KR101884903B1 - 무인비행체 - Google Patents

Abstract

로터를 변환시켜 좁은 지역을 비행할 수 있으며, 안정성이 뛰어나고 효과적으로 비행 가능한 무인비행체가 제공된다. 무인비행체는, 몸체, 상기 몸체에 힌지 결합되며, 로터 회전축이 수직 또는 수평으로 변환되는 제1 로터모듈, 일측에 양력을 발생시키는 고정익 구조의 날개가 형성되고 타측에 양력을 발생시키는 회전익구조의 제2 로터모듈이 형성되며, 상기 몸체에 회동축을 통하여 회동 가능하게 결합되는 적어도 하나의 가변날개부를 포함하되, 상기 가변날개부는 상기 회동축을 중심으로 회전하여 상기 날개가 수평면과 이루는 각도를 가변시킨다.

Description

무인비행체{Unmanned aero vehicle}

본 발명은 무인비행체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 좁은 지역을 비행할 수 있으며, 안정성이 뛰어나고 효율적으로 비행 가능한 무인비행체에 관한 것이다.

일반적으로 무인비행체는 고정익(fixed wing) 항공기, 멀티로터(multi-rotor) 비행체, 틸트로터(tilt-rotor) 비행체 등 다양한 형태로 개발되고 있다.

틸트로터 비행체는 수직 이착륙이 가능한 비행체로. 프로펠러를 하늘로 향하게 하여 수직 이착륙 할 수 있으며, 비행중에 수평방향으로 바꿔 속도를 높일 수 있다. 그러나, 수직 이착륙을 위한 구동 모드에서 고속주행을 위한 고정익 형태의 구동모드로의 변환과정에서 제어가 불연속적이고 어려운 단점이 있다.

멀티로터 비행체는 3개 이상의 로터를 가진 비행체로 비행 안정성이 뛰어난 반면, 다수의 프로펠러를 사용하므로 크기가 커져 좁은 지역을 통과하는데 어려움이 있다. 이를 보완하기 위해, 멀티로터의 크기를 작게 만들어 보았지만, 멀티로터의 크기가 작아지면서 비행안정성이 떨어지고, 프로펠러 크기도 작아져 추력에 영향을 미치는 문제가 발생하였다.

이로 인해, 비행 안정성이 뛰어난 멀티로터를 활용하여 좁은 지역을 효과적으로 통과할 수 있도록 가변 가능한 무인비행체를 필요로 하였다.

대한민국 등록특허 제10-1527544호, (2015.06.03)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서 좁은 지역을 비행할 수 있으며, 안정성이 뛰어나고 효율적으로 비행 가능한 무인비행체를 제공하려는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 기술적 과제에 의한 무인비행체는, 몸체와, 상기 몸체에 힌지 결합되며, 로터 회전축이 수직 또는 수평으로 변환되는 제1 로터모듈과, 일측에 양력을 발생시키는 고정익 구조의 날개가 형성되고 타측에 양력을 발생시키는 회전익구조의 제2 로터모듈이 형성되며, 상기 몸체에 회동축을 통하여 회동 가능하게 결합되는 적어도 하나의 가변날개부를 포함하되, 상기 가변날개부는 상기 회동축을 중심으로 회전하여 상기 날개가 수평면과 이루는 각도를 가변시킨다.

상기 가변날개부는 복수 개가 상기 제1 로터모듈을 중심으로 상기 몸체 양단에 결합될 수 있다.

상기 회동축은 상기 로터 회전축과 비스듬한 각을 유지할 수 있다.

상기 가변날개부는 상기 회동축을 중심으로 120° 회전하여, 상기 제2 로터모듈이 상방으로 양력을 발생시키거나, 상기 날개가 수평방향을 이루도록 전환될 수 있다.

상기 몸체 양단에 결합된 한 쌍의 상기 가변날개부는 상기 회동축을 중심으로 각각 회전하여 상기 제2 로터모듈 사이의 간격이 가변될 수 있다.

상기 가변날개부가 상기 회동축을 중심으로 회전하여 상기 날개가 수평을 이루면, 상기 제2 로터모듈을 정지하고, 상기 제1 로터모듈은 수평방향으로 변환되어 추력을 발생시킬 수 있다.

