KR100557670B1 - 날개짓 비행체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 비행체를 위한 자세제어장치는, 서보혼이 구비된 서보; 일단이 상기 서보혼에 연결되고, 상기 타단이 서보혼을 통하여 상기 꼬리날개에 연결된 연결부재; 및 상기 서보혼과 상기 꼬리날개 사이에 설치되며, 상기 동체축을 골짜기로 하는 홈이 형성된 피치제어부재를 구비하여, 상기 서보혼이 상기 동체축 위치로부터 좌우로 움직임에 따라, 상기 연결부재에 의해 연결된 상기 꼬리날개가 좌우로 움직임과 동시에, 상기 꼬리날개의 앙각이 상승하도록 작동된다. 본 발명의 자세제어장치에 의하면 첫째, 방향 선회시, 하나의 서보에 의하여 수직꼬리날개의 각도 조정에 의한 요우축 제어와 수평꼬리날개의 각도 조정에 의한 피치축 제어가 동시에 이루어짐으로써, 날개짓 비행체의 방향 선회 조종이 용이하고, 선회시 고도 침하에 의한 자세 불안정 문제가 해결된다. 둘째, 방향 선회시, 수평꼬리날개 전체가 선회하고자 하는 방향으로 이동하므로, 선회 중 비행체의 좌우 공력중심점도 선회 방향으로 이동하게 되므로, 선회 중 발생하기 쉬운 롤축 불안정도 상쇄되는 효과가 있다. 세째, 하나의 서보모터 및 그 작동 기구에 의하여 비행체의 방향 선회를 제어하므로, 비행체 전체 무게를 감소시킨다. 따라서, 날개짓 비행체의 날개폭 및 전체 크기를 소형화할 수 있다. 네째, 날개짓 비행체의 제조에 있어서, 서보모터 및 그 작동 기구의 간소화로 인하여 비용감소의 효과가 있다.

Description

날개짓 비행체{Ornithopter}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 날개짓 비행체의 구성을 나타낸 개략적인 평면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 날개짓 비행체의 개략적인 측면도이다.

도 3은 도 2의 동체를 중심으로 확대한 도면이다.

도 4는 도 1에 도시된 날개짓 비행체의 개략적인 정면도이다.

도 5는 도4에 도시된 날개짓 비행체의 상방향 날개짓 동작을 설명하기 위한 상세도이다.

도 6은 도4에 도시된 날개짓 비행체의 하방향 날개짓 동작을 설명하기 위한 상세도이다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 자세제어장치의 구조와 동작을 보여준다.

도 8a는 서보혼이 도 7b에 도시된 것과는 반대방향으로 움직인 경우의 수평꼬리날개의 위치를 보여준다.

도 8b는 수직 꼬리날개가 중립상태에 있는 경우의 평면도이다.

도 8c는 서보혼이 도 7b에 도시된 방향으로 움직인 경우의 수평 꼬리날개의 위치를 보여준다.

도 8d는 수평 꼬리날개의 앙각의 변화를 보여주는 측면도이다.

도 9는 도 1에 도시된 날개짓 비행체의 변형예로서, 날개짓 양력증가 장치가 추가된 실시예이다.

본 발명은, 원격조종 비행체에 관한 것으로서, 특히 원격조종 전동 날개짓 비행체에 관한 것이다.

인류는 오랫동안 새의 비행을 모방한 날개짓 비행체를 개발하기 위해 애써 왔다. 1500년 경 레오나르도 다빈치가 구상한 날개짓 비행체에서부터 시작하여, 1800년대 후반에는 내연기관을 사용한 자유비행(free flight) 모형이 처음으로 개발되었고, 그 후 여러 형태의 고무동력 모형이 개발되었다. 그러나 원격조종(radio-controlled)이 가능한 전동 날개짓 비행체의 개발은 최근에 와서야 성공하였고, 그 크기는 날개폭 1m 이상의 대형이다.

원격조종의 날개짓 비행체에 있어서는 자세 제어 및 방향 제어의 안정성, 원격 조종의 편이성 확보가 가장 중요하다.

국내 공개특허공보 특2003-0044625에 개시된 "원격조종이 가능한 동력식 날개치기형 비행기"는, 동체와, 주익, 수평미익, 배터리, 전기모터, 서보모터, 메인전동기구, 상기 서보모터가 회전함에 따라 상기 수평미익의 승각각을 조절하게 구 성된 서보전동기구, 및 상기 서보모터의 회전방향과 속도를 조절하게 구성된 제어기를 포함한다. 상기 비행체는 승각각을 조절하기 위한 서보모터 및 수평미익과는 별도로, 선회각을 조절하기 위한 또 다른 서보모터 및 수직미익을 구비한다.

