KR100810725B1 - A vertical takeoff and landing aircraft - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수직 이착륙 비행체의 외관을 도시한 도면.1 is a view showing the appearance of the vertical takeoff and landing vehicle according to the first embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 평면도 및 측면도.2A and 2B are top and side views of FIG. 1;
도 3은 도 1의 주로터 시스템을 확대하여 도시한 도면.3 is an enlarged view of the maintor system of FIG. 1;
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 사이클로이드 로터 시스템을 확대하여 도시한 도면.4A and 4B are enlarged views of the cycloidal rotor system shown in FIG.
도 5는 도 4a의 피치제어부를 확대하여 도시한 도면.FIG. 5 is an enlarged view of the pitch control unit of FIG. 4A; FIG.
도 6은 도 4a에 도시된 사이클로이드 로터 시스템의 변형 가능한 구조의 예를 보인 도면. FIG. 6 shows an example of a deformable structure of the cycloidal rotor system shown in FIG. 4A.
도 7은 도 4a에 도시된 피치제어부의 변형 가능한 예를 도시한 도면.FIG. 7 is a view showing a modified example of the pitch control unit shown in FIG. 4A; FIG.
도 8a 내지 도 8c는 도 4a에 도시된 사이클로이드 로터 시스템을 이용한 비행체의 이륙과 비행 과정을 설명하기 위한 도면.8a to 8c is a view for explaining the take-off and flight process of the aircraft using the cycloid rotor system shown in Figure 4a.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 수직 이착륙 비행체의 외관을 도시한 도면.9 is a view showing the appearance of the vertical takeoff and landing vehicle according to the second embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 수직 이착륙 비행체의 외관을 도시한 도면.10 is a view showing the appearance of the vertical takeoff and landing vehicle according to the third embodiment of the present invention.
도 11은 종래의 수직 이착륙 비행체를 도시한 도면,11 is a view showing a conventional vertical takeoff and landing vehicle,
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100...사이클로이드 로터 시스템 110...제2로터부100 ...
111...제2블레이드 120...제2회전중심부111 ...
130...지지부재 140...피치제어부130
150...제2구동원 200...동체150 ...
300...주로터 시스템 310...제1구동원300.Main rotor system 310.First driving source
330...제1회전중심부 350...제1로터부330 ...
본 발명은 수직 이착륙이 가능한 비행체에 관한 것으로, 더 상세하게는 사이클로이드 블레이드 시스템을 구비한 수직 이착륙 비행체에 관한 것이다. The present invention relates to a vehicle capable of vertical takeoff and landing, and more particularly, to a vertical takeoff and landing vehicle having a cycloid blade system.
일반적으로 비행체는, 소정 거리를 활주하면서 양력을 얻어서 이륙하는 방식과, 회전날개인 로우터의 회전으로부터 양력을 얻어 제자리에서 수직으로 이착륙하는 방식으로 분류된다. 이중에서 수직 이착륙이 가능한 비행체의 전형적인 예로는 도 11에 도시된 바와 같은 헬리콥터(10)를 들 수 있다. 헬리콥터(10)는 로터(12)가 설치된 수직축(11)을 회전시키면서 양력을 발생시키고, 이 로터(12)가 회전하면서 그리는 평면을 틸트(tilt)시킴으로써 비행방향으로 분력을 얻어 전진하는 메카니즘을 갖고 있다. In general, a vehicle is classified into a method of taking off by taking lift while sliding a predetermined distance, and a method of taking off and landing in a vertical position by lifting the lift from the rotation of the rotor, which is a rotary blade. A typical example of a vehicle capable of vertical takeoff and landing is a
그러나 이와 같은 전형적인 수직 이착륙 비행체는 로터(12)가 양력, 추력, 방향전환을 모두 담당하고 있어 복잡한 제어 메카니즘이 필요하다. However, such a typical vertical takeoff and landing vehicle requires a complicated control mechanism because the
즉, 수직 상승 및 하강을 위해서 컬렉티브 피치 조종을 통해 블레이드 피치각을 변화시켜야 하고, 피칭 및 롤링 운동과 전,후진 비행을 위해서는 싸이클릭 피치 조종을 통해 경사판을 앞뒤 좌우로 기울여서 로터 블래이드 회전면을 경사지게 해야한다.In other words, the blade pitch angle must be changed by collective pitch control for vertical ascent and descent, and the pitch of the blade blade can be tilted back and forth and left and right through the cyclic pitch control for pitching and rolling motion and forward and backward flight. Should be.
