KR101388491B1

KR101388491B1 - 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템

Info

Publication number: KR101388491B1
Application number: KR1020130090389A
Authority: KR
Inventors: 장수영
Original assignee: 장수영
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2014-04-24
Also published as: US20160122014A1; JP2016537233A; WO2014204116A1; CN105283382A

Abstract

본 발명은 지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 공중에 부양되는 비행체와; 지상에 설치되는 그라운드유닛; 그리고 일단이 상기 그라운드유닛에 고정되고 타단은 상기 비행체에 고정되어 상기 그라운드유닛과 상기 비행체 사이를 연결하는 와이어유닛을 포함하여 구성되고: 상기 비행체는, 상기 비행체에 대하여 회전가능하게 구비되어 바람에 대한 항력방향을 조절하는 수평익 및 수직익; 그리고 상기 비행체의 위치를 검출하여, 상기 검출된 위치에 따라 상기 수평익 및 수직익의 회동을 제어하는 컨트롤 유닛을 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 자체적으로 위치 제어가 가능하므로, 단일 와이어를 이용하면서도 안정적으로 비행체를 임무수행 영역에 고정시킬 수 있어, 비행체 임무 수행에 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Description

위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템 {Flying object opration system having position control function}

본 발명은 비행체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상과 연결되어 일정위치에 머물도록 조절되는 비행체 운용시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 비행체라 함은 공중을 나는 물체로, 크게 비행기와 같이 자가 동력을 이용한 것과 비행선 및 글라이더와 같이 무동력 비행체로 구분될 수 있다.

무동력 비행체의 대표적인 예인 비행선은 기낭(氣囊)에 공기보다 가벼운 기체를 주입하여 기체로부터 양력의 대부분을 얻는 비행체이다.

그러나 최근에는 무동력 비행체에도 엔진등과 같은 보조 동력 기구가 설치되어 추진력을 갖도록 한 비행체도 널리 활용되고 있다.

이와 같은 비행선은 아무런 동력없이 평형상태를 유지할 수 있어, 어느 항공기보다도 안정적이고 소음도 적으며 연료소모율이 낮다.

이러한 비행선의 특징, 즉 비행선의 공중에서의 안정성과 체공성 및 경제성을 인정받아 광고와 스포츠 중계, 여행, 운송산업 및 관측분야 등에서 폭넓게 활용되고 있다.

또한, 최근에는 정보통신분야의 발전과 함께, 통신 및 관측에 유리한 성층권을 이용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 성층권은 지구상공 약 8~10km에서부터 시작하여 약 50~56km까지 형성되어 있는데, 대류권에 비해 기상이 매우 안정적인 특성을 가지고 있어, 이를 활용하기 위한 다양한 기술이 개발중이며, 이러한 연구의 일환으로 성층권에 머무는 비행선이 함께 연구되고 있다.

이와 같은 비행체를 이용하여 통신 및 관측 등의 다양한 임무를 안정적으로 수행하기 위해서는 상기 비행체의 위치를 계획된 범위 안에 안정적으로 유지시키는 것이 필수적이며, 이에 대한 연구가 진행되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 10-2003-0043205호에는 도 1에 도시된 바와 같이, 위치제어장치와 연결된 엔진 및 프로펠러(10)를 통해 비행체의 위치를 변경하는 기술내용이 개시되어 있다.

