101)의 고도 조절이 가능하고, 부양부(101) 및 탑재부(104)의 자세를 교정하는 기능을 하다. 그리고 필요시 상기 견인부(102)와 부양부(101)로부터 분리할 수 있도록 분할수단(미도시)이 더 구비되어 운행경로상의 심대한 안전상 문제가 발생할 경우 진행방향으로부터 이탈하여 탑재부(104)를 안전한 장소로 대피시킬 수 있도록 한다. 상기 분리수단은 통상적인 훅구조이거나 클립구조로 이루어질 수 있으며 또는 화학적 절단 기구를 구비할 수 있다.

또한, 탑재부(104)는 부양부(101)와 분리 가능한 구조로 설계되어 부피가 큰 부양부(101)는 실제 운행과정에서 사용되고 터미널에서 이루어지는 제반 수속과 계류공간에서 탑제부(104)를 분리함으로써 운영 효율을 극대화 시킬 수 있다.

한편, 상기 견인부(102)는 지상에서 독립차량으로 운행할 경우 고속주행에 한계가 있고 기존의 도로체계 또는 공중에 가설된 시설물과 간섭이 발생하는 문제가 있을 수 있다. 따라서 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 일정높이 이상의 기둥(201a)으로 지지되는 고가의 레일(201)의해 가이드 될 수 있다. 상기 레일(201)은 기존도로를 따라 설치되거나 건물들의 사이에 설치될 수 있으므로 기존의 교통망에 병행하여 그 상공에 3차원적으로 새로운 운송채널을 확장할 수 있다.

이러한 응용 실시예를 도 3 및 도 4에 나타내 보였다. 도시된 바와 같이 기존 자동차 도로(400)의 가장자리에 기둥들에 의해 지상으로 레일(201)을 설치하고, 이 레일(201)을 따라 견인부가 이동되도록 함으로써 부양부(101)를 견인하거나. 도 4에 도시된 바와 같이 도로의 가장자리에 평행하게 레일(201)(201)을 설치하고 이 레일(201)(201)을 따라 각각 견인부(102)(102)가 이동되도록 하며 두 견인부(102)(102)와 하나의 부양부를 연결부(103)로 연결할 수 있다. 이러한 견인부(102)(102)를 가이드 하는 레인의 설치는 새로운 교통망을 위한 부가적인 토지 소요를 최소화 할 수 있다는 것을 의미한다. 이 경우 탑재부(104) 하중은 이미 부양부(101)에 의해 지지되고 있기 때문에 레일(201)은 단지 견인부(102)의 하중만을 지지하면 되며, 탑재부(104)는 상부에 부양되어 있으므로 견인부(102)의 배치공간은 매우 여유가 있어, 단위면적 당 지지하중을 낮출 수 있다. 이는 과거에 제시된 바 있는 모노레일과 유사한 구조이면서도 훨씬 작은 하중부담만을 가지므로 지상시설물 설치비용을 기존의 교통체계에 비하여 획기적으로 절약할 수 있다.

한편, 상기 견인부(102)는 추진체를 설치하지 않고 케이블 카와 같이 지상에 견인력을 발생시키는 시설을 하면 저속도이지만 견인부의 무게를 극단적으로 감소시킬 수 있다. 이는 건물간 경량레일을 설치하여 도심 상공을 새로운 운행경로로 활용할 수 있다는 것을 의미하고, 상기 주된 추진력을 발생시키는 견인부(102)가 가벼울수록 속도의 가감이 유리한 것은 당연한 일이다. 또한 운행경로 상의 오염감소를 위해서는 상기하여 상기한 레일(201)상에 급전선을 설치하여 견인부(102) 구동 동력을 공급받도록 할 수도 있을 것이다. 또한 상기 견인부(102)는 고속운행과 무게 감소에 따른 영향을 고려하여 자기부상열차에서 사용되는 선형자기모터 원리를 이용한 추진방식을 도입하여 한층 효율적으로 운영할 수도 있다.

