KR101645567B1 - 항적 고정식 공중 급유 장치 및 방법 - Google Patents

항적 고정식 공중 급유 장치 및 방법 Download PDF

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이재훈
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

본 명세서는 항적 고정식 공중 급유 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 명세서의 실시 예에 따른 항적 고정식 공중 급유 장치는 공중에 정지 상태로 비행 가능한 비행선의 연료 탱크와 연결된 연료 공급관을 통해 연료를 공급하는 연료 공급부; 상기 연료 공급부의 연료 공급관과 연결된 적어도 하나의 연료 수급관을 구비하고, 상기 연료 수급관을 원형으로 회전시키고, 상기 연료 공급관으로부터 연료를 연료 수급관을 통해 공급받아 연료를 급유하는 원심 급유부; 및 상기 회전하는 연료 수급관과 급유 대상 비행체인 피 급유기가 연결되면, 상기 연결된 피 급유기에 상기 공급된 연료가 급유되도록, 상기 연료 공급부 및 상기 원심 급유부를 제어하는 급유 제어부를 포함한다.

Description

항적 고정식 공중 급유 장치 및 방법{WAKE STATIONARY AERIAL REFUELING APPARATUS AND METHOD}
본 명세서는 항적 고정식 공중 급유 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공중에 정지 상태로 비행 가능한 비행선에서 피 급유기에 공중 급유할 수 있는, 항적 고정식 공중 급유 장치 및 방법에 관한 것이다.
공중 급유기는 비행 중인 비행기 간 연료를 전해주는 항공기로서, 급유받은 항공기가 더 멀리, 오랜 시간 동안 비행할 수 있도록 해준다. 공중 급유기는 비행기의 이륙시 더 많은 화물을 탑재할 수 있게 한다. 여기서, 공중 급유는 비행중인 비행기 간에 연료를 전해주는 것을 말한다.
일반적인 공중 급유기의 급유 방식에는 플라잉 붐(flying boom) 방식, 프로브 앤 드로그(probe and drogue) 방식이 있다.
플라잉 붐 방식의 공중 급유기를 살펴보면, 이러한 공중 급유기는 긴 붐을 급유 대상 비행체의 상단부 또는 전방부에 연결하여 급유한다. 공중 급유기 내의 오퍼레이터는 급유 대상 비행체에 연결되도록 붐을 조작한다.
붐은 길고 단단한 속이 빈 축(shaft)이다. 주로 급유기의 꼬리부분에 장착되어 있다. 붐은 일반적으로 길게 늘어나며, 끝 부분에 연료주입을 통제하는 밸브가 있고, 러더베이터(ruddevators)라고 불리는 작은 날개가 있다. 이 날개는 붐이 피 급유기를 향해 날아가는 것을 가능케 한다. 러더베이터는 일반적으로 V자 모양의 날개를 말한다.
리시버는 비행기의 윗부분, 주로 조종석의 뒤나 앞쪽 가까이에 장착되어 있다. 리시버는 연료 탱크에 연결된 둥근 주입구이다. 급유를 받지 않을 때에 연료가 새지 않고, 먼지나 잡다한 것들이 들어가지 않게끔 밸브가 구비된다. 붐은 이 주입구로 들어가는 노즐을 가지고 있다.
공중 급유를 받는 동안, 공중 급유기는 고도를 유지한 채 일정한 속도로 일직선으로 날아갈 것이다. 그러는 동안, 급유 받을 비행기 즉, 피 급유기는 그 뒤의 아래쪽에서 접근한다. 급유기는 일정지역을 밝게 비추는 전등이 있다. 이 범위에 들어오면, 급유 받는 비행기의 조종사는 그 불빛을 볼 수 있다. 조종사는 요구되는 위치로 비행할 것을 지시받는다. 붐 조작 승무원은 붐을 조작해서 피 급유기에 근접시킨다. 전기 신호가 붐과 리시버 간에 오가면, 양쪽의 밸브는 수압식으로 열리고, 급유기의 펌프가 작동해서, 붐의 축을 통해서 연료를 리시버에 주입한다.
한편, 프로브 앤 드로그 방식의 공중 급유기를 살펴보면, 이러한 공중 급유기는 긴 호스에 셔틀콕 같은 드로그(drogue)를 달아서 길게 늘어뜨린다. 그러면, 급유 대상 비행체인 피 급유기는 프로브(Probe)를 조준하여 드로그에 맞춘다.