그러나, 종래기술과 같이 동력장치를 이용하여 비행체의 위치를 제어하는 경우, 이를 구동하기 위한 에너지 소비 량이 커져 비행체의 운용에 따른 효율이 절감될 뿐만 아니라 장기적인 비행체의 운용이 불가능한 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2003-0043205호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 특정된 고정 범위 내에서 비행체를 운용할 수 있도록, 자체적인 위치 제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 비행체의 위치제어에 따른 에너지 소비량을 최소화하여, 친환경적이면서 장기적인 운용이 가능한 위치제어 기능을 갖춘 비행체 운용시스템을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 있어서, 공중에 부양되는 비행체와; 지상에 설치되는 그라운드유닛; 그리고 일단이 상기 그라운드유닛에 고정되고 타단은 상기 비행체에 고정되어 상기 그라운드유닛과 상기 비행체 사이를 연결하는 와이어유닛을 포함하여 구성되고: 상기 비행체는, 상기 비행체에 대하여 회전가능하게 구비되어 바람에 대한 항력방향을 조절하는 수평익 및 수직익; 그리고 상기 비행체의 위치를 검출하여, 상기 검출된 위치에 따라 상기 수평익 및 수직익의 회동을 제어하는 컨트롤 유닛을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 컨트롤 유닛은, 상기 비행체의 위치를 검출하기 위한 GPS 모듈과; 상기 GPS 모듈의 검출위치가 설정된 제한범위 내인지 여부 및 상기 제한 범위의 이탈 방향과 거리를 판별하여, 상기 수평익 또는 수직익 중 어느 하나 이상을 구동시키는 구동컨트롤러를 포함하여 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명은 지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 있어서, 공중에 부양되는 비행체와; 지상에 설치되는 그라운드유닛과; 일단이 상기 그라운드유닛에 고정되고 타단은 상기 비행체에 고정되어 상기 그라운드유닛과 상기 비행체 사이를 연결하는 와이어유닛; 그리고 상기 비행체 일측에 구비되고 기체의 흐름을 통해 부력을 얻어 이를 비행체에 전달하는 부력발생유닛을 포함하여 구성되고: 상기 부력발생유닛은, 바람과 마찰되어 상기 비행체로부터 이격되면서 부력을 발생시키는 마찰부와; 일단이 상기 마찰부와 연결되는 복수의 연결선들; 그리고 상기 연결선의 타단이 고정되도록 상기 비행체 일측에 구비되어, 상기 연결선들의 길이를 각각 조절할 수 있도록 형성되는 베이스부를 포함하여 구성되는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템을 포함한다.

이때, 상기 비행체는, 상기 비행체의 위치를 검출하여, 상기 검출된 위치에 따라 상기 연결선들의 길이를 조절하도록 상기 베이스부를 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고 상기 컨트롤 유닛은, 상기 비행체의 위치를 검출하기 위한 GPS 모듈과; 상기 GPS 모듈의 검출위치가 설정된 제한범위 내인지 여부 및 상기 제한 범위의 이탈 방향과 거리를 판별하여, 상기 베이스부에 구비된 와인더를 구동시키는 구동컨트롤러를 포함하여 구성될 수도 있다,

또한, 본 발명은 지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 있어서, 공중에 부양되는 비행체와; 지상에 설치되는 그라운드유닛; 그리고 일단이 상기 그라운드유닛에 고정되는 와이어유닛과; 일단이 상기 와이어유닛의 타단에 고정되어 분기되고, 타단은 상기 비행체에 고정되는 복수개의 조절와이어와; 상기 비행체 일측에 구비되고, 상기 조절와이어와 결합되어, 상기 조절와이어를 상기 비행체에 길이가 조절 가능하게 고정시키는 구동정착유닛을 포함하여 구성되고: 상기 비행체는, 상기 비행체의 수평방향과 수직방향으로 각각 구비되는 수평익 및 수직익을 포함하여 구성되는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템을 포함한다.

이때, 상기 비행체는, 상기 비행체의 위치를 검출하여, 상기 검출된 위치에 따라 상기 조절와이어들의 길이를 조절하도록 상기 구동정착유닛을 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고 상기 컨트롤 유닛은, 상기 비행체의 위치를 검출하기 위한 GPS 모듈과; 상기 GPS 모듈의 검출위치가 설정된 제한범위 내인지 여부 및 상기 제한 범위의 이탈 방향과 거리를 판별하여, 상기 구동정착유닛에 구비된 와인더를 구동시키는 구동컨트롤러를 포함하여 구성될 수도 있다.

또한, 상기 구동정착유닛은, 상기 비행체의 전·후·좌·우측을 포함하여 4개 이상이 설치될 수도 있다.

