KR100938547B1 - 틸트-덕트 비행체 및 상기 비행체의 자세제어 - Google Patents

틸트-덕트 비행체 및 상기 비행체의 자세제어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 덕트와 베인 혼합 제어에 의해 비행체의 자세 제어를 효율적으로 수행하고, 덕트 내 유동 박리를 감소시키는 틸트-덕트 비행체를 제공하고자 한다. 본 발명의 틸트-덕트 비행체는 프로펠러 및 박리홈을 구비한 추진 유닛, 상기 추진 유닛을 회전익 모드에서 일정 각도로 스윙 가능하게 하는 스윙각 조절유닛, 비행체의 자세를 제어하는 자세제어 유닛, 및 고정익 모드에서 비행체의 방향을 제어하는 방향제어 유닛을 포함하여, 덕트 내부의 유동박리를 억제하고, 회전익 모드에서의 자세 제어를 용이하게 한다. 따라서 본 발명의 틸트-덕트 비행체는 추력 효율을 증가시킬 뿐만 아니라, 베인과 스윙 가능한 덕트에 의해 비행체의 피치 방향 제어와 요 방향 제어를 단순화시키고 작동기의 크기를 감소시킬 수 있어 구조를 단순화하고 제어력을 높이며 반응시간을 줄일 수 있다.
틸트, 덕트, 스윙, 자세제어, 박리.

Description

틸트-덕트 비행체 및 상기 비행체의 자세제어 {Tilt-Duct Aircraft and Attitude-Control of Same}
본 발명은 덕티드-프롭(ducted-prop)의 틸트(tilt)를 통해 수직이착륙과 고속전진비행을 가능하게 하는 전환형 항공기인 틸트-덕트 비행체에 관한 것으로, 구체적으로 덕트 내에 박리홈을 구비하고, 덕트를 일정 각도로 스윙시킬 수 있는 스윙각 조절유닛을 구비하여, 덕트 내 유동박리를 감소시키고 효율적인 자세 제어를 가능하게 하는 틸트-덕트 비행체에 관한 것이다.
항공기는 일반 여객기와 같은 고정익 항공기와, 헬리콥터와 같은 회전익 항공기로 나눌 수 있다. 여기서, 상기 고정익 항공기는 고속 비행이 가능하며, 체공 성능이 우수한 장점이 있다. 이에 반해, 상기 고정익 항공기는 긴 활주로와 부대 시설 등 별도의 이착륙 시설을 필요로 한다. 한편, 상기 회전익 항공기는 수직 이착륙이 가능하여 별도의 이착륙 시설을 필요로 하지 않으며, 장소나 위치에 구애 받지 않고 자유롭게 이착륙이 가능하다는 장점이 있다. 이에 반해, 상기 회전익 항공기는 상기 고정익 항공기에 비해 고속 비행이 어려우며, 체공 성능 및 운항 거리 등에서 열등하다는 문제점이 있다.
이러한 고정익 항공기와, 회전익 항공기의 장점들을 적극 반영하고, 문제점들을 해결하기 위해서 틸트-덕트 비행체(tilt-duct aircraft)가 개발되었다. 틸트-덕트 비행체는 양쪽에 장착된 추진시스템인 덕트를 틸트시켜 수직 이착륙과 비행모드로의 상호 전환을 가능하게 하는 전환형 항공기 개념이다. 즉, 이착륙 시에는 덕트를 수직 방향으로 배치하는 회전익 모드로 전환하여 수직 방향으로의 추력을 발생시킴으로써 수직 이착륙을 가능하게 하고, 비행시에는 덕트를 전진 방향으로 향하게 하는 고정익 모드로 전환하여 전진 방향으로의 추력을 발생시켜 고속 비행을 가능하게 한다.
또한, 틸트-덕트 비행체는 덕트를 구비하지 않는 일반적인 틸트-로터 비행체에 비해, 이러한 틸트-덕트 비행체의 덕티드-프롭은 프로펠러나 팬에 덕트를 씌운 형태로서 항공기 운용에 있어서 안정성을 제공함과 동시에 회전익 모드에서 정지 추력 효율을 증가시킴으로써 항공기 성능에 상당한 향상을 가져온다.
