KR100602708B1 - 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치 - Google Patents

수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치에 관한 것으로, 무게를 최소화하면서도 안정적인 착륙이 가능하고 생산과 조립이 용이한 착륙장치를 제공하기 위하여, 수직 이착륙 비행 장치의 착륙장치에 있어서, 수직 이착륙 비행 장치의 본체와 결합 고정되는 중앙부를 기준으로 2개 이상의 궁(弓)형 몸체가 교차하도록 결합되고, 궁형 몸체는 대칭되는 수직 이착륙 비행 장치의 본체가 안착되는 안착부, 소정 각도로 하향 절곡된 절곡부 및 지면과 접촉하는 착륙부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
수직 이착륙 비행 장치, 헬리콥터, 경량, CFRP, 동축반전 로터

Description

수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치{A ultra-light landing apparatus for VTOL aerial vehicle}
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 착륙장치의 사시도이다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 착륙장치의 측면도이다.
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 착륙장치를 사용한 수직 이착륙 비행 장치의 사시도와 측면도이다.
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 착륙장치를 사용한 수직 이착륙 비행 장치의 분해 사시도이다.
도5는 제1종래기술에 따른 착륙장치를 사용한 수직 이착륙 비행 장치의 분해 사시도이다.
도6은 제2종래기술에 따른 착륙장치를 사용한 수직 이착륙 비행 장치의 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,20: 착륙장치 12,22: 위치 고정홀
14, 24: 안착부 16: 연장부
18: 착륙부 26: 연장부
28: 회전축 30: 실린더
32: 바퀴 100, 150: 착륙장치
105,155: 위치 고정홀 110,160: 안착부
115: 절곡부 120,170: 몸체
130,180: 착륙부 140,190: 탄성부
200: 수직 이착륙 비행 장치 210: 덕트
220: 제1로터 230: 제2로터
본 발명은 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무게를 최소화하면서도 안정적인 착륙이 가능하고 생산과 조립이 용이한 착륙장치에 관한 것이다.
헬리콥터(helicopter)로 널리 불리는 수직 이착륙 비행 장치(VTOL: Vertical TakeOff and Landing aircraft)는 로터(rotor: 또는 회전 날개라고도 함, 이하 별다른 설명이 없는 한 ‘로터’라 한다)를 회전시켜 양력을 얻어 비행하는 장치이다.
일반적으로 수직 이착륙 비행 장치는 양력을 발생하는 로터와, 엔진, 탑승자 및/또는 화물 등이 수용되는 본체 및 이착륙에 사용되는 착륙장치로 구성된다.
수직 이착륙 비행 장치는 로터의 구성 및 동작에 따라, 일반형과 동축반전 로터형으로 구분된다. 이중 일반형은 본체의 상부에 설치되어 양력을 발생하는 메 인로터와 본체의 측부에 설치되어 메인 로터의 동작에 따라 발생되는 작용-반작용 법칙에 의한 토크를 상쇄하기 위한 테일로터로 구성되고, 메인로터의 회전날개가 그리는 평면(회전면)을 기울여 양력과 동시에 분력을 발생하여 원하는 방향으로 비행한다. 그러나 이와 같은 일반형 수직 이착륙 비행 장치는 테일로터가 손상되는 경우 자세보정이 되지 않아 조종능력을 상실하는 문제가 있다.
동축반전 로터형 수직 이착륙 비행 장치는 하나의 축에 서로 반대 방향으로 회전하는 2개의 로터로 구성되고, 2개의 로터가 반대 방향으로 회전하기 때문에 작용-반작용 법칙에 의한 토크가 자동적으로 상쇄되고, 각각의 로터의 회전력을 서로 다르게 조정하는 것에 의해 원하는 방향으로 비행이 가능하다. 이와 같은 동축반전 로터형 수직 이착륙 비행 장치는 일반형에 비해 조종이 쉽고, 엔진 출력을 모두 양력으로 전환하여 효율이 높고 부양력이 크기 때문에, 무거운 화물의 운송이나 소형 수직 이착륙 비행 장치에 널리 사용된다.
특히, 1인용 또는 무인 수직 이착륙 비행 장치에 동축반전 로터형이 많이 사용되는데, 이와 같은 용도에 따라 동축반전 로터형 수직 이착륙 비행 장치는 경량화가 설계의 중요한 부분을 차지하게 된다. 따라서, 수직 이착륙 비행 장치의 구성 부품의 재질 변경 등을 통해 경량화를 시도하지만, 부품의 내구성 등을 감안하면 경량화 정도는 미약하다. 이에 의해 착륙장치의 경량화가 크게 요구된다.
이하에서 첨부된 도면을 참조로 종래기술에 따른 착륙장치를 설명한다.
