KR101429567B1

KR101429567B1 - 비행체 운용시스템

Info

Publication number: KR101429567B1
Application number: KR1020130070109A
Authority: KR
Inventors: 장수영
Original assignee: 장수영
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2014-09-23

Abstract

본 발명은 지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 내부에 기체가 채워져 공중에 머무는 비행체와, 지상에 설치되는 그라운드유닛과, 상기 비행체와 상기 그라운드유닛 사이를 연결하는 와이어유닛과, 상기 비행체의 일측에 구비되고 공기와의 마찰로 부력을 얻어 이를 비행체에 전달하는 부력발생유닛을 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에서는 비행체에 연결되는 부력발생유닛에 의해 바람을 이용한 추가적인 부력이 더 발생되므로 고고도의 환경에서도 비행체에 충분한 부력을 공급하여 안정적인 비행체 운용이 가능해지며, 풍력발전유닛을 이용하여 발생된 전력을 와이어유닛을 통해 지상으로 전달함으로써 풍력발전설비로 활용할 수 있는 장점이 있다.

Description

비행체 운용시스템 {Opration system of flying object}

본 발명은 비행체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상과 연결되어 지상으로부터 전력을 공급받고 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.

즉, 성층권은 공기의 밀도가 해수면 대비 14분의 1정도이기 때문에 비행선에 미치는 항력이 작아, 위치유지를 위한 추진에너지가 그다지 크지 않아도 되고, 고도 3,6000km의 정지궤도에 있는 위성과 비교하여 고도 30km의 성층권은 전송지연, 전송손실이 적으며, 광역 고속이동통신/대용량 고속통신/불감지해서 등의 장점을 가지고 있다.

또한, 성층권은 위성에 비해 고분해능이고 항공기 보다 광범위한 화상을 취득할 수 있으므로, 지구관측감시 분야에서도 매우 유용하게 활용될 수 있다.

이와 같이, 비행선은 성층권 또는 성층권에 미치지 못하더라도 적어도 지상으로부터 2km 이상 공중에 머물면서 다양한 임무를 수행해야 하는데, 이와 같은 고고도의 경우에는 지상에 비해 현격히 낮은 밀도와 온도의 혹독한 환경이므로, 장기간의 비행선 운용을 위해서는 안정적이 동력이 필수적이라 할 수 있다.

또한, 다양한 임무 수행을 위해서는 비행선에 일정 이상의 안정적인 전력이 요구되는데, 이러한 안정적인 동력 공급을 위해서는 지상과의 연결이 가장 확실한 방법이다.

그러나, 일정 위치에 고정될 수 없는 비행선의 특성상 지상과의 연결을 통한 전력공급이 용이하지 않으며, 이를 실현하기 위해서는 매우 큰 비용이 소요되는 문제점이 있다.

그리고, 이러한 고고도의 환경에서는 낮은 대기압으로 인하여 비행선에 충분한 부력이 가해지지 못하는 문제점이 있으며, 이러한 문제점으로 인하여 운용될 비행선 자체의 무게에 한계가 있고, 또한 비행선에 다양한 장비를 부가하기 어려운 면이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 성층권에 머무는 비행체에 안정적인 전력공급 및 전력생산이 가능하도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 낮은 대기압의 고고도 환경에서도 비행체가 충분한 부력을 가질 수 있으므로, 비행선의 위치유지를 위해 소비되는 동력을 절감할 수 있도록 하는 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 둘 이상의 그라운드유닛, 그리고 상기 그라운드유닛 별로, 일단이 상기 그라운드유닛에 고정되고 타단은 상기 비행체에 고정되어 상기 그라운드유닛과 상기 비행체 사이를 연결하는 와이어유닛을 포함하여 구성되고: 상기 그라운드 유닛은 서로 소정의 간격으로 이격되어 설치된다.

여기서, 상기 그라운드유닛 및 와이어유닛은 각각 2개이고, 각각의 상기 와이어유닛은, 상기 비행체에 전원을 공급하기 위한 두개의 전력선을 각각 나누어 포함하여 구성될 수도 있다.