그리고 상기 제한범위는, 상기 비행체의 기능을 안정적으로 수행하기 위한 상기 비행체 위치의 한계범위일 수도 있다.

또한, 상기 비행체는, 상기 비행체 운용을 위한 자가 동력을 생산하기 위한 솔라패널 또는 풍력발전유닛 중 어느 하나 이상을 더 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고 상기 와이어유닛은, 상기 비행체에 전원을 공급하기 위한 전력선 및 그라운드 선을 포함하여 구성될 수도 있다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 위치제어 기능을 갖춘 비행체 운용시스템에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 자체적인 위치탐지와 위치 제어가 가능한 비행체 운용 시스템을 제공하여, 고정 위치에서 임무를 수행하는 비행체가 해당 임무 수행에 따른 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

그리고 본 발명에서는 비행체의 위치 제어가 적은 전력을 통해 이루어지므로, 비행체 운용에 따른 에너지 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있으며, 또한 비행체 내에 풍력 발전 또는 태양광 발전을 병행하는 경우, 자가 생산 전력만으로도 비행체의 위치제어가 가능해지는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서는 비행선에 연결되는 부력발생유닛에 의해 바람을 이용한 추가적인 부력을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 이를 통해 비행체의 위치 제어를 가능하도록 할 수도 있으므로 안정적인 비행선 운용이 가능해지는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 비행체의 일 실시예를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제1실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제1실시예의 위치제어 동작상태를 도시한 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제1실시예의 위치제어 동작상태의 다른 예를 도시한 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제2실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제2실시예의 부력발생유닛의 동작상태를 도시한 예시도.
도 7은 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제3실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 8은 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제3실시예의 위치제어 동작상태를 도시한 예시도.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 위치제어기능을 구비한 비행체 운용시스템의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템 제1실시예의 구성과 기능을 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제1실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제1실시예의 위치제어 동작상태를 도시한 예시도이며, 도 4는 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제1실시예의 위치제어 동작상태의 다른 예를 도시한 예시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 제1실시예는 크게 비행체(10)와 그라운드유닛(GU) 그리고 와이어유닛(W)을 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 비행체(10)는 고고도 상공에 머물면서 다양한 작업을 수행하기 위한 것으로, 무동력 비행체 또는 무동력 비행체에 보조 동력장치를 구비한 다양한 형태의 비행체가 적용될 수 있다.

이때, 고고도 상공이라 함은, 고도에 대하여 제한적인 것은 아니나, 본 발명에 의한 위치제어 기능의 효율은 일정한 방향의 풍향이 유지되는 경우 극대화되므로, 일정한 방향의 풍향이 유지되는 편서풍, 편동풍 및 무역풍의 항상풍이 부는 대류권의 상층부 및 성층권인 경우가 바람직하다.

이하에서는 설명의 편의상 상기 비행체가 비행선인 경우를 대표적인 예로 들어 설명하도록 한다.

비행체(10)는 내부에 기체가 채워진 기낭을 통해 공중에 띄워 장기간 사용할 수 있어 관측 등 다양한 작업을 경제적으로 이용할 수 있다. 상기 비행체(10)의 기낭 배우에 채워지는 기체는 헬륨 등 공기보다 가벼운 다양한 종류의 기체가 가능하다.

상기 비행체(10)의 하부에는 상기 비행체(10)의 위치측정 및 위치제어를 위한 장비와 기낭 내부의 압력을 측정하기 위한 센서 등이 포함되는 작동부(20)가 구비된다. 그리고 상기 작동부(20)에는 비행체(10)를 이용한 작업을 수행하기 위한 송수신 장비 및 측정장비가 포함되어 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 작동부(20)에는 상기 비행체(10)의 위치를 제어하기 위하여 컨트롤유닛이 구비되는데, 상기 컨트롤유닛은 상기 비행체의 위치를 파악하기 위한 GPS 모듈 및 구동컨트롤러를 포함하여 구성되고, 상기 비행체의 위치에 대한 제한범위가 저장된다.

