KR101642394B1 - 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템 - Google Patents

자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템은 쓰로틀 명령을 출력하는 자동비행장치; 자동비행장치에서 출력하는 쓰로틀 명령의 상한값을 자동으로 제한하는 자동 쓰로틀 제한 장치; 및 자동 쓰로틀 제한 장치로 자동비행장치 엔진의 내부 온도를 피드백하는 로터리 엔진;를 포함하여 공냉식 로터리엔진(왕복엔진)을 적용하는 모든 무인기에 사용 가능하고, 기존 무인기의 자동비행장치(Autopilot)를 그대로 사용할 수 있고, 엔진의 신뢰도 및 수명주기를 높힐 수 있으며, 지상체와 통신이 두절된 상태에서도 엔진으로 인한 사고없이 비행체를 안전하게 회수할 수 있는 효과가 있다.

Description

자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템{SYSTEM FOR MAINTAINING COSTANTLY TEMPERATURE OF UNMANNED AERIAL VEHICLE ENGINE WITH AUTO THROTTLE LIMITING APPARATUS}
본 발명은 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템 에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 내부 온도를 피드백 하여 자동비행장치(Autopilot)에서 출력하는 쓰로틀 위치명령의 상한값을 자동으로 제한하는 장치로서 최적의 쓰로틀 위치로 비행체를 상승시킬 수 있으며, 엔진 내부 온도를 일정하게 보호하여 임무효율 및 엔진 신뢰도를 향상 시킬 수 있는 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템 에 관한 것이다.
로터리엔진(왕복엔진)을 주로 사용하는 저고도 무인기의 경우 비행체 탑재공간 및 중량의 제약으로 별도의 엔진 냉각장치없이 외부의 공기를 활용하여 엔진을 냉각시킨다. 혹서기 환경에서 무인기 고도 상승시 외부의 더운 공기와 완전개방 쓰로틀로 인해 충분히 엔진이 냉각되지 못해 엔진의 내부온도(실린더 혹은 로터내부)가 쉽게 상승하며, 이로 인해 임무 효율 및 엔진 신뢰도가 현저히 낮아지는 문제점이 있다.
또한, 기존 저고도 무인기의 경우 엔진온도 상승시 운용자가 수동으로 수시 개입하여 엔진 냉각을 위한 비행을 수행하였고, 산악지형이 많은 환경에서는 이착륙시 지형 충돌 회피를 위해 완전개방 쓰로틀을 무리하게 사용하여 엔진 제약온도를 넘어 엔진의 수명 단축 및 비행체 사고와 같은 일들이 빈번히 발생하게 되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1329201호(2013. 11. 07)
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 엔진의 내부 온도를 피드백 하여 자동비행장치(Autopilot)에서 출력하는 쓰로틀 위치명령의 상한값을 자동으로 제한하는 장치로서 최적의 쓰로틀 위치로 비행체를 상승시킬 수 있으며, 엔진 내부 온도를 일정하게 보호하여 임무효율 및 엔진 신뢰도를 향상 시킬 수 있는 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템의 제공을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템은 쓰로틀 명령을 출력하는 자동비행장치; 상기 자동비행장치에서 출력하는 상기 쓰로틀 명령의 상한값을 자동으로 제한하는 자동 쓰로틀 제한 장치; 및 상기 자동 쓰로틀 제한 장치로 상기 자동비행장치 엔진의 내부 온도를 피드백하는 로터리 엔진;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템의 상기 자동 쓰로틀 제한 장치는 상기 로터리 엔진의 엔진내부온도 값을 지속적으로 수신하는 엔진 온도 수신부; 상기 자동비행장치로부터 자동 쓰로틀 명령값을 수신하는 자동 쓰로틀 명령값 수신부; 상기 상동 쓰로틀 명령 값에서 자동 쓰로틀 제한 값을 차감하는 자동 쓰로틀 제한 값 차감부; 내부온도의 제한운용온도를 설정하고 스위칭하여 상기 자동 쓰로틀 제한장치의 작동이 이루어지도록 하는 제한운용온도 설정 및 스위칭부; 피드백되어 상기 엔진 온도 수신부로 수신되는 엔진 내부온도의 최대값을 제한하는 엔진 내부온도 최대값 제한부; 및 상기 최대값이 제한된 엔진 내부온도에 이득 값을 곱해 상기 자동 쓰로틀 제한값을 산출하는 자동 쓰로틀 제한값 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템은 공냉식 로터리엔진(왕복엔진)을 적용하는 모든 무인기에 사용 가능하고, 기존 무인기의 자동비행장치(Autopilot)를 그대로 사용할 수 있고, 엔진의 신뢰도 및 수명주기를 높힐 수 있으며, 지상체와 통신이 두절된 상태에서도 엔진으로 인한 사고없이 비행체를 안전하게 회수할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템 블럭도 이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템의 블럭도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템은 자동비행장치(100), 자동 쓰로틀 제한장치(200) 및 로터리 엔진(300)을 포함한다.
특히, 상기 자동 쓰로틀 제한장치(200)는 엔진 온도 수신부(210), 엔진 내부온도 최대값 제한부(230), 제한운용온도 설정 및 스위칭부(270)), 엔진 내부온도 최대값 제한부(230), 자동 쓰로틀 명령값 수신부(280), 자동 쓰로틀 제한값 차감부(290)를 포함한다.
상기 엔진 온도 수신부(210)는 상기 로터리 엔진(300)의 내부온도 즉, 엔진내부온도(RAT:Rotor Air Temperature) 값을 지속적으로 수신한다.
상기 자동 쓰로틀 명령값 수신부(280)는 상기 자동비행장치(100)로부터 자동 쓰로틀 명령값을 수신한다.
상기 자동 쓰로틀 제한값 차감부(290)는 상기 자동 쓰로틀 명령값 수신부(280)가 수신한 자동 쓰로틀 명령값에서 자동 쓰로틀 제한값을 차감한다.
상기 제한운용온도 설정 및 스위칭부(270)는 상기 내부온도의 제한운용온도를 설정하고 스위칭하여 본 발명에 따른 자동 쓰로틀 제한장치의 작동이 이루어지도록 한다.
즉, 상기 제한운용온도 설정 및 스위칭부(270)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 내부온도의 제한운용온도가 n이라고 설정한 경우, 현재의 내부온도 값이 n-10보다 클 경우, 자동 쓰로틀 제한장치가 자동하도록 스위칭하고, 상기 내부온도 값이 n-10보다 작은 경우 자동 쓰로틀 명령값을 그대로 사용하도록 한다.
한편, 상기 자동 쓰로틀 제한값 차감부(290)에 의한 상기 자동 쓰로틀 제한값의 계산은 아래의 [수학식 1]에 의해 실행된다.
Figure 112015002355476-pat00001
상기 수학식에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 먼저, 상기 자동 쓰로틀 제한값 차감부(290)는 상기 제한운용온도 설정 및 스위칭부(270)에 의해 설정된 상기 제한운용온도와 현재 엔진 내부온도차의 역수를 취해준다.
만약, 온도계 고장으로 엔진 내부온도가 비정상적으로 측정되어 발생될 수 있는 문제상황을 방지하기 위해 상기 엔진 내부온도 최대값 제한부(230)는 피드백되어 상기 엔진 온도 수신부(210)로 수신되는 엔진 내부온도의 최대값 제한한다.
한편, 자동 쓰로틀 제한값 산출부(250)는 상기 최대값이 제한된 엔진 내부온도에 이득 값을 곱해 상기 자동 쓰로틀 제한값을 산출한다.
특히, 대기권의 특성상 고도 2,000m 이상에서는 공기 밀도가 낮아지기 때문에 상기 엔진 내부온도가 쉽게 올라간다.
따라서, 상기 자동 쓰로틀 제한값 산출부(250)는 고도가 2,000 이하에서 작은 이득 값(10)을 사용하고, 고도가 2,000 이상에서는 높은 이득 값(20)을 사용한다.
참고로, 상기 엔진 내부온도가 내부온도의 제한운용온도로 근접하면 상기 자동 쓰로틀 제한값이 높아져 쓰로틀을 낮추게 되고, 이로 인해, 상기 엔진 내부온도는 낮아지는 효과를 낼 수 있다.
상술한 바와 같이 간단한 수식으로 자동 쓰로틀을 제한함으로써 컴퓨터 리소스를 대폭 감소할 수 있으며, 제한값에 있어 비정상적이 상황에서도 안정하게 본 발명에 따른 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템을 운용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 자동비행장치
200 : 자동 쓰로틀 제한장치
210 : 엔진 온도 수신부
230 : 엔진 내부온도 최대값 제한부
270 : 제한운용온도 설정 및 스위칭부
280 : 자동 쓰로틀 명령값 수신부
290 : 자동 쓰로틀 제한값 차감부
300 : 로터리 엔진

