KR101933003B1 - 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론 - Google Patents

고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론 Download PDF

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Abstract

본 발명은 앞뒤로 길게 형성된 비행동체와, 상기 비행동체의 양측면에서 비행시 중량을 공중에서 지탱하는 양력이 발생되도록 상부의 만곡이 하부의 만곡보다 큰 주날개를 포함한 수직이착륙이 가능한 고정익 형상을 갖는 드론에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정익 비행동체의 양측에 구비된 주날개의 중간부측에 각각 좌측 및 우측 프로펠러를 구비하는 동시에 비행동체의 꼬리부 상하부에 각각 상부와 하부 프로펠러를 구비하여, 유선형 비행동체의 주날개와 상하 좌우 프로펠러를 이용하여, 비행 시간과 거리를 획기적으로 늘릴 수 있도록 하는 동시에 수직이착륙이 가능하도록 함으로써 고정익 비행체의 장시간 비행과 멀티콥터의 수직이착륙 특성을 함께 가지는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 드론에 관한 것이다.

Description

고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론{A Vertical Take off and Landing Quadrotor Drone having A Fixed Wing}
본 발명은 앞뒤로 길게 형성된 비행동체와, 상기 비행동체의 양측면에서 비행시 중량을 공중에서 지탱하는 양력이 발생되도록 상부의 만곡이 하부의 만곡보다 큰 주날개를 포함한 수직이착륙이 가능한 고정익 형상을 갖는 드론에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정익 비행동체의 양측에 구비된 주날개의 중간부측에 각각 좌측 및 우측 프로펠러를 구비하는 동시에 비행동체의 꼬리부 상하부에 각각 상부와 하부 프로펠러를 구비하여, 유선형 비행동체의 주날개와 상하 좌우 프로펠러를 이용하여, 비행 시간과 거리를 획기적으로 늘릴 수 있도록 하는 동시에 수직이착륙이 가능하도록 함으로써 고정익 비행체의 장시간 비행과 멀티콥터의 수직이착륙 특성을 함께 가지는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론에 관한 것이다.
무인 비행체 중 고정익 비행체는 확장된 비행거리, 고속비행과 늘어난 비행시간이 가능하다. 고정익 비행기는 대단히 작은 항력계수를 가지고 있는 날개를 통하여 높은 양력을 얻을 수 있으며 하나의 모터-프로펠러를 통하여 전진 추력을 발생시킬 수 있다.
날개의 후단부분에 작은 서보(servo)-모터를 가지고 낮은 전력소모를 통하여 비행체의 자세를 정밀하게 조정하는데 사용된다.
하지만, 고정익 시스템은 특별한 발사체가 필요하거나 또는 사람이 공기 중으로 던져서 이륙시켜야 하며 착륙시에는 바퀴가 장착된 비행체의 경우에는 활주로가 필요하며, 바퀴가 없는 경우에는 동체 착륙 등으로 대단히 거친 착륙을 하여 비행체의 손상을 가져올 수도 있는 단점이 있다.
또한 고정익 시스템은 하늘에 떠 있기 위해서는 최소한의 공기흐름이 필요하며(전진방향으로 비행이 필요하다), 근래에는 하나의 정지되어 있는 관심있는 대상에 대하여 높은 곳에서 영상이나 사진을 촬영해야 하는 일이나 취미가 늘고 있으나 고정익 시스템은 빠르게 날다가 갑자기 정지하여 회전하거나 배회하면서 대상을 촬영하는 것은 매우 어렵다는 문제가 있다.
이에 비해, 멀티콥터라고도 하는 드론은 지상에서 수직으로 바로 이륙할 수 있으며, 관심있는 대상 위에 공중정지(hovering)가 가능하며 좁은 지역에도 정밀하게 착륙할 수 있다.
그러나, 멀티콥터는 고속 비행이 어렵고, 배터리를 전원으로 사용하므로 비행시간이 15분에서 30분까지로 매우 작은 단점이 있으며, 이는 모든 추력과 양력이 4개 또는 다수의 높은 전력을 소모하는 모터에 의하여 이루어지기 때문이다.