한편, 상기 비행체(10)의 외부에는 자가 동력을 생산하기 위한 솔라패널(미도시)이 구비될 수도 있다. 상기 솔라패널은 태양열의 집광을 위한 것으로, 비행체(10)의 운용에 필요한 동력 중 일부를 자급할 수 있도록 한다. 그리고 상기 솔라패널의 제어를 위한 장치는 상기 작동부(20)에 설치될 수 있다.

또한, 상기 비행체(10)의 외부에는 자가동력을 생산하기 위한 풍력발전유닛(미도시)이 더 구비되어, 상기 비행체(10)운용에 필요한 동력원을 더욱 안정적으로 확보할 수도 있다.

이러한 비행체(10)는 성층권 내의 일정 위치에 머물러야 기상관측 등 작업에 유리하므로, 비행체(10)의 위치를 일정 범위 내에 고정하는 것이 중요하며, 또한 비행체(10)의 작업 수행을 위한 동력(전력)을 안정적으로 공급하는 것 역시 필요하다.

상기 그라운드유닛(GU) 및 와이어유닛(W)은 상기 비행체(10)를 안정적으로 지지할 뿐만 아니라 전술한 바와 같은 안정적 동력을 제공하기 위한 것으로, 그 구조와 기능에 대해서는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.

이때, 바람직하게는, 상기 비행체(10)는 지상으로부터 부양되어, 고고도에 머물도록 운용된다. 구체적으로는 고도 2km~12km에서 운용될 수 있다. 특히, 고도 11km 내외에서 운용될 경우, 편서풍의 영향으로 보다 원활하게 부력을 얻을 수 있다. 그러나 상기 비행체(10)의 운용 목적 및 형식에 따라 그 고도는 다양한 고도에서 운용될 수 있다.

다음으로 그라운드유닛에 대해 설명하면, 상기 그라운드유닛은 지상에 설치되어 상기 비행체(10)의 위치를 유지하고, 비행체(10)에 의해 관측된 데이터를 수신하며, 경우에 따라 상기 비행체(10)에 전력을 공급하는 역할을 수행한다. 이를 위해 상기 그라운드유닛은 상기 비행체(10)와 와이어유닛(W)에 의해 연결된다.

이와 같은 그라운드유닛은 한 개가 구비되는데, 상기 그라운드유닛은 상기 비행체(10)의 위치를 일정 범위 내로 한정하게 되나, 풍속이 강한 경우 상기 비행체(10)의 유동범위가 넓어져 안정적인 임무 수행이 저해되므로, 이를 보완하기 위하여 상기 비행체에는 수평익(水平翼), 30)과 수직익(垂直翼, 40)이 구비된다.

물론, 상기 비행체(10)의 풍력발전유닛(미도시)을 통해 축적된 전력이 상기 와이어유닛(W)을 통하여 상기 그라운드유닛(GU)으로 전달될 수도 있다.

이를 위해 상기 그라운드유닛(GU)에는 제어부와, 데이터부 그리고 전력공급부가 포함될 수 있다. 여기서 상기 데이터부는 상기 비행체(10)의 데이터 또는 상기 비행체(10)에 의해 관측되는 데이터 중 적어도 어느 하나 이상이 저장되며, 상기 전력공급부는 상기 비행체(10)에 전력을 공급하기 위한 구성이다.

한편, 상기 그라운드유닛(GU)에는 구동원이 더 포함될 수 있는데, 상기 구동원은 상기 와이어유닛(W)의 길이조절을 위한 와인더장치의 제어를 가능하게 된다. 상기 와인더장치는 와이어유닛(W)의 장력조절을 위한 것으로, 와이어유닛(W)을 감거나 반대로 풀어주는 작용을 할 수 있고, 이를 통해 장력조절이 이루어진다.

다음으로 와이어유닛(W)에 대해 설명하면, 상기 와이어유닛(W)은 상기 비행체(10)와 상기 그라운드유닛 사이의 전기적 연결을 위한 전력와이어와, 상기 전력와이어와 함께 연장되는 고정와이어를 포함하여 구성된다.

