KR101966908B1 - 유체추진장치 - Google Patents

Abstract

신규한 유체추진장치가 개시된다. 유체추진장치는 본체와, 상기 본체에 소정의 간격을 두고 적층 설치되며 판면을 관통하는 유체통과공을 가진 다수의 디스크 및 외부에서 상기 유체통과공으로 유입된 유체를 상기 디스크의 반경 방향으로 배출하도록 상기 다수의 디스크가 회전시키는 회전구동부를 가진 유체소스와, 상기 디스크의 반경 방향으로 배출하는 유체를 상기 본체의 외부로 분출하도록 상기 본체에 설치된 유체분출부와, 상기 유체분출부의 출구를 향해 간격을 두고 배치되어, 상기 분출된 유체에 의해 양력을 발생시키는 윙부와, 상기 본체와 상기 윙부를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유체추진장치는 효율적으로 유체를 생성하고, 이 생성된 유체를 윙부에 분출함으로써 인공적으로 양력을 발생시켜 비행을 위한 추진력을 얻을 수 있다.

Description

유체추진장치{A fluid propulsion device}

본 발명은 신규한 유체추진장치에 관한 것이다.

비행기 날개의 단면과 유사한 구조물은 유체의 흐름의 방향과 수직, 또는 수직에 가까운 힘을 발생시킨다. 일반적으로 중력과 반대방향으로 작용하게 되는 힘은 양력(lift)이라 불리며 이 힘은 전체적인 유체의 흐름을 크게 변화시키지 않으면서도 유체의 속도에 따라 중력보다 큰 힘을 발생시키기도 한다.

도 1은 비행기(1)의 비행원리를 설명하기 위한 도이다. 비행기(1)는 엔진이나 프로펠러(2) 등을 이용하여 추력(thrust)을 발생시켜 날개 주위에 공기의 흐름을 강제적으로 발생시켜 양력(lift)을 발생시킨다. 이때 추력과 공기흐름의 방향은 반대이며, 비행기의 움직임의 방향은 추력과 동일한 방향이다. 이러한 비행기(1)의 추력 및 공기 흐름 변화에 의한 비행원리는 제트엔진이나 프로펠러와 같은 추력 발생기를 반드시 필요로 한다. 이와 같이 제트엔진이나 프로펠러와 같은 추진장치는 에어포일(air foil) 같은 형상의 날개를 상당한 속도로 이동시켜 날개에 부딪히는 유체를 이용하여 양력을 발생시킨다. 따라서, 제트엔진을 이용한 추진장치는 기본적으로 긴 활주로가 필요하며, 프로펠러를 이용한 추진장치는 큰 프로펠러가 노출되어 매우 위험한 문제가 있다.

본 발명의 목적은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 간단한 구조로 효율적으로 생성된 유체를 생성할 수 있고, 안전하고 구조가 간단한 새로운 유체추진장치를 제공함에 있다.

상술한 과제를 달성하기 위한 유체추진장치가 제공된다. 유체추진장치는 본체와, 상기 본체에 소정의 간격을 두고 적층되고 판면을 관통하는 유체통과공을 가진 다수의 디스크 및 외부에서 상기 유체통과공으로 유입된 유체를 상기 디스크의 반경 방향으로 배출하도록 상기 다수의 디스크를 회전시키는 회전구동부를 가진 유체소스와, 상기 디스크의 반경 방향으로 배출하는 유체를 상기 본체의 외부로 분출하도록 상기 본체에 설치된 유체분출부와, 상기 유체분출부의 출구를 향해 간격을 두고 배치되어, 상기 분출된 유체에 의해 양력을 발생시키는 윙부와, 상기 본체와 상기 윙부를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 유체추진장치는 간단한 구조로 유체를 생성할 수 있고 이를 이용하여 안전하게 양력을 생성할 수 있다.

상기 유체소스는 회전축을 따라 배치된, 서로 반대방향으로 회전하는 1쌍의 유체소스를 포함함으로써 일방향 회전에 의해 본체에 가해지는 반발력을 상쇄할 수 있다.

상기 유체분출부는 상기 1쌍의 유체소스 각각에 대응하는 유체분출구를 가짐으로써 윙부의 상하면에 각각 가해지는 유체를 분리 제어할 수 있다.

유체추진장치는 상기 유체소스의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 본체는 상기 유체소스와 상기 유체분출부 사이에 배치되고, 상기 유체소스에서 배출되는 유체를 임시 수용하는 버퍼탱크를 포함함으로써 균일한 압력으로 유체를 분출할 수 있다.