먼저 첨부된 도면 도5를 참조로 제1종래기술에 따른 착륙장치를 설명한다.
도5는 제1종래기술에 따른 착륙장치를 사용한 수직 이착륙 비행 장치의 분해 사시도이다.
도5에 도시된 바와 같이, 제1종래기술에 따른 착륙장치(10)는 소위 스키드(skid)형 착륙장치이다.
제1종래기술에 따른 착륙장치(10)는 외부 몸체를 형성하는 덕트(210)에 제1로터(220)와 제2로터(230)가 수용된 수직 이착륙 비행 장치의 본체(200)와 결합 고정되기 위한 위치 고정홀(12)을 중심으로 철골 구조물로 연장부(16)와 착륙부(18)가 형성된다. 미설명 부호 ‘14’는 안착부로서 안착부(14)에 본체(200)가 안착된다.
이와 같이 구성된 제1종래기술에 따른 착륙장치(10)는 구조가 단순하고 신뢰성이 높은 반면, 착륙시 본체(200)에 많은 충격이 발생하고, 철골 구조물로 형성되기 때문에 무게가 무거운 단점이 있다.
이하 첨부된 도면 도6을 참조로 제2종래기술에 따른 착륙장치를 설명한다.
도6은 제2종래기술에 따른 착륙장치를 사용한 수직 이착륙 비행 장치의 분해 사시도이다.
도6에 도시된 바와 같이, 제2종래기술에 따른 착륙장치(20)는 본체(200)와 결합 고정되기 위한 위치 고정홀(22)을 중심으로 3개 이상의 랜딩 기어가 결합되는데, 랜딩 기어는 연장부(26), 실린더(30) 및 바퀴(32)로 구성된다. 연장부(26)에는 회전축(28)이 결합되어 실린더(30)와 바퀴(32)가 본체(200) 내부로 회절되어 수용되도록 한다. 실린더(30)는 착륙시에 발생하는 충격을 흡수하고, 바퀴(32)도 고무 등의 재질로 형성되어 착륙시의 충격을 감소시킨다. 미설명 부호 ‘24’는 안착부 로서 안착부(24)에 본체(200)가 안착된다.
이와 같은 제2종래기술에 따른 착륙장치(20)는 제1종래기술에 다른 착륙장치(10)에 비해 항이 최소화되고 충격을 줄이는 이점이 있으나, 무게가 무겁고 구조가 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 전술된 종래기술들에 따른 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 구조가 단순하고 가벼운 착륙장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 착륙시에 발생되는 충격을 최소화하여 수직 이착륙 비행 장치의 본체 및 내부 수용물의 파손을 방지할 수 있는 착륙장치를 제공하는 것이다.
전술된 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시형태에 따른 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치는, 수직 이착륙 비행 장치의 본체와 결합 고정되는 중앙부를 기준으로 2개 이상의 궁(弓)형 몸체가 교차하도록 결합되고, 상기 궁형 몸체는 상기 수직 이착륙 비행 장치의 본체가 안착되는 안착부, 소정 각도로 하향 절곡된 절곡부 및 지면과 접촉하는 착륙부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 안착부는 상기 수직 이착륙 비행 장치의 본체가 효과적으로 안착되도록 평평하게 형성된다.
한편, 상기 궁형 몸체는 전체적으로 원호 형상으로 형성될 수도 있다.
한편, 2개의 궁형 몸체가 십자(+) 형태로 교차되게 결합되는 것이 바람직하 다.
상기 착륙부의 하부에는 소정의 탄성을 갖는 탄성부가 추가로 결합되는 것이 바람직하다.
상기 착륙부는 소정 각도로 상향 절곡되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 착륙부는 지면에 대해 볼록한 라운드 형상으로 상향 절곡될 수 있다.
상기 궁형 몸체는 탄성을 가진 씨에프알피(CFRP: Carbon fiberglass reinforced plastics)로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 궁형 몸체가 교차되는 중심부위에는 상기 수직 이착륙 비행 장치의 본체와의 결합 위치를 잡아주는 위치 고정홀이 형성되는 것이 바람직하다.
전술된 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시형태에 따른 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치는, 수직 이착륙 비행 장치의 본체와 결합 고정되는 중앙의 위치 고정홀을 기준으로 적어도 3개 이상의 막대형 몸체가 방사상으로 연장되고, 상기 막대형 몸체는 상기 수직 이착륙 비행 장치의 본체가 안착되는 안착부, 소정 각도로 하향 절곡된 절곡부 및 지면과 접촉하는 착륙부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들이 기술된다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이 용어들은 제품을 생산하는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
(제1실시예)
먼저, 첨부된 도면 도1 내지 도3을 참조로 본 발명의 제1실시예에 따른 착륙장치를 설명한다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 착륙장치의 사시도이고, 도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 착륙장치의 측면도이고, 도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 착륙장치를 사용한 수직 이착륙 비행 장치의 사시도(도3a)와 측면도(도3b)이다.