이러한 구조는 주로터 시스템의 제어 메카니즘을 복잡하게 만들어 시스템 오작동의 주요원인이 되고 있으며, 회전하는 로터(12)의 바로 아래에 동체(13)가 있기 때문에 공기의 흐름이 방해되어 힘의 이용 효율이 좋지 않은 문제점이 있다.This structure complicates the control mechanism of the rotor system and becomes a major cause of system malfunction. Since the
따라서, 이러한 단점들을 해소할 수 있는 새로운 구조의 수직 이착륙 비행체가 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a vertical takeoff and landing vehicle with a new structure that can address these shortcomings.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 주로터 시스템과 사이클로이드 로터 시스템으로 분리하여 각각 다른 역할을 수행함으로써, 그 제어가 용이하고, 시스템의 변환 과정이 간단하고 순간적으로 가능하기 때문에 양력 발생뿐만 아니라 자세제어와 방향전환에 유리하고, 고기동성의 특성을 가지므로 정찰, 탐사, 감시, 운반 등의 역할을 담당하기에 용이하며, 시스템이 복잠해짐에 따라 발생할 수 있는 오작동을 미연에 방지할 수 있는 수직 이착륙 비행체를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, by separating the main rotor system and the cycloid rotor system to perform a different role, the control is easy, the conversion process of the system is simple and instantaneous lifting force As well as occurrence, it is advantageous for posture control and direction change, and it has high dynamics, so it is easy to play the role of reconnaissance, exploration, monitoring, transportation, etc., and prevents malfunctions that may occur as the system is asleep. The objective is to provide a vertical takeoff and landing vehicle that can.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직 이착륙 비행체는, 동체를 수직으로 이착륙시키는 비행메카니즘을 구비한 수직 이착륙 비행체에 있어서, 양력을 발생시키는 주로터 시스템과 양력과 추력을 발생시키는 사이클로이드 로터 시스템을 포함하되, 상기 주로터 시스템은, 상기 동체에 장착되는 제1구동원과; 상기 동체의 양측면을 관통하는 수평선이 포함된 평면과 수직한 평면에 포함된 수직선을 회전축으로 하여, 상기 제1구동원에 의해 회전하는 제1회전중심부와; 상기 제1회전중심부에 중심을 둔 원주 상에 배치되고, 상기 수평선이 포함된 평면과 평행한 평면상에 배치되는 복수의 제1블레이드를 포함하여, 상기 제1블레이드가 회전하면서 양력을 발생시키는 제1로터부;를 포함하고, 상기 사이클로이드 로터 시스템은, 상기 동체에 장착되는 제2구동원과; 상기 수평선이 포함된 평면상에서 상기 수평선과 평행한 평행선을 회전축으로 하여, 상기 제2구동원에 의해 회전하는 제2회전중심부와; 상기 제2회전중심부에 중심을 둔 원주 상에 배치되고, 상기 수평선과 평행하게 배치되는 복수의 제2블레이드를 포함하여, 상기 제2블레이드가 회전하면서 양력과 추력을 발생시키는 제2로터부와; 일단은 상기 제2블레이드를 회전가능하게 지지하고, 타단은 상기 제2회전중심부에 결합된 지지부재와; 상기 제2블레이드의 상기 지지부재에 대한 회전축으로부터 소정 간격 이격된 제2블레이드의 작용점에 일단이 연결된 복수의 연결부재와, 상기 각 연결부재의 타단이 연결되고 상기 제2회전중심부의 중심을 기준 위치로 하며 상기 제2로터부와 같이 회전하는 회전디스크 및, 상기 회전디스크의 중심을 기준 위치로부터 병진 및 회전시킴으로써 그 회전디스크와 상기 연결부재로 연결된 상기 제2블레이드의 피치각 크기 및 위상이 변화되게 하는 조절수단을 구비한 피치제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The vertical takeoff and landing vehicle of the present invention for achieving the above object is a vertical takeoff and landing vehicle having a flight mechanism for vertically taking off and landing the fuselage, the main rotor system for generating a lift and the cycloid rotor system for generating lift and thrust. The main rotor system includes: a first driving source mounted to the body; A first rotation center part rotated by the first driving source using a vertical line included in a plane perpendicular to a plane including horizontal lines penetrating both sides of the fuselage; A plurality of first blades disposed on a circumference centered on the first center of rotation and disposed on a plane parallel to a plane including the horizontal line, wherein the first blade rotates to generate lift; And a rotor portion, wherein the cycloid rotor system comprises: a second driving source mounted to the body; A second rotation center part which is rotated by the second driving source using