KR101914960B1 - Ducted fan based unmanned air vehicle system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 무인비행체의 어레이에 관한 것으로, 특히 전자석을 이용하여 결합/분리가 가능하고 돌풍 등의 외란에 강건한 덕티드 팬 기반의 무인 비행체 시스템에 관한 것으로, 모터 및 전원장치가 수납된 동체와 연결되며 내주면에는 비행을 위한 로터 블레이드가 배치되고 외주면에는 복수의 전자석 어레이가 배치된 원통 형상의 덕트가 구비된 복수의 덕티드 팬 무인비행체; 및 복수의 덕티드 팬 무인비행체와 통신을 수행하여 각 덕티드 팬 무인비행체의 비행 방향을 제어하고, 비행중에 각 덕티드 팬 무인비행체가 전자석 어레이를 선택적으로 동작시켜 비행체 결합을 수행할 수 있도록 상공의 기상상황에 따라 비행체 결합 형태 및 비행체별 배치 위치가 규정된 결합 패턴을 상기 덕티드 팬 무인비행체로 전송하는 원격 제어장치;를 포함하여 구성된다. The present invention relates to an array of a plurality of unmanned aerial vehicles, and more particularly, to a ducted fan-based unmanned aerial vehicle system which can be combined / separated using electromagnets and is robust against disturbances such as wind blasts, A plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles connected to an inner circumferential surface of the rotor, a rotor blade for flying, and a cylindrical duct having a plurality of electromagnet arrays arranged on an outer circumferential surface thereof; And a plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles to control the flight direction of each ducted fan unmanned aerial vehicle and to control the flight direction of each ducted fan unmanned aerial vehicle during flight by selectively operating the electromagnet array, And a remote control device for transmitting a coupling pattern in which a flight body coupling type and a flight body placement position are defined according to the weather conditions of the ducted fan unmanned air vehicle.
Description
본 발명은 다수의 무인비행체의 어레이에 관한 것으로, 특히 전자석을 이용하여 결합/분리가 가능하고 돌풍 등의 외란에 강건한 덕티드 팬 기반의 무인 비행체 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an array of a plurality of unmanned aerial vehicles, and more particularly, to a ducted fan-based unmanned aerial vehicle system capable of combining / separating using electromagnets and being robust against disturbances such as wind blasts.
일반적으로 회전날개 형상의 무인 헬리콥터는 비행 중 회전 날개 끝단 쪽으로 하중이 크게 편중된다. 이로 인하여 회전 날개 끝단 영역에서 내리흐름의 분포가 갑자기 증가하는 양상을 보이게 된다. 또한, 무인 헬리콥터는 비행 중 회전날개 끝에서 와류가 발생하게 되는데, 이에 의한 항력은 회전날개의 항력을 증가시키기 되고 결국에는 무인 헬리콥터의 효율을 저하시키는 요인이 된다.Generally, the unmanned helicopter in the form of a rotary wing is heavily biased toward the end of the rotary wing during flight. As a result, the distribution of the downward flow suddenly increases in the end region of the rotating blade. In addition, the unmanned helicopter generates vortexes at the tip of the rotating wing during flight, which causes the drag of the rotating wing to increase, which in turn decreases the efficiency of the unmanned helicopter.
상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 공기나 기타 유체가 흐르는 통로 및 구조물인 덕트(duct)를 이용한 덕티드 팬 무인비행체가 개발되었다. 상기 덕티드 팬 무인 비행체는 비행을 위한 동체, 로터 블레이드, 덕트, 스테이터와 4개의 조종면을 포함한다. In order to overcome such disadvantages, a ducted fan unmanned air vehicle using ducts as a passage through which air or other fluid flows and a duct as a structure has been developed. The ducted fan unmanned aerial vehicle includes a fuselage for flight, a rotor blade, a duct, a stator and four steering surfaces.
일반적인 덕티드 팬 무인비행체는 덕트가 없는 경우보다 큰 추진력을 얻을 수 있지만, 단일 모듈이 운반할 수 있는 무게에 한계가 있고, 꼬리 날개가 없는 구조를 가지므로 돌풍 등의 외란에 취약하다. 즉, 종래의 덕티드 팬 무인비행체의 단일 모듈은 제한된 조종력으로 돌풍등의 외란에 취약하고, 제한된 추력으로 인해 운반할 수 있는 물건의 무게의 한계가 있다.A general ducted fan unmanned aerial vehicle can achieve greater propulsion force in the absence of a duct, but has a limited weight that can be carried by a single module, and is vulnerable to disturbances such as blasts due to its tail-free structure. That is, a single module of a conventional ducted fan unmanned aerial vehicle is vulnerable to a disturbance such as a gust of wind due to limited steering force, and there is a limitation in the weight of the object that can be carried due to limited thrust.
또한, 결합을 위해 전자석을 포함한다. 전자석의 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 동심원 모양의 자기장을 형성한다. 이러한 원리를 이용하여 영구자석과는 다른 자기장을 얻을 수 있고, 도선에 흐르는 전류를 차단하면 자기장이 사라진다.It also includes an electromagnet for coupling. When a current flows through the conductor of the electromagnet, a concentric magnetic field is formed around the conductor. By using this principle, a magnetic field different from that of the permanent magnet can be obtained, and when the current flowing through the wire is blocked, the magnetic field disappears.