그런데, 이와 같은 덕티드-프롭에 의한 정지 추력을 증가는 프로펠러의 회전에 의해 유도되는 덕트 내부의 유동이 박리 없이 완전하게 덕트 내부 벽면을 따라 흐른다는 가정이 전제되어야 한다. 그러나, 덕트 내부의 유동의 박리는 덕트의 기하학적 형상과 실제 덕티드-프롭 간에 불가피하게 존재할 수밖에 없는 프로펠러 끝 단의 간격에 의한 것으로, 이러한 유동 박리 형상은 틸트-덕트 비행체의 추력을 감소시키는 요인으로 작용한다.
회전익 모드에서 틸트-덕트 비행체의 자세제어는 일반 헬리콥터와 같은 스와시플레이트(swashplate) 개념을 적용하거나, 덕트 자체의 틸트각 제어를 통해 제 어하거나, 또는 덕트 하방에 설치된 베인을 이용하여 제어할 수 있다.
그런데, 스와시플레이트 개념에 의한 제어 방식은 그 제어 개념이 명확하지만 구조가 복잡하고 제작 및 유지 보수 비용이 많이 든다는 단점을 가진다. 덕트 자체를 틸트하여 제어하는 방식은 공기 역학적 하중을 많이 받고 있으면서 무겁기까지 한 덕트를 동작 시키기 위해서는 매우 큰 힘의 작동기가 필요할 뿐만 아니라, 비행체와 덕트간의 반작용에 의하여 원활한 제어가 이루어지기 어렵다는 문제점을 가진다. 덕트 하방의 베인에 의한 제어 방식은 프로펠러의 후류를 공기 역학적으로 이용하는 것으로서 작동기의 크기가 작아지고 구조가 단순해지기는 하지만 제어력이 낮고 반응 시간이 길어질 수 있다는 문제점을 가진다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 틸트-덕트 비행체가 가지는 유동 박리에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 덕트 내부에 박리홈을 구비함으로써, 유동박리를 감소시켜 추력 효율을 증대시키는 틸트-덕트 비행체를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 덕트 후방에 설치된 베인과 스윙각 조절유닛에 의해 스윙될 수 있는 덕트에 의해 비행체의 피치방향 제어와 요방향 제어를 단순화시키고 반응 시간을 감소시킬 수 있는 틸트-덕트 비행체를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 비교적 단순한 장치에 의해 회전익 모드에서 덕트의 일정범위에서의 스윙을 가능하게 하는 스윙각 조절유닛을 구비함으로써, 전체 구조를 단순화시키고 작동기의 크기를 감소시킬 수 있는 틸트-덕트 비행체를 제공하는데 있다.
본 발명의 틸트-덕트 비행체는, 좌우 지지 날개를 구비한 동체, 좌우 지지 날개에 지지되어 회전익 비행모드와 고정익 비행모드로 틸트되는 추진유닛, 추진유닛의 스윙각을 조절하는 스윙각 조절유닛, 추진유닛의 후방에 위치하여 동체의 자세를 제어하는 자세제어유닛, 및 고정익 비행모드에서 방향을 제어하는 방향제어유닛을 포함하여, 상기 비행체의 이착륙 및 비행을 수행한다.
추진유닛은 프로펠러와 덕트로 이루어지는데, 프로펠러에서는 추력을 발생 시키며, 덕트는 이러한 프로펠러를 감싸고 있으며 0도 내지 110도까지 틸티되도록 구성된다.
덕트의 내부에는 덕트 내부의 유동 박리를 감소시킬 수 있도록 하는 박리홈이 구비되어 있으며, 프로펠러의 끝 단 일부는 박리홈으로 들어가도록 형성되어 있다.
바람직하게, 스윙각 조절유닛은 회전익 비행모드에서 덕트를 -15도 내지 +15도 사이의 범위에서 스윙 시킬 수 있도록 구성되며, 고정익 비행모드에서는 스윙각을 0도로 만든다. 즉, 고정익 모드에서는 덕트는 지지 날개에 고정되어 스윙 되지 않는다.
바람직하게, 동체의 자세를 제어하는 자세제어유닛은 덕트에 고정된 스트럿의 후방에 위치하는 베인이다. 이러한 베인은 스트럿에 연결된 일단을 중심으로 일정 범위로 피벗가능하게 설치되어 있다.
바람직하세, 방향제어유닛은 수직꼬리날개에 의해 고정익 모드에서 요방향을 제어하고, 수평꼬리날개에 의해 고정익 모드에서 피치방향을 제어한다.