일반적으로 공중 급유기의 단가는 약 2500억으로 전투기 단가 약 5배 수준의 고가이다. 공중 급유기는 고가의 항공기 자산으로 국가별 보유 대수가 제한적이다.
공중 급유기의 미보유시, 항공기가 갖는 항속거리에 의존하여 영토 경계선에서 공중 작전 시간이 매우 제한될 수 있다. 예를 들어, 특정 항공기는 영공 작전 시간이 10분 이내일 수 있다.
종래의 공중 급유기는 급유시 일정한 경로, 일정한 고도 및 일정한 속도로 비행해야 하는 제한 사항을 가지고 있다. 종래의 공중 급유기는 작전 중단 시간이 길고 작전 지역의 이탈 거리가 길며 특정 거점의 장시간 운용이 불가할 수 있다.
종래의 공중 급유기는 한 번에 한 대만 또는 여러 대를 급유 가능하다. 플라잉 붐 방식의 공중 급유기는 급유로 인한 작전 제한사항이 많을 수 있다.
일반적인 대형기 형태의 공중 급유기는 공중 급유시 장시간이 소요될 수 있다. 또한, 프로브 앤 드로그 방식의 공중 급유기는 악천후 영향을 많이 받을 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0113896호 (2014.09.25. 공개)
본 명세서의 실시 예들은 공중에 정지 상태로 비행 가능한 비행선에서 회전하는 연료 수급관과 연결된 피 급유기에 공중 급유할 수 있는, 항적 고정식 공중 급유 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시 예들은 종래의 항공기형 공유 급유기가 갖는 제한 사항과 단점을 극복하여 비용 및 작전 운용 측면에서 개선된 방식의 항적 고정식 공중 급유 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서의 제1 측면에 따르면, 공중에 정지 상태로 비행 가능한 비행선의 연료 탱크와 연결된 연료 공급관을 통해 연료를 공급하는 연료 공급부; 상기 연료 공급부의 연료 공급관과 연결된 적어도 하나의 연료 수급관을 구비하고, 상기 연료 수급관을 원형으로 회전시키고, 상기 연료 공급관으로부터 연료를 연료 수급관을 통해 공급받아 연료를 급유하는 원심 급유부; 및 상기 회전하는 연료 수급관과 급유 대상 비행체인 피 급유기가 연결되면, 상기 연결된 피 급유기에 상기 공급된 연료가 급유되도록, 상기 연료 공급부 및 상기 원심 급유부를 제어하는 급유 제어부를 포함하는 항적 고정식 공중 급유 장치가 제공될 수 있다.
상기 원심 급유부는 복수 층으로 구분되고, 구분된 복수 층마다 위치한 복수의 원심 급유부를 포함하고, 상기 복수의 원심 급유부는 연료 공급관과 각각 연결되고, 상기 연결된 연료 공급관을 통해 연료를 각각 공급받을 수 있다.
상기 장치는, 상기 피 급유기와 통신하는 통신부를 더 포함하고, 상기 급유 제어부는 상기 피 급유기와의 통신을 통해 상기 피 급유기의 도착을 확인할 수 있다.
상기 장치는, 상기 원심 급유부를 상승시키거나 하강시키는 리프트를 더 포함하고, 상기 급유 제어부는 상기 피 급유기의 급유를 시작하기 위해 상기 리프트를 통해 상기 원심 급유부를 하강시키고, 상기 피 급유기의 급유가 완료되면 상기 리프트를 통해 상기 원심 급유부를 상승시켜 회수할 수 있다.
상기 원심 급유부는 연료 수급관과 연결되며, 원형으로 회전 가능한 원심 휠을 포함하고, 상기 급유 제어부는 상기 원심 급유부의 원심 휠의 속도를 제어하여 연료 수급관을 원형으로 회전시킬 수 있다.
상기 급유 제어부는 상기 원심 휠에 의해 원형으로 회전하는 연료 수급관의 회전 속도를 계산하고, 상기 피 급유기의 이동 속도가 상기 계산된 회전 속도와 동일하게 유지되도록, 상기 계산된 회전 속도를 상기 피 급유기에 전송할 수 있다.
상기 급유 제어부는 상기 피 급유기에 대응하는 연료 수급관의 급유구 아이디를 상기 피 급유기에 전송하고, 상기 전송된 급유구 아이디에 해당하는 급유구에 상기 피 급유기가 연결되는지 확인할 수 있다.
