KR101135167B1 - 피치-업 제어가 가능한 위그선 및 위그선의 피치-업 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 피치-업 제어가 가능한 위그선으로서, 주날개가 설치된 동체; 상기 위그선의 길이 방향을 따라 상기 위그선의 무게 중심의 뒤에 위치하도록 상기 동체 중 상기 주날개의 뒤에 설치되고, 상기 위그선의 하방으로 압축공기를 분사하도록 형성되는 분사 어셈블리; 및 상기 압축공기가 분사되도록 상기 분사 어셈블리의 작동을 제어하여, 상기 위그선의 피치-업된 상태가 조절되도록 하는 제어 어셈블리를 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선 및 위그선의 피치-업 제어 방법을 제공한다.

Description

피치-업 제어가 가능한 위그선 및 위그선의 피치-업 제어 방법{WIG CRAFT ENABLE TO CONTROL PITCH-UP AND METHOD FOR CONTROLLING PITCH-UP OF WIG CRAFT}

본 발명은 피치-업 제어가 가능한 위그선 및 그에 사용되는 피치-업 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 위그선은 윙-인-그라운드(Wing In Ground)의 앞글자를 따라서 위그(WIG)로 칭해지는 것이다. 그라운드 이펙트 비히클(Ground Effect Vehicle)이라는 말로부터 지이브이(GEV)선이라고도 하며, 윙-인-서피스-이펙트(Wing IN Surface Effect)라는 말로부터 와이즈(WISE)선이라 하기도 한다.

위그선은 수면 바로 위에서 양력이 급증하는 해면효과를 이용하여 수면 가까이에서 떠다니는 비행체이다. 수면에 대해서 1~5m 정도의 거리를 두고 비행하기 때문에 비행기인지 선박인지 논란이 있었으나, 국제해사기구(IMO)에서 선박으로 분류함에 따라 논란은 종식되었다.

위그선이 선박으로 분류되었다고 하더라도, 위그선은 수면 가까이 떠서 운항하기 위해서는, 비행기와 유사하게, 수면에서 이수(離水)하는 과정이 필요하다. 또한, 위그선이 운항을 마치는 시점에서, 위그선은 수면에 대해 착수(着水)해야 한다.

위의 이수 중에는 위그선의 앞 부분이 들어 올려지게 하는 피치-업(Pitch-up) 모멘트가 발생하여 위그선의 자세 유지가 어렵게 될 수 있다. 위그선의 꼬리 날개의 양력에 의해 피치-업이 일부 해소되나, 급격한 피치-업에 대응하기에는 부족함이 있다.

본 발명의 목적은, 피치-업에 대하여 종래보다 빠르고 능동적으로 대응할 수 있는, 피치-업 제어가 가능한 위그선 및 위그선의 피치-업 제어 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 피치-업 제어가 가능한 위그선은, 주날개가 설치된 동체; 상기 위그선의 길이 방향을 따라 상기 위그선의 무게 중심의 뒤에 위치하도록 상기 동체 중 상기 주날개의 뒤에 설치되고, 상기 위그선의 하방으로 압축공기를 분사하도록 형성되는 분사 어셈블리; 및 상기 압축공기가 분사되도록 상기 분사 어셈블리의 작동을 제어하여, 상기 위그선의 피치-업된 상태가 조절되도록 하는 제어 어셈블리를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 위그선은, 동체와, 상기 동체에 설치되는 주날개를 포함하고, 상기 분사 어셈블리는 상기 주날개의 뒤에 위치하도록 상기 동체에 설치될 수 있다. 또한, 상기 위그선이 상기 동체의 후단부에 설치되는 꼬리 날개를 더 포함하는 경우, 상기 분사 어셈블리는 상기 주날개와 상기 꼬리 날개 사이에 위치하도록 상기 동체에 설치될 수 있다.

여기서, 상기 분사 어셈블리는, 상기 압축공기인 분사 에어를 생산하는 공기 압축기; 및 상기 공기 압축기에 연통되도록 형성되어, 상기 분사 에어를 배출하는, 분사 노즐을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 위그선은, 추진 엔진을 더 포함하고, 상기 분사 에어는 상기 추진 엔진의 작동 시에 발생하는 후류의 압축 공기이며, 상기 분사 어셈블리는, 상기 분사 에어가 유입되는 유입부와, 상기 유입부를 통해 유입된 분사 에어가 상기 하방으로 토출되게 안내하는 제1 토출부를 가지는, 분사 덕트를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 분사 덕트는 상기 동체 내부에서 연장하도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제어 어셈블리는, 상기 유입부와 제1 토출부 사이에 배치되어, 상기 분사 덕트를 개폐하는 개폐 밸브; 및 상기 개폐 밸브와 연결되어, 상기 개폐 동작을 위한 신호를 전송하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 분사 덕트는, 상기 유입부에 연통되고, 상기 제1 토출부의 전방에 위치하도록 연장 형성되는 제2 토출부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제어 어셈블리는, 상기 제1 토출부를 개폐하도록 설치되는 제1 개폐밸브; 상기 유입부를 개폐하도록 설치되는 제2 개폐밸브; 및 상기 제1 및 제2 개폐밸브에 각각 연결되어, 상기 제1 및 제2 개폐밸브가 모두 개방을 위해 작동되거나, 상기 제1 및 제2 개폐밸브가 모두 폐쇄를 위해 작동되거나, 상기 제1 개폐밸브는 폐쇄를 위해 작동되고 상기 제2 개폐밸브는 개방을 위해 작동되도록 하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 동체의 하부에 설치되고, 상기 제1 토출구에서 토출되는 상기 분사 에어를 감싸면서 상기 동체의 하방으로 전개되는 루프형 단면의 전개 유닛이 더 구비되 수 있다.