Raymond Oung, Raffaello D’Andrea, “The Distributed Flight Array: Design, implementation, and analysis of a modular vertical take-off and landing vehicle,” The international Journal of Robotics Research, 2013.Raymond Oung, Raffaello D'Andrea, "The Distributed Flight Array: Design, Implementation, and Analysis of a Modular Vertical Take-off and Landing Vehicle," International Journal of Robotics Research,
Raymond Oung, Frederic Bourgault, Matthew Donovan, and Raffaello D’Andrea, “The Distributed Flight Array”, IEEE ICRA, 2010.Raymond Oung, Frederic Bourgault, Matthew Donovan, and Raffaello D'Andrea, "The Distributed Flight Array", IEEE ICRA, 2010.
본 발명은 단일 덕티드 팬 무인비행체의 제한된 조종력과 추력의 한계를 극복할 수 있는 덕티드 팬 기반의 무인 비행체 시스템을 제공하는데 있다. The present invention provides a ducted fan-based unmanned aerial vehicle system capable of overcoming the limited steering force and thrust limit of a single ducted fan unmanned aerial vehicle.
본 발명의 다른 목적은 전자석을 이용하여 결합/분리를 수행할 수 있는 덕티드 팬 기반의 무인 비행체 시스템을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a ducted fan-based unmanned aerial vehicle system capable of performing coupling / separation using an electromagnet.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템은, 구동모터, 항전장비 및 전원장치가 수납된 동체와 연결되며 내주면에는 비행을 위한 로터 블레이드가 배치되고 외주면에는 복수의 전자석 어레이가 배치된 원통 형상의 덕트가 구비된 복수의 덕티드 팬 무인비행체; 및 복수의 덕티드 팬 무인비행체와 통신을 수행하여 각 덕티드 팬 무인비행체의 비행 방향을 제어하고, 비행중에 상공의 기상상황에 따라 비행체 결합 형태 및 비행체별 배치 위치가 규정된 결합 패턴을 상기 덕티드 팬 무인비행체로 전송하는 원격 제어장치;를 포함하며, 상기 각 덕티드 팬 무인비행체는 결합 패턴에 근거하여 복수의 전자석 어레이를 선택적으로 동작시켜 비행체 결합을 수행할 수 있다. In order to achieve the above object, a ducted fan-based unmanned aerial vehicle system according to an embodiment of the present invention is connected to a body accommodating a driving motor, avionics equipment and a power supply device, and a rotor blade A plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles having a cylindrical duct having a plurality of electromagnet arrays arranged on an outer circumferential surface thereof; And a plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles to control the flight direction of each ducted fan unmanned aerial vehicle and to provide a combined pattern in which the airborne coupling type and the airborne placement position are defined according to the weather conditions in flight, And each of the ducted fan unmanned aerial vehicles can selectively operate a plurality of electromagnet arrays based on a coupling pattern to perform flight combining.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 덕티드 팬 무인비행체는 구동모터, 항전장비 및 전원장치가 수납되어 있는 동체; 상기 동체와 지지대를 통해 연결되어 원형의 내측 둘레면을 갖는 덕트; 상기 덕트의 내측에 구비되어 구동 모터에 의해 회전하는 로터 블레이드; 및 상기 덕트의 외주면을 따라 일정 간격으로 설치된 복수의 전자석 어레이;를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the ducted fan unmanned aerial vehicle includes a body accommodating a driving motor, aviation equipment and a power supply unit; A duct connected to the body through a support and having a circular inner circumferential surface; A rotor blade provided inside the duct and rotated by a driving motor; And a plurality of electromagnet arrays arranged at regular intervals along an outer circumferential surface of the duct.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 전자석 어레이는 조종면과 일치되도록 상기 덕트의 외주면을 따라 4개 위치에 서로 대향되도록 설치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the plurality of electromagnet arrays may be disposed to face each other at four positions along the outer circumferential surface of the duct so as to coincide with the steering surface.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 각 전자석 어레이는 수직으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치되는 복수의 전자석으로 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the electromagnet arrays may be composed of a plurality of electromagnets arranged vertically with alternating polarities.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 각 전자석 어레이는 수직으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치되는 결합홈과 결합 돌기 형상의 복수의 전자석으로 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the electromagnet arrays may be composed of a plurality of electromagnets in the form of engaging grooves and engaging projections, which are arranged alternately in different polarities vertically.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 전자석 어레이는 이웃하는 전자석 어레이와 서로 다른 극성을 갖도록 배치될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the plurality of electromagnet arrays may be arranged to have different polarities from the neighboring electromagnet arrays.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 원격 제어장치는 복수의 기상 상황에 대응되는 복수의 결합 패턴을 저장하여, 상기 기상 상황에 따라 결합 패턴을 변경하며, 상기 외란이 해소되면 덕티드 팬 무인비행체로 비행체 결합 해제 신호를 전송할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the remote control device stores a plurality of engagement patterns corresponding to a plurality of weather situations, changes the engagement pattern according to the weather conditions, and when the disturbance is canceled, It is possible to transmit a flight decoupling signal.