멀티콥터인 드론에 설치되는 배터리는 고성능 마이크로프로세서 및 다수의 비디오 관리, 카메라, 센서 및 이 데이터를 지상으로 전송하는 데 사용해야 하는바, 용량이 큰 배터리가 요구되어 무게가 많이 늘어난다는 문제가 있다.
또한 멀티콥터의 드론은 배터리로 구동되기 때문에 최장 비행 시간이 약 30분에 불과하며, 조명, 카메라 등의 악세사리를 장착하는 경우 그 무게에 의해 비행 시간이 10분 이내로 줄어드는 등 비행 시간의 증가가 당면 과제로 부상되었다.
이에 배터리 용량을 크게 하는 방법이 강구되었으나, 배터리 용량이 늘어날수록 드론의 무게 역시 무거워지므로, 늘어난 배터리 용량에 비해 증가하는 비행 시간은 그 정도가 미미하여 크게 각광받지 못하였다.
이러한 상황에 반해 드론의 활용처는 항공 농약살포용, 농업 재해용, 배송 서비스용 등 다양한 산업 현장으로 확대되고 있어 장시간 비행할 수 있는 드론의 개발이 절실히 요구되고 있다.
KR 10-1619836 (등록번호) 2016.05.03. KR 10-0747082 (등록번호) 2007.08.01. KR 10-2016-0106826 (공개번호) 2016.09.13.
이상과 같이 종래의 고정익 비행체는 비행거리와 비행시간이 늘어나는데 비하여 수직이착륙과 비행제어가 어렵고, 멀티콥터는 수직이착륙과 비행제어는 쉬우나 비행거리와 비행시간이 매우 짧다는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로,
고정익 비행동체의 주날개 양측 중간부에 각각 좌측 및 우측 프로펠러를 구비하는 동시에 비행동체의 꼬리부 상하부에 각각 상부와 하부 프로펠러를 구비하여 유선형 비행동체의 주날개와 4개의 프로펠러를 이용하여, 비행 시간과 거리를 획기적으로 늘릴 수 있도록 하는 동시에 수직이착륙이 가능하도록 함으로써, 고정익 비행체와 멀티콥터의 특성을 함께 가지는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 비행중에 양력을 발생하도록 상부의 만곡이 하부의 만곡보다 크게 형성된 주날개 및 비행동체를 구비하여 고정익 비행기의 고속비행, 연료절감, 긴 비행거리를 확보할 수 있고, 4개의 프로펠러(쿼드로터)가 비행동체를 중심으로 상하좌우에 동일거리에 구비되어 수직 이착륙이 가능한 고정익 형상을 갖는 드론을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 피치(pitch)방향 전환시 비행동체의 무게 중심부에서 프로펠러까지의 거리를 최대로 길게 하여 동일한 연료로 큰 추진력을 제공할 수 있는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 드론을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 앞뒤로 길게 형성된 비행동체와, 상기 비행동체의 양측면에서 비행시 중량을 공중에서 지탱하는 양력이 발생되도록 상부의 만곡이 하부의 만곡보다 큰 좌우측주날개를 포함하는 드론에 있어서, 머리부와 몸체부 및 꼬리부로 형성되는 유선형의 비행동체와, 상기 비행동체의 상기 몸체부의 양측면부에 구비되는 좌측주날개와 우측주날개, 상기 좌측주날개에 구비되고 상기 머리부의 방향과 동일한 방향으로 설치되는 좌측프로펠러와, 상기 우측주날개에 구비되고 상기 머리부의 방향과 동일한 방향으로 설치되는 우측프로펠러, 상기 비행동체의 상기 꼬리부에 상하부측으로 각각 수직하게 구비되는 상부수직꼬리날개와 하부수직꼬리날개, 및 상기 상부수직꼬리날개의 상단부에 구비되되 상기 몸체부와 평행한 방향으로 설치되는 상부프로펠러와, 상기 하부수직꼬리날개의 하단부에 구비되되 상기 몸체부와 평행한 방향으로 설치되는 하부프로펠러를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명은 상기 좌측주날개에는 상기 몸체부와 평행하게 좌측지지대가 설치되고, 상기 제1좌측지지대의 일단부에는 상기 좌측프로펠러가 설치되며, 상기 우측주날개에는 상기 몸체부와 평행하게 우측지지대가 설치되고, 상기 우측지지대의 일단부에는 상기 우측프로펠러가 설치되며, 상기 상부수직꼬리날개의 상단부에는 상기 몸체부와 평행하게 꼬리상단지지대가 설치되고, 상기 하부수직꼬리날개의 하단부에는 상기 몸체부와 평행하게 꼬리하단지지대가 설치되며, 상기 꼬리상단지지대의 일단부에는 상기 상부프로펠러가 상기 꼬리하단지지대의 일단부에는 상기 하부프로펠러가 각각 설치된다.
