KR101179445B1 - 무인헬기용 4자유도형 시험장치 - Google Patents

무인헬기용 4자유도형 시험장치 Download PDF

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    • G09B9/20—Simulation or indication of aircraft attitude

Abstract

본 발명은 무인헬기용 4자유도형 시험장치에 관한 것으로, 다수의 수직프레임(11)과 수평프레임(12)으로 이루어지는 틀체(10)와; 상기 틀체(10)의 상부 수평프레임(12) 내에 회전 가능하게 힌지핀(14)으로 설치되어 앞뒤로 시소운동하는 외부 사각림(20)과; 상기 외부 사각림(20) 내에 회전 가능하게 힌지핀(24)으로 설치되어 좌우로 시소운동하는 내부 사각림(30)과; 상기 내부 사각림(30)의 중앙부를 상하 관통하도록 설치되는 축(40)과; 상기 내부 사각림(30)의 상부 축(40)에 삽입되어 축(40) 상에서 상하로 이동 가능하게 설치되는 헬기설치대(50)와; 상기 틀체(10)의 상부 수평프레임(12)의 일측에 설치되어 외부 사각림(20)의 앞뒤 시소운동을 제한하는 제1스톱퍼(60)와; 상기 외부 사각림(20)의 일측에 설치되어 내부 사각림(30)의 좌우 시소운동을 제한하는 제2스톱퍼(70)와; 상기 축(40)의 상단부에 끼워져 헬기설치대(40)의 상승 운동을 제한하는 제3스토퍼(90)와; 상기 축(40)의 하부에 장착되는 무게추(80)로 구성되어 비행체의 회전운동[피치(pitch); 앞뒤 회전운동, 롤(roll); 좌우 회전운동, 요(yaw); 제자리 회전운동] 3종류와, 병진운동[써지(surge); 전후병진운동, 스웨이(sway); 좌우병진운동, 히브(heave); 상하병진운동) 중 상하 병진운동 1종류로 되는 4 자유도에 대하여 무인헬기의 운동을 정확하게 시험을 할 수 있으므로 4 자유도에 대하여 무인헬기의 비행 운동 시험은 물론, 더 나아가 추력 및 회전 토크의 측정을 정확하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 무인헬기의 비행 운동시험에 사용하기 편리하면서도 구조가 간단하여 제작이 용이하므로서 경제성이 탁월한 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Description

무인헬기용 4자유도형 시험장치{4 degree type test apparatus for an unmanned helicopter}
본 발명은 무인헬기의 비행 운동을 시험하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비행체의 회전운동 및 전후, 좌우와 상하의 6자유도 비행운동 중 비행체의 회전운동[피치(pitch); 앞뒤 회전운동, 롤(roll); 좌우 회전운동, 요(yaw); 제자리 회전운동] 3종류와, 병진운동[써지(surge); 전후병진운동, 스웨이(sway); 좌우병진운동, 히브(heave); 상하병진운동) 중 상하 병진운동 1종류로 되는 4 자유도에 대하여 4자유도의 운동 시험을 용이하게 할 수 있어 무인헬기에 대한 각종 성능시험이나 안전성 시험이 가능하도록 무인헬기를 모의로 비행시키는 무인헬기용 4자유도형 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 비행체의 비행운동은 전후, 좌우와 상하의 6 자유도 비행운동에 대하여 평가가 이루어져야 한다.
이와 같은 비행체의 6 자유도 비행운동은 비행체의 실제 비행 전에 비행체에 대한 각종 성능시험이나 안전성을 모의시험을 통해 평가하기 위해 반드시 필요한 과정이고, 이를 위해서는 비행체가 실제로 비행하는 것과 같은 상황을 구현하여야 한다.
이러한 모의시험은 무인헬기에서도 필요로 하게 되는데 이는 유인 헬기에 비해 크기나 무게가 작은 무인헬기도 제작에 많은 비용이 소요되며, 무인 헬기도 상당한 중량을 가져서 사람에게 부딪치면 사람의 생명을 앗아갈 수 있을 정도로 위험하므로 안전성에 대한 모의시험이 요구되는 것이다.
그 중에서도 무인 헬기는 비행체의 회전운동[피치(pitch); 앞뒤 회전운동, 롤(roll); 좌우 회전운동, 요(yaw); 제자리 회전운동] 3종류와, 병진운동[써지(surge); 전후병진운동, 스웨이(sway); 좌우병진운동, 히브(heave); 상하병진운동) 중 상하 병진운동 1종류로 되는 4 자유도에 대한 정확한 모의시험이 특히 중요하다.