여기서, 상기 전개 유닛은, 상기 동체에 설치되고, 팽창용 에어가 주입되는 내부 공간을 구비하는 에어 포켓; 및 상기 에어 포켓의 내부 공간에 연통되도록 형성되어, 상기 내부 공간에 상기 팽창용 에어를 주입하는 주입 유닛을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 에어 포켓은, 인접한 측부들이 서로 연결되어 하나의 중공체를 이루는 복수의 에어 스커트를 포함하고, 상기 동체의 내부에 설치되어, 상기 복수의 에어 스커트의 인접한 측부들을 서로 연결시키거나 서로 분리시키는 탈착 유닛이 더 구비될 수 있다.

여기서, 상기 에어 스커트는 상기 측부에 일정 간격으로 연속적으로 돌출되도록 형성되는 이빨을 포함하고, 상기 탈착 유닛은, 베이스; 상기 베이스의 하부에 배치되며, 하방으로 갈수록 폭이 좁아지는 부분을 가져서 상기 인접한 에어 스커트들이 상기 하방으로 이동 시에 상기 이빨들이 서로 엮이도록 하는, 한 쌍의 연결 쐐기; 및 상기 베이스의 상부에 배치되며, 폭 방향으로 상기 한 쌍의 연결 쐐기의 중앙에 배치되어 상기 인접한 에어 스커트들 상기 상방으로 이동 시에 상기 서로 엮여진 이빨들이 분리되도록 하는, 분리 쐐기를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 에어 포켓에 부착되며, 상기 동체의 하방으로 신장되도록 형성되는 팬터그래프; 및 상기 팬터그래프에 연결되어, 상기 팬터그래프를 상기 동체를 향하여 당겨서 상기 팬터그래프가 접혀지게 하는, 폴딩 유닛이 더 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 위그선의 피치-업 제어 방법은, 자세 센서를 통해 위그선의 자세를 감지하는 단계; 상기 감지 결과를 바탕으로, 상기 위그선의 선단부가 피치-업 되는 것을 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 근거하여, 상기 피치-업 상태를 조절하도록 분사 어셈블리를 통해 상기 위그선의 무게 중심의 뒤에서 상기 위그선의 하방으로 압축공기가 분사되게 하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 분사되는 압축공기를 감싸는 중공형의 전개 유닛을 전개시켜, 상기 전개 유닛은 상기 압축공기가 상기 중공 부분에 집중되게 하는 단계가 더 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 피치-업 제어가 가능한 위그선 및 위그선의 피치-업 제어 방법에 의하면, 제어 어셈블리의 제어에 의하여 분사 어셈블리가 위그선의 무게 중심의 뒤에서 하방으로 압축공기를 분사함으로써, 보다 신속하고 적극적으로 피치-업에 대한 대처가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피치-업 제어가 가능한 위그선(100)을 보인 사시도이다.
도 2는 도 1의 전개 유닛(130,140)과 분사 덕트(150)의 구조를 설명하기 위한 위그선(100)에 대한 개념적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 전개 유닛(130) 및 분사 어셈블리(150)의 제어를 위한 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 1의 전개 유닛(130)을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 도 4의 전개 유닛(130)에 대한 일 변형예에 따른 전개 유닛(230)을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 도 4의 전개 유닛(130)에 대한 다른 변형예에 따른 전개 유닛(330)을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위그선의 피치-업 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 도 1의 위그선(100)의 피치-업 및 그에 대한 제어에 따라 변화된 상태를 보인 개념도이다.
도 9는 도 7의 피치-업 제어에 호버링 제어를 통합한 제어 방법에 대한 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피치-업 제어가 가능한 위그선 및 위그선의 피치-업 제어 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피치-업 제어가 가능한 위그선(100)을 보인 사시도이다.

본 도면을 참조하면, 위그선(100)은, 동체(110)와, 날개(120)와, 제1 및 제2 전개 유닛(130 및 140)과, 분사 어셈블리(150)를 포함할 수 있다.

동체(110)는 조종실과 승객실, 화물실 등이 형성되는 부분이다. 이러한 동체(110)는 하나 또는 두 개가 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 동체(110)가 하나인 형태, 다시 말해서 단동선을 예시하고 있다. 동체(110)의 후방 측에는 추진 엔진(101)이 설치될 수 있다. 추진 엔진(101)으로는 제트 엔진, 또는 터보 프로브 엔진 등이 사용될 수 있다.

날개(120)는 동체(110)에 연결된다. 구체적으로, 날개(120)는 동체(110)의 양측에, 서로 대칭되게 설치되는 한 쌍의 주날개(121)를 포함할 수 있다. 주날개(121)의 단면 형상은 에어 포일(Air foil)의 형태를 가질 수 있다. 주날개(121)의 단부 측에는 폰툰(103, Side Pontoon)이 설치될 수 있다. 사이드 폰툰(103)은 주날개(121)가 물에 대해 뜰 수 있도록 하는 부낭(浮囊)과 같은 것이다. 사이드 폰톤(103) 다음으로는 보조 날개(123)가 구비될 수 있다. 동체(110)의 후방에는 꼬리 날개(125)가 또한 설치될 수 있다. 꼬리 날개(102)는 동체(110)의 연장 방향에 대체로 교차하는 방향으로 연장하도록 구비될 수 있다.