또한, 상기 그라운드유닛 및 와이어유닛은 각각 3개이고, 각각의 상기 와이어유닛은, 상기 비행체에 전원을 공급하기 위한 전력선 및 그라운드 선이 각각 나누어 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고 상기 그라운드유닛 및 와이어유닛은 각각 3개이고, 각각의 상기 와이어유닛은, 상기 비행체에 3상 교류전원을 공급하기 위한 전력선들이 각각 나누어 포함하여 구성될 수도 있다.

또한, 상기 그라운드유닛이 3개 이상인 경우, 상기 그라운드유닛은, 정다각형 형태로 이격되어 설치될 수도 있다.

그리고 상기 비행체 일측에 구비되고 기체의 흐름을 통해 부력을 얻어 이를 비행체에 전달하는 부력발생유닛을 더 포함하여 구성될 수도 있다.

또한, 상기 부력발생유닛은, 상기 비행체의 일측에 고정되는 베이스부와, 상기 베이스부베이스부고정되는 적어도 하나 이상의 연결선과, 상기 연결선과 연결되고 공기와 마찰되어 상기 비행체로부터 이격되면서 부력을 발생시키는 마찰부를 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고 상기 비행체에는 다수개의 부력발생유닛이 구비되고, 상기 다수개의 부력발생유닛 중 일부가 작동됨으로써 상기 부력발생유닛에 의해 발생되는 부력의 방향이 조절될 수도 있다.

또한, 상기 부력발생유닛의 연결선은 다수개로 구성되고, 상기 다수개의 연결선 각각의 일단에는 와인더가 구비되어 상기 연결선의 길이조절이 가능하며, 상기 마찰부는 상기 다수개의 연결선 중 적어도 일부의 길이조절을 통해 공기와 마찰되는 방향이 조절가능할 수도 있다.

그리고 상기 연결선은 길이조절이 가능하도록 구성되고, 상기 연결선을 통해 상기 마찰부가 상기 비행체로부터 부양되는 높이를 조절함으로써 상기 부력발생유닛의 선택적 구동이 가능할 수도 있다.

또한, 상기 부력발생유닛의 상기 마찰부는 다수개로 구성되고, 상기 다수개의 마찰부는 서로 인접한 다른 마찰부의 상부에 연속적으로 구비될 수도 있다.

그리고 상기 비행체는 2km~12km의 고도에서 운용될 수도 있다.

또한, 상기 비행체에는 공기와의 마찰을 통해 전력을 발생시키는 풍력발전유닛이 구비할 수도 있다.

그리고 상기 풍력발전유닛은, 상기 비행체와 일측에 구비되고 내부에 발전부가 구비되는 메인본체와, 상기 고정부의 일단에 구비되고 공기와의 마찰과정에서 회전되는 블레이드를 포함하여 구성될 수도 있다.

또한, 상기 풍력발전유닛은 상기 비행체에 회전가능하도록 구비되어, 상기 블레이드와 공기의 마찰각도의 조절이 가할 수도 있다.

그리고 상기 비행체에는 공기와의 마찰각도 및 풍력 측정이 가능한 센서가 구비될 수도 있다.

또한, 상기 와이어유닛은, 상기 비행체와 상기 그라운드유닛 사이의 전기적 연결을 위한 전력와이어와, 상기 전력와이어와 함께 연장되고 인장력을 통해 상기 비행체가 상기 그라운드유닛으로부터 일정 거리 이상 멀어지는 것을 방지하는 고정와이어를 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고 상기 그라운드유닛은, 메인그라운드와, 상기 메인그라운드와 이격되어 설치되고 지상의 적어도 하나 이상의 지점에 설치되는 서브그라운드를 포함하여 구성되며, 상기 메인그라운드 또는 서브그라운드 중 적어도 어느 하나에는 상기 비행체에 전력을 공급하기 위한 전력공급부가 구비될 수도 있다.