이러한 종래의 날개짓 비행체는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 피치(pitch)와 요우(yaw)를 각각 따로 제어해야 하므로, 날개짓 비행체의 방향 선회 조종이 매우 까다롭게 되며, 선회시 자세 불안정 문제가 발생하게 된다.

둘째, 서보모터 및 그 작동 기구의 추가에 의한 비행체의 무게 증가는, 날개짓 비행체의 소형화의 장애요인이 된다.

세째, 날개짓 비행체의 제조에 있어서, 서보모터 및 그 작동 기구의 추가는 비용 상승을 초래한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 원격조종 비행체의 안정적인 비행과 방향전환을 위한 자세제어장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 자세제어장치를 채용한 날개짓 비행체를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 자세제어장치는, 동체, 주날개, 꼬리날개를 갖는 비행체의 방향전환을 위하여, 서보혼이 구비된 서보; 일단이 상기 서보혼에 연결되고, 상기 타단이 서보혼을 통하여 상기 꼬리날개에 연결 된 연결부재; 및 상기 서보혼과 상기 꼬리날개 사이에 설치되며, 상기 동체축을 최저점으로 하는 홈이 형성된 피치제어부재를 구비하여, 상기 서보혼이 상기 동체축 위치로부터 좌우로 움직임에 따라, 상기 연결부재에 의해 연결된 상기 꼬리날개가 좌우로 움직임과 동시에, 상기 꼬리날개의 앙각이 상승하도록 작동되는 것을 특징으로 한다.

상기 서보혼은, 직선혼 또는 래이디얼혼 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 상기 연결부재는, 피아노선 또는 카본로드 재료로 구비될 수 있다. 상기 피치제어부재에 형성된 홈은, 상기 동체축을 최저점으로 하는 V자홈 형상일 수 있다. 또한 상기 피치제어부재에 형성된 홈은, 상기 동체축을 최저점으로 하는 반원형일 수 있다. 여기서 상기 피치제어부재에 형성된 홈은, 상기 최저점과 최고점을 연결한 선의 각도가 10도 내지 20도의 범위내일 수 있다.

상기한 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 날개짓 비행체는, 동체; 주날개; 수평 꼬리날개 및 수직 꼬리날개를 갖는 꼬리날개; 상기 동체의 선두에 설치되며, 상기 주날개가 상하로 날개짓 동작을 하는 작동 기구를 포함하는 날개짓 구동부; 및 상기 동체 후미에 고정되고, 상기 꼬리날개에 연결되어 마련되며, 상기 꼬리날개가 좌우로 움직임과 동시에, 상기 꼬리날개의 앙각이 상승하도록 작동되는 자세제어장치를 구비한다.

상기 자세제어장치는, 서보혼이 구비된 서보; 일단이 상기 서보혼에 연결되고, 상기 타단이 서보혼을 통하여 상기 꼬리날개에 연결된 연결부재; 및 상기 서보혼과 상기 꼬리날개 사이에 설치되며, 상기 동체축을 골짜기로 하는 홈이 형성된 피치제어부재를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 서보혼은, 직선혼 또는 래이디얼혼 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 상기 연결부재는, 피아노선 또는 카본로드 재료로 구비될 수 있다. 상기 피치제어부재에 형성된 홈은, 상기 동체축을 최저점으로 하는 V자홈 형상일 수 있다. 또한 상기 피치제어부재에 형성된 홈은, 상기 동체축을 최저점으로 하는 반원형일 수 있다. 여기서 상기 피치제어부재에 형성된 홈은, 상기 최저점과 최고점을 연결한 선의 각도가 10도 내지 20도의 범위내일 수 있다.

상기 주날개 및 꼬리날개의 재질은, 화선지, 폴리에스터 필름, 및 카이트천 중 어느 하나일 수 있다.

상기 주날개의 후단은 상기 주날개의 전단보다 아래로 처지게 부착될 수 있다. 여기서 상기 주날개의 후단은 상기 주날개의 전단보다, 주날개폭의 4 퍼센트 내지 12 퍼센트 범위내에서 처지게 부착될 수 있다.

상기 날개짓 비행체에는, 상기 동체 앞쪽에, 상기 날개짓 구동부를 감싸는 전면보호부재가 더 구비될 수 있다. 상기 전면보호부재는, 상기 탄성 와이어에 의하여 구비될 수 있다.

상기 날개짓 비행체에는, 상기 동체 하부를 감싸는 하부보호부재가 더 구비될 수 있다. 상기 하부보호부재는, 상기 탄성 와이어에 의하여 구비될 수 있다.

상기 날개짓 구동부는, 모터; 상기 모터에 연결되어 적적한 감속 기어비를 제공하는 기어부; 상기 기어부에 연결된 크랭크; 및 일단이 상기 크랭크에 회동 가능하게 연결되고, 타단이 힌지에 의해 상기 주날개에 회동 가능하게 연결된 커넥팅 로드를 구비할 수 있다. 상기 기어부의 감속 기어비는 22:1 내지 30:1 범위내인 것이 바람직하다.