제1 전개 유닛(130)은 동체(110)의 하부에 설치된다. 제1 전개 유닛(130)은 후술할 분사 어셈블리(150)와 연관되는 것이어서, 구체적으로 분사 어셈블리(150)의 제1 토출부(152, 도 2)에 대응하여 설치된다. 제1 전개 유닛(130)은 팽창용 에어가 주입됨에 따라 부풀어서 동체(110)의 하방으로 전개되는 것이다. 제1 전개 유닛(130)의 전개된 상태는, 루프 형태의 단면을 가진 중공체의 형태가 될 수 있다. 제2 전개 유닛(140)은 제1 전개 유닛(130) 보다 앞에 위치하도록 동체(110)의 하부에 설치될 수 있다. 제2 전개 유닛(140)은 제2 토출부(153, 도 2)에 대응하여 설치된다. 이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여서는 제1 전개 유닛(130) 및 그의 변형예들(230,330)에 대해서만 설명하나, 제2 전개 유닛(140) 또한 그러한 구성을 가질 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 분사 어셈블리(150)는 동체(110)의 선단부(111)에 반대되는 후단부(115) 측에 설치된다. 분사 어셈블리(150)는 주날개(121)의 뒤에 위치하는 것으로서, 꼬리 날개(125)보다는 앞에 위치하게 될 수 있다. 분사 어셈블리(150)는, 구체적으로 추진 엔진(101)에서 발생하는 후류의 압축공기(분사 에어)를 동체(110)의 하방으로 안내하는 분사 덕트를 포함할 수 있다. 이하, 분사 덕트에도 분사 어셈블리와 같은 참조번호 150을 사용한다.

위의 분사 덕트(150) 등의 구체적 구성은 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1의 전개 유닛(130,140)과 분사 덕트(150)의 구조를 설명하기 위한 위그선(100)에 대한 개념적인 단면도이다.

본 도면을 참조하면, 위그선(100)은 길이 방향(E)을 따라 연장된 형태로서, 선단부(111)와 후단부(115) 사이의 일 지점에 무게 중심(G)이 위치하게 된다.

분사 덕트(150)는 길이 방향(E)을 따라 무게 중심(G)의 뒤에 설치되는 것으로서, 전체적으로 덕트의 형태를 이루며 대부분이 동체(110)의 내부에 설치된다. 분사 덕트(150)는, 구체적으로 유입부(151)와, 제1 토출부(152)를 포함할 수 있다. 유입부(151)는 추진 엔진(101)의 후류가 유입될 수 있도록 추진 엔진(101)에 근접하게 배치된다. 제1 토출부(152)는 유입부(151)에 연통되며, 위의 후류가 하방(V)으로 분사 에어로서 토출되도록 동체(110)의 하면을 통해 외부와 연통되게 형성된다. 이때, 제어 어셈블리를 이루는 제1 개폐밸브(155)는 제1 토출부(152) 측에 위치하여, 제1 토출부(152)를 통해 상기 분사 에어가 토출되게 제1 토출부(152)를 개방하거나 상기 분사 에어가 토출되지 않도록 제1 토출부(152)를 폐쇄하도록 작동한다.

제1 전개 유닛(130)은 동체(110)의 후단부(115)에 수납된 상태에서, 제1 토출부(152)를 둘러싸며 하방(V)으로 전개될 수 있다. 이는, 제1 토출부(152)를 통해 분사되는 분사 에어가 제1 전개 유닛(130)에 의해 한정된 공간[제1 전개 유닛(130)의 중공부] 내에 집중되게 한다.

분사 덕트(150)에서는 제2 토출부(153)가 추가로 분기되어 형성될 수 있다. 제2 토출부(153)는, 제1 토출부(152) 보다, 무게 중심(G)에 가까운 곳에서 상기 분사 에어를 토출하게 된다. 제2 토출부(153)는, 제2 전개 유닛(140)에 의해 한정되는 공간 내로 상기 분사 에어를 토출하게 된다.

제2 토출부(152)가 추가로 구비된 경우에, 유입부(151) 측에는 제2 개폐밸브(156)가 또한 설치될 수 있다. 제1 개폐밸브(155)와 함께 상기 제어 어셈블리를 구성하는 제2 개폐밸브(156)는, 유입부(151)로의 상기 후류의 유입 자체를 차단하도록 유입부(151)를 폐쇄하거나, 유입부(151)로 상기 후류가 유입되어 제1 및 제2 토출부(152 및 153)를 향해 유동하도록 유입부(151)를 개방할 수도 있다.

이러한 구성에 의하면, 추진 엔진(101)의 가동에 의해 발생되는 후류의 압축공기(분사 에어)가 분사 덕트(150)의 제1 토출부(152)를 통해 분사되는 분사 에어에 의한 압력(Pa)에 따라 모멘트(Mdp)가 발생하게 된다. 이러한 모멘트(Mdp)는 전개 유닛(130)과 동체(110)의 하면이 인접한 수면에 대해 닫힌 공간을 형성할 때 보다 커진다. 상기 모멘트(Mdp)는 도면상 반시계방향을 따르는 것으로서, 위그선(100)의 선단부(111)가 위로 들리게 하며 시계 방향을 따르는 피치-업 모멘트(Mpu)와 상반된다. 이러한 모멘트(Mdp)에 의해, 피치-업 모멘트(Mpu)가 상쇄됨에 따라, 위그선(100)의 피치-업 현상이 제어될 수 있는 것이다.