또한, 상기 그라운드유닛은, 메인그라운드와, 상기 메인그라운드로부터 각각 이격되는 한 쌍의 서브그라운드로 구성되고, 상기 메인드라운드와 한 쌍의 서브그라운드는 가상의 정삼각형 또는 이등변삼각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치될 수도 있다.

그리고 상기 와이어유닛에는 관측장치가 구비되고, 상기 관측장치는 상기 와이어유닛을 따라 이동가능하도록 구비될 수도 있다.

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

본 발명에서는 고고도에 머무는 비행체와 그라운드유닛 사이가 와이어유닛에 의해 연결되므로, 비행체는 별도의 큰 동력원 없이도 설정된 위치에 머물 수 있으므로, 비행체를 이용한 다양한 작업 수행이 용이해지고, 비행체 유지비용이 줄어들어 경제성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 비행체가 적어도 3지점 이상에 설치되는 그라운드 유닛과 각각 와이어유닛에 의해 연결되어, 이로부터 공급되는 높은 전압의 전력을 이용하여 다양한 작업 수행이 가능하며, 또한 각 그라운드유닛이 이격되어 설치되므로 와이어유닛 사이의 간섭으로 인한 단락이 방지되므로 피복을 간소하게 구성할 수 있어 내구성 및 안정성이 향상됨은 물론 경제성도 확보할 수 있는 효과도 있다.

그리고, 비행체 운용시스템이 두 개 이상의 그라운드유닛으로 구성될 경우에, 이들 사이가 충분히 이격되어 있으므로 누전발생 가능성이 낮아 매우 높은 전압의 전력을 공급할 수 있는 장점도 있다.

또한, 본 발명에서는 비행선에 연결되는 부력발생유닛에 의해 바람을 이용한 추가적인 부력이 더 발생되므로, 고고도의 환경에서도 비행선에 충분한 부력을 공급하여 안정적인 비행선 운용이 가능해지는 효과가 있다.

특히, 비행선에 연결된 부력발생유닛을 조절하여 비행선의 부력을 적절하게 유지할 수 있어 보다 안정적인 운용이 가능하다.

그리고, 본 발명에서는 비행선에 추가적인 풍력발전유닛이 구비되고, 이러한 풍력발전유닛은 공기와의 마찰을 이용해 전력을 발생시킴으로써 비행선 운용에 필요한 전력을 자체적으로 확보할 수 있는 효과도 있다.

물론, 이와 같은 풍력발전유닛을 이용하여 발생된 전력을 와이어유닛을 통해 지상으로 전달함으로써, 풍력발전설비로 활용할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 바람직한 실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 2는 본 발명 실시예를 구성하는 그라운드유닛의 구성형태를 도시한 예시도.
도 3는 본 발명 실시예를 구성하는 부력발생유닛이 펼쳐진 모습이 도시된 구성도.
도 4은 본 발명 실시예를 구성하는 부력발생유닛의 각도가 변형된 모습이 도시된 구성도.
도 5는 본 발명 실시예를 구성하는 회전소켓 및 와이어유닛의 구성을 보인 요부사시도.
도 6는 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 제2실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 7는 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 제3실시예의 구성을 개략적으로보인 구성도.
도 8은 도 7의 실시예에서 풍력발전유닛의 각도가 변형된 모습을 보인 예시도.
도 9은 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 제4실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 10은 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 제5실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 11은 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 제6실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 12은 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 제7실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.

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

도 1에는 본 발명에 의한 비행체 운용시스템의 바람직한 실시예의 구성이 개략적인 구성도로 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명 실시예를 구성하는 부력발생유닛이 펼쳐진 모습이 구성도로 도시되어 있다.

이에 따르면, 본 발명에 의한 비행체 운용시스템은 크게 비행체(10)와 그라운드유닛(GU1,GU2), 그리고 와이어유닛(W)을 포함하여 구성되는데, 이하에서 순차적으로 살펴보기로 한다.

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

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 비행체(10)의 작동을 위한 프로펠러나 기낭 내부의 압력을 측정하기 위한 센서 등이 포함되는 작동부(20)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 작동부(20)에는 프로펠러 뿐 아니라 비행체(10)를 이용한 작업을 위한 각종 측정장비가 포함된다.