상기 급유 제어부는 상기 피 급유기가 상기 급유구에 연결되면 상기 피 급유기에 연료를 급유시키고, 상기 피 급유기가 상기 급유구에 연결되지 않으면 연결 오류 메시지를 상기 피 급유기로 전송할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제2 측면에 따르면, 공중에 정지 상태로 비행 가능하고, 연료 탱크와 연결된 연료 공급관을 구비한 연료 공급부 및 연료 공급관과 연결된 연료 수급관을 구비한 원심 급유부를 포함하는 비행선에서의 공중 급유 방법에 있어서, 원심 급유부의 연료 수급관을 원형으로 회전시키는 단계; 원심 급유부에 의해 회전하는 연료 수급관과 급유 대상 비행체인 피 급유기가 연결되는지 확인하는 단계; 상기 회전하는 연료 수급관과 상기 피 급유기가 연결되면, 상기 연료 공급관을 통해 상기 연료 수급관으로 연료를 공급하는 단계; 및 연료 공급부에 구비된 연료 공급관으로부터 연료 수급관을 통해 공급된 연료를 상기 연결된 피 급유기에 급유하는 단계를 포함하는 항적 고정식 공중 급유 방법이 제공될 수 있다.
상기 방법은, 상기 피 급유기와의 무선 통신을 통해 상기 피 급유기의 도착을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 피 급유기의 급유를 시작하기 위해 리프트를 통해 상기 원심 급유부를 하강시키는 단계; 및 상기 피 급유기의 급유가 완료되면 상기 리프트를 통해 상기 원심 급유부를 상승시켜 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 원심 휠의 속도를 제어하여 연료 수급관을 원형으로 회전시키는 단계; 상기 원심 휠에 의해 원형으로 회전하는 연료 수급관의 회전 속도를 계산하는 단계; 및 상기 피 급유기의 이동 속도가 상기 계산된 회전 속도와 동일하게 유지되도록, 상기 계산된 회전 속도를 상기 피 급유기에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 피 급유기에 대응하는 연료 수급관의 급유구 아이디를 상기 피 급유기에 전송하는 단계; 및 상기 전송된 급유구 아이디에 해당하는 급유구에 상기 피 급유기가 연결되는지 확인하여 상기 피 급유기가 상기 급유구에 연결되면 상기 피 급유기에 연료를 급유시킬 수 있다.
상기 방법은, 상기 피 급유기가 상기 급유구에 연결되지 않으면 연결 오류 메시지를 상기 피 급유기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 공중에 정지 상태로 비행 가능한 비행선에서 회전하는 연료 수급관과 연결된 피 급유기에 공중 급유할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시 예들은 종래의 항공기형 공유 급유기가 갖는 제한 사항과 단점을 극복하여 비용 및 작전 운용 측면을 개선시킬 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 국가 영토가 작은 국가에서 지역 이탈 없이 공중 급유를 수행할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 주요 지역 및 주요 거점에 장기 체공하여 운용 시, 민간 여객기도 공항 착륙 없이 장거리 비행을 지원할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 종래 항공기형 공중 급유기가 갖는 제한사항 중 일정한 경로 유지가 배제되므로 급유 간 이동하는 시간, 연료, 지역 이탈을 최소화시킬 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 일반적인 대형 항공기 대비 저가의 비행선을 활용함으로써, 공중 급유 장치의 개발 비용, 도입 비용 및 유지 비용을 절감할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 비행선이 공중 체공에 연료가 거의 소모되지 않기 때문에 체공 시간에 대한 유지 비용을 배제시킬 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 수직 이착륙 및 공중 체공이 가능하여 급유 반응시간이 짧고, 항시 공중 대기 상태를 유지할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 공중 급유 장치를 무인화로 운용할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 급유 붐이 회전을 통해 원심력을 유지하고 있기 때문에 기상 악화에 따른 제한 사항이 감소될 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 항적 고정식 공중 급유 장치의 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 원심 급유부에서 연료 수급관을 이용한 연료 급유 과정에 대한 설명도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 원심 급유부에서 연료 수급관의 회전 속도 및 반경에 대한 설명도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 리프트를 이용한 연료 공급관 및 원심 급유부의 급유 개시 및 회수 과정에 대한 설명도이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 항적 고정식 공중 급유 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 명세서에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 명세서의 실시 예를 설명하면서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
또한, 본 명세서의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 항적 고정식 공중 급유 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 연료 공급부(110), 급유 제어부(120) 및 원심 급유부(130)를 포함한다. 여기서, 공중 급유 장치(100)는 리프트(lift)(111) 및 통신부(140)를 더 포함할 수 있다.