상기 몸체 양단에 각각 결합되어 수평방향으로 방향이 전환된 한 쌍의 상기 제2 로터모듈은 상기 몸체 양단에서 상기 제2 로터모듈의 추력을 조절하여 방향을 조절할 수 있다.

상기 가변날개부는 상기 회동축을 중심으로 회전하여 방향을 조절하거나 상기 날개의 양력을 조절할 수 있다.

본 발명에 의한 무인비행체는, 프로펠러의 접힘이 가능한 동시에 고정익으로 인한 양력이 발생하여 안정성이 뛰어나며, 좁은 지역을 비행할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 프로펠러를 빠르게 변환시켜 고정익으로 인한 양력이 발생하여 빠르게 비행할 수 있고, 비행 체공시간이 늘어나 비행시간을 늘릴 수 있어 먼 지역까지 이동할 수 있으며, 이로 인해, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 관성에 의해 회전하는 프로펠러의 손상을 방지할 수 있으며, 비행 목적과 비행 상황에 따라 효율적으로 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무인비행체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 무인비행체의 부분 분해사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 무인비행체의 돌출부를 확대 도시한 사시도이다.
도 5 및 도 6은 무인비행체의 작동과정을 도시한 작동도이다.
도 7은 도 1의 무인비행체의 사용 예를 도시한 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 도 1 내지 도 7를 참조하여 본 발명의 무인비행체에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 무인비행체(1)는 양력을 발생시키는 동시에 프로펠러가 손상되지 않도록 회동 가능하여 안정성이 뛰어나며, 좁은 지역을 비행할 수 있을 뿐만 아니라 비행 목적과 상황에 따라 효율적으로 제어할 수 있다.

이하, 도 1 내지 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체에 관하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무인비행체의 사시도이고, 도 2는 도 1의 무인비행체의 부분 분해 사시도이다.

본 발명에 따른 무인비행체(1)는 몸체(10)와, 몸체(10)에 힌지 결합되며 로터 회전축이 수직 또는 수평으로 변환되는 제1 로터모듈(20)과, 일측에 양력을 발생시키는 고정익 구조의 날개(31)가 형성되고 타측에 양력을 발생시키는 회전익 구조의 제2 로터모듈(32)이 형성되며, 몸체(10)에 회동축(342)을 통하여 회동 가능하게 결합되는 적어도 하나의 가변날개부(30)를 포함하되, 가변날개부(30)는 회동축(342)을 중심으로 회전하여 날개(31)가 수평면과 이루는 각도를 가변시킨다.

본 명세서 상에서의 수평면은 중력 방향에 대해 수직인 평면을 의미하며 구체적으로는 도 1에 도시된 xy평면을 의미한다.

몸체(10)는 무인비행체(1)의 프레임을 형성하는 것으로 다양한 크기와 형상으로 형성될 수 있다. 몸체(10)의 일측은 돌출되어 돌출부(11)가 형성될 수 있다. 몸체(10)에 제1 로터모듈(20)과 적어도 하나의 가변날개부(30)가 연결될 수 있나, 한 쌍의 가변날개부(30)가 제1 로터모듈(20)을 중심으로 몸체(10) 양단에 결합되는 것을 예로 들어 설명한다. 몸체(10)의 일측에 돌출되어 형성되는 돌출부(11)는 일측면이 경사지게 형성되는 제1 경사면(111)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 제1 경사면(111)은 x, y, z축과 각각 45°로 경사지게 형성되는 것을 예로 들어 설명한다. 한편, 돌출부(11)의 제1 경사면(111)에는 가변날개부(30)가 결합될 수 있다.

가변날개부(30)는 양력을 발생시키고 돌출부(11)에 회동 가능하게 결합될 수 있으며, 몸체(10)의 양 측면에 한 쌍으로 형성될 수 있다. 가변날개부(30)의 일측에는 양력을 발생시키는 고정익 구조의 날개(31)가 형성되고, 타측에는 양력을 발생시키는 회전익 구조의 제2 로터모듈(32)이 형성되며, 몸체(10)에 회동축(342)을 통하여 회동 가능하게 적어도 하나가 결합될 수 있다. 가변날개부(30)는 회전블록(34), 날개(31), 회전암(33) 및 제2 로터모듈(32)을 포함할 수 있다.