상기 비행체(10)의 하부에는 회전소켓(40)이 구비된다. 도 4에서 보듯이, 상기 회전소켓(40)은 상기 비행체(10)에 회전가능하도록 구비되는 것으로, 상기 회전소켓(40)은 다수개의 와이어유닛(W)의 일단을 분리하여 고정하고, 상기 비행체(10)의 회전에 의해 상기 와이어유닛(W)이 꼬이는 것을 방지하는 기능을 한다.

상기 회전소켓(40)에는 회전축(미도시)와의 결합을 위한 관통공(42)이 형성되고, 상기 관통공(42) 주변으로는 다수개의 와이어홀(43)이 형성되어 와이어홀(43)이 상기 작동부(20)로 연장될 수 있다.

상기 비행체(10)의 상부에는 솔라패널(50)이 구비된다. 상기 솔라패널(50)은 태양열의 집광을 위한 것으로, 비행체(10)의 운용에 필요한 동력 중 일부를 자급할 수 있도록 한다. 상기 솔라패널(50)의 제어를 위한 장치는 상기 작동부(20)에 설치될 수 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 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 개 또는 다수개가 구비될 수 있는데, 상기 그라운드유닛이 한 개 구비된 경우에는 상기 그라운드유닛이 상기 비행체(10)의 위치를 일정 범위 내로 한정하게 되나, 더욱 안정적인 위치 유지를 위하여는 다음과 같이 복수개의 와이어유닛이 구비되는 것이 바람직하다.

상기 그라운드유닛이 2개로 구성된 예가 도 1에 도시되어 있다. 이에 보듯이, 상기 그라운드유닛은 메인그라운드(GU1)와 서브그라운드(GU2)로 나뉘게 되고, 여기서 상기 서브그라운드(GU2)는 상기 메인그라운드(GU1)와 이격되어 설치된다

즉, 상기 메인그라운드(GU1)와 서브그라운드(GU2)는 서로 충분히 이격된 상태로 설치되어 그 중심 부분에서 상기 비행체(10)의 위치가 결정되도록 한다. 또한, 상기 메인그라운드(GU1) 또는 서브그라운드(GU2) 중 적어도 어느 하나에는 상기 비행체(10)에 전력을 공급하기 위한 전력공급부가 구비될 수 있는데, 상기 전력공급부는 와이어유닛(W)을 통하여 상기 비행체(10)에 전력을 공급할 수 있다.

물론, 상기 비행체(10)의 풍력발전유닛(300)을 통해 축적된 전력이 상기 와이어유닛(W)을 통하여 상기 메인그라운드(GU1) 또는 서브그라운드(GU2)으로 전달될 수도 있다.

이때, 상기 메인그라운드(GU1)와 상기 서브그라운드(GU2)는 2~3km 또는 그 이상 이격되어 설치될 수 있으므로, 상기 메인그라운드(GU1)와 서브그라운드(GU2)로부터 각각 와이어유닛(W)을 통한 전력공급이 이루어지더라도, 둘 사이의 간섭 및 단락이 방지될 수 있다.

특히, 두 개의 그라운드유닛으로 구성될 경우에, 이들 사이가 충분히 이격되어 있으므로 누전발생 가능성이 낮아지고, 따라서 각각의 와이어유닛(W1,W2)에 큰 전압(수백~수만볼트 이상의 고압)을 가할 수 있다. 이는 결과적으로 와이어유닛(W1,W2)의 피복두께를 상대적으로 작게할 수 있음을 의미한다.

구체적으로는, 지상에 가까운 위치에서는 서로 멀리 이격된 그라운드유닛으로 인해 와이어유닛(W1,W2) 역시 멀리 떨어진 상태이고, 비행체 부근에서는 두 와이어유닛(W1,W2)이 가까워지더라도 습도가 낮은 성층권의 자연환경상 누전의 가능성이 매우 낮기 때문에 안정적인 전력공급이 가능해지는 것이다.