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템은, 구동모터 항전장비 및 전원장치가 수납된 동체와 연결되며 내주면에는 비행을 위한 로터 블레이드가 배치되고 외주면에는 복수의 전자석 어레이가 배치된 원통 형상의 덕트가 구비된 복수의 덕티드 팬 무인비행체; 및 상기 복수의 덕티드 팬 무인비행체에 외란에 대응되는 비행체 결합 형태를 저장하는 원격 제어장치;를 포함하여 구성되며, 상기 덕티드 팬 무인비행체 중에서 외란을 최초로 감지한 마스터 덕티드 팬 무인비행체는 외란의 종류와 다른 덕티드 팬 무인비행체의 위치를 근거로 비행체 결합 형태 및 비행체별 배치 위치를 결정하여 전송하고, 각 덕티드 팬 무인비행체는 상기 결합 형태 및 배치위치에 따라 복수의 전자석 어레이를 선택적으로 동작시켜 비행체 결합을 수행할 수 있다. In order to achieve the above object, a ducted fan-based unmanned aerial vehicle system according to another embodiment of the present invention is connected to a body accommodating a driving motor avionics device and a power supply device, and a rotor blade for flying is arranged on an inner circumferential surface thereof A plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles having a cylindrical duct having a plurality of electromagnet arrays arranged on an outer circumferential surface thereof; And a remote control device for storing a flight coupling type corresponding to a disturbance on the plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles. A master ducted fan unmanned aerial vehicle which first senses disturbance among the ducted fan unmanned aerial vehicles, And the position of each of the ducted fan unmanned aerial vehicles is determined and transmitted based on the type of the ducted fan unmanned aerial vehicle and the position of the ducted fan unmanned aerial vehicle. It is possible to perform flight combining.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 덕티드 팬 무인비행체는 구동 모터, 항전장비 및 전원장치가 수납되어 있는 동체; 상기 동체와 지지대를 통해 연결되어 원형의 내측 둘레면을 갖는 덕트; 상기 덕트의 내측에 구비되어 구동 모터에 의해 회전하는 로터 블레이드; 및 상기 덕트의 외주면을 따라 일정 간격으로 설치된 복수의 전자석 어레이;를 포함할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the ducted fan unmanned aerial vehicle includes a body accommodating a driving motor, aviation equipment and a power supply unit; A duct connected to the body through a support and having a circular inner circumferential surface; A rotor blade provided inside the duct and rotated by a driving motor; And a plurality of electromagnet arrays arranged at regular intervals along an outer circumferential surface of the duct.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 각 전자석 어레이는 제어부의 제어에 의해 전원장치로부터 인가 또는 차단되는 전원에 따라 동작 또는 차단될 수 있다.In another embodiment of the present invention, each of the electromagnet arrays can be operated or shut off according to the power supplied or disconnected from the power supply unit under the control of the control unit.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 각 덕티드 팬 무인비행체는 비행체 결합 형태 및 비행체별 상세 배치 위치에 근거하여 복수의 전자석 어레이를 선택적으로 제어하여 비행체 결합을 수행하며, 상기 복수의 전자석 어레이는 조종면과 일치되도록 상기 덕트의 외주면을 따라 4개 위치에 서로 대향되도록 설치될 수 있다.In another embodiment of the present invention, each ducted fan unmanned aerial vehicle selectively controls a plurality of electromagnet arrays on the basis of the aviation coupling type and the detailed arrangement position of each aviation body to perform aviation coupling, So as to be aligned with the outer circumferential surface of the duct.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 각 전자석 어레이는 수직으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치되는 복수의 전자석으로 구성되거나 수직으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치되는 결합홈과 결합 돌기 형상의 복수의 전자석으로 구성되며, 상기 결합홈과 결합 돌기는 반원형, 원뿔형 또는 다각형으로 형성될 수 있다. In another embodiment of the present invention, each of the electromagnet arrays is constituted by a plurality of electromagnets in which mutually different polarities are alternately arranged vertically, or a plurality of electromagnets in the form of engaging grooves and engaging projections in which mutually different polarities are alternately arranged vertically , And the engaging groove and the engaging projection may be formed in a semicircular, conical, or polygonal shape.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 복수의 전자석 어레이는 이웃하는 전자석 어레이와 서로 다른 극성을 갖도록 배치될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the plurality of electromagnet arrays may be arranged to have different polarities from the neighboring electromagnet arrays.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 마스터 덕티드 팬 무인비행체는 기상 상황의 변화에 따라 결합 패턴을 변경하고, 외란이 해소되면 다른 덕티드 팬 무인비행체로 비행체 결합 해제 신호를 전송할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the master ducted fan unmanned aerial vehicle may change the coupling pattern according to the change of the weather condition, and may transmit the airbag unblocking signal to another ducted fan unmanned air vehicle when the disturbance is eliminated.
상기 실시예에 따라 본 발명은 그룹 비행하는 복수의 덕티드 팬 무인비행체를 운용할 때 상공의 기상 상황에 대응되는 비행체의 결합 형태(모양)와 각 비행체별 상세 배치 위치를 결정하여, 상기 결정된 결합 형태(모양)와 각 비행체별 상세 배치 위치에 따라 각 덕티드 팬 무인비행체의 덕트 외주면에 형성된 복수의 전자석 어레이를 동작시켜 복수의 덕티드 팬 무인비행체를 결합함으로써, 종래의 단일 덕티드 팬 무인 비행체 보다 더 무거운 물건을 운반할 수 있고, 돌풍 등의 강한 외란 에 강건하고 높은 안정성을 갖는 비행체 어레이를 구현할 수 있는 효과가 있다. According to the embodiment, when a plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles for group flight are operated, a combination form (shape) of a flying object corresponding to a weather condition in the sky and a detailed arrangement position of each flying object are determined, A plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles are combined by operating a plurality of electromagnet arrays formed on the outer circumferential surface of the duct of each ducted fan unmanned vehicle according to the shape (shape) and the detailed arrangement positions of the respective aviation vehicles, It is possible to carry a heavier object, and it is possible to implement a flying object array having robustness and high stability against strong disturbances such as gusts.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 덕티드 팬 무인 비행체의 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 전자석 어레이의 예시도.