또한, 본 발명은 상기 몸체부에서 상기 좌측지지대까지의 거리와, 상기 몸체부에서 상기 우측지지대까지의 거리, 상기 꼬리부에서 상기 꼬리상단지지대까지의 거리, 및 상기 꼬리부에서 상기 꼬리하단지지대까지의 거리는 모두 동일하게 구성된다.
또한, 상기 좌측지지대는 상기 좌측주날개의 중간부위를 관통하여 설치되고, 상기 우측지지대는 상기 우측주날개의 중간 부위를 관통하여 설치된다.
또한, 상기 좌측지지대는 상기 좌측주날개의 상부 또는 하부에 설치되는 좌날개지지부에 구비되고, 상기 우측지지대는 상기 우측주날개의 상부 또는 하부에 설치되는 우날개지지부에 구비된다.
또한, 상기 비행동체의 무게중심부에서 상기 좌측프로펠러 및 상기 우측프로펠러의 거리보다, 상기 비행동체의 무게중심부에서 상기 상부프로펠러 및 상기 하부프로펠러의 거리가 더 길게 형성된다.
또한 상기 좌측주날개와 상기 우측주날개의 단부에는 윙팁이 더 구비되되고, 상기 상부수직꼬리날개와 상기 하부수직꼬리날개는 양력이 발생하지 않는 대칭 단면을 가지도록 형성된다.
따라서 본 발명에 따른 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론은 양력 발생이 가능하도록 유선형상으로 된 고정익 비행동체 및 상기 비행동체의 양측에 구비되는 주날개를 이용하여 비행하는 시간과 거리를 획기적으로 늘림과 동시에 비행동체를 중심으로 동일 거리의 상하좌우에 프로펠러를 구비하여 이들 4개의 프로펠러를 이용하여 수직이착륙이 가능하도록 하는 장점도 있다.
또한, 본 발명은 고정익 형상을 하는 비행동체와 주날개를 구비하여 긴 비행거리, 고속 비행이 가능하고, 4개의 프로펠러가 비행동체를 중심으로 동일 각도와 동일 거리만큼 이격되어 수직이착륙 및 호버링이 가능한 장점을 갖는다.
또한, 본 발명은 피치(pitch)방향 전환시 비행동체의 무게 중심부에서 프로펠러까지의 거리를 최대로 길게 하여 큰 모멘텀(momentum)을 제공할 수 있어 동일한 에너지로 더 큰 추진력이 발생되는 장점이 있다.