상기 그라운드유닛을 구성하는 메인그라운드(GU1)에는 제어부와, 데이터부 그리고 전력공급부가 포함될 수 있다. 여기서 상기 데이터부는 상기 서브그라운드(GU2)의 데이터, 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.

상기 와이어유닛과 그라운드유닛은 각각 쌍으로 구성되는 것으로, 상기 와이어유닛은 2개, 3개 또는 그 이상으로 구성될 수 있다.

이때, 상기 와이어유닛의 개수에 따라 다양한 구성으로 상기 비행체(10)에 전원을 공급할 수 있으며, 예를 들어 상기 와이어유닛이 2개로 구성된 경우, 각각의 와이어 유닛은 상기 직류 또는 교류전원을 공급하기 위한 2개의 전원선이 각각 상기 와이어 유닛에 구분되어 포함될 수 있다.

또 다르게는 상기 와이어유닛이 3개로 구성된 경우, 각각의 와이어 유닛은 상기 직류 또는 교류전원을 공급하기 위한 2개의 전원선 및 접지선이 각각 상기 와이어 유닛에 구분되어 포함될 수도 있고, 3상 전원을 공급하기 위한 3개의 전원선이 상기 와이어유닛에 각각 구분되어 포함될 수도 있다.

한편, 상기 와이어유닛이 3개로 구성된 경우, 각각의 와이어 유닛은 상기 직류 또는 교류전원을 공급하기 위한 2개의 전원선과 지상과 통신을 위한 통신선이 각 상기 와이어 유닛에 구분되어 포함될 수도 있다.

이와 같이, 상기 상기 와이어유닛의 개수가 늘어나는 경우, 각 와이어유닛에 전력공급 및 통신에 필요한 도선을 각각 구분 배치함으로써, 안정적이고 경제적인 와이어유닛의 활용이 가능해진다.

한편, 상기 와이어유닛이 3개 이상 구성되는 경우, 이에 대응하여 그라운드 유닛이 지상에 구비되는데, 상기 와이어 유닛은 상기 비행체(10)를 안정적인 위치에 유지시키는 것이 기본 목적인바, 이를 구현하기 위하여 서로 안정적 형태로 이격되어 설치되는 것이 바람직하다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 그라운드 유닛은 지상의 설치 요건이 만족하는 한 정다각형에 가까운 형태로 배치되어 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 그라운드유닛이 2개 설치되는 경우 상대적으로 이격되어 설치되고, 상기 그라운드유닛이 3개 설치되는 경우 정삼각형 형태로 이격되어 설치되며, 상기 그라운드유닛이 4개 설치되는 경우 정사각형 형태로 이격되어 설치된다.

한편, 상기 메인그라운드(GU1)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.

도시되지는 않았으나, 상기 그라운드유닛은 메인그라운드(GU1)와, 상기 메인그라운드(GU1)로부터 각각 이격되는 한 쌍의 서브그라운드로 구성될 수도 있다. 그리고, 상기 메인드라운드와 한 쌍의 서브그라운드는 가상의 삼각형, 바람직하게는 정삼각형 또는 이등변삼각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치된다.

이에 따라 상기 비행체(10)는 상기 그라운드유닛이 형성하는 가상의 정삼각형 또는 이등변삼각형의 중심에 해당하는 위치에 유지되는데, 이는 상기 그라운드유닛과 비행체(10)를 연결하는 세 개의 와이어유닛(W)의 장력에 의해 상기 비행체(10)가 일정 범위이상 벗어나는 것이 방지되는 것이다.

이때, 상기 그라운드유닛에는 상기 비행체(10)와 상기 다수개의 그라운드유닛 사이를 각각 연결하는 다수개의 와이어유닛(W)의 인장력 및 인장길이에 대한 정보가 저장되어 비행체(10)의 위치 유지에 활용될 수 있는데, 세 개의 와이어유닛(W)에 의한 구체적인 작용은 아래에서 다시 설명하기로 한다.

미설명부호 C1은 그라운드유닛 사이의 연결을 위한 연결케이블로, 상기 연결케이블(C1)은 이들 사이의 전력전송이나 데이터 전송을 가능하게 한다.