한편, 공기부양 운송장치(100)는 전방, 후방 연결부((103)(105)를 하나씩 갖는 형태인데 이 경우 큰 부피를 갖는 기낭(101a)으로 구성된 부양부(101)의 구조상 측풍의 교란이나 운행 중 자세안정에 불안함을 가질 수 있다. 따라서 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 복선의 레일(202)(203)을 설치하고 견인부(102)와 후방 제동부(106)를 각각 복수로 설치하여 측면 안정성을 추구할 수 있다. 그리고 지상 설치물이 두배가 되는 문제가 있으므로 이를 감안하여 도 7에 도시된 바와 같이 평시 하나의 레일(202)에 복수의 견인부(102)(102)와 후방제동부(106)(106)가 동시 운행하다가 안정성 확보를 요구받는 부분에서 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 측면 전개하는 방식을 구상할 수 있다. 또는 평시 복수개의 레일에 측면 전개하여 운행 하다가 양방향 운송체의 교행이 필요할 경우 일시적으로 하나의 레일로 모으는 방식도 가능하다. 이러한 과정은 도 6에 도시된 바와 같이 두 레일(202)(203) 간을 연결하는 전환레일(204, 205)을 설치하여 각 견인부를 분리 또는 통합시키도록 한다.

이러한 구조에서 부양부(101)와 탑재부(104)가 공간상에 떠있게 되므로 이동에 따른 마찰은 지표면에서 가장 작다고 볼 수 있다. 따라서 비행기에 버금가는 높은 속도를 구현할 수 있을 것으로 기대된다. 그런데 이때 큰 제약으로 나타나는 것이 구조의 부피로 인한 공기역학적 저항요소이다. 첫째는 전방의 압축에 의한 저항이고 둘째는 후방의 순간적인 진공발생에 따른 흡입저항이다. 이를 상쇄시킴과 동시에 측면으로부터 부는 바람과 외부 요란에 대한 자세 제어 추력 및 자가구동력을 갖고 있지 못한 부양부(101)의 비상기동을 위한 구조로써, 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이 부양부(101)의 전면에 설치되는 흡입구(301)를 이용하여 공기를 압축하고, 부양부(101)의 후방에 분사하는 추진력 발생수단(300)을 더 구비한다.

상기 추진력 발생수단(300)은 부양부(101)에 공기를 압축하는 압축기(302)와 상기 압축기(302)에 의해 펌핑된 공기를 저정하는 저장탱크(303)와, 상기 저장탱크(303)와 연결되며 부양부(101)의 후방에 설치되는 분사노즐(304)을 구비한다. 이러한 추진력 발생수단(300)은 흡입구(301)를 통해 진행하고자 방향의 압축저항을 발생시키는 공기를 흡입구(301) 및 압축기(302)를 통하여 공기를 흡입 및 압축함으로써 진행방향으로의 공기저항을 줄이고, 진행 후방에 위치한 분사노즐(304)을 통해 공기압을 공급해 줌으로서 전진함에 따른 공기저항의 감소와 부양부(101) 후방에 발생하는 흡입력의 발생을 줄일 수 있다. 여기에서 상기 분사노즐(304)은 부양부(101)의 진행에 따른 마찰저항과 흡입저항을 줄일 수 있는 위치 즉, 부양부(101)의 전, 후, 좌, 우, 상, 하부의 적어도 일측에 배치될 수 있다. 공기 저장탱크(303)는 평상시 일정 비율의 공기압을 충전하여 급작스런 기동을 위한 보정추력과 일시적 양력지원을 요구받을 때 사용할 수도 있다. 이 때 필요한 동력은 견인부(102)로부터 연결부(103)를 통해 전달받을 수 있다.

그러나 이러한 압축기(302) 또한 부양부(101)의 부양능력에 부담을 주는 하중으로 작용하므로 도 9에 도시된 바와 같이 형태로 견인부(102)에 부설하고, 이송호스(305)를 통해 압축된 공기만을 저장탱크(303)로 전달할 수도 있다. 이 경우 전방의 공기압을 감소시키기 위한 흡입력을 발생시키는 문제를 해결하기 위하여 도 10에 도시된 바와 같이 분사노즐(304)은 공기 저장탱크(302)와 연결된 제1노즐(304a)과 상기 제1노즐(304a)을 소정간격 이격되도록 감싸며 제1노즐(304a)과 대응되는 오리피스(304b)가 형성되고, 그 외주면에 제1노즐부(304a)를 감싸는 공간부(304c)와 상기 흡입구(301)와 흡입호스(307)에 의해 연결되는 흡입통로(304d)를 가지는 제2노즐(304e)을 구비할 수도 있다.