도 1과 2는 본 발명에 따른 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론의 개략적인 사시상태도이고,
도 3은 본 발명에 따른 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론의 평면상태도이고,
도 4는 본 발명에 따른 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론의 측면상태도이고,
도 5는 본 발명에 따른 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론이 지면에 정지된 상태에서 지면과 수직이착륙하여 상부측으로 비행하는 상태도이고,
도 6은 본 발명에 따른 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론이 지면에 정지된 상태에서 수직이착륙한 후 정면(지면과 평행한 상태)으로 비행하는 상태도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
본 발명에 따른 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론(100)은 도 1 내지 4에 도시되어 있는 바와 같이,
머리부(111)와 몸체부(112) 및 꼬리부(113)로 형성되는 유선형의 비행동체(110)와,
상기 비행동체(110)의 상기 몸체부(112)의 양측면부에 구비되면서 양력을 발생시킬 수 있도록 유선형상으로 된 좌측주날개(120)와 우측주날개(130),
상기 좌측주날개(120)에 구비되고 상기 머리부(111)의 방향과 동일한 방향으로 설치되는 좌측프로펠러(140)와, 상기 우측주날개(130)에 구비되고 상기 머리부(111)의 방향과 동일한 방향으로 설치되는 우측프로펠러(150),
상기 비행동체(110)의 상기 꼬리부(113)에 상하부측으로 각각 수직하게 구비되는 상부수직꼬리날개(160)와 하부수직꼬리날개(160a), 및
상기 상부수직꼬리날개(160)의 상단부에 구비되되 상기 몸체부(112)와 평행한 방향으로 설치되는 상부프로펠러(170)와, 상기 하부수직꼬리날개(160a)의 하단부에 구비되되 상기 몸체부(112)와 평행한 방향으로 설치되는 하부프로펠러(180)를 포함한다.
여기서 상기 비행동체(110)와 상기 좌우측주날개(120,130)는 비행하는데 저항력을 덜 받도록 하는 동시에 양력을 발생하도록 하는 유선형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 2의 확대도면과 같이 상기 좌우측날개(120,130)는 바람이 날개에 부딪칠 때 공기의 흐름이 만곡이 큰 날개의 웃면을 통과할 때는 유속이 빨라지고 만곡이 작은 아랫면을 통과할 때는 유속이 느려지도록 구성됨으로써, 비행시 주 날개가 양력을 발생하도록 하는 형상으로 되어 있다. 또한, 비행동체(110)도 상부의 만곡이 하부의 만곡보다 크게 형성 구비되어 양력을 발생시키는 것이 바람직하다.
상기 좌측 및 우측주날개(120,130)의 단부에는 와류 현상을 방지할 수 있도록 하는 윙팁(121,131)이 각각 설치 구비되어 있다. 상기 윙팁(121, 131)은 각각의 주날개(120, 130)의 끝단 날개 진행방향에서 절곡하되 단부로 갈수록 상향되도록 한다. 상기 윙팁(121, 131)의 절곡 정도는 날개에서 수직방향 또는 도 3과 같이 비스듬한 경사도를 가질 수 있다.
또한 도 1,2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 상기 좌측주날개(120)에는 상기 몸체부(112)와 평행하게 좌측지지대(141)가 설치 구비되고, 상기 좌측지지대(141)의 일단부에는 상기 좌측프로펠러(140)가 설치되어 있다.
마찬가지로, 상기 우측주날개(130)에는 상기 몸체부(112)와 평행하게 우측지지대(151)가 설치 구비되고, 상기 우측지지대(151)의 일단부에는 상기 우측프로펠러(150)가 설치되어 있다.
상기 좌측지지대(141)와 상기 우측지지대(151)는 도1 및 도2와 같이 각각 좌측주날개(120)와 우측주날개(130)를 관통하여 구비될 수 있으며, 또한 좌측주날개(120)와 우측주날개(130)의 상부 또는 하부에 각각 별도의 좌우날개지지대(미도시)를 수직으로 구비하고, 상기 날개지지대에 부착될 수 있다. 좌우날개지지대를 구비할 경우에 각 날개지지대는 양측 주날개의 상부 또는 하부가 동일한 방향으로 구비되어야 한다. 상기 좌측프로펠러(140)과 상기 우측프로펠러(150)가 각각의 상기 좌우측주날개(120, 130)의 중앙, 상부 또는 하부에 구비되건 관계없이 비행동체에서 볼 때 동일 높이에 설치되어야 한다.