도 5는 전자석 어레이에 의해 결합된 복수의 덕티드 팬 무인비행체 어레이의 평면도.
도 6은 전자석 어레이에 의해 결합된 복수의 덕티드 팬 무인비행체 어레이의 사시도.1 is a block diagram of a ducted fan-based unmanned aerial vehicle system according to an embodiment of the present invention;
2 is a perspective view of a ducted fan unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention;
Figures 3 and 4 illustrate exemplary electromagnet arrays according to the present invention;
5 is a plan view of a plurality of ducted fan unmanned aerial arrays coupled by an electromagnet array.
6 is a perspective view of a plurality of ducted fan unmanned aerial arrays coupled by electromagnet arrays;
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 유기적 비행 어레이를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an organic flying array according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 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.The terms and words used in the specification and claims of the present invention should not be construed to be limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor should appropriately define the concept of the term to describe its invention in the best way It should be construed in the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 발명의 명세서에 기재된 실시예와 도면 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments and the drawings described in the specification of the present invention are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, It should be understood that there may be variations.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Whenever a component is referred to as "including" an element herein, it is to be understood that it may include other elements, unless the context otherwise requires.
본 발명은 다수의 덕티드 팬 무인비행체 모듈을 결합하여 무인 비행체 시스템을 운용하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that a unmanned aerial vehicle system is operated by combining a plurality of ducted fan unmanned aerial vehicle modules.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템의 구성도이다. 1 is a block diagram of a ducted fan-based unmanned aerial vehicle system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와같이, 본 발명의 실시예에 따른 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템은, 자율 비행하고 덕트 외주면에 복수의 전자석 어레이가 각각 배치된 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100)와, 상기 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100)와 통신을 수행하여 각 덕티드 팬 무인비행체의 비행 방향을 제어하고, 비행중에 각 덕티드 팬 무인비행체와 전자석 어레이의 동작을 제어함에 의해 결합될 덕티드 팬 무인비행체의 개수 및 결합 위치를 선택적으로 제어하는 원격 제어장치(200);를 포함한다. As shown in FIG. 1, the ducted fan-based unmanned aerial vehicle system according to the embodiment of the present invention includes a plurality of ducted fan
상기 각 덕티드 팬 무인비행체(100)는 구동모터, 항전장비 및 전원장치가 수납된 동체와 연결되며, 내주면에는 비행을 위한 로터 블레이드가 배치되고 외주면에는 복수의 전자석 어레이가 배치된 원통 형상의 덕트가 형성되어 있다. Each of the ducted fan unmanned
상기 원격 제어장치(200)는 고정형 또는 이동형 원격 제어장치로 구현될 수 있다. 상기 원격 제어장치(200)는 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100)가 비행하는 상공의 기상상태를 제공받아 돌풍등의 외란이 발생될 것으로 인지되면, 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100) 각각으로 비행체 결합을 위한 제어신호를 전송할 수 있다. 이 경우 원격 제어장치(200)는 결합을 위한 비행체 배치 형태(모양) 및 비행체 번호별 상세 배치 위치가 규정된 결합 패턴(e.g., 십자형 결합)을 모든 덕티드 팬 무인비행체(100)로 전송할 수 있다. The
또한, 상기 원격 제어장치(200)는 비행전에 결합 패턴을 덕티드 팬 무인비행체(100)에 저장할 수 있다. 이 경우 상기 결합 패턴은 비행체 배치 형태(모양)만 포함하고 비행체 번호별 상세 배치 위치는 포함되지 않는다. 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100)는 비행중에 상공의 기상상태를 감지하여 돌풍 등의 외란을 감지하며, 상기 외란이 감지되면 가장 먼저 외란을 감지한 덕티드 팬 무인비행체(100)가 마스터가 되어, 상기 저장된 비행체 배치 형태(모양)와 나머지 덕티드 팬 무인비행체(100)간의 이격 거리를 근거로 비행체 번호별 상세 배치 위치를 결정하여, 각 덕티드 팬 무인비행체(100)로 비행체 배치 형태(모양) 및 비행체 번호별 상세 배치 위치가 규정된 결합 패턴을 전송하거나 비행체 번호별 상세 배치 위치만을 전송할 수 있다. Also, the
상기 2가지 실시예를 위하여 본 발명은 복수의 기상 상황(정보)에 대응되는 복수의 결합 패턴을 구성하여 운용할 수 있으며, 이러한 복수의 기상 상황에 대응되는 유효한 복수의 결합 패턴은 실제로 실험을 통하여 검증될 수 있다. For the above two embodiments, the present invention can constitute and operate a plurality of combining patterns corresponding to a plurality of weather conditions (information), and a plurality of effective combining patterns corresponding to the plurality of weather situations can be practically Can be verified.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 덕티드 팬 무인 비행체의 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 전자석 어레이의 서로 다른 실시예를 나타낸다. FIG. 2 is a perspective view of a ducted fan unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 show different embodiments of the electromagnet array according to the present invention.