상기 분사 에어는 분사 덕트(150)의 제2 토출부(153)를 통해 무게 중심(G)에 대응하는 부분에서 토출되어 호버링[동체(110)를 떠오르게 하는 것]을 위한 압력(Ph)을 발생할 수도 있다. 이 압력(Ph)은 또 다른 전개 유닛(140)과 동체(110)의 하면, 그리고 수면에 의해 형성되는 닫힌 공간에서 에어 쿠션을 형성하여, 동체(110)가 상방[하방(V)의 반대 방향]으로 떠오르게 한다. 상기 에어 쿠션은 위그선(100)의 이수 시에 동체(110)가 물에 잠긴 정도를 줄여서, 상기 이수에 소용되는 동력을 줄일 수 있게 한다. 또한, 상기 에어 쿠션은 위그선(100)의 착수 시에는 수면과의 충돌에 의해 위그선(100)에 가해지는 충격을 완화시킨다.

이상에서는, 피치-업에 대한 제어와 호버링을 추진 엔진(101)의 후류라는 하나의 소스를 이용하여 구현하였다. 이는 위그선(100)의 피치-업 현상이 주로 이수 시에 발생하는 점에서, 그 둘을 연관시켜 제어 가능한 이점을 제공한다. 또한, 분사 에어에 대한 공급을 단일 소스에 바탕을 두어 구성의 단순성을 높일 수 있게 하고, 또한 그 소스는 추진 엔진(101)의 구동에 의해 자연스레 얻어지는 점에서 에너지 효율성을 높일 수 있게도 한다.

이상에서는 추진 엔진(101)의 후류인 압축공기를 분사 에어로 사용하여 위그선(100)의 피치-업 현상을 제어하고 동체(110)를 떠오르게 하는 것으로 설명하였으나, 그 둘 중 적어도 하나는 상기 후류를 이용하지 않는 것일 수 있다. 이를 위하여, 동체(110)에는 압축공기인 분사 에어를 생산하는 공기 압축기와, 상기 압축기에 연통되도록 형성되어 상기 분사 에어를 하방(V)으로 배출하는 분사 노즐이 분사 어셈블리로서 채용될 수도 있다.

다음으로, 위의 피치-업 및 호버링 제어를 위한 구성에 대해 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2의 전개 유닛(130) 및 분사 어셈블리(150)의 제어를 위한 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

본 도면(및 도 2)을 참조하면, 위그선(100)은 제1 및 제2 개폐밸브(155 및 156)에 더하여, 자세 센서(161)와, 전원 공급부(163)와, 컨트롤러(165)와, 주입 유닛(136)을 더 포함할 수 있다. 이들 중, 제1 및 제2 개폐밸브(155 및 156)와, 컨트롤러(165)는 제어 어셈블리로 칭해질 수 있다. 상기 제어 어셈블리는 자세 센서(161)까지도 포함할 수 있다.

자세 센서(161)는 위그선(100)의 자세를 감지하는 것이다. 예를 들어, 중력 센서 등이 자세 센서(161)로서 사용될 수 있다.

전원 공급부(163)는 자세 센서(161)와, 컨트롤러(165) 등에 전원을 공급하게 된다.

컨트롤러(165)는 자세 센서(161)로부터 위그선(100)의 자세에 관한 정보를 입력받는 등에 의해, 위그선(100)이 피치-업 상태인지 및/또는 이수 중인지에 따라, 개폐밸브(155 및 155)와 주입 유닛(136)을 가동하게 된다. 컨트롤러(165)는 제1 개폐밸브(155)와 제2 개폐밸브(156)를 모두 개방하거나 폐쇄할 수도 있고, 어느 하나만 개방하고 다른 하나는 폐쇄할 수도 있다. 또한, 전개 유닛(130 및 140)을 전개할 필요가 있는 경우에는, 주입 유닛(136)을 작동시키게 된다.

다음으로, 앞서 설명한 전개 유닛(130)[및 전개 유닛(140]에 대해 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 살펴 본다. 도 4는 도 1의 전개 유닛(130)을 설명하기 위한 개념도이다.

본 도면을 참조하면, 전개 유닛(130)은 에어 포켓(131)과, 주입 유닛(136)을 포함할 수 있다.

에어 포켓(131)은 팽창용 에어가 주입되는 내부 공간을 구비하는 구조물이다. 이러한 에어 포켓(131)은 루프 형태의 단면을 가지고서 연장 방향(L)을 따라 연장된 형태의 중공체이다. 본 도면에는 에어 포켓(131)의 단면이 4각형인 것을 예시하고 있으나, 단면 형태가 삼각형, 원형, 5각형 등 다른 형태가 될 수도 있을 것이다.

에어 포켓(131)은 전체적인 외형을 이루는 메인 엔벨로프(132)와, 메인 엔벨로프(132) 내에 위치하며 메인 엔벨로프(132)보다 작은 부피를 가지는 연장 엔벨로프(133)를 포함할 수 있다. 이에 의해서, 에어 포켓(131)의 내부 공간은 연장 엔벨로프(133) 내의 공간과, 연장 엔벨로프(133) 외의 공간으로 구분될 수 있다. 연장 엔벨로프(133)를 구비하지 않는다면, 에어 포켓(131)의 내부 공간은 하나만 존재하게 될 것이다.