도1에 잘 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 착륙장치(100)는 수직 이착륙 비행 장치의 본체와 결합 고정되는 중앙의 위치 고정홀(105)을 기준으로 2개의 궁(弓)형 몸체(120)가 교차하도록 결합되어 형성된다. 여기서 궁형 몸체(120) 상호간의 결합은 리벳(rivet) 및/또는 볼트와 너트를 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 이때의 교차 각도는 서로 직교할 수 있도록 90걋 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 특별히 한정되지는 않는다.
그러나 본 발명에서 궁형 몸체(120)의 개수는 2개에 특별히 한정되는 것은 아니며 적어도 2개 이상만 있으면 된다. 즉 궁형 몸체(120)의 개수가 2개가 되면 탄성력이 상대적으로 크기 때문에 수직 이착륙 비행 장치의 본체로 전달되는 충격량을 줄일 수 있게 되고, 3개 이상이 되면 보다 무거운 수직 이착륙 비행 장치의 본체에 연결될 수 있다. 이와 같은 막대형 몸체의 사용 개수는 설계자에 의해 비행 장치의 전체적인 무게와 용도 등을 고려하여 자유롭게 선택가능하다.
또한 상기 몸체(120)는 2개의 궁형 몸체를 교차하여 결합하는 대신, 4개의 막대형 몸체를 방사상으로 연장 형성하여 형성할 수도 있음에 유의해야 한다.
상기 몸체(120)는 수직 이착륙 비행 장치의 본체가 안착되는 평평한 안착부(110), 소정 각도로 하향 절곡된 절곡부(115), 지면과 접촉되는 소정 각도로 상향 절곡된 착륙부(130) 및 착륙부(130)의 하단에 결합되는 소정의 탄성을 갖는 탄성재질로 형성된 탄성부(140)가 서로 대칭될 수 있도록 구성된다.
여기서 몸체(120)는 CFRP(Carbon Fiberglass Reinforced Plastics: 탄소 섬유 강화 플라스틱) 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, CFRP는 인장 강도가 높아서 잦은 이착륙에 따른 파손 부담을 줄일 수 있고, 부식이 없어서 비에 의한 부식을 방지할 수 있고, 응력의 축적에 따른 저항이 크고, 가볍고 제작이 용이하여 수직 이착륙 비행 장치의 경량화를 도울 수 있다.
상기 위치 고정홀(105)은 하나 이상 형성되며, 수직 이착륙 비행 장치의 본체에 리벳(rivet) 및/또는 볼트와 너트와 같은 체결 부재를 통해 몸체(120)를 결합시키는 기준 위치를 결정하는 기능을 담당한다. 또한 필요에 따라, 위치 고정홀(105)은 수직 이착륙 비행 장치의 본체와 몸체를 결합하는 체결 부재가 통과되는 체결홀로서의 기능을 수행할 수도 있다.
상기 안착부(110)는 수평으로 평평하게 형성되어 수직 이착륙 비행 장치의 본체가 안정적으로 안착될 수 있도록 돕는다.
상기 절곡부(115)는 소정 각도로 하향 절곡되어 몸체(120) 전체가 판스프링과 같은 기능을 수행할 수 있도록 돕는다. 절곡부(115)의 위치를 위치 고정홀(105)에 보다 가까운 쪽으로 이동시키면 탄성력이 커질 수 있고, 착륙부(130)에 보다 가까운 쪽으로 이동시키면 착륙장치(100)가 보다 큰 하중에 견딜 수 있게 된다. 이와 같은 절곡부(115)의 위치는 수직 이착륙 비행 장치의 전체 무게나 사용 용도 등을 고려하여 설계자가 임의로 변경시켜 사용할 수 있다.
상기 착륙부(130)는 소정 각도로 상향 절곡되되 지면에 대해 라운드 형상으로 절곡되어 수직 이착륙 비행 장치가 지면에 착륙하면서 지면에 박혀버리지 않고 슬라이드 이동될 수 있도록 돕는다.
상기 탄성부(140)는 고무 또는 우레탄과 같은 탄성을 갖는 재질로 형성되어 수직 이착륙 비행 장치의 착륙시에 본체로 충격이 가해지는 것을 줄이는 기능을 수행한다.
이와 같이 구성된 착륙장치(100)는 도3에 도시된 바와 같이 수직 이착륙 비행 장치의 본체와 결합되어 수직 이착륙 비행 장치(200)를 구성한다. 도3에 도시된 바와 같이, 착륙시의 안정성을 확보하기 위하여 착륙장치(100)의 착륙부(130)들을 연결한 가상선의 적어도 일부는 덕트(210)의 외주보다 바깥에 위치되는 것이 바람직하다.