a parallel line parallel to the horizontal line on a plane including the horizontal line; A second rotor part disposed on a circumference centered on the second rotation center part, the second rotor part including a plurality of second blades arranged in parallel with the horizontal line to generate lift and thrust while the second blade rotates; One end rotatably supporting the second blade and the other end supporting member coupled to the second rotation center; A plurality of connection members having one end connected to an operation point of the second blade spaced apart from the rotation axis of the second blade by a predetermined distance, and the other ends of the respective connection members connected to each other, and the reference position of the center of the second rotation center part; By rotating and rotating the rotating disk and the center of the rotating disk from the reference position from the reference position so that the pitch angle size and phase of the rotating blade and the second blade connected to the connecting member are changed. And a pitch control unit having an adjustment means.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수직 이착륙 비행체의 외관을 도시한 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 평면도 및 측면도이며, 도 3은 도 1의 주로터 시스템을 확대하여 도시한 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 사이클로이드 로터 시스템을 확대하여 도시한 도면이며, 도 5는 도 4a의 피치제어부를 확대하여 도시한 도면이고, 도 6은 도 4a에 도시된 사이클로이드 로터 시스템의 변형 가능한 구조의 예를 보인 도면이며, 도 7은 도 4a에 도시된 피치제어부의 변형 가능한 예를 도시한 도면이고, 도 8a 내지 도 8c는 도 4a에 도시된 사이클로이드 로터 시스템을 이용한 비행체의 이륙과 비행 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 수직 이착륙 비행체의 외관을 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 수직 이착륙 비행체의 외관을 도시한 도면이다.1 is a view showing the appearance of a vertical takeoff and landing aircraft according to the first embodiment of the present invention, Figures 2a and 2b is a plan view and a side view of Figure 1, Figure 3 is an enlarged view of the main rotor system of Figure 1 4A and 4B are enlarged views of the cycloidal rotor system shown in FIG. 1, FIG. 5 is an enlarged view of the pitch control unit of FIG. 4A, and FIG. 6 is shown in FIG. 4A. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a deformable structure of a cycloidal rotor system, and FIG. 7 is a diagram showing a deformable example of a pitch control unit shown in FIG. 4A, and FIGS. 8A to 8C are views using the cycloidal rotor system shown in FIG. 4A. 9 is a view for explaining the take-off and flight process of the aircraft, Figure 9 is a view showing the appearance of the vertical takeoff and landing vehicle according to the second embodiment of the present invention, Figure 10 is a vertical take-off according to a third embodiment of the present invention It shows the appearance of the vehicle.
도 1 및 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 수직 이착륙 비행체는 양력을 발생시키는 주로터 시스템과 양력과 추력을 발생시키는 사이클로이드 로터 시스템을 포함한다.1 and 9 and 10, the vertical takeoff and landing vehicle of the present invention includes a main rotor system for generating lift and a cycloid rotor system for generating lift and thrust.
먼저, 제1실시예에 따른 수직 이착륙 비행체를 설명하기로 한다.First, the vertical takeoff and landing vehicle according to the first embodiment will be described.