다음으로 와이어유닛(W)에 대해 설명하면, 상기 와이어유닛(W)은 상기 비행체(10)와 상기 그라운드유닛 사이의 전기적 연결을 위한 전력와이어(80)와, 상기 전력와이어(80)와 함께 연장되는 고정와이어(70)를 포함하여 구성된다.

상기 고정와이어(70)는 인장력을 통해 상기 비행체(10)가 상기 그라운드유닛으로부터 일정 거리 이상 멀어지는 것을 방지하는 기능을 수행하는 것으로, 본 실시예에서는 다수가닥의 고강도섬유 재질로 형성된다. 물론, 상기 고정와이어(70)는 유리강화섬유 또는 그 함성섬유를 비롯한 섬유재질로 만들어지거나 기타 다양한 재질이 더 포함되어 구성될 수도 있다.

이와 같은 고정와이어(70)는 무게 대 인장강도가 900%이상으로, 예를 들어 0.5mm 직경의 고정와이어(70)가 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 부력발생유닛(100)이 구비된다. 상기 부력발생유닛(100)은 비행체(10)의 일측에 구비되어 공기와의 마찰을 통해 부력을 발생시기 위한 것으로, 도 3에서 보듯이 공기와의 마찰을 일으킬 수 있도록 낙하산 형상의 구조가 가능하다.

보다 구체적으로는, 상기 부력발생유닛(100)은 상기 비행체(10)의 일측에 고정되는 베이스부(110)와, 상기 베이스부(110)에 그 일단이 고정되는 적어도 하나 이상의 연결선(120), 그리고, 상기 연결선(120)과 연결되고 공기와 마찰되어 상기 비행체로부터 이격되면서 부력을 발생시키는 마찰부(150)를 포함하여 구성된다. 도시되지는 않았으나, 상기 마찰부(150)에는 마찰부(150)를 관통하는 다수개의 셀이 구비되어, 상기 마찰부(150)에 미치는 과도한 부력으로 인하여 상기 연결선(120)이 절단되는 것을 방지할 수 있다.

이때, 상기 비행체(10)에는 다수개의 부력발생유닛(100)이 구비되고, 상기 다수개의 부력발생유닛(100) 중 일부가 작동됨으로써 상기 부력발생유닛(100)에 의해 발생되는 부력의 방향이 조절될 수 있다.

그리고, 상기 부력발생유닛(100)의 연결선(120)은 다수개로 구성되는데, 상기 다수개의 연결선(120) 각각의 일단에는 와인더(미도시)가 구비되어 상기 연결선(120)의 길이조절이 가능하며, 특히 상기 마찰부(150)는 상기 다수개의 연결선(120) 중 적어도 일부의 길이조절을 통해 공기와 마찰되는 방향이 조절가능하다.

또한, 상기 연결선(120)의 길이조절을 통해 상기 마찰부(150)가 상기 비행체로부터 부양되는 높이를 조절함으로써 상기 부력발생유닛(100)의 선택적 구동이 가능하다. 즉, 도 1에서 보듯이 연결선(120)을 완전히 감아, 상기 마찰부(150)가 비행체(10)에 완전히 밀착되도록 하여 부력발생기능을 발현하지 못하도록 할 수도 있는 것이다.

한편, 도 6에서 보듯이, 상기 부력발생유닛(100)의 상기 마찰부(150)는 다수개로 구성되고, 상기 다수개의 마찰부(150)는 서로 인접한 다른 마찰부(150)의 상부에 연속적으로 구비될 수도 있다. 이를 통해 상기 부력발생유닛(100)에 의한 부력이 보다 커질 수 있다.

도 7에는 비행체(10)에 풍력발전유닛(300)이 구비된 실시예가 도시되어 있다. 상기 풍력발전유닛(300)은 공기와의 마찰을 통해 전력을 발생시키는 것으로, 비행체(10)에 구비되어 바람을 구동원으로 하여 회전되고, 이러한 회전력을 전력으로 바꾸는 기능을 수행하게 된다.