무인헬기에 대한 시험장치는 종래의 기술로 대한민국 특허공개 제10-2009-0104207호의 "무인헬기용 테스트장치"가 공개특허공보에 게시되어 있다.
특허공개 제10-2009-0104207호의 "무인헬기용 테스트장치"는 도 1에 도시한 바와 같이 상단부에 체결을 위한 플랜지가 형성되는 하부에 이동바퀴(120)를 갖춘 지지대(100)와; 상기 플랜지에 회전이 가능하게 연결되는 브라켓(200)과; 상기 브라켓(200)에 시이소운동 되게 연결되되, 일단부에는 무게추박스(301)가 설치되어 무게추(310)가 구비되고 타단부에는 무인헬기(H)를 탑재할 수 있는 설치대(320)가 형성되는 미세조정밸런스(330)를 구비하는 가변로드(300)를 포함하여 구성되어 상기 설치대에 무인헬기를 탑재하여 조종연습이나 시험을 할 수 있도록 된 것이다.
그러나 상기한 특허공개 제10-2009-0104207호의 "무인헬기용 테스트장치"는 지지대(100)의 중앙 상부의 구조가 회전가능한 브라켓(200)을 중심으로 가변로드(300)의 시소운동과 회전운동이 함께 이루어지는 구조를 이루어져 무인헬기(H)의 상하이동과 회전 운동에 대한 결과를 정확하게 분리하여 추출할 수 없다고 하는 결점이 있다.
즉, 상기한 특허공개기술을 살펴보면, 제자리 회전운동(yaw)은 회전 운동에 대한 결과를 정확하게 추출할 수 있다.
그러나, 앞뒤 회전운동(pitch)은 헬기의 중심을 기준으로 앞뒤로 회전을 하는 것이 아니라 회전가능한 브라켓(200)을 중심으로 시소운동을 하게 되고, 좌우 회전운동(roll) 역시 헬기의 중심을 기준으로 좌우로 회전을 하는 것이 아니라 회전가능한 브라켓(200)을 중심으로 좌우 회전운동을 하게 되며, 상하병진운동(heave)은 수직으로 상하 운동하는 것이 아니라 회전 가능한 브라켓(200)을 중심으로 시소운동을 하게 되는 것이므로 운동에 대한 결과를 정확하게 분리하여 추출할 수 없으므로 추출값에 보정을 하여야 한다.
상기한 특허공개기술의 실제적인 회전운동에 있어 기체가 한계이상 기울어지면 회전중심보다 상위에 형성된 무게중심점으로 인하여 로터에 의해 형성되는 회복모멘트가 부족하게 되어 헬기가 수평 상태로 원상 회복을 할 수 없다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 무인헬기용 모의 시험장치에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 비행체의 회전운동(pitch; 앞뒤 회전운동, roll; 좌우 회전운동, yaw; 제자리 회전운동) 3종류와, 병진운동(surge; 전후병진운동, sway; 좌우병진운동, heave; 상하병진운동) 중 상하 병진운동(heave) 1종류의 4 자유도에 대하여 정확하게 운동할 수 있는 무인헬기용 4자유도형 시험장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 시험하는 무인헬기가 4 자유도에 대하여 정확하게 운동할 수 있도록 시험장치를 구성하여 헬기의 추력 및 회전 토크의 측정을 정확하게 할 수 있는 무인헬기용 4자유도형 시험장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무인헬기의 비행 운동시험에 사용하기 편리하면서도 구조가 간단하여 제작이 용이하므로 제품의 제작에 소요되는 경비를 줄일 수 있는 경제성이 탁월한 무인헬기용 4자유도형 시험장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 무인헬기용 4자유도형 시험장치는 다수의 수직프레임(11)과 수평프레임(12)으로 이루어지는 틀체(10)와; 상기 틀체(10)의 상부 수평프레임(12) 내에 회전 가능하게 설치되어 앞뒤로 시소운동하는 외부 사각림(20)과; 상기 외부 사각림(20) 내에 회전 가능하게 설치되어 좌우로 시소운동하는 내부 사각림(30)과; 상기 내부 사각림(30)의 중앙부를 관통하게 설치되는 축(40)과; 상기 내부 사각림(30)의 위 축(40)에 삽입되어 축(40) 상에서 상하로 이동 가능하게 설치되는 설치대(50)와; 상기 틀체(10)의 상부 수평프레임(12)에 설치되어 외부 사각림(20)의 시소운동을 제한하는 스톱퍼(60)와; 상기 외부 사각림(20)에 설치되어 내부 사각림(30)의 시소운동을 제한하는 스톱퍼(70)와; 상기 축(40)의 하부에 장착되는 무게추(80) 및; 상기 축(40)의 상단부에 끼워져 설치대(40)의 상승 운동을 제한하는 한계너트(90)로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 비행체의 회전운동(pitch; 앞뒤 흔들림, roll; 좌우 흔들림, yaw; 제자리 회전) 3종류와, 병진운동(surge; 전후운동, sway; 좌우운동, heave; 상하운동) 중 상하 병진운동 1종류의 4 자유도에 대하여 정확하게 운동할 수 있으므로 운동하는 헬기의 추력 및 회전 토크의 측정을 정확하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 무인헬기의 비행 운동시험에 사용하기 편리하면서도 구조가 간단하여 제작이 용이하므로 제품의 제작에 소요되는 경비를 줄일 수 있는 경제성이 탁월한 각별한 장점이 있다.