본 발명의 유체추진장치는 간단한 구조로서 효율적인 유체를 생성하고, 이를 이용하여 양력을 발생시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 비행기의 비행원리를 설명하기 위한 도,
도 2는 본 발명의 유체추진장치의 원리를 설명하기 위한 도,
도 3 및 4는 본 발명의 실시예에 따른 유체추진장치를 나타내는 사시도 및 단면도,
도 5는 도 4의 유체소스 구조를 나타내는 도,
도 6 및 7은 다른 실시예에 따른 유체소스 구조를 나타내는 도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유체추진장치(100)를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 유체추진장치(100)의 원리를 설명하기 위한 도이다.

종래의 비행기(1)는 제트엔진이나 프로펠러를 이용하여 발생한 추력(thrust)을 이용하여 양력(lift)을 발생시킨다. 그러나 본 발명의 유체추진장치(100)는 본체(110)를 중심으로 하여 공기와 같은 유체를 윙부(140)를 향해 분출하는 것으로 유체의 흐름을 발생시키고, 유체가 비행 날개와 유사한 단면을 가진 윙부(wing body)(140)의 상하 표면을 지나며 양력을 발생시킨다. 이때, 유체를 뿜어내는 방향은 항상 본체(110)의 중심으로부터 대칭, 즉 반대방향이나 벡터적으로 힘 균형을 이루도록 하여 유체의 흐름에 의한 작용과 반작용은 서로 상쇄되도록 하는 것이 좋다. 따라서, 본체(110)를 중심으로 힘 균형이 이루어지도록 작용하는 유체의 흐름은 같은 방향으로의 양력을 발생시켜, 윙부(140)가 양력 방향으로 움직이도록 한다. 결과적으로, 윙부(140)에 연결된 본체(110)는 윙부(140)와 함께 양력방향으로 움직이게 한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 유체추진장치(100)는 물리적인 측면에서 양력의 방향이 결국 추력(thrust)의 방향이 된다. 양력은 중력에 반하는 힘을 말하며, 비행기 등을 공중으로 뜨게 하는 힘을 말한다. 본 발명의 유체추진장치(100)는 반드시 수직방향으로만 추진력이 발생하는 것이 아니라 설계에 따라 어떤 방향으로도 추진력을 발생시킬 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 유체추진장치(100)의 구성을 나타내는 사시도 및 단면도이다. 도시한 바와 같이 유체추진장치(100)는 본체(110), 유체를 외부로 분출하는 유체분출부(120)를 가진 유체소스(120), 상기 유체분출부(120)를 향해 배치되고 상기 분출된 유체에 의해 양력을 발생하는 윙부(140), 및 상기 본체(110)와 상기 윙부(140)를 연결하는 연결부(150)를 포함한다.

본체(110)는 유체소스(120), 유체분출부(130) 및 유체소스제어부(160)를 지지한다. 본체(110)는 구형, 원통형, 타원구형, 다각기둥형, 원뿔형, 다각뿔형 등 다양한 외형으로 내부에 유체소스(120) 등을 수용하여 지지하도록 중공형태로 제작될 수 있다. 본체(110)는 비행에 적합하게 가벼운 금속, 예를 들면 알루미늄 또는 그의 합금이나 플라스틱 등으로 제작될 수 있다.

유체소스(120)는 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 케이스(1230, 상기 케이스 (123) 내에 회전축(122)을 중심으로 간격을 두고 적층된 다수의 디스크(124), 상기 다수의 디스크(124)를 수용하는 케이스(123), 및 상기 회전축(122)을 회전시키는 회전구동부(129)를 포함한다.

케이스(123)는 다수의 디스크(124)를 수용하는 원통형으로 상하면에 회전축(122)을 회전 가능하게 지지한다. 원통형 케이스(123)는 상면에는 외부에서 유체가 유입되는 다수의 유체통과공(126) 및 외주면을 따라 유체분출구(127)를 포함한다. 유체분출구(127)는 슬릿 형태로서 외주면 전체에 형성될 수도 있고 단속적으로 끊어져 형성될 수도 있다.

다수의 디스크(124)는 각각 판면을 관통하는 다수의 유체통과공(125)을 가진 얇은 판상 디스크들로 이루어진다. 다수의 디스크(124)는 회전축(122)에 간격을 두고 적층 고정된다. 회전축(122)을 회전시키면, 케이스(123)의 유체통과공(126) 및 다수의 디스크(124) 중 최외각 디스크의 회전축(122) 부근 유체통과공(125)을 통해 외부에서 유입된 공기와 같은 유체(fluids)가 유입된다. 이 유입된 유체는 테슬라 터빈 원리를 역으로 적용한 경계층 효과(boundary layer effect) 법칙에 의해 회전하는 다수 디스크 간격을 통해 반경 방향으로 빠져나간다. 이때, 유체의 분출속도는 디스크(124)의 크기와 회전속도에 비례하여 빨라지며, 종래의 바람개비/날개가 있는 펌프에 비해 훨씬 효과적이고 고속회전에 따른 효율감소가 없다.