도 1 및 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하면, 제1실시예에 따른 수직 이착 륙 비행체는 주로터 시스템(300)과 사이클로이드 로터 시스템(100)을 포함한다.1 and 2A and 2B, the vertical takeoff and landing vehicle according to the first embodiment includes a
주로터 시스템(300)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1구동원(310)과 제1회전중심부(330)와 제1로터부(350)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the
제1구동원(310)은 동체(200)에 장착된다.The
제1회전중심부(330)는 동체(200)의 양측면을 관통하는 수평선(X)이 포함된 평면과 수직한 평면에 포함된 수직선(Y)을 회전축으로 하여, 제1구동원(310)에 의해 회전한다.The
제1구동원(310)과 제1회전중심부(330) 사이에는 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 기어박스(320) 등이 동력전달 수단으로서 사용될 수 있으며, 이외에도 벨트를 이용한 동력 전달 구조도 채용될 수 있음은 물론이다.Between the
제1로터부(350)는 제1회전중심부(330)에 중심을 둔 원주 상에 배치되고, 수평선(X)이 포함된 평면과 평행한 평면상에 배치되는 복수의 제1블레이드(351)를 포함하여, 제1블레이드(351)가 회전하면서 양력을 발생시킨다.The
본 실시예에서 사이클로이드 로터 시스템(100)은 동체(200)의 전,후방으로 양측에 각각 네 개가 구비된다.In the present embodiment, four
도 4a 및 4b는 상기한 네 개의 사이클로이드 로터 시스템(100) 중 하나를 보다 상세하게 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 사이클로이드 로터 시스템(100)은, 동체(200)에 장착되는 제2구동원(150)과, 수평선(X)이 포함된 평면상에서 수평선(X)과 평행한 평행선(P)을 회전축으로 하여, 제2구동원(150)에 의해 회전하는 제2회전중심부(120)와, 제2회전중심부(120)에 중심을 둔 원주 상에 서로 균등하게 배 치되는 복수의 제2블레이드(111)를 포함하는 제2로터부(110)와, 제2회전중심부(120)와 제2블레이드(111)를 각각 연결하며 제2블레이드(111)를 외팔보 형태로 지지하는 복수의 지지부재(130)와, 제2블레이드(111)의 피치각을 변화시키기 위해 제2블레이드(111)의 작용점에 작용력을 부여하는 피치제어부(140)를 기본적으로 구비하게 된다. 참조부호 120a는 제2회전중심부(120)의 덮개를 나타낸다. 4A and 4B illustrate one of the four
제2회전중심부(120)는 상하방향으로 동체(200)의 무게 중심 아래쪽에 배치되는 것이 반토크를 감당하는 측면 등을 고려할 때 바람직하다.The second center of
지지부재(130)는 이 제2회전중심부(120)에 견고하게 고정된다. The
제2블레이드(111)는 양력과 추력의 조정을 위해 피치각을 가변시킬 수 있게 의도된 것으로, 본 실시예에서는 그 단면 형상을 비행기의 날개에 주로 사용되는 대칭형의 익형으로 예시하였다. 그러나 피치각을 가변시킬 수만 있다면 비대칭 익형도 채용할 수 있음은 물론이다. 이러한 제2블레이드(111)는 그 길이방향으로 수평선과 평행하게 배치되어, 회전 시 유입되는 바람의 방향과 실질적으로 직각을 이루도록 배치된다. The
그리고 제2블레이드(111)의 폭방향 위치가 제2로터부(110)를 이루는 원주상의 접선방향과 일치한 상태를 제2블레이드(111)의 피치각 변화가 없는 기준위치로 삼는다. 이 상태에서 대칭형 익형을 가진 제2블레이드(111)가 제2로터부(110)의 원주를 따라 돌아간다면 양력은 발생하지 않게 된다. 따라서, 이와 같이 제2블레이드(111)의 피치각 변화가 없는 기준위치에서의 시스템 구동은 주로 워밍업 시에 사용된다. A state in which the widthwise position of the
한편, 이러한 제2블레이드(111)는 회전하면서 발생하는 원심력에 의한 하중에 영향을 받게 되므로 요구되는 강성을 가지면서도 무게가 가벼운 것이 구조적인 안전성이나 운용의 효율성 면에서 바람직하다. 따라서 제2블레이드(111)는 무게대 강성비가 뛰어난 섬유 강화 복합재료로 제작하는 것이 바람직하며, 이에는 유리섬유나 탄소섬유 등이 있다. 복합재료를 이용하여 제2블레이드(111)를 형성하는 것은 통상적인 기술에 의해 가능하다. 이러한 복합재료를 사용하는 경우 피치제어부(140)에 가해지는 하중을 감소시켜 구조적인 파손을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 제2블레이드(111)의 개수는 비행체의 무게 등에 따라 달라질 수 있다. On the other hand, since the
지지부재(130)는 일단이 제2회전중심부(120)에 고정되어 있고, 타단에 마련된 회전축(131)은 피치각이 변할 수 있도록 제2블레이드(111)를 회전가능하게 지지한다. 이때, 이러한 회전축(131)의 위치는 제2블레이드(111) 단면의 무게중심에 놓이도록 하는 것이 제2블레이드(111)의 불필요한 진동에 의한 손상을 방지하는데 유리하다. One end of the
다음으로, 도 5는 제2회전중심부(120) 내부에 설치된 피치제어부(140)를 확대하여 도시한 것이다. Next, FIG. 5 is an enlarged view of the
도 5를 참조하여 설명하면, 피치제어부(140)는 제2블레이드(111)의 회전축(131)으로부터 폭 방향으로 소정 간격 이격된 작용점(132a)에 일단이 연결된 연결부재(142)와, 연결부재(142)의 타단이 연결되고 제2회전중심부(120)의 중심을 기준위치로 하여 회전하는 회전디스크(141)와, 회전디스크(141)의 중심을 기준위치로 부터 직선 및 회전이동시킴으로써 양력과 추력을 발생시키는 제2블레이드(111)의 피치각 크기를 정현적으로 변화시키고 그 힘의 방향을 조정하기 위해 제2블레이드(111)의 위상을 변화시키는 조절수단(143)을 구비한다. Referring to FIG. 5, the
연결부재(142)는 제2블레이드(111)에 의해 작용하는 인장력과 압축력에 견디는 재질의 형상을 가진 통상의 로드이며, 이 로드(142)는 제2블레이드(111)의 피치각을 변화시키면서 연결부가 회전할 수 있게 베어링을 이용하여 연결하는 것이 바람직하다. 또한, 회전디스크(141)와도 베어링을 이용하여 연결하게 되는데, 그 중 하나의 로드(142')는 회전디스크(141)에 직접 고정시켜준다. 로드(142)가 제2블레이드(111)와 연결되는 작용점(132a)은 제2블레이드(111)의 피치각 변화의 범위와, 후술할 조절수단(143)의 작동범위를 고려하여 정한다.The connecting