도 1은 종래 무인헬기용 테스트장치의 전체적인 구성을 보여주는 개략적인 사시도,
도 2는 본 발명 무인헬기용 4자유도형 시험장치의 사시도,
도 3은 본 발명 무인헬기용 4자유도형 시험장치의 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 축의 구성을 보여주는 일부 확대도,
도 5는 무인헬기를 재치한 본 발명 무인헬기용 4자유도형 시험장치의 평면도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 무인헬기용 4자유도형 시험장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명 무인헬기용 4자유도형 시험장치의 사시도, 도 3은 본 발명 무인헬기용 4자유도형 시험장치의 정면도, 도 4는 본 발명에 따른 축의 구성을 보여주는 일부 확대도, 도 5는 무인헬기를 재치한 본 발명 무인헬기용 4자유도형 시험장치의 평면도로서, 본 발명 무인헬기용 4자유도형 시험장치는 다수의 수직프레임(11)과 수평프레임(12)으로 이루어지는 틀체(10)와; 상기 틀체(10)의 상부 수평프레임(12) 내에 회전 가능하게 힌지핀(14)으로 설치되어 앞뒤로 시소운동하는 외부 사각림(20)과; 상기 외부 사각림(20) 내에 회전 가능하게 힌지핀(24)으로 설치되어 좌우로 시소운동하는 내부 사각림(30)과; 상기 내부 사각림(30)의 중앙부를 상하 관통하도록 설치되는 축(40)과; 상기 내부 사각림(30)의 상부 축(40)에 삽입되어 축(40) 상에서 상하로 이동 가능하게 설치되는 헬기설치대(50)와; 상기 틀체(10)의 상부 수평프레임(12)의 일측에 설치되어 외부 사각림(20)의 앞뒤 시소운동을 제한하는 제1스톱퍼(60)와; 상기 외부 사각림(20)의 일측에 설치되어 내부 사각림(30)의 좌우 시소운동을 제한하는 제2스톱퍼(70)와; 상기 축(40)의 상단부에 끼워져 헬기설치대(40)의 상승 운동을 제한하는 제3스톱퍼(90)와; 상기 축(40)의 하부에 장착되는 무게추(80)로 구성되어 있다.
상기 틀체(10)의 수직프레임(11) 하부에는 틀체(10)의 수평을 조절할 수 있도록 높이조절장치(16)가 부착되는 것이 바람직하다.
상기 외부 사각림(20)과 내부 사각림(30) 각각의 회전각도는 -15°～ +15°범위 내로 제한 되도록 제1스톱퍼(60)와 제2스톱퍼(70)가 설치되는 것이 바람직하고, 상기 축(40)은 리니어베어링(42)이 부착된 헬기설치대(50)의 중앙부를 관통하여 상기 내부 사각림(30)의 중앙부에 고정되어 있다.
상기 축(40)과 내부 사각림(30)의 고정은 한 개의 축 중간부에 내부 사각림(30)의 중앙부를 용접 고정할 수 있고, 스터드볼트를 이용하여 내부 사각림(30)을 고정할 수도 있고, 다른 공지의 방법으로 고정할 수도 있다.
상기 헬기설치대(50)에는 무인헬기의 다리를 고정할 수 있는 다수의 결속구멍이 형성되어 고정수단(50a)인 타이케이블이나 끈으로 고정할 수 있도록 되어 있고, 상기 제1스톱퍼(60)는 상기 틀체(10)의 상부 수평프레임(12)의 일측 바깥에 세워져 고정된 수직바(60a)에 틀체(10)의 내측을 향하는 수평바(60b)를 상하부에 설치하여 외부 사각림(20)이 일정한 각도로 회전하면, 수평바(60b)에 외부 사각림(20)이 걸려 외부 사각림(20)이 더 이상 회전하지 못하게 하는 것이고, 상기 제2스톱퍼(70)는 상기 외부 사각림(20)의 일측 바깥에 세워져 고정된 수직바(70a)에 외부 사각림(20)의 내측을 향하는 수평바(70b)를 상하부에 설치하여 내부 사각림(30)이 일정한 각도로 회전하면, 상기 수평바(70b)에 내부 사각림(30)이 걸려 내부 사각림(30)이 더 이상 회전하지 못하게 하는 것이다.
