KR101823781B1 - 무인 비행체용 소음 저감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인 비행체용 소음 저감장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 무인 비행체용 소음 저감장치는 프로펠러를 사용하는 무인 비행체용 소음 저감장치에 있어서, 상기 프로펠러가 수용되는 관통홀이 형성되어 상기 프로펠러를 둘러싸는 형태로 배치되고, 상기 관통홀과 접하는 내주연에는 상기 프로펠러의 외측 말단부가 수용되는 수용홈이 형성된 프롭가드; 및 상기 수용홈과 접하는 내벽면에 배치되는 흡음부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무인 비행체용 소음 저감장치 {NOISE REDUCTION DEVICE FOR UNMANNED AERIAL VEHICLE}
본 발명은 무인 비행체용 소음 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로펠러의 말단부에서 발생하는 저주파수형 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있는 무인 비행체용 소음 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로, "드론(drone)"이라고도 칭하는 무인비행체는 사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 헬리콥터 모양의 무인비행체로, 처음에는 비행의 목적으로만 활용되었으나, 최근에는 무인비행체에 전자적 장비들을 함께 구축하여 비행 이외의 다양한 목적을 수행할 수 있는 기술 수준에 이르고 있다.
이러한 무인비행체는 단순히 창공을 활공하는 비행 기능의 범주를 벗어나 3D 공간 구축에 필요한 DB를 획득하기 위한 목적으로도 활용될 수 있으며, 군사적으로는 공격용 무기를 탑재하여 적진을 파괴할 수 있는 살상용 무기 용도로도 활용될 수 있고, 이외에도 다양한 역할 수행이 가능하다.
이러한 무인 비행체는, 도 1에 도시된 바와 같이, 비행 동작을 제어하는 컨트롤러 등을 탑재한 본체부(10), 컨트롤러에 의해 회전속도가 조절되는 복수의 모터(20), 복수의 모터(20)를 지지하기 위해 본체부(10)에서 반경 방향으로 분지되는 각각의 지지 프레임(30), 그리고 복수의 모터(20)의 회전축에 결합되어 추력을 내는 각각의 프로펠러(40)를 포함한다.
예를 들어, 복수의 지지 프레임(30)은 본체부(10)의 둘레를 따라 간격을 두고 구비되는 제1 내지 제4 지지 프레임(31,32,33,34)을 포함하고, 복수의 모터(20)는 상기 제1 내지 제4 지지 프레임(31,32,33,34)의 단부에 각각 구비되는 제1 내지 제4 모터(21,22,23,24)를 포함하며, 그리고 복수의 프로펠러(40)는 제1 내지 제4 모터(21,22,23,24)의 회전축에 각각 결합되는 제1 내지 제4 프로펠러(41,42,43,44)를 포함할 수 있다.
하지만, 이러한 무인비행체는 비행을 위해 복수의 프로펠러가 고속회전하는 과정에서 상당한 소음이 발생하는 문제가 있다.
구체적으로, 수직 이착륙형 드론의 소음발생원은 크게 저주파수형 로터 조화소음과 블레이드와류간섭(Blade Vortex Interaction; BVI)과 고속충격(High Speed Impulsive;HSI)에 의한 소음, 고주파수형 엔진/모터 소음으로 이루어진다.
고주파수형 소음은 소음 레벨이 낮고 전파거리가 짧은 반면, 저주파수형 소음은 소음 레벨이 크고 멀리 전파되는 성질이 있어 수직 이착륙형 드론의 소음발생원 중 대부분을 차지한다. 저주파수형 소음 중 가장 큰 소음 레벨을 갖는 소음발생원은 블레이드가 고속회전하면서 블레이드 끝부분에서 발생하는 블레이드와류간섭(Blade Vortex Interaction noise;BVI)과 고속충격(High Speed Impulsive noise;HSI)에 의한 저주파수형 소음이다.
상기와 같이, 최근 무인비행체에 대한 관심을 갖는 사용자가 해마다 증가하고 있으며, 무인비행체의 비행소음으로 인한 문제 역시 증가하고 있으므로, 무인비행체의 비행 소음을 저감할 수 있는 기술이 필요하다.
특허문헌 1. 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0136797호(2012.12.20)
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비행 소음을 최소화할 수 있는 무인 비행체용 소음 저감장치를 제공함에 있다.
또한, 프로펠러의 단부에서 발생하는 저주파수형 소음이 수용홈 내에서 효과적으로 흡수되도록 할 수 있는 무인 비행체용 소음 저감장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 프로펠러를 사용하는 무인 비행체용 소음 저감장치에 있어서, 상기 프로펠러가 수용되는 관통홀이 형성되어 상기 프로펠러를 둘러싸는 형태로 배치되고, 상기 관통홀과 접하는 내주연에는 상기 프로펠러의 외측 말단부가 수용되는 수용홈이 형성된 프롭가드; 및 상기 수용홈과 접하는 내벽면에 배치되는 흡음부재;를 포함하는 무인 비행체용 소음 저감장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 수용홈은 "C"자형 단면을 갖도록 함몰 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 흡음부재는 상기 수용홈과 접하는 내벽면의 중앙부분에서 프롭가드의 길이방향을 따라 배치되는 제1흡음재와, 상기 수용홈과 접하는 내벽면의 상측 단부와 하측 단부 중 적어도 어느 하나에서 프롭가드의 길이방향을 따라 배치되는 제2흡음재를 포함하며, 상기 제2흡음재는 제1흡음재에 비해 음파 반사율이 상대적으로 높은 것이 바람직하다.