유체분출부(130)는 유체소스(120)의 유체분출구(127)로부터 배출된 유체를 본체(110)의 외부로 분출한다. 유체분출부(130)는 인접 배치된 윙부(140)의 선단을 향해 유체를 분출하는 유체분출노즐(132), 유체분출노즐(132)에 공급되는 유체량을 조절하는 유체밸브(134) 및 유체소스(120)의 유체분출구(127)로부터 배출된 유체를 임시로 저장하는 버퍼탱크(136)를 포함한다.

유체분출노즐(132)은 구형 본체(110)의 가로방향의 중앙 외주면을 따라 형성된 긴 슬릿 형태로 형성된다. 유체분출노즐(132)은 360°의 단일 슬릿, 180°간격의 2개 슬릿, 140°간격의 3개 슬릿, 90°간격의 4개 슬릿, 60°간격의 6개 슬릿 등으로 유체분출 반발력의 힘 균형을 이루는 대칭 위치에 배치된다. 물론 힘균형을 이루는 경우는 양력에 의해 수직으로 부상하고, 불균형이면 기울어진 방향으로 전진할 수 있다.

다른 실시예로서, 유체분출노즐(132)은 윙부(140)를 향한 유체분출 방향에 대해 상하로 배열된 2개의 유체분출노즐(미도시)로 구성할 수 있다. 상하로 배열된 2개의 유체분출노즐은 서로 다른 압력으로 유체를 분출, 예를 들면 상측의 유체분출노즐에서는 빠른 속도로 유체를 분출하여 윙부(140)의 상면을 따라 흐르게 하고, 하측의 유체분출노즐에서는 느린 속도로 유체를 분출하여 윙부(140)의 상면을 따라 흐르게 함으로써 윙부(140)의 단면 형상에 상관없이 양력을 발생시키고, 상하 1쌍의 유체분출노즐의 유체분출 속도를 다양하게 조절함으로써 양력의 크기를 조절할 수 있다. 2 개 유체분출노즐의 분출방향은 서로 인접하는 부분에서 소정 부분 중첩하여도 무방하다. 또한, 필요에 따라 상하로 배열된 3개 이상의 유체분출노즐을 적용하는 것도 가능하다.

유체밸브(134)는 유체분출노즐(132)로 공급되는 유체 분출량이나 유체분출압을 조절한다. 유체밸브(134)는 스텝모터방식, 리니어 솔레노이드 방식, 로터리 솔레노이드 방식 등의 공기제어밸브로 구현된다.

버퍼탱크(136)는 유체소스(120)로부터 불균일하게 유입되는 유체를 임시로 수용하여 유체압력을 일정하게 한 후에 유체분출노즐(132)로 공급하게 하기 위한 것이다. 유체분출압력을 정밀하게 조절하는 것이 양력발생을 정밀하게 조절하는 조건이 된다. 물론 유체소스(120)로부터 배출되는 분출압력이 일정하다면 생략 가능하다.

유체소스제어부(160)는 유체소스(120)나 유체분출부(130)를 전자적으로 제어하여 유체 생성 및 유체분출량 등을 조절한다. 유체소스제어부(160)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 유체소스제어부(160)는 ECM(Electronic Control Module), CPU, MPU 등을 포함할 수 있다.

윙부(140)는 본체(110)를 둘러싸고 있는 띠(고리) 또는 도넛 형상으로 에어포일 단면을 가진다. 윙부(140)는 유체분출노즐(132)에서 분출되는 유체에 의해 양력을 발생한다. 즉, 유체분출노즐(132)에 인접한 윙부(140)의 선단에 부딪힌 유체는 각각 윙부(140)의 상면과 하면을 따라 흐른다. 이때, 에어포일 단면 형상의 윙부(140)는 상면으로는 빠른 유체 흐름이, 하면에는 느린 유체 흐름을 형성함으로써 압력차이에 의한 양력이 발생한다. 이와 같이 발생한 양력은 윙부(140)를 부상시키고, 결과적으로 윙부(140)에 연결된 본체(110)도 부상시킨다. 유체분출노즐(132)을 향한 윙부(140)의 선단과 유체분출노즐(132)의 말단 사이의 간격은 전체적으로 일정한 것이 바람직하다. 물론 윙부(140)의 선단과 유체분출노즐(132)의 말단 사이의 간격을 매우 가깝게 하여도 무방하다. 또한, 윙부(140)의 선단과 유체분출노즐(132)의 말단 사이의 간격은 본체(110)를 중심으로 대칭적으로 구성될 수 있다면 일정하지 않아도 무방하다.