상기 꼬리 날개의 앙각은, 10도 내지 15도 범위내인 것이 바람직하다.

상기 날개짓 비행체의 공력중심은, 상기 주날개 시위의 50 퍼센트 내지 56 퍼센트 범위내의 위치에 형성된 것이 바람직하다.

상기 주날개의 날개짓 최고점 각도는 수평위치로부터 +38도 내지 +46도 범위내인 것이 바람직하다.

상기 주날개의 날개짓 최저점 각도는 수평위치로부터 -12도 내지 -16도 범위내인 것이 바람직하다.

상기 주날개의 끝단이 끈으로 연결된 날개짓 양력 증가 장치가 더 구비될 수 있다. 상기 날개짓 양력 증가 장치는, 상기 동체 선두에 동체 상측으로 고정된 선단 고정부; 상기 선단 고정부의 상단에 회동 가능하게 연결된 주날개 중앙 버팀대; 및 상기 버팀대 후단과 동체 후단에 연결된 주날개 앙각 조절 끈을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 앙각 조절 끈은, 소정 길이마다 여러단의 매듭지어지고, 상기 매듭의 끝은 상기 동체 후단에 탈착가능하게 연결된 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자세제어장치 및 이를 구비한 날개짓 비행체의 구성 및 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 9에 도시된 날개짓 비행체는 실제 비행에 성공한 시제품의 실시예이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 날개짓 비행체의 구성을 나타낸 개략적인 평면도로서, 주날개(100), 동체(200), 수평 꼬리날개(110), 수직 꼬리 날개(130), 날개짓 구동부(500), 및 자세제어장치(700)를 구비한다.

동체(200)는, 날개짓 비행체의 구성요소들이 부착되기 위한 몸체이다. 동체(200)의 선두에는 날개짓 구동부(500)가 설치되며, 동체(200)의 후미에는 자세제어장치(700), 수평 꼬리날개(110) 및 수직 꼬리날개(130)가 연결되고, 동체(200)의 중심축에 대하여 좌우 대칭으로 주날개(100)가 설치된다. 동체(200)는, 날개짓 비행체의 중량을 최소화하면서도 상기 구성요소들이 부착될 수 있는, 발사(balsa)목재 또는 카본로드와 같은 재료로 된 일자형의 막대로서 구비될 수 있다. 그러나 이와 같은 동체(200)의 형상은 도면에 예시된 것에 한정하는 것은 아니며, 당업자라면 이로부터 다양한 변형예가 가능한 것임을 이해할 것이다.

주날개(100)는 선단(front edge)이 주날개보(120)에 부착되고, 대칭축이 동체(200)에 부착됨으로써 구비될 수 있다. 동체(200)를 중심으로 양측의 주날개는 분리형 또는 일체형으로 구비될 수 있다. 여기서 주날개(100)는, 화선지, 폴리에스터 필름, 및 카이트천과 같은 합성섬유 등, 바람이 통하지 않고 가벼운 재료로서 구비될 수 있다.

폴리에스터 필름과 같은 유연한 재질의 주날개(100)는, 버팀대(140)에 의하여 보강될 수 있다. 버팀대(140)는 소정 직경을 갖는 카본로드(carbon rod)에 의해 구비될 수 있다.

주날개(100)의 익단(102)은, 주날개(100)의 날개짓 동작에서 충분한 추력을 발생시키기 위하여, 주날개(100)의 전단인 주날개보(120)의 수평위치에서 아래로 소정 정도 처지게 구비될 수 있다. 주날개(100)의 날개짓 동작시, 처진 익단(102) 은 위 아래로 펄럭이는 동작을 하며 날개짓 비행체에 충분한 추력을 발생시킨다. 여기서 익단(102)의 처짐 정도는, 주날개(100) 폭의 4 퍼센트 내지 12 퍼센트 범위내일 수 있다. 예컨대 실제 비행에 성공한 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 의한 날개짓 비행체는, 주날개(100) 폭이 400mm 이므로, 익단(102)이 16mm 내지 48mm 범위내에서 처지도록 구비될 수 있다. 주날개(100)가 버팀대(140)에 의해 보강되는 경우에는, 버팀대(140)의 끝단이 익단(102)의 최대 처짐점이 될 수 있다.