상기 수용홈은 "C"자형 단면의 하측 단부가 상측 단부에 비해 상대적으로 길게 연장되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 무인 비행체의 프로펠러에서 발생하는 비행 소음을 최소화할 수 있는 무인 비행체용 소음 저감장치가 제공된다.
또한, 프로펠러의 단부에서 발생하는 블레이드와류간섭(Blade Vortex Interaction; BVI)과 고속충격(High Speed Impulsive;HSI)에 의한 저주파수형 소음이 수용홈 내에서 효과적으로 흡수되도록 할 수 있는 무인 비행체용 소음 저감장치가 제공된다.
도 1은 종래 일반적인 무인 비행체의 사시도,
도 2는 본 발명 제1실시예에 따른 무인 비행체용 소음 저감장치의 사시도이고,
도 3은 도 2의 프롭가드의 발췌사시도이고,
도 4는 도 2의 프롭가드의 확대단면도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 무인 비행체용 소음 저감장치에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중, 도 2는 본 발명 제1실시예에 따른 무인 비행체용 소음 저감장치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 프롭가드의 발췌사시도이고, 도 4는 도 2의 프롭가드의 확대단면도이다.
상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 무인 비행체용 소음 저감장치는 무인 비행체에 마련된 프로펠러(40)의 회전반경 테두리를 둘러싸는 형태로 배치되어 프로펠러(40)를 보호하는 프롭가드(110) 및, 상기 프롭가드(110)의 내주연에 배치되어 프롭가드(110)의 말단부에서 발생하는 소음을 흡수하는 흡음부재(120)를 포함하여 구성된다.
한편, 본 실시예에서는, 무인 비행체가 비행 동작을 제어하는 컨트롤러와 배터리 및 통신모듈 등을 탑재한 본체부(10)와, 컨트롤러에서 제공되는 제어신호에 의해 회전속도가 조절되는 복수의 모터(20)와, 복수의 모터(20)를 지지하기 위해 본체부(10)에서 반경 방향으로 연장되는 복수의 지지 프레임(30)과, 복수의 모터(20)의 회전축에 결합되어 추력을 제공하는 프로펠러(40)를 포함하고, 본체부(10)의 주변에 모터(20)와 지지 프레임(30)과 프로펠러(40)가 각각 4개씩 마련된 쿼드 콥터(Quad Copter)형 무인 비행체인 것으로 예를 들었으나, 쿼드 콥터 이외에 바이 콥터(Bi Copter), 트라이 콥터(Tri Copter), 헥사 콥터(Hexa Copter), 옥토 콥터(Octo Copter) 등 프로펠러를 이용해 비행하는 다양한 형태의 무인 비행체에 적용될 수 있을 것이다.
상기 프롭가드(110)는 상기 프로펠러(40)가 수용되는 관통홀(111)이 형성되어 상기 프로펠러(40)의 회전반경 외측을 둘러싸는 형태로 배치되고, 상기 관통홀(111)과 접하는 내주연에는 상기 프로펠러(40)의 말단부가 수용되는 수용홈(112)이 형성되며, 본체부(10) 또는 지지 프레임(30)에 연결된다. 또한, 상기 수용홈(112)은 상기 프로펠러(40)의 말단부가 일부 수용될 수 있도록 대략 "C"자의 형태로 함몰된 단면 형태로 이루어지고, "C"자형 단면의 하측 단부(112c)가 상측 단부(112b)에 비해 상대적으로 길게 연장되는 형태로 구성된다. 여기서, 상기 하측 단부(112c)는 프로펠러(40)와 충돌하지 않는 범위 내에서, 상기 프로펠러(40)에 최대한 근접하도록 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 상기 프롭가드(110)가 링형의 외형을 갖는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 프로펠러(40)를 수용하기 위한 원형의 관통홀(111)이 다수 형성된 플레이트 형상을 갖는 것도 가능할 것이다.
상기 흡음부재(120)는 프로펠러(40)의 말단부에서 발생하는 소음을 흡수할 수 있도록 상기 수용홈(112) 내에 배치되는 것으로, 수용홈(112)과 접하는 내벽면 전체에 밀착되는 것이 바람직하다. 이러한 흡음부재(120)는 상기 수용홈(112)의 중앙부분(112a)에서 프롭가드(110)의 길이방향을 따라 배치되는 제1흡음재(121)와, 상기 수용홈(112)의 상측 단부(112b)와 하측 단부(112c) 중 적어도 어느 하나에서 프롭가드(110)의 길이방향을 따라 배치되는 제2흡음재(122)를 포함하며, 상기 제2흡음재(122)는 제1흡음재(121)에 비해 상대적으로 음파 반사율이 높게 설정된다.