상기 고정와이어는 인장력을 통해 상기 비행체(10)가 상기 그라운드유닛으로부터 일정 거리 이상 멀어지는 것을 방지하는 기능을 수행하는 것으로, 본 실시예에서는 다수 가닥의 고강도섬유 재질로 형성된다. 물론, 상기 고정와이어는 유리강화섬유 또는 그 함성섬유를 비롯한 섬유재질로 만들어지거나 기타 다양한 재질이 더 포함되어 구성될 수도 있다.

이와 같은 고정와이어는 무게 대 인장강도가 900%이상으로, 예를 들어 0.5mm 직경의 고정와이어가 20km로 연장될 경우에 약 45kg~75kg의 인장강도를 비행체(10)에 제공함으로써 비행선(10)을 부력범위 내에서 충분히 고정할 수 있게 된다.

도시되지는 않았으나, 상기 와이어유닛(W)에는 전류센서부가 구비될 수도 있다. 상기 전류센서부는 다수개가 상기 와이어유닛(W)의 길이방향을 따라 간헐적으로 구비되어, 상기 와이어유닛(W)의 단락을 감지하는 기능을 수행하는 것으로, 길이가 매우 긴 와이어유닛(W)이 단선되는 경우에, 그 단선 위치를 보다 쉽게 알아낼 수 있도록 한다.

그리고, 상기 와이어유닛(W)의 상기 그라운드유닛에 인접한 적어도 일부에는 상기 와이어유닛(W)의 강도보강을 위한 보강커버가 구비되거나 상기 와이어유닛(W)의 두께가 두꺼워지도록 형성됨이 바람직하다. 이는 조류 등과의 충돌로 인한 와이어유닛(W)의 손상을 방지하기 위한 것이다.

한편, 상기 비행체(10)에는 상기 비행체(10)의 위치를 보다 안정적으로 제어하기 위하여 수평익(30)과 수직익(40)이 구비된다.

상기 수평익(30)과 수직익(40)은 상기 비행체(10)에 각각 수평방향과 수직방향의 회전축을 중심으로 회동가능하게 구비되며, 상기 컨트롤 유닛의 구동컨트롤러에 의해 회전이 제어된다.

즉, 상기 수평익(30)은 상기 비행체(10)가 제한범위(Designated Zone)를 상하방향으로 벗어난 경우, 상기 비행체(10)의 바람에 대한 상방 및 하방의 저항을 달리하여 상기 비행체(10)를 제한범위 내에 머물도록 하며, 상기 수직익(30)은 상기 비행체(10)가 제한범위(Designated Zone)를 수평방향으로 벗어난 경우, 상기 비행체(10)의 바람에 대한 좌우저항을 달리하여 상기 비행체(10)를 제한범위 내에 머물도록 제어한다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 비행체(10)가 제한범위(DZ) 아래로 내려간 경우, 상기 컨트롤 유닛에 구비된 GPS 모듈은 상기 비행체(10)의 위치를 산출하고, 상기 산출결과를 통해 상기 구동 컨트롤러는 상기 비행체(10)의 위치가 상기 제한범위(10)를 하방으로 벗어난 것을 감지한다.

상기 구동커트롤러가 이를 감지하면, 상기 구동컨트롤러는 상기 수평익(30)을 점선으로 도시된 수평상태에서 회전시켜 바람의 방향(점선 도시)에 대하여 상방의 양력이 형성되도록 구동한다.

이에 따라 바람은 상기 수평익(30)에 마찰을 통해 상기 비행체(10)를 상방으로 이동시켜 상기 비행체(10)가 제한범위 내에 위치하도록 한다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 비행체(10)가 상기 제한범위(DZ)를 수평방향으로 벗어난 경우, 상기 구동컨트롤러는 이를 감지하고, 상기 수직익(40)을 회전시켜, 상기 비행체를 상기 제한범위 내로 유도한다.