본 발명에 따른 스윙각 조절장치는, 단부에 수나사가 형성된 회전축을 구비하는 구동부, 회전축의 회전운동을 직선운동으로 변환시키고 수나사가 수용되는 암나사부, 크랭크암이 암나사부와 연결되어 암나사부의 직선운동을 회전운동으로 변환시키는 크랭크부, 크랭크부의 크랭크 축에 연결되어 회전하는 캠부, 및 가변되는 간격을 가지는 제1 쇄기 및 제2 쇄기를 구비하고 캠부에 의해 간격이 조절되는 쇄기부를 포함한다.
바람직하게, 제1 쇄기는 수쇄기이고, 제2 쇄기는 수쇄기에 치합되는 형상의 암쇄기이며, 암쇄기는 샤프트의 일단에 형성되고, 샤프트는 수쇄기에 대해 캠부의 위치에 따라 가변되는 스윙각을 가진다.
바람직하게, 스윙각은 캠부에 의해 수쇄기와 암쇄기가 완전히 밀착될 때 0도가 되며, 수쇄기와 암쇄기가 일정 간격을 가지게 되면은 -20도 내지 +20도 사이이며, 바람직하게는 -15도 내지 +15도 사이이다.
본 발명에 따른 틸트-덕트 비행체의 자세 제어 방법은, 틸트-덕트 비행체에서 베인의 방향을 조절함으로써 피치방향을 제어하고, 요방향을 제어하고, 롤방향을 제어한다. 틸트-덕트 비행체는, 프로펠러를 감싸고 수직 방향 추력을 발생시키는 회전익 비행모드와 전진 방향 추력을 발생시키는 고정익 비행모드로 틸트되는 한 쌍의 틸트-덕트, 틸트-덕트의 스윙각을 조절하는 스윙각 조절 장치, 및 틸트-덕트의 후방에 위치하여 자세제어를 수행하는 베인를 포함한다.
바람직하게, 피치방향 제어는 회전익 비행모드에서 베인을 동일 방향으로 움직이고 베인에서 발생된 공기력에 의하여 틸트-덕트를 동일 방향으로 움직임으로써 수행된다.
바람직하게, 요방향 제어는 회전익 비행모드에서 베인을 다른 방향으로 움직이고 베인에서 발생된 공기력에 의하여 틸트-덕트를 다른 방향으로 움직임으로써 수행된다.
바람직하게, 롤방향 제어는 고정익 비행모드에서 베인을 다른 방향으로 움직이고 베인에서 발생된 공기력에 의하여 수행된다.
본 발명의 틸트-덕트 비행체에 의하면, 덕트 내부의 박리홈에 의해 덕트 내부의 유동의 박리가 감소되므로 추력 효율을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 틸트-덕트 비행체에 의하면, 덕트 후방에 설치된 베인과 스윙될 수 있는 덕트에 의해 비행체의 피치방향 제어와 요방향 제어를 용이하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 제어를 위한 반응 시간도 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 틸트-덕트 비행체에 의하면, 덕트를 스윙시킬 수 있는 스윙각 조절유닛을 단순화하여, 전체 비행체의 구조를 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 작동기의 크기를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 틸트-덕트 비행체(10)의 사시도이다. 본 발명의 틸트-덕트 비행체(10)는 좌우 날개(120)를 구비한 동체(110), 좌우 날개(120)에 의해 지지되고 프로펠러(210)를 감싸며 회전익 비행모드와 고정익 비행모드로 틸트되는 덕트(220), 덕트(220)의 스윙각을 조절하는 스윙각 조절유닛(300), 덕트(220)의 후 방에 배치되어 동체(110)의 자세를 제어하는 베인(vane; 420), 및 고정익 모드에서 방향을 제어하는 수직꼬리날개(510)와 수평꼬리날개(520)를 포함한다.
동체(110)의 양측에 좌우 날개(120)가 구비되며, 좌우 날개(120)의 양 단에는 각각 프로펠러(210)를 감싸는 덕트(220)가 설치되어 있다. 좌우 날개(120)에는 덕트(220) 내의 프로펠러(210)를 구동하기 위한 드라이브 샤프트가 관통하고 있다.