주입 유닛(136)은 공기 압축기(137)와, 밸브(138)와, 파이프(139a,139b)를 포함할 수 있다. 공기 압축기(137)는 팽창용 에어를 생산하도록 형성된다. 밸브(138)는 공기 압축기(137)에서 생산된 팽창용 에어를 제1 파이프(139a) 또는 제2 파이프(139b)로 분배한다. 여기서, 제1 파이프(139a)는 메인 엔벨로프(132)에 연통되고, 제2 파이프(139b)는 연장 엔벨로프(133)에 연통될 수 있다. 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 주입 유닛(136), 구체적으로 공기 압축기(137)와 밸브(138)의 작동은 컨트롤러(165, 도 3)에 의해 제어될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 에어 포켓(131)에 팽창용 에어가 주입되지 않은 상태에서 에어 포켓(131)에 주입 유닛(136)을 이용하여 팽창용 에어를 주입하면, 에어 포켓(131)은 본 도면과 같은 형체를 유지하도록 부풀려질 수 있다. 이때, 공기 압축기(137)의 초기 작동 시 발생하는 팽창용 에어를 제2 파이프(139b)를 통해 연장 엔벨로프(133)에 우선 공급하도록 밸브(138)를 제어할 수 있다. 그에 의하면, 연장 엔벨로프(133) 내에 팽창용 에어가 공급되면서, 에어 포켓(131)의 뼈대를 이루는 부분이 먼저 팽창될 수 있다. 다시 말해서, 연장 엔벨로프(133)가 연장 방향(L)을 따라 부풀어서 펴지게 됨으로써, 육면체 형태의 에어 포켓(131)의 형상이 구현되게 된다. 연장 엔벨로프(133)에 대한 압축 공기 공급이 끝나면, 밸브(138)를 제어하여 제1 파이프(139a)를 통해 메인 엔벨로프(132)에 팽창용 에어를 공급할 수 있다. 이에 의해, 메인 엔벨로프(132)가 팽창용 에어를 공급받아 부풀게 되면서, 에어 포켓(131)이 전체적으로 부풀어서 최종적인 형태 형성하게 된다.

이상의 전개 유닛(130)의 다른 형태들에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 각각 설명한다.

먼저, 도 5는 도 4의 전개 유닛(130)에 대한 일 변형예에 따른 전개 유닛(230)을 설명하기 위한 사시도이다.

본 변형예에서 전개 유닛(230)은, 복수의 에어 스커트(231)와, 에어 스커트(231)에 대응하는 와인딩 롤(237)을 포함할 수 있다.

에어 스커트(231)는 복수 개로 구비되고 서로 연결되어 앞선 실시예에서의 에어 포켓(131, 도 4)을 구성할 수 있다. 예를 들어, 하나의 에어 포켓(131)을 형성하기 위해서는, 4개의 에어 스커트(231)가 구비될 수 있다.

에어 스커트(231)는 대체로 직사각형 형태로 형성될 수 있다. 에어 스커트(231)의 전체적인 외형은 메인 엔벨로프(232)에 의해 형성된다. 메인 엔벨로프(232)의 내부에는, 앞서 도 2를 참조하여 설명한 바와 유사하게, 윤곽 엔벨로프(233)가 구비될 수 있다. 윤곽 엔벨로프(233)는 메인 엔벨로프(232)의 윤곽을 따라서, 구체적으로 4개의 변을 따라서 연장하도록 형성될 수 있다. 메인 엔벨로프(232)의 양 측부에는 이빨(235)이 형성될 수 있다. 이빨(235)은 일정한 간격으로 돌출부들이 연속적으로 배치된 형태를 가질 수 있다.

와인딩 롤(237)은 각 에어 스커트(231)에 대응하여 배치된다. 와인딩 롤(237)은 모터에 의해 회전하면서, 에어 스커트(231)를 감거나 풀어 내릴 수 있다. 이를 위하여, 에어 스커트(231)의 일단부는 와인딩 롤(237)에 결합될 것이다. 와인딩 롤(237)의 내부를 통해서는, 메인 엔벨로프(232)와 윤곽 엔벨로프(233)에 연통되기 위한 파이프(도 4의 139a,139b 참조)가 연장할 수 있을 것이다.

와인딩 롤(237)이 동체(110)의 내부에 위치할 때, 에어 스커트(231)는 날개(120)에 형성되는 개구부(125)를 통해 동체(110) 밖으로 전개될 수 있다.

에어 스커트(231)들을 연결하여 에어 포켓(131, 도 2)을 형성하기 위하여, 동체(110)에는 탈착 유닛(250)이 구비될 수 있다. 탈착 유닛(250)은, 베이스(251)와, 연결 쐐기(253)와, 분리 쐐기(255)를 포함할 수 있다. 베이스(251)는 연결 쐐기(253)와 분리 쐐기(255)가 설치되는 뼈대를 이룬다. 연결 쐐기(253)는 한 쌍으로 구비되며, 베이스(251)의 하부에 돌출 형성된다. 연결 쐐기(253)는 하방으로 갈수록 폭이 좁아지는 부분을 가진다. 상기 폭이 좁아지는 부분에 의해, 팽창용 에어가 주입된 상태에서 인접한 에어 스커트(231)들이 하방 이동 시에 각각의 이빨(235)들이 서로 엮이도록 한다. 분리 쐐기(255)는 베이스(251)의 상부에 배치되며, 폭 방향으로 한 쌍의 연결 쐐기(253)의 중앙에 배치된다. 그에 의해, 인접한 에어 스커트(231)들이 상방으로 이동 시에 서로 엮인 이빨(235)들이 분리될 수 있게 한다.

에어 스커트(231)에서 상단은 와인딩 롤(237)에 감겨지며 회전되므로, 이와 달리 상하 직진 운동만 하게 되는 에어 스커트(231)의 하단에 앞선 실시예의 파이프(139a,139b, 도 4 참조)를 연결할 수 있을 것이다. 이 경우, 파이프(139a,139b)가 와인딩 롤(237)의 회전에 의해 꼬이지 않게 되는 이점이 있다.