다음으로, 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템 제2실시예의 구성과 기능을 살펴보기로 한다.

도 5는 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제2실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도이고, 도 6은 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제2실시예의 부력발생유닛의 동작상태를 도시한 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 제2실시예 역시 크게 비행체(10)와 그라운드유닛(GU) 그리고 와이어유닛(W)을 포함하고, 이에 더하여 부력발생유닛(100)을 더 포함하여 구성된다.

상기 부력발생유닛(100)은 비행체(10)의 일측에 구비되어 공기와의 마찰을 통해 부력을 발생시기 위한 것으로, 도 5서 보듯이 공기와의 마찰을 일으킬 수 있도록 넓은 면의 마찰부(150)를 포함하여 연(kite)과 같은 형태로 형성된다.

보다 구체적으로는, 상기 부력발생유닛(100)은 상기 비행체(10)의 일측에 고정되는 베이스부(110)와, 상기 베이스부(110)에 그 일단이 고정되는 복수개의 연결선(120) 그리고 상기 연결선(120)과 연결되고 공기와 마찰되어 상기 비행체로부터 이격되면서 부력을 발생시키는 마찰부(150)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 마찰부(150)에는 마찰부(150)를 관통하는 다수개의 관통공이 형성될 수도 있다. 이는 상기 마찰부(150)에 미치는 과도한 부력으로 인하여 상기 연결선(120)이 절단되는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한, 상기 베이스부(110)는 상기 각각의 연결선(120) 고정부분에 와인더(미도시)를 구비하여 상기 연결선(120)의 길이조절이 가능하도록 한다.

이는 상기 마찰부(150)에 연결된 다수개의 연결선(120) 중 일부의 길이조절하여 공기와의 마찰각을 조절하고, 이를 통해 상기 비행체(10)의 위치제어가 가능하다.

구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 마찰부(150) 단부에 고정된 각각의 연결선(120)선 길이를 다르게 조절할 수 있다. 예를 들어 도 6에 있어, 상기 비행체(10)가 아래방향으로 제한구역(DZ)을 벗어난 경우, 상기 연결선 중 상단부의 연결선들(120A, 120B)을 상대적으로 짧게 감고, 이에 따라 바람에 대한 마찰력에 의해 상방으로의 양력이 발생하여 상기 비행체(10)가 상방으로 이동하여 상기 제한구역(DZ)내로 위치가 보정된다.

이와 동일하게 좌우측으로의 항력을 발생시키기 위해서는 일측 연결선(120A, 120C)과 타측 연결선(120B, 120D)의 길이를 상대적으로 조절하여 좌측 또는 우측으로의 항력이 발생되도록 한다.

다음으로, 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템 제3실시예의 구성과 기능을 살펴보기로 한다.

도 7은 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제3실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도이고, 도 8은 본 발명에 의한 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템의 제3실시예의 위치제어 동작상태를 도시한 예시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 제3실시예는 비행체(10)와 그라운드유닛(GU) 그리고 와이어유닛(W)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 비행체(10)는 도시된 바와 같이, 수평익(30')과 수직익(40')을 포함하여 구성되나, 상기 수평익(30') 및 수직익(40')은 상기 비행체(10)에 고정되어 구비되고, 본 발명의 제1실시예보다 비교적 크게 구비되는 것이 위치제어 향상을 위해 바람직하다.

또한, 상기 와이어유닛(W)의 상기 비행체(10)측 단부에는 분기유닛(230)이 구비되고, 상기 분기유닛(230)으로부터 다수개의 조절와이어(220)가 분기되어 상기 비행체(10)의 다양한 위치에 결합된다.

상기 분기유닛(230)은 상기 조절와아어(220)와 상기 와이어유닛(W)을 결합하는 부분이고, 상기 조절와이어(220)는 상기 비행체(10)의 서로 이격된 부분과 결합되어 길이조절을 통해 상기 비행체(10)의 바람에 대한 항력방향을 조절하기 위한 부분이다.