또한, 로드(142)의 연결을 위한 작용점(132a)은 제2블레이드(111) 상에 직접 마련할 수도 있지만, 제조상의 문제와 제2블레이드(111) 표면을 타고 흐르는 공기흐름의 난류화를 방지하기 위해 별도의 중간부재(132)를 이용하여 마련하는 것이 바람직하다. 즉, 제2블레이드(111)를 중간부재(132)에 체결하고, 그 중간부재(132)를 지지부재(130)에 고정된 회전축(131)에 회전가능하게 결합시키면서, 중간부재부재(132) 일측에 작용점(132a)에 마련하는 것이다. 회전축(131)은 내부에 베어링(미도시)이 설치된 것으로, 중간부재(132)에 형성된 샤프트(미도시)가 그 베어링의 내륜에 끼워져 고정된다. In addition, although the
다음으로, 로드(142)는 하나(142')를 제외하고는 회전디스크(141)와 베어링으로 연결되며, 로드(142)들 중 기준이 되는 로드(142')는 회전디스크(141)에 기구 학적인 작동을 위해 고정된다. 이렇게 고정되는 로드(142')는 제2블레이드(111)의 회전시 다른 로드들(142)에 비해 큰 하중이 걸리므로 더욱 강건하게 제작되어야 한다. Next, the
또한, 회전디스크(141)는 볼베어링(143c)을 통하여 조절수단(143)에 장착된다. 즉, 회전디스크(141)는 볼베어링(143c)의 외륜에 연결되어 편심축(143a')에 대해 회전 가능한 상태로 설치되어 있다. In addition, the
조절수단(143)은, 회전디스크(141)가 탑재되는 가이드부(143a)와, 가이드부(143a)를 직선상으로 안내하기 위한 가이드 레일(143b)과, 가이드부(143a)를 병진 이동시키는 가이드부구동원(143e)과, 가이드부(143a)를 탑재하여 제2회전중심부(120) 안에 회전가능하게 설치된 방향조절블록(143d) 및, 그것을 회전구동시키기 위한 방향조절블록구동원(143f)을 구비한다. The adjusting means 143 translates the
가이드부(143a)는 그 중앙에 마련된 편심축(143a')이 볼베어링(143c)의 내륜에 결합됨으로써 회전판(141)과 연결된다. 따라서, 이 가이드부(143a)가 가이드 레일(143b)을 따라 이동하면, 회전디스크(141)가 직선운동을 하게 되어 제2블레이드(111)의 피치각 크기가 조절된다. The
또한, 방향조절블록구동원(143f)을 이용하여 방향조절블록(143d)을 원하는 각도만큼 회전시키면, 이에 탑재된 가이드부(143a)의 편심축(143a')도 그만큼 회전되면서 제2블레이드(111)의 위상이 변화되어 힘의 작용방향이 바뀌게 된다. 이때, 제2블레이드(111) 또는 제2회전중심부(120)의 회전에는 아무런 영향도 미치지 않는다. 물론, 이와 같이 방향조절블록(143d)의 회전에 따라 편심축(143a')의 위치가 돌아가려면, 편심축(143a')이 방향조절블록(143d)의 회전중심과 동축상에 있으면 안되고 소정 간격 이격되어 있어야 한다. In addition, when the
본 실시예에서는 제2블레이드(111)의 보다 안정적인 지지를 보장하기 위해 도 4b와 같이 보조지지부재(130a)가 더 설치되어 있다. 이 보조지지부재(130a)는 제2회전중심부(120)에서 연장된 지지축(120b)에 일단이 고정되어 있고, 타단은 제2블레이드(111)의 끝단에 마련된 결합부(111a)에 결합되어 제2블레이드(111)를 회전가능한 상태로 지지하고 있다. 이렇게 되면, 각 제2블레이드(111)를 두 지점에서 지지해주기 때문에, 보다 안정적인 지지구조를 구현할 수 있게 된다. In this embodiment, the
한편, 본 실시예서와 달리, 실시예에 따라 도 6에 도시한 바와 같이 제2블레이드(111)의 일단만을 지지부재(130)에 지지시킨 외팔보 형태로 실시할 수 있으나, 보다 안정적인 지지를 위해서는 상기와 같이 보조지지부재(130a)가 구비되는 것이 바람직하다 할 것이다.On the other hand, unlike the present embodiment, as shown in Figure 6 according to the embodiment can be implemented in the cantilever form in which only one end of the
한편, 도 7은 상기한 가이드부구동원(143e)과 방향조절블록구동원(143f)의 변형 가능한 예를 보인 것이다. 여기서는 가이드 레일(143b) 중 가운데 것을 직접 리드스크류로 구성하여서 가이드부구동원(143e)의 구동에 따라 가이드부(143a)가 직선 이동되게 하고, 방향조절블록(143d)의 회전축에 직접 방향조절블록구동원(143f)을 연결하여 방향조절블록(143d)을 회전시킬 수 있도록 하고 있다. 다만, 이때에는 제2구동원(150)과 방향조절블록구동원(143f)과의 배치 상 중첩을 피하기 위해 도면과 같이 회전축(101)과 제2구동원(150)을 벨트(160')로 연결하여 구동하는 것이 바람직하다. On the other hand, Figure 7 shows a deformable example of the above guide portion drive source (143e) and the direction control block drive source (143f). Here, the center of the
본 실시예에서는 도 1 및 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 전방 양측에 배치된 두 개의 사이클로이드 로터 시스템(100)이 하나의 제2구동원(미도시)에 연결되어 함께 회전하고, 제2회전중심부(120)는 동체(200)로부터 이격되도록 배치되며, 제2회전중심부(120)와 동체(200)를 연결하는 연결부재(190)가 마련되어 있다. 또한, 후방 양측에 배치된 두 개의 사이클로이드 로터 시스템(100)도 상기와 마찬가지로 구성되어 있으며, 이렇게 구성될 경우 동체의 크기를 작게 하여 정찰, 탐사, 감시, 운반 등 회전익 항공기로 이용할 수 있다.In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2A and 2B, two
상기와 같이 구성된 수직 이착륙 비행체의 작동을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the vertical takeoff and landing aircraft configured as described above are as follows.