회전암(33)은 원기둥의 형상으로 형성되어 x축 방향으로 배치되며 돌출부(11)에 고정될 수 있다. 즉, 회전암(33)은 제1 경사면(111)에 x축 방향으로 결합될 수 있다. 회전암(33)은 몸체(10)의 양측에 한 쌍이 결합될 수 있으며, 회전암(33)의 일측에는 회전블록(34)이 고정되고, 타측에는 제2 로터모듈(32)이 고정 배치될 수 있다. 회전암(33)의 일측에 형성된 회전블록(34)은 정삼각뿔 형상으로 형성될 수 있으며, 회전블록(34)의 측면에 회전암(33)이 고정될 수 있다. 회전블록(34)의 제2 경사면(341)은 제1 경사면(111)과 접하도록 형성되며, 제2 경사면(341)의 중심부에 회동축(342)이 형성될 수 있다. 회전블록(34)은 회동축(342)을 통해 제1 경사면(111)에 회동 가능하게 결합될 수 있다. 회전암(33)의 일측에는 날개(31)가 고정될 수 있다.

날개(31)는 양력을 발생시키고 회전암(33)에 고정되는 고정익 구조로 형성된다. 가변날개부(30)가 회동축(342)을 기준으로 날개(31)는 xy평면에 평행하게 설치되고, 회전암(33)은 y축방향으로 회동하였을 때, 날개(31)는 양력을 발생시킬 수 있다. 날개(31)는 회전암(33)이 x축 방향으로 돌출부(11)에 결합되었을 때, 수직방향으로 결합될 수 있다. 즉, 회전암(33)이 x축 방향으로 돌출부(11)에 결합되었을 때 날개(31)는 회전암(33)의 외측면에 zx축 방향과 평행하게 고정 배치될 수 있다.

한편, 회전암(33)의 타측에 고정 형성되는 제2 로터모듈(32)은 제2 연결부재(321)와 제2 프로펠러(322)를 포함할 수 있다.

제2 로터모듈(32)은 한 쌍의 회전암(33)의 타측에 형성되며, 제2 연결부재(321)와 제2 프로펠러(322)를 포함할 수 있다. 제2 연결부재(321)는 회전암(33)의 타측에 박스 형상으로 형성되어, 회전암(33)과 프로펠러를 연결시켜주는 연결부재의 역할을 할 수 있다. 회전암(33)의 상부에 형성되는 제2 프로펠러(322)는 무인비행체(1)의 추력을 발생시킬 수 있으며, 한 쌍의 제2 프로펠러(322)의 추력을 각각 조절하여 무인비행체(1)의 방향을 제어할 수 있다. 한 쌍의 제2 가변날개부(30)와 수직한 측면에는 제1 로터모듈(20)이 형성될 수 있다.

제1 로터모듈(20)은 몸체(10)에 힌지 결합되고 수직 또는 수평방향으로 변환되어 추력을 발생시킬 수 있다. 제1 로터모듈(20)은 고정암(21), 제1 연결부재(22), 제1 프로펠러(23)를 포함할 수 있다. 고정암(21)은 일측은 몸체(10)에 고정 형성되며, 타측에는 제1 연결부재(22)가 힌지 결합될 수 있다. 고정암(21)에 힌지 결합된 제1 연결부재(22)는 수직 또는 수평방향으로 변환될 수 있으며, 제1 프로펠러(23)가 결합될 수 있다. 제1 연결부재(22)가 수직방향으로 배치되어 있을 때, 제1 연결부재(22)의 상부에 제1 프로펠러(23)가 형성된다. 제1 연결부재(22)가 수평방향으로 변환됨에 따라, 제1 연결부재(22)에 결합되어 있는 제1 프로펠러(23)도 수평방향으로 변환되어, 추력을 발생시키는 방향이 변환될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1 프로펠러(23)는 고정암(21)에 힌지 결합되는 것을 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되지 않고 제1 프로펠러(23)가 몸체(10)에 힌지 결합될 수도 있다.

한편, 제1 로터모듈(20) 및 제2 로터모듈(32)의 방향은 회전구동부(도시하지 않음)에서 변환시킬 수 있다. 회전구동부는 몸체(10), 돌출부(11) 또는 고정암(21) 등 무인비행체(1)의 내부 또는 외부에 형성되어 제1 로터모듈(20)을 구동시키거나 제2 로터모듈(32)을 구동시킬 수 있으며, 제1 로터모듈(20) 또는 제2 로터모듈(32)의 방향을 변환시킬 수 있다.