보다 구체적으로는, 상기 풍력발전유닛(300)은 상기 비행체(10)의 일측에 구비되고 내부에 발전부가 구비되는 메인본체(310)와, 상기 고정부의 일단에 구비되고 공기와의 마찰과정에서 회전되는 블레이드(330)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 풍력발전유닛(300)은 상기 비행체에 회전가능하도록 구비되어, 상기 블레이드(330)와 공기의 마찰각도의 조절이 가능하다. 이와 같이 상기 풍력발전유닛(300)의 각도가 변경된 모습이 도 8에 도시되어 있다.

바람직하게는, 상기 비행체(10)에는 공기와의 마찰각도 및 풍력 측정이 가능한 센서(미도시)가 구비되어, 공기와의 마찰각도와 풍력 등에 따라 상기 풍력발전유닛(300)의 각도를 변경함으로써 블레이드(330)가 보다 강하게 회전될 수 있도록 효과적인 운용이 가능할 수 있다.

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 도 9에서 보듯이 다양한 형상으로 변경이 가능하다.

또한, 상기 부력발생유닛(100)의 마찰부(150)는 공기와 마찰을 충분히 일으킬 수 있는 구조이면 가능한데, 예를 들어 도 11에서 보듯이, 연(kite)구조를 비롯하여 기체의 흐름을 통해 양력(揚力)을 얻을 수 있는 다양한 변형이 가능하다.

그리고 도 11에서 보듯이, 상기 그라운드유닛은 반드시 다수개로 구성될 필요는 없으며, 하나의 그라운드유닛(GU1)과 비행체(10)가 서로 연결되도록 구성될 수도 있다.

또한, 도 12에서 보듯이, 비행체(100)는 그 자체가 부력발생유닛 구조로 구성될 수도 있다. 이 경우 상기 비행체(100)는 그 내부에 기체가 채워진 기낭구조를 갖는 것이 아니라, 비행체(100) 자체가 낙하산이나 연구조 등 부력을 얻을 수 있는 구조인 것이다. 이에 따라 상기 비행체(100)는 기체의 흐름을 통해 부력을 얻어 공중에 부양된 상태를 유지할 수 있다. 물론, 이 경우에도 상기 비행체(100)는 공기와 마찰되어 부력을 발생시키는 다수개의 마찰부를 포함하여 구성되고, 상기 마찰부 중 일부가 선택적으로 작동됨으로써 상기 마찰부에 의해 발생되는 부력의 방향이 조절될 수도 있다.