수평꼬리날개(110)는 자세제어장치(700)에 소정 연결부재(도 7a의 730)에 의해 연결된다. 수평 꼬리날개(110)는, 날개짓 비행체가 피치 동작을 수행할 수 있도록 엘리베이터 역할을 한다. 수평 꼬리날개(110)는, 자세제어장치(700)의 서보혼(도 7a의 750) 및 피치제어부재(도 7a의 720)에 의하여 동작에 따라 움직여서, 날개짓 비행체의 자세를 변경시킨다. 자세제어장치(700) 및 수평 꼬리날개(110)의 동작은 도 7a 이하에서 상세히 설명하기로 한다.

수직꼬리날개(130)는, 날개짓 비행체가 요우 동작을 수행할 수 있도록 러더 역할을 한다. 수직 꼬리날개(130)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수평 꼬리날개(110)의 상면에 그 대칭축을 이루며 고정 결합됨으로써, 수평 꼬리날개(110)과 함께 동작하도록 구비될 수 있다.

날개짓 구동부(500)는, 주날개(100)가 상하로 날개짓 동작을 하도록 동력원인 모터와 작동 기구를 포함한다. 이에 대해서는 도 5 및 도 6에서 자세히 설명한다.

자세제어장치(700)는, 동체(200)에 부착되고, 수평 꼬리날개(110) 및 수직 꼬리날개(130)에 연결된다. 자세제어장치(700)의 동작에 따라, 수평 꼬리날개(110) 및 수직 꼬리날개(130)가 동작하여 본 발명에 의한 날개짓 비행체의 자세를 변경시키게 된다. 이에 대해서는 도 7a 이하에서 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 날개짓 비행체의 공력중심(Aerodynamic Center, AC)은 주날개시위(wing chord)의 50 퍼센트 내지 56 퍼센트 위치에 형성될 수 있다. 상기 공력중심(AC)의 위치는, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 날개짓 비행체의 실제 비행 시험에 의한 수많은 시행착오에 의하여 얻어진 안정적인 비행을 위한 값이다.

도 2는 도 1에 도시된 날개짓 비행체의 개략적인 측면도로서, 날개짓 비행체의 구동을 위하여 구비될 수 있는 변속기(230), RF 수신기(240), 배터리(250), 날개짓 구동부(500), 모터(550), 전면보호부재(210), 하부보호부재(220)를 보여준다.

날개짓 구동부(500)는, 주날개(100)가 상하로 날개짓 동작을 하도록 동력원인 모터와 작동 기구를 포함한다. 이에 대해서는 도 5 및 도 6에서 자세히 설명한다.

도 3은 도 2를 동체(200)를 중심으로 확대한 도면으로서, 연결부재(201)에 날개짓 구동부(500)가 동체(200)에 고정된다.

RF 수신기(240)는, 조종자의 송신기(미도시) 조작에 의하여 발생하는 전파신호를 수신하여 변속기(550) 및 자세제어장치(700)를 구동한다.

배터리(250)를 전원으로 하여, 날개짓 구동부(500)에 동력을 제공한다. 배터리(250)는 리튬-폴리머 배터리 등이 사용될 수 있다.

변속기(230)는, 날개짓 속도를 조절하기 위하여, RF 수신기(240)에 의해 제 어되어 모터(550)의 속도를 조절한다.

전면보호부재(210)는 동체(200) 선두에 구비되는 날개짓 구동부(500)를 보호하기 위하여 구비된다. 전면보호부재(210)는 날개짓 구동부(500)의 감싸는 커버 형태로서 구비될 수 있으며, 그 바람직한 일 실시예로서 날개짓 비행체의 전면 충격에 대하여 탄성적으로 대응할 수 있는 탄성 와이어에 의해 구비될 수 있다. 탄성 와이어가 날개짓 구동부(500)를 감싸도록 라운딩되어 동체(200) 선두 및 날개짓 구동부(500) 하단부에 라운딩되어 설치됨으로써, 충격면에 대하여 탄성 반발함으로써, 날개짓 비행체를 보호할 수 있다. 탄성 와이어로는, 소정 직경 예컨대 0.6mm 내지 0.8mm의 직경을 갖는 피아노선이나 카본로드가 사용될 수 있다.

하부보호부재(220)는, 전면보호부재(210)와 같은 원리로 날개짓 비행체의 하부를 보호한다. 하부보호부재(220)는, 동체(200) 하부의 구성요소들을 감싸는 커버 형태로서 구비될 수 있으며, 그 바람직한 일 실시예로서, 그 양단이 날개짓 구동부(500) 하단부 및 동체(200) 후미에 설치된 탄성 와이어로서 구비될 수도 있다.

도면 및 상기의 기재로부터 당업자라면, 전면보호부재(210) 및 하부보호부재(220)가 일체형으로 구비될 수도 있음을 이해할 것이다.

도 2에 도시된 구성요소들은, 도 1에서 설명한 바와 같이, 날개짓 비행체의 공력중심(AC)이 날개시위(wing chord)의 50 퍼센트 내지 56 퍼센트에 형성되도록, 동체(200)에 부착될 수 있다.