이하, 도 3 및 도 6를 참조하여 무인비행체가 비행 중 무인비행체의 크기를 대폭 줄여 좁은 지역을 통과할 수 있도록 가변날개부를 회동시키는 과정을 설명하도록 한다.

도 3 및 도 4는 도 1의 무인비행체의 돌출부를 확대 도시한 사시도이고, 도 5 및 도 6은 무인비행체의 작동과정을 도시한 작동도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 제1 경사면(111)에 결합된 가변날개부(30)가 회동축(342)을 중심으로 120°회동하는 과정을 도시하고 있다.

먼저, 도 3을 참조하면, 가변날개부(30)는 돌출부(11)의 제1 경사면(111)에 결합되어 있다. 회동하기 전의 날개(31)는 도면에서 나타난 점선과 같이 x축 방향을 향하여 회전암(33)의 외측면에 수직 고정 되어 있다. 이때, 제1 프로펠러(23)는 zx평면에 배치되어 있으며, 도 5의 평면도에 점선으로 도시된 바와 같이, 제1 프로펠러(23)는 상부를 향하여 배치되어 있다. 즉, 회전암(33)이 x축 방향을 향하여 배치되어 있을 때는 날개(31)와 제1 프로펠러(23)가 z축 방향을 향하도록 배치될 수 있으며, 이때, 제1 프로펠러(23)가 회전하면 무인비행체(1)를 바닥으로부터 상승시킬 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 가변날개부(30)가 좁은 지역을 통과하기 위해 60°회전한 도면을 나타내고 있다. 회전암(33)이 회동축(342)으로부터 60° 회전하면 날개(31)는 비스듬하게 배치될 수 있고, 제1 프로펠러(23) 또한 날개(31)와 같은 방향을 향하여 비스듬하게 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 로터모듈(20)의 회전축은 수직으로 배치되어 있으며, 제1 프로펠러(23)는 상부를 향하여 배치되어 있다. 이때, 가변날개부(30)가 회동하는 중에는 제1 프로펠러(23)와 제2 프로펠러(322)는 모두 작동하여 추력을 발생하고 있는 상태이며, 회전블록(34)이 회동축(342)을 따라 회전함에 따라 회전암(33), 날개(31) 및 제2 로터모듈(32)은 동시에 회전할 수 있다.

도 4는 가변날개부(30)가 회동축(342)을 중심으로 120° 회전한 도면을 도시하고 있다. 가변날개부(30)가 120° 회전하면, 날개(31)는 수평방향으로 변환될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 회전블록(34)이 120°회전하여 날개(31)가 수평을 이루는 것은 날개(31)가 xy평면에 배치되는 것을 의미하며, 회전암(33)의 회전과 동시에 제2 프로펠러(322)가 추력을 발생시키는 방향도 변환될 수 있다. 가변날개부(30)가 120° 회전하면 제2 프로펠러(322) 도 6에 도시된 바와 같이 위치할 수 있다. 가변날개부(30)가 회동하여 날개(31)가 수평을 이루면, 날개(31)는 양력을 발생시키고 제2 로터모듈(32)은 정지한다. 제2 로터모듈(32)이 정지하는 동시에 제1 로터모듈(20)은 수평방향으로 변환되어 추력을 발생시킬 수 있다. 몸체(10)의 양단에 각각 결합되어 수평방향으로 방향이 전환된 한 쌍의 제2 로터모듈(32)은 몸체(10)의 양단에서 제2 로터모듈(32)의 추력을 조절하여 방향을 조절할 수 있다.

이와 같이, 가변날개부(30)가 회동축(342)을 중심으로 회전함에 따라 제2로터모듈(32)이 상방으로 양력을 발생시키거나 날개(31)가 수평방향을 이루도록 변환되어 양력을 발생시킬 수 있다. 또한, 몸체의 양단에 결합된 한 쌍의 가변날개부(30)가 회동축(342)을 중심으로 회전함에 따라, 제2 로터모듈(32) 사이의 간격이 가변될 수 있다. 즉, 회전암(33)이 x축 방향으로 향하여 배치되었을 때 한 쌍의 제2 로터모듈(32) 사이의 간격과, 회전암(33)이 회전하여 수평방향으로 변환되었을 때의 한 쌍의 제2 로터모듈(32) 사이의 간격은 가변될 수 있다. 가변날개부(30)가 변환됨에 따라 제2 로터모듈(32) 사이의 간격은 가변될 수 있음을 의미한다. 이에 따라, 무인비행체(1)는 가변날개부(30)가 접히면서 크기는 작아지고, 안정성이 뛰어나며 좁은 지역을 통과할 수 있는 장점이 있다.