우선, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 민수 분야의 항공기를 급유하는 장치에 적용될 수 있다. 예를 들면, 민수 분야의 항공기에는 공중 급유 가능한 항공기, 연료 급유 가능한 무인 항공기 등이 포함될 수 있다. 또한, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 방산 분야의 항공기를 급유하는 장치에 적용될 수 있다. 예를 들면, 방산 분야의 항공기에는 연료 급유가 가능한 전투기, 헬기, 군용 무인항공기 등이 포함될 수 있다.
이러한 공중 급유 장치(100)가 장착된 비행선(10)은 공중에 정지 상태로 비행 가능하다. 일례로, 비행선(10)은 헬륨 가스 등으로 비행 가능한 헬륨 비행선일 수 있다. 이러한 비행선(10)은 종래의 공중 급유가 가능한 대형 항공기 형태의 플랫폼(Platform)을 헬륨 비행선으로 적용하여 장시간 공중 정지상태의 급유소로 운용될 수 있다. 여기서, 공중 급유 장치(100)는 비행선(10) 내에 비행과 관련된 항공 장비 등과 연결될 수 있다.
이하, 도 1의 항적 고정식 공중 급유 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
연료 공급부(110)는 비행선(10)의 연료 탱크와 연결된 연료 공급관(112)을 통해 연료를 공급한다.
원심 급유부(130)는 연료 공급부(110)의 연료 공급관(112)과 연결된 적어도 하나의 연료 수급관(131)을 구비한다. 일례로, 원형으로 회전하는 연료 수급관(131)은 프로브 앤 드래그의 도킹 방식이 적용되는 것이 바람직하다.
여기서, 연료 관과는 연료 탱크로부터 연료를 공급받기 위한 메인(main) 주유관이고, 연료 수급관(131)은 연료 공급관(112)으로부터 각 연료 수급관(131)으로 연료를 공급하기 위한 브랜치(branch) 주유관이다.
연료 공급관(112) 및 연료 수급관(131)의 내부 관로 구조는 T자 모양으로 각 끝에 밸브가 달려있는 형태로 제어될 수 있다. 비행선(10) 안에 연료 펌프를 기동하여 연료를 주입하는 형태로 이루어질 수 있다.
원심 급유부(130)는 연료 수급관(131)을 원형으로 회전시킨다. 원심 급유부(130)는 연료 공급관(112)으로부터 연료를 연료 수급관(131)을 통해 공급받아 연료를 급유한다.
급유 제어부(120)는 회전하는 연료 수급관(131)과 급유 대상 비행체인 피 급유기(20)가 연결되면, 그 연결된 피 급유기(20)에 공급된 연료가 급유되도록, 연료 공급부(110) 및 원심 급유부(130)를 제어한다.
일례로, 연료 수급관(131)은 프로브 앤 드로그 방식으로 구현될 수 있다. 드로그 또는 파라-드로그(para-drogue)는 때로 바스킷이라고 지칭된다. 이것은 플라스틱 셔틀콕과 닮았다. 이것은 유연한 연료 수급관(131) 끝에 달렸으며, 밸브가 달려 있다.
한편, 피 급유기(20)는 프로브를 가지고 있다. 프로브는 단단하다. 그러나 때로는 접히기도 한다. 피 급유기(20)의 기수 부분(nose)의 한쪽에 달려 있다.
드로그는 조종 가능한 것이 아니다. 그래서 피 급유기(20)의 조종사는 그의 프로브를 직접 바스켓에 넣어야만 한다. 급유 받는 동안, 피 급유기(20)는 그의 위치를 유지해야 한다. 그리고 피 급유기(20)는 적합한 위치에 있는지를 확인하기 위해서 연료 수급관(131)과 이동 속도를 동일하게 유지해야 한다. 피 급유기(20)는 급유가 끝나면, 프로브가 바스켓에서 확 빼내지도록 속도를 급격히 줄인다.
변형 예로, 원심 급유부(130)는 복수 층으로 구분될 수 있다. 공중 급유 장치(100)는 그 구분된 복수 층마다 위치한 복수의 원심 급유부(130)를 포함할 수 있다. 원심 급유부(130)는 연료 수급관(131)을 일정 간격으로 복수의 층 형태로 구현하여 복수의 피 급유기(20)에 함께 급유할 수 있다.
복수의 원심 급유부(130)는 연료 공급관(112)과 각각 연결된다. 복수의 원심 급유부(130)는 그 연결된 연료 공급관(112)을 통해 연료를 각각 공급받을 수 있다.