덕트(220)는 상술한 바와 같이 내부의 프로펠러(210)를 감싸는 형상이며, 일반적인 틸트-로터 비행체와는 달리 덕트(220)를 구비함으로써 틸트-덕트 비행체(10)는 더 큰 추력을 낼 수 있을 뿐만 아니라, 조종 안정성 측면에도 큰 이점을 가진다. 덕트(220) 내 프로펠러(210)는 구조상 덕트(220)의 내부와는 닿지 않도록 구성되어야 하며, 유동 박리를 감소시키고 추력 효율을 증가시키기 위해 프로펠러(210)의 끝 단이 덕트(220)에 닿지 않는 범위 내에서 최대한 연장하는 것이 바람직하다. 덕트(220)는 좌우 날개(120) 내에 구비된 틸트 작동기(미도시)에 의해 0도에서 90도까지 틸트된다. 또한, 본 발명에 따른 스윙각 조절유닛(300)에 의해 90도로 틸트된 상태의 회전익 모드에서는 고정되지 않고 -20도 내지 +20도, 바람직하게는 -15도 내지 +15도 범위 내에서 틸트 방향으로 일정 범위 스윙될 수 있도록 구성된다. 이는 회전익 모드에서 피치방향 제어와 요방향 제어를 원활히 하기 위함이며, 이에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.
덕트(220) 에는 스트럿(strut; 410)이 설치되어 있다. 스트럿(40)은 덕트(220)에 고정되어 있으며, 덕트(220)에 수평한 평판 형상을 가진다. 스트럿(410) 은 덕트(220)에 고정 설치되어 있으므로, 덕트(220)가 틸트되면, 덕트(220)의 틸트되는 각도만큼 스트럿(410)도 그에 따라 틸트되는 구조로 형성되어 있다.
덕트(220)에 고정된 스트럿(410)의 후방, 즉 덕트(220)에서 추력이 향하는 방향에는 베인(420)이 설치된다. 이러한 베인(420)은 스트럿(410)과 연결된 부위를 중심으로 일정 범위로 회동가능하다. 이는 덕트(220) 내 프로펠러(210)에서 발생하는 공기력을 받아 회전익 모드에서는 비행체의 피치방향 자세 제어와 요방향 자세 제어를 수행하고, 고정익 모드에서는 비행체의 롤방향 자세 제어를 수행하도록 하기 위함이다.
동체(110)의 후미에는 수평꼬리날개(520)와 수직꼬리날개(510)가 설치되어 있다. 수평꼬리날개(520)는 방향타를 조정하여 고정익 모드에서 고속 비행시 동체(110)가 피치방향으로 회전할 수 있게 하고, 수직꼬리날개(510)는 방향타를 조정하여 고정익 모드에서 동체(110)를 요방향으로 회전시킨다.
도 2는 박리홈(221)을 구비한 덕트(220)와 프로펠러(210)의 평면 구성도이다. 본 발명의 틸트-덕트 비행체(10)의 덕트(220)와 같이 내부에 프로펠러(210)를 구비하고 있는 덕티드-프롭의 비행체에서, 덕트(220) 내부의 프로펠러(210)의 끝 단은 구조상 덕트(220)에 접촉하지 않아야 한다. 이론적으로, 덕트(220)에 의한 추력이 최대가 되기 위해서는 프로펠러(210)의 회전에 의해 유도되는 추력이 덕트(220) 내부의 유동 박리 없이 완전하게 덕트(220) 내부 벽면을 따라 흐른다는 가정이 전재되어야 한다. 그러나 실제 덕티드-프롭에서는 덕트(220)의 기하학적 형상과 실제 덕트(220)와 프로펠러(210) 사이에 불가피하게 존재할 수밖에 없는 프로펠 러(210) 끝 단의 간격에 의해 유동 박리 현상이 일어난다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 유동 박리를 감소시키기 위해 덕트(220) 내부에는 박리홈(221)이 구비된다. 박리홈(221)은 덕트(220) 내부에서 프로펠러(210)와 인접하는 위치를 따라 형성된 작은 홈이다. 이러한 박리홈(221) 속으로 프로펠러(210)의 미소한 끝 단의 일부가 들어가도록 구성한다. 박리홈(221)을 구비함으로써, 프로펠러(210) 후방에서 발생하던 유동 박리가 현격하게 감소될 수 있으며, 이는 수치적 유동 해석을 통해 입증되었다.
도 3은 본 발명의 스윙각 조절유닛(300)을 나타내는 구성도이며, 도 4는 회전익 모드에서 덕트(220)의 스윙각(α)을 나타낸 측면도이다.