10: 비행체 100: 메인그라운드
200: 서브그라운드

Claims

삭제
지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 있어서,
공중에 부양되는 비행체와,
지상에 설치되는 둘 이상의 그라운드유닛, 그리고
상기 그라운드유닛 별로, 일단이 상기 그라운드유닛에 고정되고 타단은 상기 비행체에 고정되어 상기 그라운드유닛과 상기 비행체 사이를 연결하는 와이어유닛을 포함하여 구성되고:
상기 그라운드 유닛은 서로 소정의 간격으로 이격되어 설치되며:
상기 그라운드유닛 및 와이어유닛은 각각 2개이고,
각각의 상기 와이어유닛은,
두개의 전력선을 각각 나누어 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 있어서,
공중에 부양되는 비행체와,
지상에 설치되는 둘 이상의 그라운드유닛, 그리고
상기 그라운드유닛 별로, 일단이 상기 그라운드유닛에 고정되고 타단은 상기 비행체에 고정되어 상기 그라운드유닛과 상기 비행체 사이를 연결하는 와이어유닛을 포함하여 구성되고:
상기 그라운드 유닛은 서로 소정의 간격으로 이격되어 설치되며:
상기 그라운드유닛 및 와이어유닛은 각각 3개이고,
각각의 상기 와이어유닛은,
전력선 및 그라운드 선이 각각 나누어 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
지상으로부터 부양된 상태의 비행체를 운용하기 위한 시스템에 있어서,
공중에 부양되는 비행체와,
지상에 설치되는 둘 이상의 그라운드유닛, 그리고
상기 그라운드유닛 별로, 일단이 상기 그라운드유닛에 고정되고 타단은 상기 비행체에 고정되어 상기 그라운드유닛과 상기 비행체 사이를 연결하는 와이어유닛을 포함하여 구성되고:
상기 그라운드 유닛은 서로 소정의 간격으로 이격되어 설치되며:
상기 그라운드유닛 및 와이어유닛은 각각 3개이고,
각각의 상기 와이어유닛은,
3상 전력선들을 각각 나누어 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
삭제
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비행체 일측에 구비되고 기체의 흐름을 통해 부력을 얻어 이를 비행체에 전달하는 부력발생유닛을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 부력발생유닛은
상기 비행체의 일측에 고정되는 베이스부와,
상기 베이스부에 고정되는 적어도 하나 이상의 연결선과,
상기 연결선과 연결되고 공기와 마찰되어 상기 비행체로부터 이격되면서 부력을 발생시키는 마찰부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 비행체에는 다수개의 부력발생유닛이 구비되고, 상기 다수개의 부력발생유닛 중 일부가 작동됨으로써 상기 부력발생유닛에 의해 발생되는 부력의 방향이 조절됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 부력발생유닛의 연결선은 다수개로 구성되고, 상기 다수개의 연결선 각각의 일단에는 와인더가 구비되어 상기 연결선의 길이조절이 가능하며, 상기 마찰부는 상기 다수개의 연결선 중 적어도 일부의 길이조절을 통해 공기와 마찰되는 방향이 조절가능함을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 연결선은 길이조절이 가능하도록 구성되고, 상기 연결선을 통해 상기 마찰부가 상기 비행체로부터 부양되는 높이를 조절함으로써 상기 부력발생유닛의 선택적 구동이 가능함을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 부력발생유닛의 상기 마찰부는 다수개로 구성되고, 상기 다수개의 마찰부는 서로 인접한 다른 마찰부의 상부에 연속적으로 구비됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 비행체는 2km~12km의 고도에서 운용됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 비행체에는 공기와의 마찰을 통해 전력을 발생시키는 풍력발전유닛이 구비됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 풍력발전유닛은
상기 비행체와 일측에 구비되고 내부에 발전부가 구비되는 메인본체와,
고정부의 일단에 구비되고 공기와의 마찰과정에서 회전되는 블레이드를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 풍력발전유닛은 상기 비행체에 회전가능하도록 구비되어, 상기 블레이드와 공기의 마찰각도의 조절이 가능함을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 비행체에는 공기와의 마찰각도 및 풍력 측정이 가능한 센서가 구비됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 와이어유닛은
상기 비행체와 상기 그라운드유닛 사이의 전기적 연결을 위한 전력와이어와,
상기 전력와이어와 함께 연장되고 인장력을 통해 상기 비행체가 상기 그라운드유닛으로부터 일정 거리 이상 멀어지는 것을 방지하는 고정와이어를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 17 항에 있어서, 상기 그라운드유닛은
메인그라운드와,
상기 메인그라운드와 이격되어 설치되고 지상의 적어도 하나 이상의 지점에 설치되는 서브그라운드를 포함하여 구성되며,
상기 메인그라운드 또는 서브그라운드 중 적어도 어느 하나에는 상기 비행체에 전력을 공급하기 위한 전력공급부가 구비됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 18 항에 있어서, 상기 그라운드유닛은
메인그라운드와,
상기 메인그라운드로부터 각각 이격되는 한 쌍의 서브그라운드로 구성되고,
상기 메인그라운드와 한 쌍의 서브그라운드는 가상의 정삼각형 또는 이등변삼각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 19 항에 있어서, 상기 와이어유닛에는 관측장치가 구비되고, 상기 관측장치는 상기 와이어유닛을 따라 이동가능하도록 구비됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그라운드 유닛에는 상기 와이어 유닛의 장력조절을 위한 와인더장치가 구비됨을 특징으로 하는 비행체 운용시스템.