이러한 구성에 의하면, 전개 유닛(230)의 전개될 필요가 있는 경우에, 주입 유닛(136, 도 4 참조)에 의해 팽창용 에어가 에어 스커트(231)에 주입된다. 팽창용 에어는 윤곽 엔벨로프(233)에 먼저 주입된 후에, 메인 엔벨로프(232)에 주입될 수 있다. 팽창용 에어 주입에 의해 에어 스커트(231)가 팽창되면서 와인딩 롤(237)은 에어 스커트(231)를 풀어 내리게 된다. 이때, 하나의 에어 스커트(231)는 탈착 유닛(250)의 연결 쐐기(253)에 의해 측부의 이빨(235)이 인접한 다른 에어 스커트(231)의 이빨(235)과 서로 엮여서, 상기 인접한 다른 에어 스커트(231)와 연결된다. 이렇게 에어 스커트(231)들이 연결되면, 이들은 동체(110)의 외부에서 전체로서 에어 포켓(131, 도 4 참조)을 형성하게 된다.

전개 유닛(230)의 역할이 더 이상 필요하지 않은 경우에, 에어 스커트(231)에 대한 에어의 공급을 중지하면 에어 스커트(231)는 에어가 빠진 상태가 된다. 이런 중에, 와인딩 롤(237)을 감아서 에어 스커트(231)를 감아 올린다. 그에 의해, 서로 연결된 에어 스커트(231)들은 탈착 유닛(250)의 분리 쐐기(255)에 의해 서로 분리되어 각각의 와인딩 롤(237)에 감기게 된다. 결과적으로, 사용되지 않는 에어 스커트(231)는 동체(110) 내로 수납되게 된다.

이상과 달리, 동체(110)가 쌍동선으로 형성되어, 한 쌍의 동체들 사이의 빈 공간이 존재하게 된다면, 양 측면은 한 쌍의 동체들에 의해 제한되므로 빈 공간의 전방과 후방에서 한 쌍의 에어 스커트(231)들이 내려와서, 에어 포켓을 형성할 수도 있을 것이다.

다음으로, 도 6은 도 4의 전개 유닛(130)에 대한 다른 변형예에 따른 전개 유닛(330)을 설명하기 위한 사시도이다.

본 도면을 참조하면, 본 변형예에 따른 전개 유닛(330)은, 단일체로 구성되는 에어 포켓(331)을 동체(110) 내로 후퇴시키거나 동체(110) 밖으로 전개시킬 수 있는 메커니즘을 구비한다.

구체적으로, 전개 유닛(330)은, 에어 포켓(331)과, 팬터그래프(335)와, 폴딩 유닛(336)을 포함할 수 있다.

에어 포켓(331)은 앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 루프 형태의 단면을 가지고서 연장 방향(L)으로 전개될 수 있는 중공체이다. 에어 포켓(331)은 본 도면에서도 4각형 형태로 예시되어 있다.

팬터그래프(335)는 에어 포켓(331)의 내부 공동(331a)에서 내벽(331b)에 결합될 수 있다. 팬터그래프(335)는 구체적으로, 링크(335a)와, 핀(335b)을 포함할 수 있다. 링크(335a)는 복수 개로 구비되고, 서로 교차되도록 배치된다. 이러한 링크(335a)들은 핀(335b)에 의해 연결된 다른 링크에 대해 상대 회전 가능하다. 이러한 상대 운동에 의해, 팬터그래프(335)는 연장 방향(L)으로 전개되거나 고정대(335c)를 향해 후퇴된다. 링크(335a)가 연결되는 고정대(335c)는, 동체(110)의 내부에 설치될 수 있다.

폴딩 유닛(336)은 팬터그래프(335)를 동체(110) 내부로 끌어당겨 링크(335a)들이 서로에 대해 접혀지도록 하는 것이다. 이러한 폴딩 유닛(336)은 로프(337)와, 권선기(338)를 포함할 수 있다. 로프(337)는 링크(335a) 중에 고정대(335c)에서 멀리 위치한 링크에 일단이 연결될 수 있다. 로프(337)의 타단은 권선기(338)에 연결된다. 권선기(338)는 모터와, 상기 모터의 출력축에 설치된 원통체로 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 팽창용 에어가 주입되지 않은 에어 포켓(331)은 동체(110) 내에서 전개되지 않은 상태로 유지된다. 이때, 권선기(338)가 로프(337)를 완전히 감고 있으므로, 에어 포켓(331)이 동체(110) 밖으로 자유낙하 되지 않는다.

전개 유닛(330)을 전개해야 하는 경우에는, 권선기(338)에서 로프(337)를 풀게 된다. 또한, 주입 유닛(136, 도 4)을 통해서 에어 포켓(331)에 팽창용 에어가 주입된다. 그에 의해, 에어 포켓(331)은 동체(110)의 밖으로 자유 낙하하여 펼쳐지는 동시에 팽창용 에어를 주입받아 부풀게 된다.

전개 유닛(330)을 비 전개 상태로 전환하는 경우에는, 에어 포켓(331)에 대한 팽창용 에어 공급을 해제하고, 로프(337)를 권선기(338)로 감아서 팬터그래프(335)를 고정대(335c)를 향해 당기게 된다. 이때, 에어 포켓(331)에는 작은 구멍이 있어서, 팽창용 에어가 상기 구멍을 통해 배출될 수 있다. 그에 의해, 에어 포켓(331) 내부에서 팽창용 에어가 없어진 채로, 에어 포켓(331)은 동체(110)의 내부에 접힌 채로 폴딩 유닛(336)에 의해 유지될 수 있다. 이와 달리, 에어 포켓(331)에 대한 석션(suction)을 통해서 팽창용 에어를 에어 포켓(331)에서 회수할 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 위그선(100)의 피치-업 제어 방법에 대해 도 7 및 도 8, 나아가 앞선 도면들을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위그선의 피치-업 제어방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 8은 도 1의 위그선(100)의 피치-업 및 그에 대한 제어에 따라 변화된 상태를 보인 개념도이다.