도 2를 참조하면, 개별(단일) 덕티드 팬 무인비행체(100)는 동체(10)와, 상기 동체(10)의 하부에 형성되어 원형의 내측 둘레면을 갖는 덕트(21)와, 상기 동체(10)가 덕트(21)의 중앙 상부에 위치하도록 동체(10)를 지지하는 지지대(11)와, 상기 덕트(21)의 내측에 구비되어 모터(미도시)에 의해 회전하는 로터 블레이드 (20)(e.g., 회전날개)와, 상기 로터 블레이드(20)에 구비된 스테이터(30)와, 상기 덕트(21)의 하부에 연결되어 착륙시 지면으로부터 덕트(21)를 지지하는 원형의 착륙대(12)와, 상기 덕트(21)와 착륙대(12)사이에 연결된 조종면(31) 및 상기 덕트(21)의 외측에 부착된 전자석 어레이(40)를 포함할 수 있다. 2, an individual ducted fan
상기 동체(10)에는 도시하지는 않지만, 로터 블레이드(20)를 구동을 위한 모터, 전원장치, 수신기 및 비행제어장치(센서부, 통신부, 제어부 및 기타) 등의 항전장비가 수납되어 있다. Although not shown in the figure, the moving
상기 지지대(11)는 덕트(21)의 상부 외주면을 따라 형성된 다리 형상의 4개의 지지부재로 구성되어, 상기 동체(10)와 덕트(21)를 결합시킨다. The
상기 조종면(31)은 힌지를 통하여 덕트(21)내의 서브 모터에 연결되어, 상기 서브 모터에 의한 면 기울기 제어에 따라 비행체의 이동 방향을 제어하는 역할을 수행한다. 또한, 덕트(21)와 착륙대(12)사이에는 하중을 경감하기 위한 지지부재가 설치되어 있다. The
상기 전자석 어레이(40)는 일 실시예는 도 3에 도시된 바와같이, 덕트(21)의 외주면에서 상기 조종면(31)과 일치하도록 일정 간격으로 배치되며, 동체(10)의 전원장치와 연결되어 연동되는 구조로 형성될 수 있다. 각 전자석 어레이(40)는 제어부(미도시)의 제어에 대응되어 전원장치에서 인가 또는 차단되는 전원에 따라 자성을 가지게 된다. 즉, 전자석(40)의 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 동심원 모양의 자기장이 형성된다. 이러한 원리를 이용하여 영구자석과는 다른 자기장을 얻을 수 있고, 도선에 흐르는 전류를 차단하면 자기장이 사라진다.3, the
따라서, 각 덕티드 팬 무인 비행체(100)의 제어부는 통신부를 통해 지상의 원격 제어장치(200)와 통신을 수행하여, 상기 원격 제어장치(100에서 전송된 결합 패턴에 따라 조종면을 제어한 후 전자석 어레이(40)의 동작을 온/오프시킴으로써 운용자는 원격제어장치를 이용하여 복수의 덕티드 팬 무인 비행체 중에서 서로 결합시킬 덕티드 팬 무인 비행체는 물론이고 서로 결합시킬 위치 즉 복수의 전자석 어레이(40)중에서 원하는 전자석 어레이를 선택할 수 있다. Therefore, the control unit of each ducted fan manned
상기 전자석 어레이(40)는 덕트(21)의 외주면의 4개 위치(조종면과 일치하도록) 서로 대향되도록 설치될 수 있으며, 각 위치에는 수직으로 3개의 전자석이 배치된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 덕트(21)의 외주면에 4개의 전자석 어레이 즉 총 12개의 전자석(40)이 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고 상기 전자석 어레이(40)의 위치 및 수는 운용자가 적절히 변경하여 사용할 수 있다. The
상기 덕트(21)의 외주면에 배치된 전자석 어레이(40)는 각각의 위치에서 서로 반대의 극성을 가지도록 배치될 수 있다. 일 예로 덕트(21)의 외주면의 제1위치에는 수직으로 N극, S극, N극 배열의 전자석 어레이가 배치되고, 이웃하는 제2위치에는 S극, N극, S극의 배열을 가지도록 전자석 어레이가 배치될 수 있다. The
다른 실시예로, 본 발명은 덕트(21)의 외주면에서 상기 조종면(31)과 일치하도록 일정 간격으로 전자석 어레이(41)를 배치하되, 덕티드 팬 무인 비행체(100)가 서로 견고하게 결합될 수 있도록 외주면에서 S극과 N극에 대응되는 결합 홈 또는 결합 돌기를 형성할 수 있다. 일 예로, S극은 결합 홈으로 형성하고, N극은 결합 돌기로 형성하여, 상기 결합 홈에 결합돌기에 삽입됨으로 인하여 2개의 덕티드 팬 무인 비행체(100)가 서로 결합될 수 있도록 구성할 수 있다. 상기 결합 홈 또는 결합 돌기는 반원형, 원뿔형이거나 도 4에 도시된 바와같이 'ㄷ'자형으로 형성될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the
이러한 전자석 어레이(40)의 배치 위치 및 극성 배열은 다수의 무인 비행체가 전자석(40)에 의해 결합될 때 가이드 역할을 수행할 수 있다. The arrangement and polarity arrangement of the
이와같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다. The operation of the ducted fan-based unmanned aerial vehicle system according to the embodiment of the present invention will now be described.
도 5는 전자석 어레이에 의해 결합된 복수의 덕티드 팬 무인비행체 어레이의 사시도이고, 도 6은 전자석 어레이에 의해 결합된 복수의 덕티드 팬 무인비행체 어레이의 평면도이다. Figure 5 is a perspective view of a plurality of ducted fan unmanned aerial arrays coupled by an electromagnet array and Figure 6 is a top view of a plurality of ducted fan unmanned aerial arrays coupled by an electromagnet array.