스윙각 조절유닛(300)은 회전축(312)을 회전시키는 작동기(311), 회전축(312)의 끝 단에 형성된 수나사(미도시)와 치합되는 암나사(320), 크랭크암(331)이 암나사(320)와 연결되고 크랭크축(332)이 캠(340)에 연결되어 있는 크랭크기구(330), 및 캠(340)에 의해 조절되는 간격을 가지는 쇄기부(350)로 이루어져 있다. 쇄기부(350)는 캠(340) 쪽에 형성된 수쇄기(351) 및 상기 수쇄기(351)와 치합되며 샤프트(shaft; 360)에 형성되는 암쇄기(352)로 이루어져 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 스윙각 조절유닛(300)에 의해 덕트(220)의 스윙각(α) 조절에 대해 설명한다. 본 명세서에서, 스윙각(α)이란 도 2에 도시된 바와 같이, 덕트(220)가 일정 범위 내에서 자유롭게 회전할 수 있을 때의 회전각도를 의미한다.
수쇄기(351)와 암쇄기(352)의 간격을 조절하는 캠(340)은 작동기(311)에 의해 회전하게 된다. 작동기(311)가 회전축(312)을 회전시키면 수나사가 회전하게 되고, 이러한 회전운동은 수나사와 치합하는 암나사(320)에 의하여 직진운동으로 변환된다. 암나사(320)의 직진운동은 크랭크기구(330)에 의해 다시 회전운동으로 변환되어 크랭크기구(330) 아래에 놓은 캠(340)을 작동시킨다. 캠(340)의 회전으로 인해서 수쇄기(351)는 암쇄기(352)와 밀착되거나 일정 간격을 유지하게 된다.
수쇄기(351)가 회전하는 캠(340)에 의하여 덕트에 고정된 암쇄기(352)와 일정 간격을 가지게 되면 스윙각(α)을 가지게 되고, 두 쇄기(351,352)가 완전히 밀착되어 간격이 없어지면 스윙각(α)은 0도가 된다. 즉, 스윙각(α)은 없어지고 덕트(220)는 완전히 고정된다.
상술한 바와 같이, 스윙각 조절유닛(300)은 작동기(311)에 의한 캠(340)의 회저에 의해 스윙각(α)을 조절하게 된다. 이러한 스윙각(α)은 회전익 모드에서 최대가 되며, 회전익 모드에서의 스윙각(α)은 -20도 내지 +20도 범위 내이며, 바람직하게는 -15도 내지 +15도 사이의 범위이다. 고정익 모드로 전환되면, 상술한 바와 같이, 스윙각 조절유닛(300)은 두 쇄기(351,352)를 완전히 밀착시켜 스윙각(α)을 0도로 만들어 덕트(220)는 완전히 고정된다.
덕트(220)의 스윙각(α) 조절은 틸트-덕트 비행체(10)의 자세 제어를 효율적으로 수행하기 위해 필요하다. 이하에서는 베인(420)의 제어와 덕트(220)의 스윙에 의한 틸트-덕트 비행체(10)의 자세 제어에 대해 상술한다. 이에 앞서, 본 발명에서 사용되는 피치방향, 요방향, 롤방향에 대해 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 비행체의 전진 방향을 x축, 날개가 뻗은 방향을 y축, 수직방향을 z축이라 하 면, 피치(pitch)방향이란 비행체가 전진 방향에 대해 앞뒤로 기울어지는 방향을 의미하고, 이는 y축을 중심으로 회전하는 방향을 말한다. 요(yaw)방향이란 수직축(z)을 중심으로 회전하는 방향을 말하고, 롤(roll)방향이란 비행기가 좌우로 기울어지는 방향, 즉 x축을 중심으로 회전하는 방향을 말한다.
본 발명의 틸트-덕트 비행체(10)는 스윙각 조절유닛(300)을 구비함으로써, 회전익 모드에서 덕트(220)의 피치방향으로 일정 각도 내에서 자유롭게 스윙이 허용된다. 틸트-덕트 비행체(10)의 자세 제어를 위해 베인(420)을 동작시키면 프로펠러(210)의 후류에 놓인 베인(420)은 공기력을 발생시키고 이 공기력은 덕트(220)를 원하는 방향으로 움직이게 한다. 덕트(220)가 일정 각으로 움직이면 덕티드-프롭의 추력선과 틸트-덕트 비행체(10)의 무게중심간 모멘트 암이 증가하게 됨으로써 틸트-덕트 비행체(10)를 일정 방향으로 회전시키는데 필요한 큰 모멘트를 얻게 된다.