또한 상기 상부수직꼬리날개(160) 및 상기 하부수직꼬리날개(160a)는 도 2의 단면 확대도에서와 같이, 각각 유선형으로 형성되되 단면(B-B')의 중심선 양측으로 서로 대칭형상으로 되며 이들은 방향 안전성에만 영향을 주고 양력 발생에는 전혀 영향을 미치지 않는다.
상기 상부수직꼬리날개(160)의 상단부에는 상기 몸체부(112)와 평행하게 꼬리상단지지대(161)가 구비되고, 상기 하부수직꼬리날개(160a)의 하단부에는 상기 몸체부(112)와 평행하게 꼬리하단지지대(162)가 구비되어 있다.
또한 상기 꼬리상단지지대(161)의 일단부에는 상기 좌우측프로펠러(140,150)와 동일한 방향(머리부 방향)으로 상기 상부프로펠러(170)가 설치되고, 상기 꼬리하단지지대(162)의 일단부에도 상기 좌우측프로펠러(140,150)와 동일한 방향(머리부 방향)으로 상기 하부프로펠러(180)가 설치되어 있다.
이상과 같이 상기 좌우측프로펠러(140,150)의 설치방향과 상기 상부프로펠러(170) 및 상기 하부프로펠러(180)의 설치방향은 동일하게 이루어진다.
그리고 몸체부(112)에서 상기 좌측지지대(141)까지의 거리(d1)와 상기 몸체부(112)에서 상기 우측지지대(151)까지의 거리(d2)는 동일하다.
또한 상기 꼬리부(113)에서 상기 꼬리상단지지대(161)까지의 거리(d3)는 상기 꼬리부(113)에서 상기 꼬리하단지지대(162)까지의 거리(d4)도 동일하다.
그리고 상기 몸체부(112)에서 상기 좌측지지대(141)까지의 거리(d1)와 상기 꼬리부(113)에서 상기 꼬리상단지지대(161)까지의 거리(d3)도 동일하고, 상기 몸체부(112)에서 상기 우측지지대(151)까지의 거리(d2)와 상기 꼬리부(113)에서 상기 꼬리하단지지대(162)까지의 거리(d4)도 동일한 것이 바람직하다.
따라서 상기 거리 d1과 d2, d3, 및 d4는 모두 동일하게 구성되는 것이 가장 바람직 하다.
즉, 상기 비행동체(110)의 앞쪽에서 보았을 때에 4개의 프로펠러까지의 거리는 모두 동일한 것이 가장 바람직하며, 보다 정확하게는 비행동체(110)의 무게중심부(115)에서 4개의 프로펠러까지의 거리가 모두 동일하게 형성된 것이며, 이는 드론의 일반적인 특징을 취한 것이다. 이렇게 비행동체의 무게중심부(115)에서 각각의 프로펠러까지의 거리가 동일하므로 드론과 마찬가지로 비행체의 균형을 유지하면서 수직이륙과 수직 착륙을 비롯하여 프로펠러로 동작하는 방향전환, 호버링이 가능하다.
비행동체의 무게중심부(115)는 일반적으로 주날개에서 비행동체로 연장하였을 때에 만나는 지점이 된다. 따라서 무게중심부(115)는 비행체의 앞에서 볼 때 비행동체의 가운데가 되며(도 3에서 원형 부분), 측면에서 보면 주날개에서 연장되어 만나는 지점이 되어 비행동체의 길이방향으로 약간 앞쪽에 위치한다. 따라서 4개의 프로펠러는 비행동체(110)의 앞쪽에서 볼때에 무게중심부(115)를 중심으로 동일 거리에서 90도 간격으로 이격되어 있고, 비행동체의 측면에서 볼때에는 좌측프로펠러(140)와 우측프로펠러(150)는 무게중심부에서 약간 앞쪽에 위치하며, 상부프로펠러(170)와 하부프로펠러(180)는 무게중심부에서 상당히 뒤쪽에 위치하게 되어, 무게중심부에서 좌측프로펠러(140)와 우측프로펠러(150)까지의 거리보다 무게중심부에서 상부프로펠러(170)와 하부프로펠러(180)의 거리가 더 길게 된다.