전술된 바와 같이 구성된 착륙장치(100)를 사용한 비행 장치(200)의 착륙시에, 상향 절곡된 착륙부(130)의 형상에 의해 비행 장치(200)가 지면에 박히듯이 착 륙하지 않고 슬라이드 이동되면서 착륙될 수 있어, 비행 장치(200)의 조작 편이성이 높아질 수 있다.
또한 상기 몸체(120)가 절곡부(115)에 의해 하향 절곡되어 전체적으로 판 스프링과 유사한 동작을 하고, 탄성부(140)의 탄성력에 비행 장치(200)의 착륙시에 발생되는 지면과의 충격을 크게 상쇄시킬 수 있다. 이와 같은 충격 감소 효과는, 비행 장치(200)에 충격에 예민하고 고가인 촬영 장비 등을 수납하는 경우에 특히 유용하다.
(제2실시예)
이하에서 첨부된 도면 도4를 참조로 본 발명의 제2실시예에 따른 착륙장치를 설명한다.
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 착륙장치의 사시도이다.
도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 착륙장치(150)는 제1실시예에 따른 착륙장치(100)에 비해 전체적으로 원호 형상으로 형성된 것을 제외하고는 실질적으로 동일하다.
즉, 제2실시예에서 위치 고정홀(155)는 제1실시예의 위치 고정홀(105)에 대응하고, 안착부(160)는 제1실시예의 안착부(110)에 대응하고, 착륙부(180)는 제1실시예의 착륙부(130)에 대응하고, 탄성부(190)는 제1실시예의 탄성부(140)에 대응되므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이와 같이 전체적으로 원호 형상으로 착륙장치(150)를 형성하는 것에 의해, 몸체(170) 전체가 판스프링의 기능을 수행하게 되어, 보다 효율적인 충격 감소 효과를 갖는 이점이 있다.
이상으로 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조로 기술하였다. 그러나 본 발명은 전술된 실시예들에만 특별히 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라, 당업자에 의해, 첨부된 청구범위의 정신과 사상 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함에 d의해야 한다.
예를 들면, 탄성부는 판의 형태가 아닌 회전 가능한 고무 바퀴 형상으로 형성되어 사용될 수 있다. 이 경우 수직 이착륙 비행 장치의 착륙 조작이 보다 용이해질 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따르면 막대형 몸체를 절곡시킨 형태로 착륙장치를 형성할 수 있기 때문에 구조가 단순하고 제작이 용이한 착륙장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 막대형 몸체 자체가 판 스프링의 역할을 수행하고, 착륙부의 하단에 탄성부를 부착하는 것에 의해 탁월한 충격 흡수가 가능한 착륙장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 착륙장치를 CFRP로 형성하여 랜딩기어 시스템보다 약 90%의 무게 절감 효과를 갖고, 스키드 시스템보다 약 50%의 무게 절감 효과를 갖는 착륙장치를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 수직 이착륙 비행 장치의 착륙장치에 있어서,
    수직 이착륙 비행 장치의 본체와 결합 고정되는 중앙부를 기준으로 2개 이상의 궁(弓)형 몸체가 교차하도록 결합되고,
    상기 궁형 몸체는 상기 수직 이착륙 비행 장치의 본체가 안착되는 안착부, 소정 각도로 하향 절곡된 절곡부 및 지면과 접촉하는 착륙부로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안착부는 상기 수직 이착륙 비행 장치의 본체가 효과적으로 안착되도록 평평하게 형성된 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 궁형 몸체는 전체적으로 원호 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 궁형 몸체가 십자(+) 형태로 교차되게 결합되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 착륙부의 하부에는 소정의 탄성을 갖는 탄성부가 추가로 결합되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 착륙부는 소정 각도로 상향 절곡되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 착륙부는 지면에 대해 볼록한 라운드 형상으로 상향 절곡되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 궁형 몸체는 탄성을 가진 씨에프알피(CFRP: Carbon fiberglass reinforced plastics)로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 궁형 몸체가 교차되는 중심부위에는 상기 수직 이착륙 비행 장치의 본체와의 결합 위치를 잡아주는 위치 고정홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치.
  10. 수직 이착륙 비행 장치의 착륙장치에 있어서,
    수직 이착륙 비행 장치의 본체와 결합 고정되는 중앙의 위치 고정홀을 기준 으로 적어도 3개 이상의 막대형 몸체가 방사상으로 연장되고,
    상기 막대형 몸체는 상기 수직 이착륙 비행 장치의 본체가 안착되는 안착부, 소정 각도로 하향 절곡된 절곡부 및 지면과 접촉하는 착륙부로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행 장치의 초경량 착륙장치.
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