회전익 모드에서, 피치방향 제어를 위해 덕트(220) 하방에 위치한 베인(420)을 동일 방향으로 움직이면, 이 베인(420)에서 발생한 공기력에 의해 덕트(420)가 일괄적으로 움직인다. 이러한 베인(420)과 덕트(220)의 움직임에 의해 피치방향 제어가 수행된다.
회전익 모드에서, 요방향 제어를 위해 덕트(220)의 하방에 위치한 베인(420)을 다른 방향으로 차등하게 움직이면, 베인(420)에서 발생한 공기력에 의해 덕트(420)가 차등하게 움직인다. 이러한 베인(420)과 덕트(220)의 움직임에 의해 요방향 제어가 수행된다.
롤방향 제어는 고정익 모드에서 수행되며, 이 때에는 덕트(220)가 고정되 므로, 베인(420)에 의해서만 수행된다. 즉, 회전익 모드에서 피치방향과 요방향 자세 제어를 담당하던 베인(420)은 고정익 모드로 전환되면 롤방향 제어를 담당하게 되며, 이는 베인(420)이 차등하게 움직임으로써 원하는 방향으로 롤방향 제어를 수행하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도 1은 본 발명에 따른 틸트-덕트 비행체의 사시도이다;
도 2는 박리홈을 구비한 덕트와 프로펠러의 평면 구성도이다;
도 3은 본 발명에 따른 스윙각 조절유닛의 구성도이다;
도 4는 회전익 모드에서 덕트의 스윙각을 나타낸 측면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 틸트-덕트 비행체 110 : 동체
120 : 지지 날개 210 : 프로펠러
220 : 덕트 221 : 박리홈
300 : 스윙각 조절유닛 311 : 작동기
312 : 회전축 320 : 암나사
330 : 크랭크기구 331 : 크랭크암
332 : 크랭크축 340 : 캠
350 : 쇄기부 351 : 수쇄기
352 : 암쇄기 360 : 샤프트
410 : 스트럿 420 : 베인
510 : 수직꼬리날개 520 : 수평꼬리날개
α : 스윙각

Claims (16)

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  8. 단부에 수나사가 형성된 회전축을 구비하는 구동부;
    상기 회전축의 회전운동을 직선운동으로 변환시키고, 상기 수나사가 수용되는 암나사부;
    크랭크암이 상기 암나사부와 연결되어, 암나사부의 직선운동을 회전운동으로 변환시키는 크랭크부;
    상기 크랭크부의 크랭크 축에 연결되어 회전하는 캠부;
    가변되는 간격을 가지는 제1 쇄기 및 제2 쇄기를 구비하고, 상기 캠부에 의해 상기 간격이 조절되는 쇄기부;
    를 포함하는 스윙각 조절 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 쇄기는 수쇄기이고, 상기 제2 쇄기는 상기 수쇄기에 치합되는 형상의 암쇄기이며, 상기 암쇄기는 샤프트의 일단에 형성되고, 상기 샤프트는 상기 수쇄기에 대해 상기 캠부의 위치에 따라 가변되는 스윙각을 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 스윙각 조절 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스윙각은 상기 수쇄기와 암쇄기가 완전히 밀착될 때 0도인 것을 특징으로 하는 스윙각 조절 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 스윙각은 상기 수쇄기와 암쇄기가 간격을 가질 때 -20도 내지 +20도 사이인 것을 특징으로 하는 스윙각 조절 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 스윙각은 상기 수쇄기와 암쇄기가 간격을 가질 때 -15도 내지 +15도 사이인 것을 특징으로 하는 스윙각 조절 장치.
  13. 삭제
  14. 프로펠러를 감싸고, 수직 방향 추력을 발생시키는 회전익 비행모드와 전진 방향 추력을 발생시키는 고정익 비행모드로 틸트되는 한 쌍의 틸트-덕트, 상기 틸트-덕트의 스윙각을 조절하는 스윙각 조절 장치, 및 상기 틸트-덕트의 후방에 위치하여 자세제어를 수행하는 베인를 포함하는 틸트-덕트 비행체에 있어서,
    상기 베인의 방향을 조절함으로써 피치방향 제어, 요방향 제어, 또는 롤방향 제어 중 어느 하나를 수행하고,
    상기 피치방향 제어는 회전익 비행모드에서 상기 베인을 동일 방향으로 움직이고 상기 베인에서 발생된 공기력에 의하여 상기 틸트-덕트를 동일 방향으로 움직임으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 틸트-덕트 비행체의 자세 제어 방법.