구체적으로, 상기 흡음부재(120)는 프로펠러(40)의 말단부에서 발생하는 블레이드와류간섭(Blade Vortex Interaction; BVI)과 고속충격(High Speed Impulsive;HSI)에 의한 저주파수형 소음을 흡수할 수 있는 소재로 구성되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 수용홈(112)과 접하는 흡음부재(120)의 표면에 다수의 요철부가 교대로 반복 배열된 폴리우레탄 흡음재로 구성된 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 흡음부재(120)의 표면에 형성된 요철부는, 요철부의 오목한 부분에 부딪혀 반사되는 소음이 다른 소음의 파장과 상쇄간섭을 일으키도록 함으로써, 프로펠러(40)에서 발생하는 저주파수형 소음을 흡수할 수 있으며, 이에 따라 무인 비행체의 비행과정에서 발생하는 소음을 상당부분 저감시킬 수 있다.
한편, 상기 흡음부재(120)는 소음 저감 효율을 향상시킬 수 있도록, 수용홈(112)의 중앙 부분에 배치되는 제1흡음재(121)는 흡수율이 우수한 형태로 구성하고, 수용홈(112)의 상측 단부(112b)와 하측 단부(112c)에 배치되는 제2흡음재(122)는 제1흡음재(121)에 비해 상대적으로 반사율이 높은 형태로 구성하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 상기 제1흡음재(121)의 요철부는 모서리가 둥근 형태로 구성하고, 상기 제2흡읍재의 요철부는 모서리가 뾰족한 형태로 구성함으로써, 상기 제1흡음재(121)는 제2흡음재(122)에 비해 상대적으로 우수한 흡음효과를 제공하고, 상기 제2흡음재(122)는 제1흡음재(121)에 비해 상대적으로 우수한 반사효과를 제공할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 요철부의 모서리 형태를 통해 흡수율과 반사율을 제어하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 흡음재의 소재나 요철부의 크기 등을 통해 제어하는 것도 가능할 것이다.
특히, 상기 수용홈(112)은 프로펠러(40)가 수용될 수 있도록 일측이 개구된 "C"형 단면으로 이루어져 있으므로, 수용홈(112)의 상측 단부(112b)와 하측 단부(112c)에 배치되는 제2흡음재(122)는 제2흡음재(122)에서 흡수되는 일부 음파를 제외한 나머지 음파를 수용홈(112)의 중앙부분(112a)을 향해 반사시키고, 수용홈(112)의 중앙부분(112a)을 향해 반사된 음파는 제1흡음재(121)에서 흡수되도록 할 수 있다. 따라서, 프로펠러(40)의 말단부에서 발생한 소음이 수용홈(112)의 개구를 통해 소음이 빠져나가는 것을 최소화할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 수용홈(112)의 하측 단부(112c)는 상측 단부(112b)에 비해 상대적으로 길게 연장되어 프로펠러(40)에 근접 배치되므로, 수용홈(112)의 개구는 무인 비행체의 상측 영역을 향하게 된다.
즉, 수용홈(112)의 개구를 통해 빠져나온 소음은 대부분 비행중인 무인 비행체의 상부영역을 향해 방출되도록 함으로써, 무인 비행체의 하부영역을 향하는 저주파수형 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110:프롭가드, 111:관통홀, 112:수용홈,
112a:중앙부분, 112b:상측 단부, 112c:하측 단부,
120:흡음부재, 121:제1흡음재, 122:제2흡음재

Claims (4)

  1. 프로펠러를 사용하는 무인 비행체용 소음 저감장치에 있어서,
    상기 프로펠러가 수용되는 관통홀이 형성되어 상기 프로펠러를 둘러싸는 형태로 배치되고, 상기 관통홀과 접하는 내주연에는 상기 프로펠러의 외측 말단부가 수용되는 수용홈이 형성된 프롭가드; 및
    상기 수용홈과 접하는 내벽면에 배치되는 흡음부재;를 포함하며,
    상기 수용홈은 "C"자형 단면을 갖도록 함몰 형성되어 상기 수용홈 내벽면의 일부분에서 반사된 소음이 상기 수용홈 내벽면의 다른 부분에서 흡수될 수 있도록 하고,
    상기 흡음부재는 상기 수용홈과 접하는 내벽면의 중앙부분에서 프롭가드의 길이방향을 따라 배치되는 제1흡음재와, 상기 수용홈과 접하는 내벽면의 상측 단부와 하측 단부 중 적어도 어느 하나에서 프롭가드의 길이방향을 따라 배치되는 제2흡음재를 포함하며, 상기 제2흡음재는 제1흡음재에 비해 음파 반사율이 상대적으로 높은 것을 특징으로 하는 무인 비행체용 소음 저감장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수용홈은 "C"자형 단면의 하측 단부가 상측 단부에 비해 상대적으로 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체용 소음 저감장치.
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KR102372505B1 (ko) * 2021-08-19 2022-03-08 최진호 야생동물 추적 관찰용 항공 드론장치

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