본 발명의 일실시예에 따른 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템은 모든 제어동작을 원격 제어장치(200)에서 제어할 수 있다. 상기 원격 제어장치(200)는 고정형 또는 이동형 원격 제어장치로 구현될 수 있다. In the ducted fan-based unmanned aerial vehicle system according to the embodiment of the present invention, all the control operations can be controlled by the
상기 원격 제어장치(200)는 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100)가 비행하는 상공의 기상상태를 별도의 기상관측 장치 또는 GPS로부터 제공받아 외란 발생을 감지할 수 있다. 감지 결과 외란 발생이 검출되거나 예상되면 원격 제어장치(200)는 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100)로 제어신호를 전송하여 복수의 비행체 결합을 지시할 수 있다. 이를 위하여 원격 제어장치(200)는 상기 감지된 또는 예상된 외란의 종류를 확인한 후 상기 확인된 외란의 종류에 대응하는 결합 형태(모양) 및 해당 결합 형태를 구성하기 위한 비행체(비행체 식별자)별 배치 위치가 규정한 후 이를 결합 패턴에 포함시켜 모든 덕티드 팬 무인비행체(100)로 전송한다. The
따라서, 각 덕티드 팬 무인비행체(100)는 원격 제어장치(200)로부터 전송된 결합 패턴을 근거로 결합 형태(모양) 및 자신이 결합되어야 할 덕티드 팬 무인비행체(100)를 인식한 후, 조종면(31)의 면 기울기를 제어하여 자신이 결합되어야 할 덕티드 팬 무인비행체(100)에 접근한다. 이후 소정 거리 이내로 접근하면 서로 인접한 2개의 덕티드 팬 무인비행체(100)는 덕트(21)의 외주면에 배치된 복수의 전자석 어레이(40)중의 하나에 전원을 인가하여, 도 3 및 도 4에 도시된 바와같이, 서로 다른 극성을 갖는 2개의 전자석 어레이(40)가 서로 경합될 수 있도록 제어한다.Therefore, each ducted fan
이후 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100)가 비행하는 상공의 외란이 해제되면 원격 제어장치(200)는 각 덕티드 팬 무인비행체(100)로 해제신호를 전송하여 각 전자석 어레이(40)의 전원을 차단함으로써 도 5에 도시된 비행체 어레이의 결합을 헤제한다. Thereafter, when a disturbance in the sky over which a plurality of ducted fan
상술한 바와같이 본 발명의 일 실시예에서 원격 제어장치(200)는 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100)가 비행하는 상공의 기상상태를 별도의 기상관측 장치 또는 GPS로부터 제공받아 외란 발생을 감지한다. 따라서, 실제로 상공에서 실시간으로 변하는 기상 상태를 정확하게 반영하지 못하는 경우가 있을 수 있다. As described above, in the embodiment of the present invention, the
한편 본 발명의 다른 실시예에서는 운용자는 비행전에 원격 제어장치 (200)를 통해 단지 결합 패턴만을 모든 덕티드 팬 무인비행체(100)에 저장하고, 이후의 비행체 결합은 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100)가 직접 상공의 기상상황을 감지하여 서로 간의 연동동작을 통하여 수행할 수 있도록 한다. In another embodiment of the present invention, the operator stores only the coupling pattern in all the ducted fan
즉, 복수의 덕티드 팬 무인비행체(100)는 비행중에 상공의 기상 상황을 감지하여 외란을 감지하는데, 가장 먼저 외란을 감지한 덕티드 팬 무인비행체(100)는 다른 덕티드 팬 무인비행체(100)로 자신이 '마스터'임을 나타내는 제어신호를 전송한다. 상기 제어신호를 수신한 덕티드 팬 무인비행체(100)는 기상 상황 감지를 종료하고, 결합 패턴의 수신을 대기한다. That is, the plurality of ducted fan
상기 마스터로 설정된 덕티드 팬 무인비행체(100)는 감지된 외란의 종류를 확인한 후 상기 확인된 외란의 종류에 대응하는 결합 형태(모양)를 결정한 후 나머지 덕티드 팬 무인비행체(100)간의 위치 및 이격 거리를 근거로 각 비행체 번호별 상세 배치 위치를 결정하여, 이를 결합 형태와 함께 결합 패턴에 포함시켜 다른 덕티드 팬 무인비행체(100)로 전송한다. 이를 위하여 각 덕티드 팬 무인비행체(100)는 센서부 및 통신부를 통하여 상대방의 위치를 송수신한다. The ducted fan manned
따라서, 각 덕티드 팬 무인비행체(100)는 원격 제어장치(200)로부터 전송된 결합 패턴을 근거로 결합 형태(모양) 및 자신이 결합되어야 할 덕티드 팬 무인비행체(100)를 인식한 후, 조종면(31)의 면 기울기를 제어하여 자신이 결합되어야 할 덕티드 팬 무인비행체(100)에 접근한다. 이후 소정 거리 이내로 접근하면 서로 인접한 2개의 덕티드 팬 무인비행체(100)는 덕트(21)의 외주면에 배치된 복수의 전자석 어레이(40)중의 하나에 전원을 인가하여, 도 3 및 도 4에 도시된 바와같이, 서로 다른 극성을 갖는 2개의 전자석 어레이(40)가 서로 경합될 수 있도록 제어한다. 이후 마스터로 설정된 덕티드 팬 무인비행체(100)는 외란이 해제되면 상기 전원이 인가된 전자석 어레이(40)의 전원을 차단함으로써 도 5에 도시된 무인 비행체 어레이의 결합을 해제한다. Therefore, each ducted fan
상기 2가지 실시예는 시스템의 구성, 운용 인원, 통신 상태 등을 복합적으로 고려하여 운용자가 선택적으로 운용할 수 있다. 또한, 각 덕티드 팬 무인비행체 (100)의 제어부는 제1실시예를 수행하다가 지상의 원격 제어장치(200)와의 통신이 악화될 때(음영 지역 진입시) 제2실시예로 전환하여 비행체 결합을 수행할 수 있으며, 통신 상황이 양호해 지면 다시 제1실시예에 따라 비행체 결합을 수행할 수 있다. The above-mentioned two embodiments can be selectively operated by the operator considering the configuration of the system, the operating personnel, the communication state, and the like in a complex manner. In addition, the control unit of each ducted fan manned