이하, 도 7을 참조하여 좁은 지역을 통과하는 무인비행체(1)에 대하여 설명하도록 한다.

도 7은 도 1의 무인비행체(1)의 사용 예를 도시한 사시도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 무인비행체(1)는 위에서 설명한 바와 같이 가변날개부(30)가 회동축(342)을 중심으로 회동하여, 날개(31)가 수평방향으로 전환될 수 있다. 날개(31)가 몸체(10)와 수평을 이루고, 제1 로터모듈(20) 또한 수직방향에서 수평방향으로 변환되어 추력을 발생시킴으로써 무인비행체(1)의 크기를 대폭 줄이면서 비행할 수 있다. 무인비행체(1)의 크기를 줄이는 동시에 고정익인 날개(31)가 양력을 발생시켜, 좁은 지역을 통과하면서 비행을 할 수 있다. 가변날개부(30)가 수평방향으로 접힐 때 45° 기울어진 제1 경사면(111)을 중심으로 회전하여 날개(31)와 프로펠러의 손상을 최소화할 수 있다.

또한, 가변날개부(30)가 접히는 동시에 날개(31)가 양력을 발생시키고, 제1 프로펠러(23)가 수평방향으로 변환되어 추력을 발생시켜 안정성이 뛰어날 뿐만 아니라, 크기가 작아져도 양력과 추력을 발생시키면서 비행할 수 있는 장점이 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 무인비행체 10: 몸체
11: 돌출부 20: 제1 로터모듈
21: 고정암 22: 제1 연결부재
23: 제1 프로펠러 30: 가변날개부
31: 날개 32: 제2 로터모듈
33: 회전암 34: 회전블록
111: 제1 경사면 321: 제2 연결부재
322: 제2 프로펠러 341: 제2 경사면
342: 회동축

Claims (8)

1. 몸체;
   상기 몸체에 힌지 결합되며, 로터 회전축이 수직 또는 수평으로 변환되는 제1 로터모듈;
   일측에 양력을 발생시키는 고정익 구조의 날개가 형성되고 타측에 양력을 발생시키는 회전익구조의 제2 로터모듈이 형성되며, 상기 몸체에 회동축을 통하여 회동 가능하게 결합되는 적어도 하나의 가변날개부를 포함하되,
   상기 가변날개부는 상기 회동축을 중심으로 회전하여 상기 날개가 수평면과 이루는 각도를 가변시키고,
   상기 회동축은 상기 로터 회전축과 비스듬한 각을 유지하는 무인비행체.
2. 제1항에 있어서, 상기 가변날개부는 복수 개가 상기 제1 로터모듈을 중심으로 상기 몸체 양단에 결합되는 무인비행체.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서, 상기 가변날개부는 상기 회동축을 중심으로 120° 회전하여, 상기 제2 로터모듈이 상방으로 양력을 발생시키거나, 상기 날개가 수평방향을 이루도록 전환되는 무인비행체.
5. 제2항에 있어서, 상기 몸체 양단에 결합된 한 쌍의 상기 가변날개부는 상기 회동축을 중심으로 각각 회전하여 상기 제2 로터모듈 사이의 간격이 가변되는 무인비행체.
6. 제2항에 있어서, 상기 가변날개부가 상기 회동축을 중심으로 회전하여 상기 날개가 수평을 이루면, 상기 제2 로터모듈을 정지하고, 상기 제1 로터모듈은 수평방향으로 변환되어 추력을 발생시키는 무인비행체.
7. 제6항에 있어서, 상기 몸체 양단에 각각 결합되어 수평방향으로 방향이 전환된 한 쌍의 상기 제2 로터모듈은 상기 몸체 양단에서 상기 제2 로터모듈의 추력을 조절하여 방향을 조절하는 무인비행체.
8. 제6항에 있어서, 상기 가변날개부는 상기 회동축을 중심으로 회전하여 방향을 조절하거나 상기 날개의 양력을 조절하는 무인비행체.

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