수평 꼬리날개(110)의 앙각(angle of incidence)는 10도 내지 15도의 범위내 에서 결정될 수 있다. 수평 꼬리날개(110)의 앙각의 가장 바람직한 값은 12.5도인데, 이 각도는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 날개짓 비행체의 실제 비행 시험에 의한 수많은 시행착오에 의하여 얻어진 것으로서, 직진 비행시 약 50 퍼센트의 날개짓 출력에서 수평 비행이 이루어지는 값이다. 이 경우 날개짓 비행체의 공력중심(AC)은 날개시위의 52 퍼센트 위치이다.

도 4는 도 1에 도시된 날개짓 비행체의 개략적인 정면도로서, 날개짓 구동부(500), 주날개(100), 주날개보(120), 수평꼬리날개(110), 수직꼬리날개(130)의 배치를 보여준다.

도 5는 도4에 도시된 날개짓 비행체의 상방향 날개짓 동작을 설명하기 위한 상세도이고, 도 6은 도4에 도시된 날개짓 비행체의 하방향 날개짓 동작을 설명하기 위한 상세도이다.

날개짓 구동부(500)는, 기어부(510), 크랭크(520), 커넥팅로드(530), 및 힌지(540), 모터(도 3의 550)을 구비한다.

모터(550)의 회전에 따라 적정한 감속 기어비를 갖는 기어부(510)에 의해 크랭크(520)로 동력이 전달된다. 여기서 기어부(510)의 감속 기어비는, 22:1 내지 30:1의 범위내에서 결정될 수 있다. 날개짓 횟수(flapping frequency)는 모터의 회전 속도에 따라, 초당 10~20회로 결정될 수 있다.

한 쌍의 커넥팅로드(530)는 그 일단이, 크랭크(520)에 회동 가능하게 연결되고, 그 타단이 힌지(540)에 의해 주날개보(120)에 회동 가능하게 연결된다. 커넥팅로드(530)는 크랭크(520)의 회전 운동을 주날개(100)의 상하 날개짓 운동으로 바꾸 어 준다. 예컨대 날개폭이 400mm인 경우, 크랭크(520)의 회전직경은 16~18 mm로 결정될 수 있다.

도 5에 도시된 상방향 날개짓 각도(flapping angle)는, 주날개보(120)의 수평위치로부터 상방향으로 +38도 내지 +46도 범위내에서 결정될 수 있다. 또한 도 6에 하방향 날개짓 각도는, 주날개보(120)의 수평위치로부터 하방향으로 -12도 내지 -16도 범위내에서 결정될 수 있다. 이러한 상하방향의 날개짓 각도의 범위는, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 날개짓 비행체의 실제 비행 시험에 의한 수많은 시행착오에 의하여 얻어진 안정적인 비행을 위한 값이다.

이러한 날개짓 각도 범위에, 표 1의 제원에 의한 날개짓 비행체의 실시예에서, 감속 기어비 26:1 는 최대출력의 50 퍼센트의 출력으로 수평비행이 가능한 기어비이다. 감속 기어비가 22:1 내지 30:1의 범위내에서 결정되면, 표 1의 제원하에서 최대출력의 70 퍼센트 이내의 출력으로 수평비행이 가능하다.

도 7a 내지 도 7d는 하나의 서보에 의하여, 날개짓 비행체의 방향 전환 중 피치(pitch)와 요우(yaw)축을 동시에 제어하는 자세제어장치(700)의 구조와 동작을 보여준다. 자세제어장치(700, 700a)는, 서보(710, 710a), V자홈(740, 740a)이 형성된 피치제어부재(720, 720a), 연결부재(730)를 구비한다.

서보(710, 710a)는, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 좌우로 직선운동하는 서보혼(750) 타입(710)과, 도 7c 및 도 7d에 도시된 래이디얼(radial) 서보혼(750a) 타입(710a)이 있다.

도 7a를 참조하면, 연결부재(730)의 일단은 동체(200) 후미에 고정되어 있 고, 타단은 서보혼(750)을 통하여 수평꼬리날개(110)에 연결되어 있다. 또한 도 7c를 참조하면, 래이디얼 서보혼이 채용된 경우, 연결부재(730)의 일단은 서보혼(750a)에 연결된다. 연결부재(730)는 피아노선 또는 카본로드 등 무게가 가벼운 탄성부재에 의해 가공될 수 있다.

따라서, 서보(710)의 작동에 의하여 서보혼(750)이 좌우로 직선운동함에 따라, 동체 후미의 고정점을 중심으로 수평꼬리날개(110)가 좌우로 회전하면서 움직이게 된다. 수평꼬리날개(110)가 좌우로 움직이면, 러더 역할을 하는 수직꼬리날개(130)가 좌우로 각도를 틀게 되므로, 비행체의 방향전환이 이루어진다.