상술한 바와같이 본 발명은 그룹 비행하는 복수의 덕티드 팬 무인비행체를 운용할 때 상공의 기상 상황에 대응되는 비행체의 결합 형태(모양)와 각 비행체별 상세 배치 위치를 결정하여, 상기 결정된 결합 형태(모양)와 각 비행체별 상세 배치 위치에 따라 각 덕티드 팬 무인비행체의 덕트 외주면에 형성된 복수의 전자석 어레이를 동작시켜 복수의 덕티드 팬 무인비행체를 결합함으로써, 종래의 단일 덕티드 팬 무인 비행체 보다 더 무거운 물건을 운반할 수 있고, 돌풍 등의 강한 외란 에 강건하고 높은 안정성을 갖는 비행체 어레이를 구현할 수 있다. As described above, according to the present invention, when a plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles that operate in a group flight are operated, a coupling shape (shape) of a flying object corresponding to a weather condition in the sky and a detailed arrangement position of each flying object are determined, And a plurality of ductile fan unmanned aerial vehicles are combined by operating a plurality of electromagnet arrays formed on the outer circumferential surface of each ducted fan unmanned vehicle according to the detailed arrangement positions of the respective flying bodies, It is possible to carry a heavier object, and it is possible to realize a flying body array having robustness and high stability against strong disturbances such as gusts.
상기와 같이 설명된 본 발명에 따른 덕티드 팬 기반의 무인 비행체 시스템 은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. The ducted fan-based unmanned aerial vehicle system according to the present invention described above can be applied to a configuration and a method of the above-described embodiments in a limited manner, but the embodiments are not limited to the technical ideas and essential features It will be understood that the invention may be embodied in other specific forms. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.
10 : 동체 11 : 지지대
12 : 착륙대 20 : 로터 블레이드
21 : 덕트 30 : 스테이터
31 : 조종면 40 : 전자식 어레이
100 : 덕티드 팬 무인비행체 200 : 원격 제어장치 10: Fuselage 11: Support
12: Landing platform 20: Rotor blade
21: duct 30: stator
31: control surface 40: electronic array
100: ducted fan unmanned vehicle 200: remote control device
Claims (16)
복수의 덕티드 팬 무인비행체와 통신을 수행하여 각 덕티드 팬 무인비행체의 비행 방향을 제어하고, 비행중에 상공의 기상상황에 따라 비행체 결합 형태 및 비행체별 배치 위치가 규정된 결합 패턴을 상기 덕티드 팬 무인비행체로 전송하는 원격 제어장치;를 포함하며,
상기 각 덕티드 팬 무인비행체는 결합 패턴에 근거하여 복수의 전자석 어레이를 선택적으로 동작시켜 비행체 결합을 수행하고,
상기 복수의 전자석 어레이 각각은
수직으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치되는 결합홈과 결합 돌기 형상의 복수의 전자석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템. A plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles connected to a moving body accommodating a motor, aviation equipment and a power supply device, a rotor blade for flying on an inner circumferential surface thereof, and a cylindrical duct having a plurality of electromagnet arrays arranged on an outer circumferential surface thereof; And
A plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles communicate with each other to control the flight direction of each ducted fan unmanned aerial vehicle and to provide a combined pattern in which the airborne coupling shape and the airborne placement position are defined according to the weather conditions during the flight, And a remote control device for transmitting to the pan unmanned aerial vehicle,
Wherein each of the ducted fan unmanned aerial vehicles selectively operates a plurality of electromagnet arrays based on a coupling pattern to perform flight combining,
Each of the plurality of electromagnet arrays
And a plurality of electromagnets in the form of engaging protrusions and engaging grooves in which different polarities are alternately arranged vertically.
구동 모터와 항전장비 및 전원장치가 수납되어 있는 동체;
상기 동체와 지지대를 통해 연결되어 원형의 내측 둘레면을 갖는 덕트;
상기 덕트의 내측에 구비되어 구동 모터에 의해 회전하는 로터 블레이드; 및
상기 덕트의 외주면을 따라 일정 간격으로 설치된 복수의 전자석 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템. The ducted fan as claimed in claim 1, wherein the ducted fan
A fuselage in which a drive motor, aviation equipment, and power supply are housed;
A duct connected to the body through a support and having a circular inner circumferential surface;
A rotor blade provided inside the duct and rotated by a driving motor; And
And a plurality of electromagnet arrays arranged at regular intervals along an outer circumferential surface of the duct.
제어부의 제어에 의해 전원장치로부터 인가 또는 차단되는 전원에 따라 동작 또는 차단되는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템.2. The apparatus of claim 1, wherein each of the electromagnet arrays
Wherein the control unit is operated or shut off according to a power supplied or disconnected from the power supply unit under the control of the control unit.