우선, 동체(200)의 전방 양측에 배치된 두 개의 사이클로이드 로터 시스템(100)과 후방 양측에 배치된 두 개의 사이클로이드 로터 시스템(100)은 서로 반대방향으로 회전하도록 구성된다. 왜냐하면, 각 시스템의 제2로터부(110)가 고속으로 회전하면 그에 따라 동체(200)도 회전하려는 토크가 받기 때문에, 이를 상쇄시킬 수 있도록 전방측과 후방측의 사이클로이드 로터 시스템(100)을 서로 반대방향으로 회전되게 하는 것이다. 따라서, 비행의 안정성을 확보하기 위해 이와 같이 전후방측 사이클로이드 로터 시스템(100)을 반대로 구동시킨다.First, two
일단 이륙에 앞서서, 비행체가 지상에 착륙해 있는 상태로 주로터 시스템(300)과 사이클로이드 로터 시스템(100)을 작동시켜 보는 워밍 업 단계가 필요하다.Once taken off, a warm-up step is required to operate the
이때에는 주로터 시스템(300)의 제1블레이드(351)는 제1구동원(310)에 의해 서서히 회전하게 되며, 양력은 속도에 비례하므로 제1블레이드(351)가 회전하더라도 양력은 발생하지 않는다.At this time, the
또한, 사이클로이드 로터 시스템(100)의 제2블레이드(111)의 편심각이 영인 상태 즉, 도 8a에 도시된 바와 같이, 제2블레이드(111)의 폭방향 위치가 제2로터부(110)를 이루는 원주상의 접선방향과 일치한 상태가 된다. 이 상태에서는 제2블레이드(111)가 제2로터부(110)의 원주를 따라 회전하더라도 양력은 발생하지 않고, 시스템의 워밍 업만 진행된다.In addition, the eccentric angle of the
이후, 워밍 업이 어느 정도 완료되어 비행체를 이륙시키고자 할 때에는 제1구동원(310)에 의해 제1블레이드(351)는 빠른 속도로 회전하여 양력을 발생시킨다.Then, when warming up is completed to some extent to take off the aircraft, the
또한, 피치제어부(140)의 가이드부(143a)를 직선 이동시켜서 양력이 발생되도록 제2블레이드(111)의 피치각을 조정한다. 이때 양력의 작용 방향은 피치각의 설정에 따라, 비행체를 수직으로 상승시키는 방향이 될 수도 있고, 수직 상승방향과 전진방향이 합성된 방향이 될 수도 있다. 여기서는, 이륙 시 양력의 작용방향이 수직 상승방향인 것으로 가정한다.In addition, the pitch angle of the
따라서, 제2회전중심부(120)가 계속해서 회전하게 되면, 제2블레이드(111)에 양력이 작용하여 수직 상승방향으로 비행체가 떠오르게 된다. 이때의 제2블레이드(111)의 피치각 상태를 예를 들면 도 8b와 같은 상태라고 볼 수 있다. Therefore, when the second center of
그리고 이러한 과정에서 양력의 대소는 제2블레이드(111)의 피치각을 더 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 즉, 가이드부(143a)를 가이드레일(143b)을 따라 직선 이동시켜서 회전디스크(141)를 변위시키면, 로드(142)를 통해 연결된 제2블레이 드(111)가 회전하게 되면서 피치각이 더 크거나 작게 변하게 된다. 따라서, 제2블레이드(111)의 회전으로부터 얻어지는 양력의 크기가 조절되는 것이다. 이 피치각은 도 8c에서 b로 표시된 피치제어부(140)의 편심크기 즉, 가이드부(143a)가 직선 이동한 거리에 비례하여 조절된다. b가 영인 경우, 즉 편심 크기가 영인 경우에는 각 제2블레이드(111)의 피치각 각도는 영이 되고, 편심 크기 b가 커질수록 각 제2블레이드(111)의 최대 피치각은 커지게 된다.In this process, the magnitude of lift can be adjusted by further changing the pitch angle of the
이와 같이 지상에서 이륙한 비행체를 전진시키기 위해서는 제2블레이드(111)로부터 얻어진 힘의 작용 방향을 수직 상승방향에서 상승 및 전진방향으로 바꿔줘야 한다. 이를 위해서는, 도 8c와 같이 상기 방향조절블록(143d)을 회전시킴으로써 제2블레이드(111)의 위상 자체를 변화시킨다. 즉, 방향조절블록구동원(143f)을 가동하여 방향 조절부(111)를 회전시키면, 이에 고정된 가이드부(143a)가 회전하게 되어 도 8c에서 a로 표시된 만큼의 편심각이 발생하게 되고 이는 회전디스크(141) 및 로드(142)를 통해 제2블레이드(111)에 전달되어 제2블레이드(111) 전체의 위상변화를 가져온다. 이렇게 되면, 제2블레이드(111)가 회전하면서 얻어지는 전체적인 힘의 작용방향이 그 위상변화를 따라 이동하게 되며, 예를 들어 수직 상승방향으로 힘이 작용하던 상태에서 위상을 전진방향 쪽으로 변화시키면 비행체가 상승과 동시에 전진방향의 힘을 받아서 앞으로 나아가게 된다. In this way, in order to advance the aircraft taken off from the ground it is necessary to change the direction of action of the force obtained from the