상기 외부 사각림(20)가 내부 사각림(30)이 일정각도를 넘어 회전하면 헬기가 손상을 받을 우려가 있으므로 회전 각도를 제한하는 것이다.
또한 상기 무게추(80)는 다수의 링 중량체(81)로 이루어져 상기 축(40)의 하단부 측에서 축(40)에 링 중량체(81) 끼우고 고정핀(40a)을 끼워서 설치되는 것으로 링 중량체(81)의 수에 따라 무게추(80)의 무게를 조절할 수 있도록 설치되어 있다.
상기에서 헬기 무게에 따라 적정한 무게추(80)가 설치되지 않으면 무인 헬기가 일정각도 기울어졌다가 수평으로 복귀하는 것이 용이하지 않을 수도 있다.
그리고 상기 제3스톱퍼(90)는, 상기 축(40)의 상단부에 스러스트베어링(44)과 한계너트(46)를 재치하고 상부에서 고정볼트(48)로 한계너트(46)와 스러스트베어링(44)의 중앙부를 관통하여 상기 축(40)의 상단부에 형성된 나사홈(41)에 고정되어, 헬기설치대(50)가 축(40)을 따라 일정한 높이로 상승하면, 제3스톱퍼(90)에 헬기설치대(40)의 중심부가 걸려 더 이상 상승하지 못하게 하는 것이다.
상기 제3스톱퍼(90)의 한계너트(46)의 하부에 스러스트베어링(44)을 설치한 것은 헬기가 상기 제3스토퍼(90)에 닿았을 때 제자리 회전운동을 원활하게 하기 위함이다.
다음에는 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 상세하게 설명한다.
본 발명 무인헬기용 4자유도형 시험장치를 사용하여 무인헬기의 비행을 시험하고자 하면, 먼저 헬기설치대(50) 상에 무인헬기를 재치한 후, 헬기설치대(50) 상의 다수의 결속구멍에 고정수단(50a)인 타이케이블 또는 끈으로 무인헬기의 다리를 헬기설치대(50)에 견고하게 고정한다.
다음에 무인헬기를 비행시켜 모의시험을 하게 되는데 이때 무인헬기의 기수가 하강하고 선미가 상승하는 경우는 상기 틀체(10)와 외부 사각림(20)에 양측에 설치된 힌지핀(14)을 중심으로 외부 사각림(20)의 전방이 하강하고, 후방이 상승하게 되고, 반대로 무인헬기의 기수가 상승하고 선미가 하강하는 경우는 외부 사각림(20)의 전방이 상승하고, 후방이 하강하게 된다.
여기서 외부 사각림(20)의 전방이 하강하고, 후방이 상승하는 범위는 외부 사각림(20)이 제1스톱퍼(60)의 하부 수평바(60b)에 걸릴 때까지 가능하게 되고, 외부 사각림(20)의 전방이 상승하고, 후방이 하강하는 범위 역시 외부 사각림(20)이 제1스톱퍼(60)의 상부 수평바(60b)에 걸릴 때까지 가능하게 된다.
또한 무인헬기의 기수에서 본 좌측이 하강하고 우측이 상승하는 경우는 외부 사각림(20)과 내부 사각림(30)의 전후 양측에 설치된 힌지핀(24)을 중심으로 내부 사각림(30)이 도 2의 반시계 방향으로 회전하게 되고, 반대로 무인헬기의 기수에서 본 좌측이 상승하고 우측이 하강하는 경우는 내부 사각림(30)이 도 2의 시계 방향으로 회전하게 된다.
여기서 내부 사각림(30)의 반시계 방향 회전범위는 내부 사각림(30)이 제2스톱퍼(70)의 상부 수평바(70b)에 걸릴 때까지 가능하게 되고, 내부 사각림(30)의 시계 방향 회전범위는 내부 사각림(30)이 제2스톱퍼(70)의 하부 수평바(70b)에 걸릴 때까지 가능하게 된다.
또한, 무인헬기가 상승하면, 축(40)을 따라 헬기설치대(50)가 무인헬기와 함께 상승하게 되는데, 상기 헬기설치대(50)에는 리니어베어링(42)이 설치되어 상승과 하강이 원활하며, 이때 상승하는 범위는 헬기설치대(50)가 제3스톱퍼(90)에 걸릴때 까지가 된다.