대부분의 비행체는 방향전환시 고도 침하가 동시에 발생하며, 피치축 및 롤축의 불안정 상태가 되어, 그대로 방치할 경우 비행체 추락으로 이어질 수 있다. 따라서, 일반적으로 별도의 서보를 사용하여 수평꼬리날개의 끝부분을 동시에 올려주어, 피치각을 키움으로써 고도 침하를 막는다. 그러나, 본 발명의 종래 기술에서 기재한 바와 같이 이와 같은 추가적인 서보는 조종성 및 비행체의 소형화 등에 장애가 된다.

본 발명의 날개짓 비행체의 자세제어장치(700)는, 방향전환시, 피치축과 요우축을 동시에 제어할 수 있는 피치제어부재(720)를 구비한다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 피치제어부재(720)는 서보혼(750)과 수평 꼬리날개(110) 사이의 동체(200)축상의 소정 위치에 구비되며, V자홈(740)이 형성되어 있다. 피치제어부재(720a)의 다른 실시예가 도 7c 및 도 7d에 도시되어 있다. 피치제어부재(720, 720a)의 V자홈(740, 740a)위에는 연결부재(730)가 걸쳐지며, 연결부재(730)는 서보혼(750, 750a)의 작동에 따라 중앙 골짜기로부터 좌상 방향 또는 우상 방향으로 움직이게 된다. 또한, 최저점과 최고점을 연결한 선의 각도가 10도 내지 20도의 범위내에서 결정될 수 있다. 이는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 날개짓 비행체의 실제 비행 시험에 의한 수많은 시행착오에 의하여 얻어진 안정적인 비행을 위한 값이다.

도면에 도시되지는 않았지만, V자홈(740)은, 반원형 등으로 변형되어 동일한 기능을 수행할 수 있다.

도 7b 및 도 7d는 각각 직선 타입 서보와 래이디얼 타입의 서보에 의한 자세제어장치(700, 700a)의 동작을 나타낸 도면이다. 연결부재(730)의 일단이 서보혼(750, 750a)측에 고정되어 있으므로, 연결부재(730)가 V자홈(740, 740a)을 따라 좌상방향 또는 우상방향으로 움직이게 되면, 피치축을 따라 수평 꼬리날개(110)의 앙각이 상승한다. 따라서, 하나의 서보에 의하여 피치와 요우축이 동시에 제어 가능하게 되며, 방향선회시 고도 침하를 막을 수 있다.

도 8b는 수직 꼬리날개(130)가 중립상태에 있는 경우의 평면도이다. 이 때, 수평 꼬리날개(110)에 연결된 연결부재(730)는 피치제어부재(720)의 V자홈의 골짜기에 위치하게 되어 수평 꼬리날개(110)의 앙각이 최하값이 된다. 본 발명에 있어서, 수평 꼬리날개(110)의 앙각의 최하값은, 10도 내지 15도의 범위내인 것이 바람직하며, 12.5도인 것이 가장 바람직하다.

도 8a는 서보혼(750)이 도 7b에 도시된 것과는 반대방향으로 움직인 경우의 수평꼬리날개(110)의 위치를 보여준다. 도 8a를 참조하면, 수직꼬리날개(130)는 동체(200)축(C)에 대하여 Y_R 만큼 돌아가므로, 비행체는 우회전하게 된다. 또한 도 8d를 참조하면, 수직 꼬리날개(130)의 Y_R 위치에서, 수평 꼬리날개(110)는 각도 ∠P만큼 앙각이 증가하게 되며, 피치축을 따라 기수가 상승하게 되는 효과가 있으므로 우회전시 고도침하를 막을 수 있다.

도 8c는 서보혼(750)이 도 7b에 도시된 방향으로 움직인 경우의 수평꼬리날개(110)의 위치를 보여준다. 도 8b를 참조하면, 수직 꼬리날개(130)는 동체(200)축(C)에 대하여 Y_L 만큼 돌아가므로, 비행체는 좌회전하게 된다. 우회전시와 마찬가지로, 도 8d를 참조하면, 수직 꼬리날개(130)의 Y_L 위치에서, 수평 꼬리날개(110)는 각도 ∠P만큼 앙각이 증가하게 되며, 피치축을 따라 기수가 상승하게 되는 효과가 있으므로 좌회전시 고도침하를 막을 수 있다.

또한, 수평꼬리날개(110) 전체가 선회하고자 하는 방향으로 이동하므로, 선회 중 비행체의 좌우 공력중심점(AC)도 선회 방향으로 약간 이동하게 된다. 따라서, 선회 중 발생하기 쉬운 롤축 불안정도 상쇄되는 효과가 있다.