도 7[및 앞선 도면들]을 참조하면, 컨트롤러(165)는 자세 센서(161)를 통해 위그선(100)의 자세를 감지하게 된다(S1).

자세 센서(161)를 통해 입력된 자세 정보를 바탕으로, 컨트롤러(165)는 위그선(100)이 피치-업 상태인지를 판단하게 된다(S2). 피치-업 상태가 아니라면, 전 단계로 복귀하여 위그선(100)에 자세에 감지를 계속하게 된다.

위그선(100)이 피치-업 상태인 것으로 판단되면, 컨트롤러(165)는 위그선(100)의 무게 중심(G) 뒤에 위치하는 제1 토출부(152)를 통하여 압축공기를 위그선(100)의 하방으로 분사하게 된다.

제1 토출부(152)를 통해 압축공기를 분사하려는 경우에, 전개 유닛(130,230,330)을 전개할지 여부를 결정할 수 있다(S7). 통상은 전개 유닛(130,230,330)을 전개하는 것이 효과적일 것이나, 위그선(100)이 수면으로부터 높이 위치한 경우에는 그 효용이 이수 시보다는 낮으므로, 전개 유닛(130,230,330)의 전개를 생략할 수도 있을 것이다.

전개 유닛(130,230,330)의 전개가 효과적이라고 판단되면, 컨트롤러(165)는 주입 유닛(136)을 작동시켜 전개 유닛(130,230,330)을 전개시키게 된다(S9).

그에 의해, 피치-업된 위그선(100)이 정상적인 자세로 돌아오는 과정은, 서로 상반되는 모멘트들(Mpu 및 Mdp) 간의 상쇄에 의한 것으로서, 이는 도 8에 예시된다.

마지막으로, 도 9를 참조하여, 위그선(100)의 호버링과 피치-업에 대한 대응을 통합 제어하는 것에 대해 설명한다. 도 9는 도 7의 피치-업 제어에 호버링 제어를 통합한 제어 방법에 대한 순서도이다.

본 도면[및 선행 도면들]을 참조하면, 먼저 위그선(100)의 현 상태가 결정되어야 한다(S11). 위그선(100)의 상태는 도 3을 참조로 설명한 자세 선세(161) 등과 같은 전자적인 요소로부터 얻어지거나, 위그선(100)을 조정하는 조종사의 입력으로부터 얻어질 수 있다.

위그선(100)이 이수 중이고 피치-업 상황은 아니라면(S12), 컨트롤러(165)는 제1 개폐밸브(155)는 제1 토출부(152)를 폐쇄하도록 하고 제2 개폐밸브(156)는 유입부(151)를 개방하도록 한다(S13). 그에 의해, 추진 엔진(101)의 후류는 유입부(151)로 유입되어 제2 토출부(152)를 통해 토출되어, 동체(110)가 떠오르게 한다. 이때, 필요하다면, 컨트롤러(165)는 주입 유닛(136)을 작동시켜 제2 전개 유닛(140)을 전개하여, 토출되는 분사 에어가 위그선(100)의 하면과 제2 전개 유닛(140)의 공동부, 그리고 수면에 의해 한정된 공간에서 에어 쿠션을 형성하게 한다(S14).

위그선(100)이 피치-업 상황이라면(S15), 컨트롤러(165)는 제1 개폐밸브(155)를 개방하여 제1 토출부(152)로 상기 분사 에어가 토출되게 한다. 제1 토출부(152)에서 상기 분사 에어가 토출되기 위해서는, 추진 엔진(101)의 가동에 따른 후류가 유입되는 유입부(151)에 설치된 제2 개폐밸브(156) 또한 개방되어야 한다(S16). 이러한 중에, 컨트롤러(165)는 또한 주입 유닛(136)을 작동시켜 제1 전개 유닛(130)이 전개되게 하여, 토출되는 분사 에어가 제1 전개 유닛(130)의 공동부 내로 집중되게 한다.

위그선(100)의 이수가 완료되고 또한 위그선(100)이 정상 자세를 유지하고 있는 상황이라면(S18), 컨트롤러(165)는 제1 및 제2 개폐밸브(155 및 156)를 모두 폐쇄 상태로 전환시켜, 추진 엔진(101)의 후류가 유입부(151) 내로 유입되지 않게 한다(S19). 또한, 제1 및 제2 전개 유닛(130 및 140) 중에 전개된 것이 있다면, 그것을 회수하게 된다(S20).