윙부(140)는 유체분출노즐(132)에서 분출하는 유체에 대해 사전 설정된 받음각을 가진다. 그러나 윙부(140)는 고정된 받음각 형태가 아닌 조절 가능한 받음각을 갖도록 설계함으로써 양력의 크기를 조절할 수 있다.

연결부(150)는 본체(110)와 윙부(140)를 일체로 연결한다. 연결부(150)는 본체(110)에 윙부(140)를 지지하면서 양력에 의해 부상하는 윙부(140)를 따라 본체(110)도 함께 부상하도록 하기 위한 것이다.

상술한 유체추진장치(100)는 본체(110)를 중심으로 유체의 분출 압력이 힘 균형을 이뤄 배출하면 양력에 따라 수직 방향으로 부상한다. 이때, 본체(110)를 중심으로 분출하는 유체가 힘균형을 이루지 않고 불균형을 이루면 수직이 아닌 기울어진 방향으로 부상하고, 이를 이용하여 원하는 방향으로 수평 이동하는 것이 가능하다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체소스(120)를 나타낸 단면도이다. 도시한 바와 같이, 한 쌍의 제1 및 제2유체소스(120-1,120-2)를 회전축(122-1,122-2)을 중심으로 상하 배열한 것이다. 도 6에서 한 쌍의 제1 및 제2유체소스(120-1,120-2)는 각각 서로 분리된 제1 및 제2케이스(123-1,123-2)를 포함한다. 제1 및 제2케이스(123-1,123-2)는 각각 다수의 제1 및 제2디스크(124-1,124-2)가 고정된 제1 및 제2회전축(122-1,122-2)을 동축선상으로 회전가능하게 지지한다. 제1 및 제2케이스(123-1,123-2)는 각각 외주면을 따라 배출되는 제1 및 제2유체분출구(127-1,127-2)를 포함한다. 제1 및 제2유체분출구(127-1,127-2)를 통해 배출되는 유체는 통합배출관(128)을 통해 합쳐진다.

도 6에서, 한 쌍의 제1 및 제2유체소스(120-1,120-2)는 서로 반대방향으로 회전한다. 유체소스에서 다수의 디스크(124)가 일방향으로만 회전하면 반대방향으로의 토크, 즉 반동회전력이 발생한다. 이를 상쇄하기 위해서, 한 쌍의 제1 및 제2유체소스(120-1,120-2)는 동축반전(coaxial contra-rotating)하여 회전력을 상쇄할 수 있다.

도 7은 도 6에서 제1 및 제2유체분출구(127-1,127-2)를 통해 배출되는 유체를 통합하지 않고 개별적인 제1 및 제2분리배출관(128-1,128-2)을 통해 유체분출부(130)에 공급하는 구조이다. 이러한 구조는 유체분출노즐(132)이 상하 2개의 유체분출노즐로 구성되는 경우에 유용하다.

이상과 같이 본 발명은 한정된 예시적 실시예와 도면을 통해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 예시적 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 예시적 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 유체추진장치
110: 본체
120,120-1,120-2: 유체소스
122,122-1,122-2: 회전축
124,124-1,124-2: 디스크
125,125-1,125-2,126, 126-1, 126-2: 유체통과공
127, 127-1,127-2: 유체분출구
128: 통합배출관
128-1,128-2: 제1 및 제2분리배출관
130: 유체배출부
132: 유체배출노즐
134: 유체밸브
136: 버퍼탱크
140: 윙부
150: 연결부

Claims (5)

1. 본체와;
   상기 본체에 소정의 간격을 두고 적층되고 판면을 관통하는 유체통과공을 가진 다수의 디스크 및 외부에서 상기 유체통과공으로 유입된 유체를 상기 디스크의 반경 방향으로 배출하도록 상기 다수의 디스크를 회전시키는 회전구동부를 가진 유체소스와;
   상기 유체소스로부터 배출되는 유체를 상기 본체의 외부로 분출하도록 상기 본체에 설치된 복수의 유체분출부와;
   상기 유체분출부의 출구를 향해 배치되어, 상기 분출된 유체에 의해 양력을 발생시키는 윙부와;
   상기 본체와 상기 윙부를 연결하는 연결부와;
   상기 복수의 유체분출부의 유체분출량 또는 유체분출압력을 독립적으로 조절하는 유체소스제어부를 포함하며,
   상기 유체소스는 회전축을 따라 배치된, 서로 반대방향으로 회전하는 1쌍의 유체소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체추진장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 유체분출부는 상기 1쌍의 유체소스 각각에 대응하는 유체분출구를 갖는 것을 특징으로 하는 유체추진장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 유체소스의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체추진장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 본체는 상기 유체소스와 상기 유체분출부 사이에 배치되고, 상기 유체소스에서 배출되는 유체를 임시 수용하는 버퍼탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체추진장치.

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