또한 상기 좌측프로펠러(140)의 직후방측에 구비되는 상기 좌측지지대(141)에는 상기 좌측프로펠러(140)를 구동하는 구동수단(141a)이 설치되어 있다. 상기 구동수단(141a)은 구동모터와 배터리 및 연결수단으로 구성된다.
또한 상기 우측프로펠러(150)의 직후방측에 구비되는 상기 우측지지대(151)에는 상기 우측프로펠러(150)를 구동하는 구동수단(151a)이 설치되어 있다. 상기 구동수단(151a)은 구동모터와 배터리 및 연결수단으로 구성된다.
또한 상기 상부프로펠러(170)의 직후방측에에 구비되는 상기 꼬리상단지지대(161)에는 상기 상부프로펠러(170)를 구동하는 구동수단(161a)이 설치되어 있다. 상기 구동수단(161a)은 구동모터와 배터리 및 연결수단으로 구성된다.
또한 상기 하부프로펠러(180)의 직후방측에 구비되는 상기 꼬리하단지지대(162)에는 상기 상부프로펠러(180)를 구동하는 구동수단(162a)이 설치되어 있다. 상기 구동수단(162a)은 구동모터와 배터리 및 연결수단으로 구성된다.
여기서 상기 좌측지지대(141)와, 상기 우측지지대(151), 상기 꼬리상단지지대(161), 및 상기 꼬리하단지지대(162)에는 상기 구동모터가 각각 별도로 설치되는 것이 바람직하나 상기 배터리는 상기 몸체부(112)에 설치하여 각각의 모터를 공동으로 사용할 수도 있다.
또한 본 발명에 있어, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 꼬리부(113)에 설치되는 상기 상부수직꼬리날개(160) 및 상기 하부수직꼬리날개(160a)는 상기 좌우측주날개(120,130)에 대해서도 수직하게 설치된다.
상기 상부수직꼬리날개(160)와 상기 하부수직꼬리날개(160a)는 비행동체의 가로방향에 대한 안정성을 담당하게 된다.
통상, 비행동체에는 방향 안정성을 높여 주기 위해 꼬리부에 꼬리날개를 구비하게 되는데 이러한 꼬리날개는 꼬리부에서 수평으로 설치하는 좌우 수평꼬리날개와 상하 수직 꼬리날개가 있다.
본 발명에서의 상기 비행동체(110)의 꼬리부(111)에는 상기 상부수직꼬리날개(160)와 상기 하부수직꼬리날개(160a)가 구비되어 있으나, 경우에 따라 90도 돌려 설치되는 수평꼬리날개를 설치할 수도 있다. 이는 비행 안정성을 더욱 중시하는 경우 필요에 따라 선택적으로 구성된다.
또한 본 발명의 상기 좌측지지대(141)와, 상기 우측지지대(151), 상기 꼬리상단지지대(161) 및 상기 꼬리하단지지대(162)는 상기 비행동체(110)의 상기 꼬리부(113)보다 길게 설치되어, 상기 좌측지지대(141)와 상기 우측지지대(151), 상기 꼬리상단지지대(161) 및 상기 꼬리하단지지대(162)가 지면(G)과 수평하게 지지될 수 있어 안정적으로 세워지게 된다. 상기 좌측지지대(141), 우측지지대(151), 꼬리상단지지대(161) 및 꼬리하단지지대(162)의 지면과 맞닿는 끝단에는 실린더를 더 구비하여 이륙과 착륙시에 실린더가 신장하여 지면과 넓은 면적으로 접촉되고 비행시에는 실린더가 수축하여 비행에 방해되지 않도록 할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 비행동체(110)의 상기 꼬리부(113) 단부측에 지면에 착륙할 때 안정성을 높여 줄 수 있도록 하는 카메라와, 초음파 센서 및 레이져 센서 등을 설치할 수 있다. 이는 상기 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론(100)이 정밀하면서 안정적으로 지면에 착륙을 유도할 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론(100)이 작동되면서 비행하는 절차를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 좌측지지대(141)와, 상기 우측지지대(151), 상기 꼬리상단지지대(161) 및 상기 꼬리하단지지대(162)를 도 5에 도시된 바와 같이, 지면(G)에 세워 지지한다.