실제 시험 비행에서도, 방향선회중 롤축 불안정이나 고도 침하 없이 요우축을 따라 부드러운 선회가 가능하였다. 피치제어부재(720)에 형성된 V자형 홈의 각도는 10도 내지 20도 이다. 이는 시험 비행을 통하여 안정적인 방향 전환을 위하여 결정된 최적값이다.

결국, 피치제어부재(740)를 포함하는 자세제어장치(700)를 비행체의 방향선 회시, 선회 방향을 결정할 뿐만이 아니라, 방향 선회시 발생하는 고도침하 문제를 해결하고, 동시에 롤축 불안정 문제도 해결하여, 안정적인 방향선회를 가능하게 한다.

도 9는 도 1에 도시된 날개짓 비행체의 변형예로서, 날개짓 양력증가 장치(900)가 추가된 실시예이다. 날개짓 양력증가 장치(900)는, 선단 고정부(910),주날개 버팀대(920)와 주날개 앙각 조절끈(930)로 구비된다.

동체(200)의 선두에는 소정 높이를 갖는 연결부재(201)가 설치되어 있다. 주날개(100)를 지지하는 양력증가 장치(900)는, 연결부재(201)의 상단에 고정된다. 여기서, 선단 고정부재(910)에 의해 주날개 중앙 버팀대(920)가 연결부재(201)의 상단에 회동 가능하게 연결된다. 선단 고정부재(910)는, 그 일단이 연결부재(201) 상단에 고정되고, 그 타단이 탄성 변형되는 자유단으로서 주날개 중앙 버팀대(920)를 지지하도록 구비될 수 있다. 주날개 중앙 버팀대(920) 일단에는 주날개 앙각 조절 끈이 구비된다.

앙각 조절끈(930)은, 버팀대(920) 후단에 부착되어 동체(200) 후단에 연결된다. 앙각 조절끈(930)에 의해, 하방향 날개짓 순간에 앙각이 증가하게 되어, 비행 중 더 많은 양력이 발생한다. 앙각 조절끈(930)의 길이를 조정하면, 비행 중 앙각이 조정된다. 앙각 조절끈(930)은 소정 길이마다 여러단의 매듭을 지어 놓고, 매듭을 동체(200) 후단에 탈착할 수 있도록 하면, 쉽게 앙각을 조절할 수 있다.

전술한 본 발명의 날개짓 비행체의 시제품의 사양은 다음 표 1과 같다.

구분	제원
주날개폭	385~415mm
전장	330~340 mm (전면보호부재 포함시 380 mm)
공력중심(AC)	주날개 시위의 52 퍼센트 위치
수평꼬리날개 앙각	12.5 도 (10~15도)
기체 재료	카본판, 카본로드, 발사, 피아노선
날개 재료	폴리에스터 필름, 화선지
날개짓 각도	+38도 ~ +46도, -13도 ~ -16도
날개짓 비행체 무게	28~31.5g
최대출력	7W
날개짓 횟수	10~20 Hz
기어부 기어비	26:1 (22:1~30:1)

이상 도면과 명세서에서 본 발명의 바람직한 실시예들이 개시되었다. 그러나 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

특히 전술한 실시예들은 날개짓 비행체를 중심으로 하여 기술되었다. 그러나 본 발명에 의한 자세제어장치는 날개짓 비행체에만 적용되는 것으로 한정하는 것은 아니다. 당업자라면 전술한 실시예들의 기재로부터, 본 발명의 자세제어장치가 무선에 의하여 조종되는 모든 소형 항공기 제어를 위하여 적용될 수 있음을 이해할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 자세제어장치 및 이를 채용한 날개짓 비행체에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 방향 선회시, 하나의 서보에 의하여 수직꼬리날개의 각도 조정에 의한 요우축 제어와 수평꼬리날개의 각도 조정에 의한 피치축 제어가 동시에 이루어짐으로써, 날개짓 비행체의 방향 선회 조종이 용이하고, 선회시 고도 침하에 의한 자세 불안정 문제가 해결된다.

둘째, 방향 선회시, 수평꼬리날개 전체가 선회하고자 하는 방향으로 이동하므로, 선회 중 비행체의 좌우 공력중심점도 선회 방향으로 이동하게 되므로, 선회 중 발생하기 쉬운 롤축 불안정도 상쇄되는 효과가 있다.

세째, 하나의 서보모터 및 그 작동 기구에 의하여 비행체의 방향 선회를 제어하므로, 비행체 전체 무게를 감소시킨다. 따라서, 날개짓 비행체의 날개폭 및 전체 크기를 소형화할 수 있다.

네째, 날개짓 비행체의 제조에 있어서, 서보모터 및 그 작동 기구의 간소화로 비용감소의 효과가 있다.