그러므로, 상기와 같은 과정을 통해 제2블레이드(111)의 피치각과 위상의 변화를 능동적으로 제어함으로써, 비행체의 수직 이착륙 및 비행을 간단하게 조정할 수 있게 된다.Therefore, by actively controlling the change in the pitch angle and the phase of the
상기와 같이, 주로터 시스템의 제1블레이드는 오직 양력 발생의 역할을 담당한다. 따라서, 제1블레이드의 회전면을 기울일 필요가 없고, 제1블레이드는 수평선이 포함된 평면과 평행한 평면상에 배치되어 회전하므로 그 구조가 매우 간단해진다. 또한, 사이클로이드 로터 시스템은 이륙 및 제자리 비행시 양력 발생뿐만 아니라 추력과 방향전환, 자세 제어 등의 역할을 담당한다.As mentioned above, the first blade of the main rotor system only plays the role of generating lift. Therefore, it is not necessary to tilt the rotating surface of the first blade, and since the first blade is disposed on a plane parallel to the plane including the horizontal line, the structure becomes very simple. In addition, the cycloid rotor system plays a role in thrust, direction change and attitude control as well as generating lift during takeoff and in-flight flight.
이와 같이, 주로터 시스템과 사이클로이드 로터 시스템으로 분리하여 각각 다른 역할을 수행함으로써, 그 제어가 용이하고, 시스템의 변환 과정이 간단하고 순간적으로 가능하기 때문에 양력 발생뿐만 아니라 자세제어와 방향전환에 유리하다.As such, by separating the main rotor system and the cycloid rotor system and performing different roles, the control is easy and the conversion process of the system is simple and instant. .
또한, 고기동성의 특성을 가지므로 정찰, 탐사, 감시, 운반 등의 역할을 담당하기에 용이하다.In addition, since it has the characteristics of high dynamics, it is easy to play a role of reconnaissance, exploration, surveillance, and transportation.
나아가, 시스템을 각각 분리함으로써, 시스템이 복잠해짐에 따라 발생할 수 있는 오작동을 미연에 방지할 수 있다.Furthermore, by separating each system, it is possible to prevent malfunctions that may occur as the system wakes up.
한편, 제2실시예에 따른 수직 이착륙 비행체를 도 9에 도시하였다.Meanwhile, the vertical takeoff and landing vehicle according to the second embodiment is illustrated in FIG. 9.
도 9에 도시한 바와 같이, 제2실시예에 따른 수직 이착륙 비행체는 주로터 시스템(300)과 사이클로이드 로터 시스템(100)을 포함하며, 사이클로이드 로터 시스템(100)은 동체(200)의 양측에 각각 두 개가 구비된다.As shown in FIG. 9, the vertical takeoff and landing vehicle according to the second embodiment includes a
두 개의 사이클로이드 로터 시스템(100)은 서로 반대방향으로 회전되는 것이 비행의 안정성을 확보한다는 측면에서 바람직하다.The two
본 실시예에서의 주로터 시스템(300)과 사이클로이드 로터 시스템(100)의 구조 및 작동은 상기의 제1실시예에서와 동일하므로 여기에서는 주로터 시스템(300)과 사이클로이드 로터 시스템(100)의 상세한 설명을 생략하기로 한다.The structure and operation of the
사이클로이드 로터 시스템의 제2회전중심부는 상하방향으로는 동체(200)의 무게 중심 아래쪽에, 전후 방향으로는 무게 중심에 배치되는 것이 반토크를 감당하는 측면 등을 고려할 때 바람직하다.The second center of rotation of the cycloidal rotor system is preferably disposed below the center of gravity of the
한편, 제3실시예에 따른 수직 이착륙 비행체를 도 10에 도시하였다.Meanwhile, a vertical takeoff and landing vehicle according to the third embodiment is illustrated in FIG. 10.