한편, 공중 급유 장치(100)는 피 급유기(20)와 통신하는 통신부(140)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 급유 제어부(120)는 피 급유기(20)와의 통신을 통해 피 급유기(20)의 도착을 확인할 수 있다. 급유 제어부(120)는 안전을 위하여 피 급유기(20)가 비행선(10) 주변에 도착한 후에 급유 작업을 시작하여 안전을 확보하도록 한다.
또한, 공중 급유 장치(100)는 원심 급유부(130)를 상승시키거나 하강시키는 리프트(111)를 더 포함할 수 있다. 급유 제어부(120)는 피 급유기(20)의 급유를 시작하기 위해 리프트(111)를 통해 원심 급유부(130)를 하강시킨다. 반면, 급유 제어부(120)는 피 급유기(20)의 급유가 완료되면 리프트(111)를 통해 원심 급유부(130)를 상승시켜 회수할 수 있다.
원심 급유부(130)는 연료 수급관(131)과 연결되며, 원형으로 회전 가능한 원심 휠을 포함할 수 있다. 급유 제어부(120)는 상기 원심 급유부(130)의 원심 휠의 속도를 제어하여 연료 수급관(131)을 원형으로 회전시킨다.
급유 제어부(120)는 원심 휠에 의해 원형으로 회전하는 연료 수급관(131)의 회전 반경 또는 회전 속도를 계산한다. 그리고 급유 제어부(120)는 피 급유기(20)의 이동 속도가 계산된 회전 속도와 동일하게 유지되도록, 그 계산된 회전 반경 또는 회전 속도를 피 급유기(20)에 전송한다.
그러면, 피 급유기(20)는 그 계산된 회전 반경 또는 회전 속도에 따라 피 급유기(20)의 이동 방향 및 이동 속도를 조정하여 이동 방향 및 이동 속도를 연료 수급관(131)과 동기화시킬 수 있다.
한편, 급유 제어부(120)는 피 급유기(20)에 대응하는 연료 수급관(131)의 급유구 아이디(ID)를 피 급유기(20)에 전송할 수 있다. 여기서, 급유 제어부(120)는 연료 수급관(131)의 급유구 아이디가 미리 지정된 급유구 테이블을 저장하고 있다. 급유 제어부(120)는 급유구 테이블 중에서 급유 가능한 급유구 아이디를 식별하고 그 식별된 급유구 아이디를 급유기에 전송한다. 이어서, 급유 제어부(120)는 그 전송된 급유구 아이디를 급유 상태로 설정한다. 이와 같이, 급유 제어부(120)는 안전사고를 방지하기 위해, 각 급유구의 ID를 부여하여 급유구의 위치를 피 급유기(20)에 전송한다.
이후, 급유 제어부(120)는 전송된 급유구 아이디에 해당하는 급유구에 피 급유기(20)가 연결되는지 확인한다.
상기 확인 결과, 급유 제어부(120)는 피 급유기(20)가 급유구에 연결되면 피 급유기(20)에 연료를 급유시킨다.
반면, 상기 확인 결과, 급유 제어부(120)는 피 급유기(20)가 급유구에 연결되지 않으면, 연결 오류 메시지를 피 급유기(20)로 전송한다. 급유 제어부(120)는 연결 오류 메시지를 피 급유기(20)에 알려 재연결되도록 명령할 수 있다. 이러한 연결 오류 메시지는 피 급유기(20)가 지정된 급유구에 연결되지 않고 다른 급유구에 지정되는 경우, 급유구에 피 급유기(20)가 불완전하게 연결되는 경우 등에 피 급유기(20)로 전송될 수 있다. 급유 제어부(120)는 연료 수급관(131)의 급유구와 연결된 피 급유기(20)가 너무 한 방향으로 가 있거나, 고도가 너무 낮거나 높거나 또는 너무 가깝거나 너무 먼지를 알려주는 연결 상태 정보를 피 급유기(20)로 전송할 수 있다.
상기와 같이, 항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 국가 영토가 작은 국가에서 지역 이탈 없이 사용이 가능한다.
주요 지역이나 주요 거점에 장기 체공하여 운용 시, 항적 고정식 공중 급유 장치(100)로 적용된다면 민간 여객기도 공항 착륙 없이 장거리로 비행할 수 있다.
항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 종래의 항공기형 공중 급유기가 갖는 제한 사항 중 일정한 경로 유지를 배제할 수 있으므로, 급유 간 이동하는 시간, 연료 및 지역이탈을 최소화할 수 있다.