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 쓰로틀 명령을 출력하는 자동비행장치(100);
    상기 자동비행장치(100)에서 출력하는 상기 쓰로틀 명령의 상한값을 자동으로 제한하는 자동 쓰로틀 제한 장치(200); 및
    상기 자동 쓰로틀 제한 장치(200)로 엔진의 내부 온도를 피드백하는 로터리 엔진(300);를 포함하되,
    상기 자동 쓰로틀 제한 장치(200)는
    상기 로터리 엔진(300)의 엔진내부온도(RAT:Rotor Air Temperature) 값을 지속적으로 수신하는 엔진 온도 수신부(210);
    상기 자동비행장치(100)로부터 자동 쓰로틀 명령값을 수신하는 자동 쓰로틀 명령값 수신부(280);
    상기 자동 쓰로틀 명령 값에서 자동 쓰로틀 제한 값을 차감하는 자동 쓰로틀 제한 값 차감부(290);
    내부온도의 제한운용온도를 설정하고 스위칭하여 상기 자동 쓰로틀 제한장치의 작동이 이루어지도록 하는 제한운용온도 설정 및 스위칭부(270);
    피드백되어 상기 엔진 온도 수신부(210)로 수신되는 엔진 내부온도의 최대값을 제한하는 엔진 내부온도 최대값 제한부(230); 및
    상기 최대값이 제한된 엔진 내부온도에 이득 값을 곱해 상기 자동 쓰로틀 제한값을 산출하는 자동 쓰로틀 제한값 산출부(250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제한운용온도 설정 및 스위칭부(270)는
    상기 내부온도의 제한운용온도가 n이라고 설정한 경우, 현재의 내부온도 값이 n-10보다 클 경우, 자동 쓰로틀 제한장치가 작동하도록 스위칭하고, 상기 내부온도 값이 n-10보다 작은 경우 자동 쓰로틀 명령값을 그대로 사용하도록 하는 것을 특징으로 하는 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 자동 쓰로틀 제한값 산출부(250)는
    고도에 따라 상기 최대값이 제한된 엔진 내부온도에 상이한 이득값을 곱하는 것을 특징으로 하는 자동 쓰로틀 제한장치를 구비한 무인항공기 엔진의 일정 온도 유지 시스템.






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