상기와 같이 밴튜리 타입의 분사노즐(304)을 통하여 발생된 진공은 흡입호스(307)를 통해 흡입구(304d)로 연결되어 진행방향의 공기압을 감소시키기게 된다. 이를 통하여 소음, 진동과 밀도가 높은 하중은 견인부(102)에 배치되고, 부양부(101)와 탑재부(104)만을 부양시켜 쾌적하고 효율적인 운송시스템을 구축하며, 저장탱크(303)에 축적된 공기압은 유사시 연결부(103)로부터 분리된 부양부(101)와 탑재부(104)의 기동추력으로 사용될 수 있어 안전한 대피능력을 갖도록 한다. 또한 상기 분사노즐을 하방으로 분사되도록 하는 경우 부양부(101)의 부력 조정시 보조 양력을 발생시키는 역할이나 기류변화에 따른 측면 요란과 같은 외력에 대하여 신속한 보정 능력을 수행하도록 한다.

이러한 공기의 흡입과 분사하는 과정에서 급속한 압력변화가 발생함에 따라 국부적인 공기 흐름의 케이아스(chaos)적 요란으로 효율이 감소될 수 있다. 이를 해결하기 위하여 각 방향의 흡입구(301)와 분사노즐(304)는 복수로 설치되고 해당 방향에 약간의 기울임을 주어 흡입, 분사되는 공기의 흐름이 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 볼텍스(Vortex)형태를 띠도록 함이 바람직하다. 이는 분사노즐을 통하여 분사되는 공기와 주변공기의 충돌로 인하여 손실되는 에너지를 감소시키고자 한다.

그리고 상기 견인부(102)에 의해 부양부(101)가 고속으로 주행하게 되면, 그 속도에 따른 양력활용을 생각할 수 있는데, 이를 위하여 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 부양부(101)의 양 측면에 보조 날개(401)를 부착하여 고속주행시 양력을 발생시킬 수 있다. 이 양력의 발생은 설정된 부력을 발생시키기 위한 기낭(101a)부피를 축소시킬 수 있어 공기 저항을 더욱 감소시킬 수 있게 된다. 이때에 정지 시 부양력과 주행 시 부양력의 변화를 가져오게 되므로 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 기낭(101a)의 부피을 변화시켜 부력을 가변시키기 위한 체적가변수단(500)이 필요하게 된다. 이 체적가변수단(500)은 기낭(101a)의 외주면에 기낭(101a)과 연통되며 접철 가능한 적어도 하나의 보조기낭(501)과, 상기 기낭(101a)의 외주면에 설치되어 비사용시 상기 보조기낭(501)을 감싸는 덮개부재(502)를 포함한다.

이러한 체적가변수단(500)은 부양부(101)의 정지 또는 저속운행 시 기낭을 확장시켜 부양하고 적정고도에 도달한 후 고속으로 이동시에는 도 16에 도시된 바와 같이 부양부(101)의 외주면에 수납 및 밀착시켜 날개를 통한 양력을 부가시킴으로써 준 비행체 성격을 갖도록 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 실시예들을 통하여, 지상 수 백 미터의 저고도 공간을 활용하는 공중부양운송체계를 구성할 수 있도록 하며, 이를 통해 공간의 효율적 이용과 쾌적하고 안전하며 경제적임과 동시에 고속의 교통수단을 구현할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 공기부양 운송장치를 이용한 운송체계의 운행 예를 기술하자면, 터미널에서 승객을 탑승시킨 탑재부(104)가 대기 상태에 놓여있으면, 부설된 레일(202, 203)을 따라 견인부(102)에 의해 이송된 부양부(101)가 이송되고 탑재부(104)와 결합한다. 결합전 부양부는 무게가 가벼운 상태이므로 기낭(101a)의 확장이 필요치 않으나 결합 후 체적가변수단(500)의 보조기낭(501)을 도 15에 도시된 바와 같이 전개하여 정지상태에서 탑재부(104)하중을 부양시켜 일정 고도를 확보한다. 이때 필요에 따라서 압축공기를 하방으로 분사하여 부력을 보조할 수 도 있다. 수십 미터 정도의 고도를 확보한 부양부(101)는 견인부(102)에 의하여 운행을 시작하며 가속을 더함과 동시에 보조날개(401)에 의해 부가 양력이 발생한다. 이에 따라 공기저항을 일으키는 보조기낭(501)은 덮개부재(502)안으로 수용하여 단면적을 감소시키고 감소된 기낭부피에 의한 양력은 보조날개(401)에 의한 양력으로 보상한다. 이때 기낭(101a)의 확장은 기체의 추가 유입보다는 내부 기체의 가열을 통한 팽창효과를 이용함으로써 훨씬 효율적인 부력을 발생시킬 수 있으며, 역으로 수축 시에는 기체를 냉각 응결시키는 열역학 반응을 사용한다. 이에 따라 부양부(101)에는 가열과 냉각을 위한 온도 조절수단(미도시)이 더 구비될 수 있다. 상기 온도 조절수단은 히터와 상기 기낭(101a) 내의 가스를 순환시키기 위한 송풍팬으로 이루어질 수 있다.