도 10에 도시한 바와 같이, 제3실시예에 따른 수직 이착륙 비행체는 양력을 발생시키는 주로터 시스템(300)과, 동체(200)의 전방 양측에 각각 두 개가 구비되어 양력과 추력을 발생시키는 제1사이클로이드 로터 시스템(100)과, 동체(200)의 후방에 한 개가 구비되어 양력과 추력을 발생시키는 제2사이클로이드 로터 시스템(400)을 포함한다.As shown in FIG. 10, the vertical takeoff and landing vehicle according to the third embodiment includes two
제1사이클로이드 로터 시스템(100)은, 동체(200)에 장착되는 제2구동원(미도시)과, 동체(200)의 양측면을 관통하는 수평선(X)이 포함된 평면상에서 수평선(X)과 평행한 평행선(P)을 회전축으로 하여 제2구동원에 의해 회전하는 제2회전중심부(120)와, 제2회전중심부(120)에 중심을 둔 원주 상에 배치되고 수평선(X)과 평행하게 배치되는 복수의 제2블레이드를 포함하는 제2로터부(110)와, 제2회전중심부와 제2블레이드를 각각 연결하며 제2블레이드를 외팔보 형태로 지지하는 복수의 제1지 지부재(130)와, 제2블레이드의 피치각을 변화시키기 위해 제2블레이드의 작용점에 작용력을 부여하는 제1피치제어부(미도시)를 포함한다.The first
제2사이클로이드 로터 시스템(400)은, 동체(200)에 장착되는 제3구동원(미도시)과, 수평선(X)이 포함된 평면상에서 수평선(X)과 수직한 직선(Z)을 회전축으로 하여 제3구동원에 의해 회전하는 제3회전중심부(420)와, 제3회전중심부에 중심을 둔 원주 상에 배치되고 수평선(X)과 수직하게 배치되는 복수의 제3블레이드를 포함하는 제3로터부(410)와, 제3회전중심부와 제3블레이드를 각각 연결하며 제3블레이드를 외팔보 형태로 지지하는 복수의 제2지지부재(430)와, 제3블레이드의 피치각을 변화시키기 위해 제3블레이드의 작용점에 작용력을 부여하는 제2피치제어부(미도시)를 포함한다.The second
본 실시예에서의 주로터 시스템(300)과 제1,2사이클로이드 로터 시스템(100,400)의 구조 및 작동은 상기의 제1실시예에서 주로터 시스템과 사이클로이드 로터 시스템의 구조 및 작동과 동일하므로 여기에서는 주로터 시스템(300)과 제1,2사이클로이드 로터 시스템(100,400)의 상세한 설명을 생략하기로 한다.The structure and operation of the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. Or it may be modified.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 수직 이착륙 비행체에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the vertical takeoff and landing aircraft of the present invention as described above, there are the following effects.
주로터 시스템과 사이클로이드 로터 시스템으로 분리하여 각각 다른 역할을 수행함으로써, 그 제어가 용이하고, 시스템의 변환 과정이 간단하고 순간적으로 가능하기 때문에 양력 발생뿐만 아니라 자세제어와 방향전환에 유리하다.By separating the main rotor system and the cycloid rotor system and performing different roles, the control is easy, and the conversion process of the system is simple and instantaneously possible, which is advantageous not only for lifting but also for attitude control and direction change.
또한, 고기동성의 특성을 가지므로 정찰, 탐사, 감시, 운반 등의 역할을 담당하기에 용이하다.In addition, since it has the characteristics of high dynamics, it is easy to play a role of reconnaissance, exploration, surveillance, and transportation.
나아가, 시스템을 각각 분리함으로써, 시스템이 복잠해짐에 따라 발생할 수 있는 오작동을 미연에 방지할 수 있다.Furthermore, by separating each system, it is possible to prevent malfunctions that may occur as the system wakes up.
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KR1020060125848A KR100810725B1 (en) | 2006-12-11 | 2006-12-11 | A vertical takeoff and landing aircraft |
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CN107225925A (en) * | 2017-05-23 | 2017-10-03 | 南京航空航天大学 | Being dwelt a kind of rolling wing VTOL aircraft more |
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KR100558462B1 (en) | 2003-10-09 | 2006-03-10 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | A vertical takeoff and landing aircraft |
KR100558463B1 (en) | 2003-10-09 | 2006-03-10 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | A vertical takeoff and landing aircraft |
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