이를 위해 상기 조절와이어(220)는 상기 비행체(10) 각 부분에 구비된 구동정착유닛(210)과 결합된다.

상기 구동정착유닛(210)은 내부에 와인더(미도시)를 포함하여 구성되어, 상기 구동컨트롤러의 제어명령에 따라 상기 조절와이어(220)를 감아올리거나 풀어내도록 구동하여 상기 조절와이어(220)의 길이를 조절한다.

여기서 상기 구동정착유닛(210)은 상기 조절와이어(220)가 결합되는 부분으로, 상기 비행체(10) 외면에 서로 이격 거리를 최대로 하여 구비되는 것이 상기 비행체(10)의 위치 제어 효율면에서 바람직하고, 4개 이상이 구비되는 것이 4방향 이상으로의 컨트롤을 가능하게 하여 유리한다.

도 7에는 상기 구동정착유닛(210)이 상기 비행체의 전·후·좌·후 4방향으로 서로 넓게 이격 되어 구성된 예를 도시하였다.

본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 제3실시예가 위치제어하는 일 예를 도 8을 참조하여 설명하기로 하다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 비행체(10)가 제한범위(DZ) 아래로 내려간 경우, 상기 컨트롤 유닛에 구비된 GPS 모듈은 상기 비행체(10)의 위치를 산출하고, 상기 산출결과를 통해 상기 구동 컨트롤러는 상기 비행체(10)의 위치가 상기 제한범위(10)를 하방으로 벗어난 것을 감지한다.

상기 구동컨트롤러가 이를 감지하면, 상기 구동컨트롤러는 상기 비행체(10) 전방에 구비된 구동정착유닛(210)을 상기 조절와이어(220)를 감아 길이가 줄어들도록 구동시키는 반면, 상기 비행체(10) 후방에 구비된 구동정착유닛(210)은 상기 조절와이어(220)를 풀어 길이가 늘어나도록 구동시키킨다.

이와 같은 상기 구동정착유닛(210)의 구동에 따라 상기 비행체(10)의 형태는 점선으로 도시된 수평상태에서 실선으로 도시한 전방이 들리는 상태로 변화된다. 따라서 상기 비행체(10)에 발생하는 바람에 대한 항력은 상기 비행체(10)를 상방으로 이동시키는 방향으로 발생시켜, 상기 비행체(10)를 상방으로 이동시켜 상기 비행체(10)가 제한범위(DZ) 내에 위치하도록 한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

예를 들어, 상기 비행체(10)는 반드시 내부에 기체가 채워질 필요는 없으며, 상기 부력발생유닛(100)에 의존하여 부력을 제공받을 수 있다. 이 경우 비행체(10)는 다양한 형상으로 변경이 가능하다.

본 발명은 지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 자체적으로 위치 제어가 가능하므로, 단일 와이어를 이용하면서도 안정적으로 비행체를 임무수행 영역에 고정시킬 수 있어, 비행체 임수 수행에 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

10: 비행체 20 : 작동부
30 : 수평익 40 : 수직익
100 : 부력발생유닛 110 : 베이스부
120 : 연결선 150 : 마찰부
210 : 구동정착유닛 220 : 조절와이어
230 : 분기유닛