이웃하는 전자석 어레이와 서로 다른 극성을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템. The apparatus of claim 1, wherein the plurality of electromagnet arrays
Wherein the plurality of electromagnet arrays are arranged to have different polarities from the neighboring electromagnet arrays.
복수의 기상 상황에 대응되는 복수의 결합 패턴을 저장하여, 상기 기상 상황에 따라 결합 패턴을 변경하며, 외란이 해소되면 덕티드 팬 무인비행체로 비행체 결합 해제 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 기반의 무인비행체 시스템. The remote control device according to claim 1,
Wherein the plurality of coupling patterns corresponding to a plurality of weather conditions are stored so as to change the coupling pattern according to the weather conditions and when the disturbance is canceled, the air vehicle decoupling signal is transmitted to the ducted fan unmanned air vehicle Based unmanned aerial vehicle system.
상기 복수의 덕티드 팬 무인비행체에 외란에 대응되는 비행체 결합 형태를 저장하는 원격 제어장치;를 포함하여 구성되며,
상기 덕티드 팬 무인비행체 중에서 외란을 최초로 감지한 마스터 덕티드 팬 무인비행체는 외란의 종류와 다른 덕티드 팬 무인비행체의 위치를 근거로 비행체 결합 형태 및 비행체별 배치 위치를 결정하여 전송하고, 각 덕티드 팬 무인비행체는 상기 결합 형태 및 배치위치에 따라 복수의 전자석 어레이를 선택적으로 동작시켜 비행체 결합을 수행하며,
상기 복수의 전자석 어레이 각각은
수직으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치되는 결합홈과 결합 돌기 형상의 복수의 전자석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 무인비행체 기반의 어레이 비행 장치. motor. A plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles connected to a moving body accommodating aviation equipment and a power supply device, a rotor blade for flying on an inner circumferential surface thereof, and a cylindrical duct having a plurality of electromagnet arrays arranged on an outer circumferential surface thereof; And
And a remote control device for storing a flight coupling type corresponding to the disturbance in the plurality of ducted fan unmanned aerial vehicles,
A master ducted fan unmanned aerial vehicle which first senses disturbance among the ducted fan unmanned aerial vehicles determines and transmits the aerodynamic coupling type and arrangement position according to the type of disturbance and the position of the ducted fan unmanned aerial vehicle, The unmanned aerial vehicle according to claim 1, wherein the plurality of electromagnet arrays are selectively operated according to the coupling type and the arrangement position,
Each of the plurality of electromagnet arrays
And a plurality of electromagnets in the form of engaging projections, wherein the engaging recesses are arranged alternately in different polarities vertically.
구동 모터, 항전장비 및 전원장치가 수납되어 있는 동체;
상기 동체와 지지대를 통해 연결되어 원형의 내측 둘레면을 갖는 덕트;
상기 덕트의 내측에 구비되어 구동 모터에 의해 회전하는 로터 블레이드; 및
상기 덕트의 외주면을 따라 일정 간격으로 설치된 복수의 전자석 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 무인비행체 기반의 어레이 비행 장치. The duct according to claim 10, wherein the ducted fan
A fuselage in which a drive motor, avionics equipment and a power supply are housed;
A duct connected to the body through a support and having a circular inner circumferential surface;
A rotor blade provided inside the duct and rotated by a driving motor; And
And a plurality of electromagnet arrays arranged at regular intervals along an outer circumferential surface of the duct.
제어부의 제어에 의해 전원장치로부터 인가 또는 차단되는 전원에 따라 동작 또는 차단되는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 무인비행체 기반의 어레이 비행 장치.11. The apparatus of claim 10, wherein each of the electromagnet arrays
Wherein the control unit is operated or cut off according to a power supplied or disconnected from the power supply unit under the control of the control unit.
비행체 결합 형태 및 비행체별 상세 배치 위치에 근거하여 복수의 전자석 어레이를 선택적으로 제어하여 비행체 결합을 수행하며,
상기 복수의 전자석 어레이는 조종면과 일치되도록 상기 덕트의 외주면을 따라 4개 위치에 서로 대향되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 무인비행체 기반의 어레이 비행 장치.11. The air conditioner of claim 10, wherein each ducted fan unmanned aerial vehicle
A plurality of electromagnet arrays are selectively controlled on the basis of the flight assembly type and the detailed arrangement position of each flight body to perform flight assembly,
Wherein the plurality of electromagnet arrays are disposed to face each other at four positions along an outer circumferential surface of the duct so as to coincide with the steering surface.
상기 결합홈과 결합 돌기는
반원형, 원뿔형 또는 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 무인비행체 기반의 어레이 비행 장치.11. The method of claim 10,
The engaging groove and the engaging projection
Circular, polygonal, conical, or polygonal shape.
이웃하는 전자석 어레이와 서로 다른 극성을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 무인비행체 기반의 어레이 비행 장치. 11. The apparatus of claim 10, wherein the plurality of electromagnet arrays
Wherein the plurality of electromagnet arrays are arranged to have different polarities from the neighboring electromagnet arrays.
기상 상황의 변화에 따라 결합 패턴을 변경하고, 외란이 해소되면 다른 덕티드 팬 무인비행체로 비행체 결합 해제 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 덕티드 팬 무인비행체 기반의 어레이 비행 장치.11. The method of claim 10, wherein the master ducted fan unmanned aerial vehicle
Wherein the coupling pattern is changed according to the change of the weather condition, and when the disturbance is canceled, the aircraft decoupling signal is transmitted to the other ducted fan unmanned aerial vehicle.
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