운행시 전방의 공기 압축에 의한 저항을 감소시키기 위하여 상기한 공기압축기(301)와 흡입구(304,306), 분사노즐(303)등을 사용하여 압축된 전방의 공기를 흡입하고 후방으로 분사시킴으로써 추진효율을 증가시킴과 동시에, 바람에 따른 교란을 보상하는 추력을 발생시킴으로써 부양부(101)와 탑재부(104)로 이루어진 부양 운송체의 진행항로의 일관성을 유지시킨다. 지상에 설치된 레일은 교각 위에 부설되어 지상시설 환경에 따라 높이가 다양하게 형성되어 있는데 이러한 변화에 따라 연결부(103)의 길이를 가변시킴으로써 부양부(101) 및 탑재부(104)의 움직임을 최소화시킨다.

운송장치가 도착지점에 접근하여 속도를 감소시키게 되면 날개(401)의 양력이 감소하므로 단계적으로 보조기낭(501)을 전개하여 저속 시 부력을 형성시키며 이러한 과정에서 분사노즐(304)을 통한 압축공기분사(302)를 통해 부드러운 부력전환을 유도한다. 또한 전방의 장애물이 돌출되거나 안전 상 문제가 있을 때에 연결부(103)를 분리시켜 부양체(101)와 탑재부(104)를 견인부(102)로부터 독립시킴으 로써 진행방향에서 이탈시키고 안전한 장소로 대피시킬 수 있다. 이때 부양운송체에는 동력기구가 없지만, 압축공기를 저장하고 있으므로 대피를 위한 기동추력으로 사용하여 적절한 회피운동을 하도록 한다. 이를 통해 충돌상황과 같은 극히 위험한 경우에도 탑승객을 보호할 수 있는 안전성이 있다.

만일 터미널을 도심에 위치시키고 싶다면, 고층빌딩 옥상에 터미널을 설치하고 도심 빌딩간의 케이블 연결을 통해 부양운송체(101,104)를 견인하므로써 도심 내에서 승하선 할 수 있는 편리함을 제공하고, 운행 상에 도시조망을 제공함으로써 관광자원으로 활용될 수 있는 부수적 효과가 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기부양 운송장치는 공기보다 가벼운 기체의 물리적 성질을 이용하여 부양되는 부양부와 추진성능이 우수하면서 시설비용이 저렴한 지상 견인부을 결합하여, 경제적이면서도 환경친화적이고 안전한 교통수단을 제시하는 것이다. 이러한 방식은 기차, 도로와 같은 운송채널의 상위공간을 활용할 수 있어 추가적인 토지이용을 최소화하면서 용량을 확장할 수 있으며, 지상시설물에 가해지는 중량을 최소화함으로써 지반과 시설물 기반공사 비용을 절감하고, 추진체인 견인부의 간략한 구성과 공중 부양된 부양부 및 탑재부의 마찰저항이 작은 특징으로 고속 운행을 용이하게 이룰 수 있다.

지상의 견인부와 부양부는 연결부를 통해 간접적으로 지지되고 있으므로 추진에 따른 진동과 소음을 탑재부와 분리가 용이하여 안락한 여행환경을 제공 할 수 있으며, 비행기에 비하여 훨씬 낮은 고도를 유지하기 때문에 주변 풍경에 대한 용이한 시야를 제공하여 새로운 관광 자원으로 활용 가능성이 있다.

부양부의 상승을 위해 추가적인 에너지를 사용하지 않고 지상의 견인부는 급전선으로부터 전력을 공급받는 방법을 통해 높은 에너지 효율과 함께 환경오염을 최소화하고, 특히 부피가 큰 운행체가 지상으로부터 분리되어 있어 고속추진 시 발생하는 전방 공기압축에 따른 충격파의 효과가 지상에 미치는 효과가 감소됨으로써 운행에 따른 환경손상을 최소화한다.

또한 고가 레일과 같은 고위 부설 시설물을 통해 견인부가 운행됨으로써 지상 토지 활용도를 극대화하고 기존의 운송수단이 갖는 교차로나 건널목, 고가도로등 안전에 취약하며 추가비용을 발생시키는 설치요소를 제거할 수 있으며, 특히 산악지형과 같은 시설공사의 제한이 있고 환경파괴의 우려가 있는 지역에 용이하게 적용할 수 있는 이 점이 있다.