그리고, 무인헬기가 상승하여 제자리에서 수평방향으로 회전을 하게 되면, 축(40) 상에서 헬기설치대(50)가 시계방향 또는 반 시계방향으로 원활하게 회전하게 되는데, 이러한 회전은 제3스톱퍼(90)의 한계너트(46) 하부에 설치된 스러스트베어링(44)에 헬기설치대(50)의 리니어베어링(42)이 맞닿음으로 인하여 원활한 회전이 가능하게 된다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
10 : 틀체 11 : 수직프레임
12 : 수평프레임 20 : 외부 사각림
30 : 내부 사각림 40 : 축
40a : 고정핀 50 : 헬기설치대
50a : 타이케이블 60 : 제1스톱퍼
70 : 제2스톱퍼 80 : 무게추

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 다수의 수직프레임(11)과 수평프레임(12)으로 이루어지는 틀체(10)와; 상기 틀체(10)의 상부 수평프레임(12) 내에 회전 가능하게 힌지핀(14)으로 설치되어 앞뒤로 시소운동하는 외부 사각림(20)과; 상기 외부 사각림(20) 내에 회전 가능하게 힌지핀(24)으로 설치되어 좌우로 시소운동하는 내부 사각림(30)과; 상기 내부 사각림(30)의 중앙부를 상하 관통하도록 설치되는 축(40)과; 상기 내부 사각림(30)의 상부 축(40)에 삽입되어 축(40) 상에서 상하로 이동 가능하게 설치되는 헬기설치대(50)와; 상기 헬기설치대(50)가 상기 축(40) 상에서 원활하게 상승과 하강이 가능하도록 상기 헬기설치대(50)의 중앙부에 장착되는 리니어베어링(42)과; 상기 틀체(10)의 상부 수평프레임(12)의 일측에 설치되어 외부 사각림(20)의 앞뒤 시소운동을 제한하는 제1스톱퍼(60)와; 상기 외부 사각림(20)의 일측에 설치되어 내부 사각림(30)의 좌우 시소운동을 제한하는 제2스톱퍼(70)와; 상기 축(40)의 상단부에 끼워져 헬기설치대(40)의 상승 운동을 제한하는 제3스톱퍼(90)와; 상기 축(40)의 하부에 장착되는 무게추(80)로 구성된 것을 특징으로 하는 무인헬기용 4자유도형 시험장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제1스톱퍼(60)는 상기 틀체(10)의 상부 수평프레임(12)의 일측 바깥에 세워져 고정된 수직바(60a)에 틀체(10)의 내측을 향하는 수평바(60b)를 상하로 설치하여 외부 사각림(20)이 일정한 회전각으로 회전하면, 상기 상하 수평바(60b)에 외부 사각림(20)이 걸려 외부 사각림(20)이 더 이상 회전하지 못하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무인헬기용 4자유도형 시험장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제2스톱퍼(70)는 상기 외부 사각림(20)의 일측 바깥에 세워져 고정된 수직바(70a)에 외부 사각림(20)의 내측을 향하는 수평바(70b)를 상하로 설치하여 내부 사각림(30)이 일정한 회전각으로 회전하면, 상기 상하 수평바(70b)에 내부 사각림(30)이 걸려 내부 사각림(30)이 더 이상 회전하지 못하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무인헬기용 4자유도형 시험장치.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느한 항에 있어서, 상기 제1스톱퍼(60)와 제2스톱퍼(70)는 상기 외부 사각림(20)과 내부 사각림(30)의 회전각도가 -15 ～ +15범위 내로 제한되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 4자유도형 시험장치.
  6. 제 2항 내지 제 4항 중 어느한 항에 있어서, 상기 제3스톱퍼(90)는 나사홈(41)이 구비된 상기 축(40)의 상단부에 스러스트베어링(44)과 한계너트(46)를 재치하고, 그 상부에서 고정볼트(48)로 상기 한계너트(46)와 스러스트베어링(44)의 중심부를 관통하여 상기 나사홈(41)에 상기 고정볼트(48)를 고정하여 되는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 4자유도형 시험장치.
  7. 제 2항 내지 제 4항 중 어느한 항에 있어서, 상기 무게추(80)는 다수의 링 중량체(81)로 이루어져 상기 축(40)의 하단부 측에서 축(40)에 링 중량체(81) 끼우고 고정핀(40a)을 끼워서 설치되는 것으로 링 중량체(81)의 수에 따라 무게추(80)의 무게를 조절할 수 있도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 4자유도형 시험장치.
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