항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 일반적인 항공기 대비 저가의 비행선(10)을 활용함으로써, 공중 급유 장치(100)의 개발 비용, 도입 비용 및 유지 비용을 절감할 수 있다.
항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 비행선(10)이 공중 체공에 연료가 소모되지 않기 때문에 체공시간에 대한 유지 비용을 배제시킬 수 있다.
또한, 항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 비행선(10)이 수직 이착륙 및 공중 체공이 가능하여 급유 반응시간을 감소시킬 수 있고, 항시 공중 급유가 가능한 대기 상태를 유지할 수 있다.
더 나아가, 항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 공중 급유의 무인화 운용을 가능하게 할 수 있다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 원심 급유부에서 연료 수급관을 이용한 연료 급유 과정에 대한 설명도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 원심 급유부(130)는 연료 수급관(131)을 회전시키고, 그 회전하는 연료 수급관(131)과 연결된 피 급유기(20)에 연료를 급유한다. 원심 급유부(130)는 급유 시 플렉서블(Flexible) 형태의 연료 수급관(131)을 원형으로 회전시켜 피 급유기(20)의 비행 간에 급유한다. 이때, 피 급유기(20)는 원심 급유부(130)에 의해 회전하는 연료 수급관(131)을 따라 저속 및 선회 비행을 한다.
이와 같이, 원심 급유부(130)는 회전하는 연료 수급관(131)이 회전을 통해 원심력을 유지하고 있기 때문에 기상 악화(예컨대, 바람, 눈, 비 등)에 대한 제한 사항을 감소시키면서 피 급유기(20)에 연료를 급유시킬 수 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 원심 급유부에서 연료 수급관의 회전 속도 및 반경에 대한 설명도이다.
회전하는 연료 수급관(131)의 급유구의 회전 속도 및 회전 반경을 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 참조하여 살펴보기로 한다.
Figure 112015098297803-pat00001
여기서, a는 급유구의 구심 가속도, R는 급유구의 회전 반경, w는 급유구의 회전 속도를 나타낸다.
Figure 112015098297803-pat00002
여기서, V는 급유구의 선속도, a는 급유구의 구심 가속도, R는 급유구의 회전 반경, w는 급유구의 회전 속도를 나타낸다.
일례로, 급유구의 구심 가속도(a)는 2G, 급유구의 선속도(V)는 200노트(Knot)로 가정하기로 한다.
연료 수급관(131)의 급유구의 회전 반경을 상기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 참조하여 계산하면, 급유구의 회전 반경은 약 540m로 계산된다. 반경 540m인 경우, 피 급유기(20)는 2G의 구심 가속도 이내에서 공중 급유를 받을 수 있다.
회전 직경이 1.1 km의 공간이 있으면, 최대 4대의 피 급유기(20)의 주유가 함께 가능하다.
급유 시간이 10분 소모로 가정할 경우, 종래의 프로브 앤 드로그 방식의 공중 급유기는 피 급유기(20)에 급유하기 위해서 61km의 항속 거리가 필요하다.
도 4는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 리프트를 이용한 연료 공급관 및 원심 급유부의 급유 개시 및 회수 과정에 대한 설명도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 리프트(111)는 급유 제어부(120)의 제어에 따라, 연료를 급유하기 위한 급유 개시 과정과 급유가 완료된 경우에 회수하는 연료 공급관(112) 및 원심 급유부(130)의 회수 과정을 수행한다.
비행선(10)에 장착된 리프트(111)는 메인 주유관인 연료 공급관(112)을 리프팅을 통해 회수한다.
원심 급유부(130)는 구비된 원심 휠을 이용하여 브랜치 주유관인 연료 수급관(131)을 감아서 회수한다. 여기서, 원심 급유부(130)는 복수의 연료 수급관(131) 중에서 지정된 연료 수급관(131)만 개별적으로 회수할 수 있다.
도 5는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 항적 고정식 공중 급유 방법에 대한 흐름도이다.
공중 급유 장치(100)는 급유 대상 비행체인 피 급유기(20)의 도착을 확인한다(S502). 공중 급유 장치(100)는 통신부(140)를 통해 주변에 근접하는 피 급유기(20)로부터 급유 요청 메시지를 수신하여 피 급유기(20)의 도착을 확인할 수 있다.
그리고 공중 급유 장치(100)는 리프트(111)를 통해 원심 급유부(130)를 하강시킨다(S504). 여기서, 공중 급유 장치(100)는 피 급유기(20)의 도착 전에 미리 원심 급유부(130)를 하강시킬 수 있다. 또한, 공중 급유 장치(100)는 항상 원심 급유부(130)만을 미리 하강시켜 놓을 수 있다.