Claims

지상으로부터 특정된 고정범위 내에서 부양된 상태를 유지하여 통신용 중계 기능 또는 관측 기능을 수행하기 위한 비행체를 운용하기 위한 시스템에 있어서,
공중에 부양되는 비행체와;
지상에 설치되는 그라운드유닛; 그리고
일단이 상기 그라운드유닛에 고정되고 타단은 상기 비행체에 고정되어 상기 그라운드유닛과 상기 비행체 사이를 연결하는 와이어유닛을 포함하여 구성되고:
상기 비행체는,
상기 비행체에 대하여 회전가능하게 구비되어, 상기 비행체가 제한범위(Designated Zone)를 상하방향으로 벗어난 경우, 상기 비행체의 바람에 대한 상방 및 하방의 저항을 달리하여 상기 비행체를 제한범위 내에 머물도록 하는 수평익과;
상기 비행체에 대하여 회전가능하게 구비되어, 상기 비행체가 제한범위(Designated Zone)를 수평방향으로 벗어난 경우, 상기 비행체의 바람에 대한 좌우저항을 달리하여 상기 비행체를 제한범위 내에 머물도록 하는 수직익; 그리고
상기 비행체의 위치를 검출하여, 상기 검출된 위치에 따라 상기 수평익 및 수직익의 회동을 제어하는 컨트롤 유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은,
상기 비행체의 위치를 검출하기 위한 GPS 모듈과;
상기 GPS 모듈의 검출위치가 설정된 제한범위 내인지 여부 및 상기 제한 범위의 이탈 방향과 거리를 판별하여, 상기 수평익 또는 수직익 중 어느 하나 이상을 구동시키는 구동컨트롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 있어서,
공중에 부양되는 비행체와;
지상에 설치되는 그라운드유닛과;
일단이 상기 그라운드유닛에 고정되고 타단은 상기 비행체에 고정되어 상기 그라운드유닛과 상기 비행체 사이를 연결하는 와이어유닛; 그리고
상기 비행체 일측에 구비되고 기체의 흐름을 통해 부력을 얻어 이를 비행체에 전달하는 부력발생유닛을 포함하여 구성되고:
상기 부력발생유닛은,
바람과 마찰되어 상기 비행체로부터 이격되면서 부력을 발생시키는 마찰부와;
일단이 상기 마찰부와 연결되는 복수의 연결선들; 그리고
상기 연결선의 타단이 고정되도록 상기 비행체 일측에 구비되어, 상기 연결선들의 길이를 각각 조절할 수 있도록 형성되는 베이스부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 비행체는,
상기 비행체의 위치를 검출하여, 상기 검출된 위치에 따라 상기 연결선들의 길이를 조절하도록 상기 베이스부를 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은,
상기 비행체의 위치를 검출하기 위한 GPS 모듈과;
상기 GPS 모듈의 검출위치가 설정된 제한범위 내인지 여부 및 상기 제한 범위의 이탈 방향과 거리를 판별하여, 상기 베이스부에 구비된 와인더를 구동시키는 구동컨트롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 있어서,
공중에 부양되는 비행체와;
지상에 설치되는 그라운드유닛; 그리고
일단이 상기 그라운드유닛에 고정되는 와이어유닛과;
일단이 상기 와이어유닛의 타단에 고정되어 분기되고, 타단은 상기 비행체에 고정되는 복수개의 조절와이어와;
상기 비행체 일측에 구비되고, 상기 조절와이어와 결합되어, 상기 조절와이어를 상기 비행체에 길이가 조절 가능하게 고정시키는 구동정착유닛을 포함하여 구성되고:
상기 비행체는,
상기 비행체의 수평방향과 수직방향으로 각각 구비되는 수평익 및 수직익을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 비행체는,
상기 비행체의 위치를 검출하여, 상기 검출된 위치에 따라 상기 조절와이어들의 길이를 조절하도록 상기 구동정착유닛을 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은,
상기 비행체의 위치를 검출하기 위한 GPS 모듈과;
상기 GPS 모듈의 검출위치가 설정된 제한범위 내인지 여부 및 상기 제한 범위의 이탈 방향과 거리를 판별하여, 상기 구동정착유닛에 구비된 와인더를 구동시키는 구동컨트롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 구동정착유닛은,
상기 비행체의 전·후·좌·우측을 포함하여 4개 이상이 설치됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제한범위는,
상기 비행체의 기능을 안정적으로 수행하기 위한 상기 비행체 위치의 한계범위임을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비행체는,
상기 비행체 운용을 위한 자가 동력을 생산하기 위한 솔라패널 또는 풍력발전유닛 중 어느 하나 이상을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와이어유닛은,
상기 비행체에 전원을 공급하기 위한 전력선 및 그라운드 선을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위치제어 기능을 구비한 비행체 운용시스템.