그리고 유사시 연결부 분리를 통하여 부양부와 탑재부가 고정된 운행 경로를 이탈하여 독자적인 회피 운행 및 안전한 대피를 수행 할 수 있어 시설물이 파손되는 위험한 상황에서도 승객의 안전을 보장할 수 있다.

이러한 복합형 운송시스템은 부분별 독자기술은 매우 높은 수준의 첨단화를 지향하고 있으나, 본 발명에 따른 공중부양 운송장치의 실현을 위한 기술장벽이 높지 않아 구현이 용이하고, 차세대 운송기술로서 촉망받는 성층권 비행선 기술이나 자기 부상 열차와 같은 첨단기술의 개발 단계에 있어 실용화 기술 축적을 위한 중간 교두보로서 기술 개발을 촉진시키는 부수적 효과가 있다.

Claims (20)

1. 공기보다 가벼운 부력을 발생시키는 부양부, 지상에서 이동추진력과 제동력을 발생시키는 적어도 하나의 견인부와, 상기 견인부와 상기 부양부를 연결하는 연결부와, 상기 부양부에 결합되어 운송대상물을 수용하는 탑재부를 구비하고,

   상기 견인부는 운송장치를 선도하고 이동방향으로 가이드하는 적어도 하나의 레일과, 이를 추종하며 역방향 제동력을 제공하는 적어도 하나의 후방 제동부를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양운송장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 부양부는 공기보다 상대적으로 비중이 낮은 기체가 주입되어 부력을 발생시키는 기낭을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양운송장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 부양부는 기낭에 주입된 기체의 온도를 조절하여 부양력을 가감시키는 온도 조절수단을 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양 운송장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 부양부는 견인부의 진행에 따른 속도발생에 의해 양력을 발생시키는 날개를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양운송장치.
5. 제1항 내지 제4항에 있어서,

   상기 부양부는 기낭의 체적을 가변시켜 부력을 가감시키는 체적 가변수단을 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양운송장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 체적가변수단은 기낭의 외주면에 기낭과 연통되며 접철 가능한 적어도 하나의 보조기낭과, 상기 기낭의 외주면에 설치되어 비사용시 상기 보조기낭을 감싸는 덮개부재를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양 운송장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 연결부는 견인부와 부양부의 연결길이를 조정할 수 있는 길이조정수단을 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양 운송장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,

    상기 견인부의 진행을 유도하는 레일을 복수 개 설치하고 이들 레일들 사이에 전환레일이 설치된 것을 특징으로 하는 공중부양운송장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 레일은 하나의 레일에 견인부들와 후방제동부들이 나란한 방향으로 분기되어 이동되는 복수 레일부를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양운송장치.
13. 제1항에 있어서,

    상기 탑재부 또는 부양부의 적어도 일측에는 부양부에 추진력을 제공하는 추진력 발생수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양운송장치.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 추진력 발생수단은 흡입구를 통하여 유입되는 공기를 압축하는 압축수단과, 상기 부양부에 설치되어 압축된 공기를 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크와 연결되며 부양부의 후미로 압축된 공기를 분사하는 분사부를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양 운송장치.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 흡입구는 공기의 저항을 줄이기 위하여 부양부의 전면에 설치된 것을 특징으로 하는 공중부양운송장치.
16. 제 14항에 있어서,

    상기 흡입구와 분사부는 측풍 또는 진행경로에 따라 발생하는 요란을 보상하는 자세제어를 위한 추력을 발생시키기 위하여 부양부 각 측면에 설치된 것을 특징으로 하는 공중부양운송장치>
17. 제14항에 있어서,

    상기 추진력 발생수단은 견인부에 공기를 압축하는 공기 압축수단이 설치되고, 압축수단과 상기 공기저장탱크를 연결부를 따라 설치되는 연결관을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공기부양 운송장치.
18. 제14항에 있어서,

    상기 분사부는 공기 저장탱크와 연결된 제1노즐과 상기 제1노즐을 소정간격 이격되도록 감싸며 제1출구와 대응되는 오리피스가 형성되고, 그 외주면에 제1노즐부를 감싸는 공간부와 상기 흡입구를 연결하는 흡입관을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공기부양 운송장치.
19. 제1항에 있어서,

    상기 견인부를 가이드하며 공중에 가설되는 케이블을 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양운송장치.
20. 제 1항에 있어서,

    상기 연결부는 견입부와 부양부를 결합 및 분리하는 분리수단을 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공중부양 운송장치.

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