이어서, 공중 급유 장치(100)는 원심 급유부(130)의 휠을 이용하여 연료 수급관(131)을 풀고 기설정된 회전 속도에 따라 원형으로 회전시킨다(S506). 여기서, 공중 급유 장치(100)는 피 급유기(20)가 도착하기 전의 일정 시간부터 미리 연료 수급관(131)을 풀고 기설정된 회전 속도에 따라 원형으로 회전시킬 수 있다.
이후, 공중 급유 장치(100)는 연료 수급관(131)의 회전 반경 또는 회전 속도를 계산하여 피 급유기(20)에 전송한다(S508). 여기서, 공중 급유 장치(100)는 연료 수급관(131)의 길이 또는 회전속도를 측정하여 피 급유기(20)에 전송할 수 있다.
또한, 공중 급유 장치(100)는 연료 수급관(131)의 급유구 ID를 피 급유기(20)에 전송한다(S510). 공중 급유 장치(100)는 연료 수급관(131)의 급유구 ID가 미리 저장된 급유구 테이블에서 급유 가능한 급유구 ID를 선택하여 피 급유기(20)에 전송할 수 있다. 그러면, 공중 급유 장치(100)는 선택된 급유구 ID를 급유 상태 중인 급유구로 지정할 수 있다.
그리고 공중 급유 장치(100)는 피 급유기(20)가 급유구 ID에 대응하는 연료 수급관(131)의 급유구에 연결되는지를 확인한다(S512).
공중 급유 장치(100)는 연결 오류 메시지를 전송한다(S514). 공중 급유 장치(100)는 연결 오류 메시지뿐만 아니라, 피 급유기(20)와의 연결 상태를 모니터링하고, 정상적인 연결이 가능하도록 급유구와의 연결 상태 정보를 피 급유기(20)로 전송할 수 있다.
그리고 공중 급유 장치(100)는 연결된 연료 수급관(131)의 급유구를 통해 연료를 항속 거리에 따라 급유한다(S516). 공중 급유 장치(100)는 피 급유기(20)의 항속 거리에 따라 급유구를 전개하여 반경을 조절할 수 있도록 한다.
이후, 공중 급유 장치(100)는 피 급유기(20)의 급유가 완료되는지를 확인한다(S518).
피 급유기(20)의 급유가 완료되고 피 급유기(20)가 공중 급유 장치(100)를 떠난 후, 공중 급유 장치(100)는 연료 수급관(131)의 회전을 정지시킨다(S520).
이어서, 공중 급유 장치(100)는 원심 급유부(130)의 휠을 이용하여 연료 수급관(131)을 감는다(S522).
공중 급유 장치(100)는 리프트(111)를 통해 연료 급유부를 회수한다(S524).
이와 같이, 항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 일반적인 공중 급유기의 이점을 유지하면서, 공격기, 전투기, 폭격기가 원래는 도달할 수 없는 먼 곳까지 갈 수 있게 해줄 수 있다. 항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 정찰 항공기가 더 오래 공중에 머물며 작전을 수행할 수 있게 한다.
항적 고정식 공중 급유 장치(100)는 연료량을 줄어 화물 또는 무장을 늘려 이륙 후 부족한 연료를 재충전하여 보다 다양한 작전 및 임무를 수행할 수 있게 한다.