이와 같은 상태에서 상기 좌측프로펠러(140)와, 상기 우측프로펠러(150), 상기 상부프로펠러(170), 및 하부프로펠러(180)를 동시에 구동시키게 되면 도 5와 같이 몸체는 공중으로 상승하게 되면서 수직으로 이륙하게 된다.
이때 상기 좌측프로펠러(140)와, 상기 우측프로펠러(150), 상기 상부프로펠러(170), 및 하부프로펠러(180)를 동시에 강하게 구동하면 지면에서 더 높이 날고, 약하게 구동하면 지면으로 낮게 날게 된다. 따라서 멀티콥터의 기능을 수행할 수가 있게 된다.
상기와 같은 상태에서 상기 상부프로펠러(170)의 속도를 높이고, 상기 하부프로펠러(180)의 속도를 낮추어 구동시키게 되면 도6에 도시된 바와 같이 지면과 수평하게 비행할 수가 있게 된다. 이는 상기 상부프로펠러(170)의 구동 반발력이 상기 하부프로펠러(180)의 구동 반발력 보다 크기 때문에 몸체가 전방으로 숙여지면서 비행할 수 있게 된다. 특히, 상부프로펠러(170)와 하부프로펠러(180)의 위치는 비행동체(110)의 무게중심부에서 거리가 주날개(120, 130)에 장착된 좌측프로펠러(140)와, 상기 우측프로펠러(150)의 거리보다 멀게 위치되므로 적은 회전속도에 의해서도 모멘텀(momentum)이 크게 발생되어 큰 추진력이 발생되어 비행체의 상하로의 방향전환에 연료 소모가 적게 된다.
이러한 상태(몸체가 전방으로 숙여지는 상태)에서 상기 좌측프로펠러(140)와, 상기 우측프로펠러(150), 상기 상부프로펠러(170), 및 상기 하부프로펠러(180)를 동시에 속도를 높이게 되면 전방으로 빠르게 비행할 수가 있게 된다.
또한 상기와 같이 전방으로 비행하는 중간에 방향 전환을 하기 위해서는 상기 좌측프로펠러(140)와 상기 우측프로펠러(150) 중 어느 하나의 속도를 높이게 되면 높이는 쪽의 반대방향으로 방향 전환이 이루어지게 된다. 따라서 본 발명은 장거리 비행이 가능하게 됨으로써 고정익 비행체의 특성을 지니게 된다.
반대로, 전방으로 비행하는 중간에 몸체를 상승하기 위해서는 상기 하부프로펠러(180)의 속도를 높여 구동시키면 된다.
상기 하부프로펠러(180)의 속도를 높여 구동시키면 몸체가 상승되고, 이렇게 상승시킨 상태에서 상기 좌측프로펠러(140)와, 상기 우측프로펠러(150), 상기 상부프로펠러(170), 및 하부프로펠러(180)의 속도를 동시에 줄여주게 되면 수직으로 착륙을 할 수가 있게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 드론은 고정익 비행체에 구비되는 에어러론이나 러더 및 플랩 등이 필요 없어 구성이 매우 간단하게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 드론은 고정익 비행동체의 주날개 양측 중간부에 각각 좌측 및 우측 프로펠러를 구비하는 동시에 비행동체의 꼬리부 상하부에 각각 상부와 하부 프로펠러를 구비하여 유선형 비행동체의 주날개와 4개의 프로펠러를 이용하여, 비행 시간과 거리를 획기적으로 늘릴 수 있도록 하는 동시에 수직이착륙이 가능하게 된다.