본 발명은 이상에서 설명되고 도면들에 표현된 예시들에 한정되는 것은 아니다. 전술한 실시 예들에 의해 가르침 받은 당업자라면, 다음의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위 및 목적 내에서 전술한 실시 예들에 대해 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims (29)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 동체;

   주날개;

   수평 꼬리날개 및 수직 꼬리날개를 갖는 꼬리날개;

   상기 동체의 선두에 설치되며, 상기 주날개가 상하로 날개짓 동작을 하는 작동 기구를 포함하는 날개짓 구동부; 및

   상기 동체 후미에 고정되고, 상기 꼬리날개에 연결되어 마련되며, 상기 꼬리날개가 좌우로 움직임과 동시에, 상기 꼬리날개의 앙각이 상승 또는 하강하도록 작동되는 자세제어장치를 구비하며,

   상기 자세제어장치는:

   서보혼이 구비된 서보;

   일단이 상기 서보혼에 연결되고, 상기 타단이 서보혼을 통하여 상기 꼬리날개에 연결된 연결부재; 및

   상기 서보혼과 상기 꼬리날개 사이에 설치되며, 상기 동체축을 골짜기로 하는 홈이 형성된 피치제어부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
9. 제8항에 있어서, 상기 서보혼은,

   직선혼 또는 래이디얼혼 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
10. 제8항에 있어서, 상기 연결부재는,

    피아노선 또는 카본로드 재료로 구비된 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
11. 제8항에 있어서, 상기 피치제어부재에 형성된 홈은,

    상기 동체축을 골짜기로 하는 V자홈인 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
12. 제8항에 있어서, 상기 피치제어부재에 형성된 홈은,

    상기 동체축을 골짜기로 하는 반원형인 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
13. 제8항에 있어서, 상기 피치제어부재에 형성된 홈은,

    상기 최저점과 최고점을 연결한 선의 각도가 10도 내지 20도의 범위내인 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
14. 제8항에 있어서, 상기 주날개 및 꼬리날개의 재질은,

    화선지, 폴리에스터 필름, 및 카이트천 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
15. 제8항에 있어서,

    상기 주날개의 후단은 상기 주날개의 전단보다 아래로 처지게 부착된 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
16. 제15항에 있어서,

    상기 주날개의 후단은 상기 주날개의 전단보다, 주날개폭의 4 퍼센트 내지 12 퍼센트 범위내에서 처진 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
17. 제8항에 있어서, 상기 동체 앞쪽에,

    상기 날개짓 구동부를 감싸는 전면보호부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
18. 제17항에 있어서, 상기 전면보호부재는,

    상기 탄성 와이어에 의하여 구비되는 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
19. 제8항에 있어서,

    상기 동체 하부를 감싸는 하부보호부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
20. 제19항에 있어서, 상기 하부보호부재는,

    상기 탄성 와이어에 의하여 구비되는 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
21. 제8항에 있어서, 상기 날개짓 구동부는,

    모터;

    상기 모터에 연결되어 적적한 감속 기어비를 제공하는 기어부;

    상기 기어부에 연결된 크랭크; 및

    일단이 상기 크랭크에 회동 가능하게 연결되고, 타단이 힌지에 의해 상기 주날개에 회동 가능하게 연결된 커넥팅로드를 구비하는 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
22. 제21항에 있어서,

    상기 기어부의 감속 기어비는 22:1 내지 30:1 범위내인 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
23. 제8항에 있어서,

    상기 꼬리 날개의 앙각은, 10도 내지 15도 범위내인 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
24. 제8항에 있어서,

    상기 날개짓 비행체의 공력중심은, 상기 주날개 시위의 50 퍼센트 내지 56 퍼센트 범위내의 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
25. 제8항에 있어서,

    상기 주날개의 날개짓 최고점 각도는 수평위치로부터 +38도 내지 +46도 범위내인 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
26. 제8항에 있어서,

    상기 주날개의 날개짓 최저점 각도는 수평위치로부터 -12도 내지 -16도 범위내인 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
27. 제8항에 있어서,

    상기 주날개의 끝단이 끈으로 연결된 날개짓 양력 증가 장치가 더 구비된 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
28. 제27항에 있어서, 상기 날개짓 양력 증가 장치는,

    상기 동체 선두에 동체 상측으로 고정된 선단 고정부;

    상기 선단 고정부의 상단에 회동 가능하게 연결된 주날개 중앙 버팀대; 및

    상기 버팀대 후단과 동체 후단에 연결된 주날개 앙각 조절 끈을 구비하는 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
29. 제28항에 있어서, 상기 앙각 조절 끈은,

    소정 길이마다 여러단의 매듭지어지고,

    상기 매듭의 끝은 상기 동체 후단에 탈착가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.

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