이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 비행선
20: 피 급유기
100: 공중 급유 장치
110: 연료 공급부
111: 리프트
112: 연료 공급관
120: 급유 제어부
130: 원심 급유부
131: 연료 수급관
140: 통신부

Claims (14)

  1. 공중에 정지 상태로 비행 가능한 비행선의 연료 탱크와 연결된 연료 공급관을 통해 연료를 공급하는 연료 공급부;
    상기 연료 공급부의 연료 공급관과 연결된 적어도 하나의 연료 수급관을 구비하고, 상기 연료 수급관을 원형으로 회전시키고, 상기 연료 공급관으로부터 연료를 연료 수급관을 통해 공급받아 연료를 급유하는 원심 급유부;
    피 급유기와 통신하는 통신부; 및
    상기 통신부를 통해 피 급유기와의 통신을 수행하여 상기 피 급유기의 도착을 확인하고, 상기 연료 수급관과 급유 대상 비행체인 피 급유기가 연결되면, 상기 연결된 피 급유기에 상기 공급된 연료가 급유되도록, 상기 연료 공급부 및 상기 원심 급유부를 제어하는 급유 제어부
    를 포함하는 항적 고정식 공중 급유 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원심 급유부는
    복수 층으로 구분되고, 구분된 복수 층마다 위치한 복수의 원심 급유부를 포함하고,
    상기 복수의 원심 급유부는 연료 공급관과 각각 연결되고, 상기 연결된 연료 공급관을 통해 연료를 각각 공급받는 항적 고정식 공중 급유 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원심 급유부를 상승시키거나 하강시키는 리프트를 더 포함하고,
    상기 급유 제어부는 상기 피 급유기의 급유를 시작하기 위해 상기 리프트를 통해 상기 원심 급유부를 하강시키고, 상기 피 급유기의 급유가 완료되면 상기 리프트를 통해 상기 원심 급유부를 상승시켜 회수하는 항적 고정식 공중 급유 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원심 급유부는 연료 수급관과 연결되며, 원형으로 회전 가능한 원심 휠을 포함하고,
    상기 급유 제어부는 상기 원심 급유부의 원심 휠의 속도를 제어하여 연료 수급관을 원형으로 회전시키는 항적 고정식 공중 급유 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 급유 제어부는
    상기 원심 휠에 의해 원형으로 회전하는 연료 수급관의 회전 속도를 계산하고, 상기 피 급유기의 이동 속도가 상기 계산된 회전 속도와 동일하게 유지되도록, 상기 계산된 회전 속도를 상기 피 급유기에 전송하는 항적 고정식 공중 급유 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 급유 제어부는
    상기 피 급유기에 대응하는 연료 수급관의 급유구 아이디를 상기 피 급유기에 전송하고, 상기 전송된 급유구 아이디에 해당하는 급유구에 상기 피 급유기가 연결되는지 확인하는 항적 고정식 공중 급유 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 급유 제어부는
    상기 피 급유기가 상기 연료 수급관의 급유구에 연결되면 상기 피 급유기에 연료를 급유시키고, 상기 피 급유기가 상기 급유구에 연결되지 않으면 연결 오류 메시지를 상기 피 급유기로 전송하는 항적 고정식 공중 급유 장치.
  9. 공중에 정지 상태로 비행 가능하고, 연료 탱크와 연결된 연료 공급관을 구비한 연료 공급부 및 연료 공급관과 연결된 연료 수급관을 구비한 원심 급유부를 포함하는 비행선에서의 공중 급유 방법에 있어서,
    급유 대상 비행체인 피 급유기와의 무선 통신을 통해 상기 피 급유기의 도착을 확인하는 단계;
    원심 급유부의 연료 수급관을 원형으로 회전시키는 단계;
    원심 급유부에 의해 회전하는 연료 수급관과 상기 피 급유기가 연결되는지 확인하는 단계;
    상기 회전하는 연료 수급관과 상기 피 급유기가 연결되면, 상기 연료 공급관을 통해 상기 연료 수급관으로 연료를 공급하는 단계; 및
    연료 공급부에 구비된 연료 공급관으로부터 연료 수급관을 통해 공급된 연료를 상기 연결된 피 급유기에 급유하는 단계
    를 포함하는 항적 고정식 공중 급유 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 피 급유기의 급유를 시작하기 위해 리프트를 통해 상기 원심 급유부를 하강시키는 단계; 및
    상기 피 급유기의 급유가 완료되면 상기 리프트를 통해 상기 원심 급유부를 상승시켜 회수하는 단계
    를 더 포함하는 항적 고정식 공중 급유 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    원심 휠의 속도를 제어하여 연료 수급관을 원형으로 회전시키는 단계;
    상기 원심 휠에 의해 원형으로 회전하는 연료 수급관의 회전 속도를 계산하는 단계; 및
    상기 피 급유기의 이동 속도가 상기 계산된 회전 속도와 동일하게 유지되도록, 상기 계산된 회전 속도를 상기 피 급유기에 전송하는 단계
    를 더 포함하는 항적 고정식 공중 급유 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 피 급유기에 대응하는 연료 수급관의 급유구 아이디를 상기 피 급유기에 전송하는 단계; 및
    상기 전송된 급유구 아이디에 해당하는 급유구에 상기 피 급유기가 연결되는지 확인하여 상기 피 급유기가 상기 급유구에 연결되면 상기 피 급유기에 연료를 급유시키는 항적 고정식 공중 급유 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 피 급유기가 상기 급유구에 연결되지 않으면 연결 오류 메시지를 상기 피 급유기로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 항적 고정식 공중 급유 방법.
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