100:고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론
110:비행동체
111:머리부 112:몸체부 113:꼬리부 115:무게중심부
120:좌측주날개 121:윙팁
130:우측주날개 131:윙팁
140:좌측프로펠러 141:좌측지지대
150:우측프로펠러 151:우측지지대
160:상부수직꼬리날개 160a:하부수직꼬리날개
161:꼬리상단지지대 162:꼬리하단지지대
170:상부프로펠러
180:하부프로펠러

Claims (8)

  1. 앞뒤로 길게 형성된 비행동체와, 상기 비행동체의 양측면에서 비행시 중량을 공중에서 지탱하는 양력이 발생되도록 상부의 만곡이 하부의 만곡보다 큰 좌우측주날개를 포함하는 드론에 있어서,
    머리부와 몸체부 및 꼬리부로 형성되는 유선형의 비행동체와,
    상기 비행동체의 상기 몸체부의 양측면부에 구비되는 좌측주날개와 우측주날개,
    상기 좌측주날개에 구비되고 상기 머리부의 방향과 동일한 방향으로 설치되는 좌측프로펠러와, 상기 우측주날개에 구비되고 상기 머리부의 방향과 동일한 방향으로 설치되는 우측프로펠러,
    상기 비행동체의 상기 꼬리부에 상하부측으로 각각 수직하게 구비되는 상부수직꼬리날개와 하부수직꼬리날개, 및
    상기 상부수직꼬리날개의 상단부에 구비되되 상기 몸체부와 평행한 방향으로 설치되는 상부프로펠러와, 상기 하부수직꼬리날개의 하단부에 구비되되 상기 몸체부와 평행한 방향으로 설치되는 하부프로펠러를 포함하여 구성되고,
    상기 좌측주날개에는 상기 몸체부와 평행하게 좌측지지대가 설치되고, 상기 좌측지지대의 일단부에는 상기 좌측프로펠러가 설치되며,
    상기 우측주날개에는 상기 몸체부와 평행하게 우측지지대가 설치되고, 상기 우측지지대의 일단부에는 상기 우측프로펠러가 설치되며,
    상기 상부수직꼬리날개의 상단부에는 상기 몸체부와 평행하게 꼬리상단지지대가 설치되고, 상기 하부수직꼬리날개의 하단부에는 상기 몸체부와 평행하게 꼬리하단지지대가 설치되며, 상기 꼬리상단지지대의 일단부에는 상기 상부프로펠러가 상기 꼬리하단지지대의 일단부에는 상기 하부프로펠러가 각각 설치되는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부에서 상기 좌측지지대까지의 거리와, 상기 몸체부에서 상기 우측지지대까지의 거리, 상기 꼬리부에서 상기 꼬리상단지지대까지의 거리, 및 상기 꼬리부에서 상기 꼬리하단지지대까지의 거리는 모두 동일하게 구성되는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 좌측지지대는 상기 좌측주날개의 중간부위를 관통하여 설치되고, 상기 우측지지대는 상기 우측주날개의 중간 부위를 관통하여 설치되는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 좌측지지대는 상기 좌측주날개의 상부 또는 하부에 설치되는 좌날개지지부에 구비되고, 상기 우측지지대는 상기 우측주날개의 상부 또는 하부에 설치되는 우날개지지부에 구비되는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비행동체의 무게중심부에서 상기 좌측프로펠러 및 상기 우측프로펠러의 거리보다, 상기 비행동체의 무게중심부에서 상기 상부프로펠러 및 상기 하부프로펠러의 거리가 더 긴 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 좌측주날개와 상기 우측주날개의 단부에는 윙팁이 더 구비되는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부수직꼬리날개와 상기 하부수직꼬리날개는 양력이 발생하지 않는 대칭 단면을 가지도록 형성되는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론.
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