상기와 같은 피치-업 제어가 가능한 위그선 및 위그선의 피치-업 제어 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100: 위그선 101: 추진 엔진
103: 사이드 폰툰 110: 동체
120: 날개 121: 주날개
125: 꼬리 날개 130,140,230,330: 전개 유닛
131, 331: 에어 포켓 132: 메인 엔벨로프
133: 연장 엔벨로프 136: 주입 유닛
150: 분사 어셈블리/분사 덕트 151: 유입부
152: 제1 토출부 153: 제2 토출부
155: 제1 개폐밸브 156: 제2 개폐밸브
231: 에어 스커트 250: 탈착 유닛
335: 팬터그래프 336: 폴딩 유닛

Claims (16)

1. 피치-업 제어가 가능한 위그선으로서,
   주날개가 설치된 동체;
   상기 위그선의 길이 방향을 따라 상기 위그선의 무게 중심의 뒤에 위치하도록 상기 동체 중 상기 주날개의 뒤에 설치되고, 상기 위그선의 하방으로 압축공기를 분사하도록 형성되는 분사 어셈블리; 및
   상기 압축공기가 분사되도록 상기 분사 어셈블리의 작동을 제어하여, 상기 위그선의 피치-업된 상태가 조절되도록 하는 제어 어셈블리를 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 위그선은 상기 동체의 후단부에 설치되는 꼬리 날개를 더 포함하고,
   상기 분사 어셈블리는 상기 주날개와 상기 꼬리 날개 사이에 위치하도록 상기 동체에 설치되는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 분사 어셈블리는,
   상기 압축공기인 분사 에어를 생산하는 공기 압축기; 및
   상기 공기 압축기에 연통되도록 형성되어, 상기 분사 에어를 배출하는, 분사 노즐을 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 위그선은, 추진 엔진을 더 포함하고,
   상기 분사 에어는 상기 추진 엔진의 작동 시에 발생하는 후류의 압축 공기이며,
   상기 분사 어셈블리는,
   상기 분사 에어가 유입되는 유입부와, 상기 유입부를 통해 유입된 분사 에어가 상기 하방으로 토출되게 안내하는 제1 토출부가 형성된, 분사 덕트를 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 분사 덕트는 상기 동체 내부에서 연장하도록 형성되는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제어 어셈블리는,
   상기 유입부와 제1 토출부 사이에 배치되어, 상기 분사 덕트를 개폐하는 개폐 밸브; 및
   상기 개폐 밸브와 연결되어, 상기 개폐 동작을 위한 신호를 전송하는 컨트롤러를 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 분사 덕트는,
   상기 유입부에 연통되고, 상기 제1 토출부의 전방에 위치하도록 연장 형성되는 제2 토출부를 더 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어 어셈블리는,
   상기 제1 토출부를 개폐하도록 설치되는 제1 개폐밸브;
   상기 유입부를 개폐하도록 설치되는 제2 개폐밸브; 및
   상기 제1 및 제2 개폐밸브에 각각 연결되어, 상기 제1 및 제2 개폐밸브가 모두 개방을 위해 작동되거나, 상기 제1 및 제2 개폐밸브가 모두 폐쇄를 위해 작동되거나, 상기 제1 개폐밸브는 폐쇄를 위해 작동되고 상기 제2 개폐밸브는 개방을 위해 작동되도록 하는 컨트롤러를 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
   
9. 제4항에 있어서,
   상기 동체의 하부에 설치되고, 상기 제1 토출구에서 토출되는 상기 분사 에어를 감싸면서 상기 동체의 하방으로 전개되는 루프형 단면의 전개 유닛을 더 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 전개 유닛은,
    상기 동체에 설치되고, 팽창용 에어가 주입되는 내부 공간을 구비하는 에어 포켓; 및
    상기 에어 포켓의 내부 공간에 연통되도록 형성되어, 상기 내부 공간에 상기 팽창용 에어를 주입하는 주입 유닛을 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 에어 포켓은, 인접한 측부들이 서로 연결되어 하나의 중공체를 이루는 복수의 에어 스커트를 포함하고,
    상기 동체의 내부에 설치되어, 상기 복수의 에어 스커트의 인접한 측부들을 서로 연결시키거나 서로 분리시키는 탈착 유닛을 더 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 에어 스커트는 상기 측부에 일정 간격으로 연속적으로 돌출되도록 형성되는 이빨을 포함하고,
    상기 탈착 유닛은,
    베이스;
    상기 베이스의 하부에 배치되며, 하방으로 갈수록 폭이 좁아지는 부분을 가져서 상기 인접한 에어 스커트들이 상기 하방으로 이동 시에 상기 이빨들이 서로 엮이도록 하는, 한 쌍의 연결 쐐기; 및
    상기 베이스의 상부에 배치되며, 폭 방향으로 상기 한 쌍의 연결 쐐기의 중앙에 배치되어 상기 인접한 에어 스커트들 상기 상방으로 이동 시에 상기 서로 엮여진 이빨들이 분리되도록 하는, 분리 쐐기를 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
    
13. 제10항에 있어서,
    상기 에어 포켓에 부착되며, 상기 동체의 하방으로 신장되도록 형성되는 팬터그래프; 및
    상기 팬터그래프에 연결되어, 상기 팬터그래프를 상기 동체를 향하여 당겨서 상기 팬터그래프가 접혀지게 하는, 폴딩 유닛을 더 포함하는, 피치-업 제어가 가능한 위그선.
    
14. 자세 센서를 통해 위그선의 자세를 감지하는 단계;
    상기 감지 결과를 바탕으로, 상기 위그선의 선단부가 피치-업 되는 것을 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과에 근거하여, 상기 피치-업 상태를 조절하도록 분사 어셈블리를 통해 상기 위그선의 무게 중심의 뒤에서 상기 위그선의 하방으로 압축공기가 분사되게 하는 단계를 포함하는, 위그선의 피치-업 제어 방법.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 분사되는 압축공기를 감싸는 중공형의 전개 유닛을 전개시켜, 상기 전개 유닛은 상기 압축공기가 상기 중공 부분에 집중되게 하는 단계를 더 포함하는, 위그선의 피치-업 제어 방법.
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