  15. 프로펠러를 감싸고, 수직 방향 추력을 발생시키는 회전익 비행모드와 전진 방향 추력을 발생시키는 고정익 비행모드로 틸트되는 한 쌍의 틸트-덕트, 상기 틸트-덕트의 스윙각을 조절하는 스윙각 조절 장치, 및 상기 틸트-덕트의 후방에 위치하여 자세제어를 수행하는 베인를 포함하는 틸트-덕트 비행체에 있어서,
    상기 베인의 방향을 조절함으로써 피치방향 제어, 요방향 제어, 또는 롤방향 제어 중 어느 하나를 수행하고,
    상기 요방향 제어는 회전익 비행모드에서 상기 베인을 다른 방향으로 움직이고 상기 베인에서 발생된 공기력에 의하여 상기 틸트-덕트를 다른 방향으로 움직임으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 틸트-덕트 비행체의 자세 제어 방법.
  16. 프로펠러를 감싸고, 수직 방향 추력을 발생시키는 회전익 비행모드와 전진 방향 추력을 발생시키는 고정익 비행모드로 틸트되는 한 쌍의 틸트-덕트, 상기 틸트-덕트의 스윙각을 조절하는 스윙각 조절 장치, 및 상기 틸트-덕트의 후방에 위치하여 자세제어를 수행하는 베인를 포함하는 틸트-덕트 비행체에 있어서,
    상기 베인의 방향을 조절함으로써 피치방향 제어, 요방향 제어, 또는 롤방향 제어 중 어느 하나를 수행하고,
    상기 롤방향 제어는 고정익 비행모드에서 상기 베인을 다른 방향으로 움직이고 상기 베인에서 발생된 공기력에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 틸트-덕트 비행체의 자세 제어 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160079207A (ko) 2014-12-26 2016-07-06 한국항공우주연구원 비행체용 추진장치 및 이를 구비한 비행체
KR20170132996A (ko) * 2016-05-25 2017-12-05 켄코아에어로스페이스(주) 안전핀을 이용한 틸팅모듈 안전고정 시스템 및 그 제어방법
WO2018110987A1 (ko) * 2016-12-15 2018-06-21 한국항공우주연구원 팬-인-윙 비행체 및 이의 자세 제어 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101849246B1 (ko) 2016-11-28 2018-04-16 한국항공우주연구원 틸트프롭 항공기
CN107878747B (zh) * 2017-11-10 2024-06-11 深圳市龙云创新航空科技有限公司 一种垂直起降的固定翼飞行器
KR102062726B1 (ko) 2018-05-23 2020-02-20 한국항공우주연구원 비행체 및 비행체 자세 제어 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0577789A (ja) * 1991-09-20 1993-03-30 Kawasaki Heavy Ind Ltd 垂直離着陸航空機
JPH05312055A (ja) * 1990-03-22 1993-11-22 Mtu Motoren & Turbinen Union Muenchen Gmbh プロップファンタービンエンジン
KR20020039079A (ko) * 2000-11-20 2002-05-25 장근호 가변베인 시스템을 이용한 수직이착륙 비행체

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05312055A (ja) * 1990-03-22 1993-11-22 Mtu Motoren & Turbinen Union Muenchen Gmbh プロップファンタービンエンジン
JPH0577789A (ja) * 1991-09-20 1993-03-30 Kawasaki Heavy Ind Ltd 垂直離着陸航空機
KR20020039079A (ko) * 2000-11-20 2002-05-25 장근호 가변베인 시스템을 이용한 수직이착륙 비행체

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160079207A (ko) 2014-12-26 2016-07-06 한국항공우주연구원 비행체용 추진장치 및 이를 구비한 비행체
KR20170132996A (ko) * 2016-05-25 2017-12-05 켄코아에어로스페이스(주) 안전핀을 이용한 틸팅모듈 안전고정 시스템 및 그 제어방법
WO2018110987A1 (ko) * 2016-12-15 2018-06-21 한국항공우주연구원 팬-인-윙 비행체 및 이의 자세 제어 방법
KR101938459B1 (ko) * 2016-12-15 2019-01-14 한국항공우주연구원 비행체
US11203412B2 (en) 2016-12-15 2021-12-21 Korea Aerospace Research Institute Fan-in-wing aerial vehicle and method for controlling posture thereof

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