KR102038223B1 - 완구용 로켓 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 완구용 로켓은 비행이 가능하도록 디자인된 본체의 상하부에 제1 프로펠러와 상기 제1 프로펠러와는 다른 회전 방향을 가지는 제2 프로펠러가 배치될 수 있다. 제1 프로펠러와 제1 프로펠러의 토크 차이에 따라 동체가 일방향으로의 회전이 이루어져 동체는 유체를 비행시 특정방향으로 휘어지는 마그누스의 힘을 받게 되고, 이에 따라 로켓의 비행 궤적이 출발지점으로 되돌아오는 궤적으로 변경되므로 동체를 회수하기 간편하고, 재비행을 위한 시간이 단축될 수 있다.

Description

완구용 로켓{Toy Rocket}

본 발명은 완구용 로켓에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비행시의 비행 궤적이 가변될 수 있는 완구용 로켓에 관한 것이다.

초등학교에서 항공과학을 위해 사용되고 있는 기초학습자료로써의 비행용 완구는 고무밴드의 탄성력을 이용하여 프로펠러를 돌려주는 고무동력기 또는 날개의 각도를 이용하여 바람을 타며 비행하는 행글라이더 등이 있다.

이들은 대부분 조립품으로 비행을 시작한 후에는 일정한 거리를 단순히 비행하거나 바람의 세기에 따라 좀 더 비행이 가능하고 특히 날개부의 제작에 따라 비행거리가 가변될 수 있다. 그러나, 비행이 원할하도록 날개부를 초등학생이 조립 제작하기 용이하지 않아 대부분은 짧은 비행거리 후에 낙하하게 되며, 가볍고 약한 재질로 인해 한번 비행 후에는 파손 가능성이 크다.

또한, 사용자는 완구가 비행을 마치고 낙하하게 되면 비행거리만큼을 이동하여 완구를 회수하여야 하기 때문에 번거로움이 많고 집중력이 약한 어린이들의 흥미 유발도가 쉽게 떨어져, 지속적인 학습 효과를 기대할 수 없었다.

본 발명은 비행이 가능한 완구용 로켓에 관한 것으로, 비행 후에 출발 지점에 근접한 위치로 되돌아오는 궤적을 형성하도록 하여 회수의 번거로움을 해소할 수 있는 완구용 로켓을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 완구용 로켓은 내부에 소정의 공간이 마련된 원통형의 구동부; 상기 구동부의 외측 둘레를 따라 결합되는 날개부; 상기 구동부의 하방향에 배치되며 상기 구동부의 연장축과 동일한 방향으로 배치되는 제1 프로펠러; 상기 구동부의 상방향에 배치되며 상기 제1 프로펠러와 동일한 회전축을 가지도록 배치되는 제2 프로펠러;를 포함하고, 상기 제1 프로펠러와 상기 제2 프로펠러가 서로 다른 방향으로 회전하며, 상기 날개부와 구동부를 포함하는 동체는 상기 제1 프로펠러와 상기 제2 프로펠러에 인가되는 토크 차이에 따라 회전이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 구동부 내부 하단부에 마련되어 상기 제1 프로펠러와 연결되며, 상기 제1 프로펠러를 일방향으로 회전시키는 제1 모터와 상기 구동부 내부의 상단부에 마련되어 상기 제2 프로펠러를 회전시키는 제2 모터를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 모터와 상기 제2 모터는 서로 다른 토크를 가질 수 있다.

이 때, 상기 제1 모터의 일측과 상기 제2 모터의 일측에는 연결된 각 모터의 회전방향과 회전속도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 제1 모터의 회전 방향과 상이하도록 상기 제2 모터의 회전 방향을 설정하고, 상기 동체의 비행 궤적을 고려하여 상기 제1 모터와 제2 모터의 토크를 설정할 수 있다.

바람직하게, 상기 날개부는 상기 구동부의 상부에 결합되는 상부 날개, 상기 구동부의 하부에 결합되는 중간 날개, 상기 중간 날개에서 연장형성되는 하부 날개를 포함하고, 상기 상부 날개와 상기 중간 날개는 서로 대응되는 위치에서 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본체 상부에 마련된 프로펠러와 동일한 회전축을 가지는 추가적인 프로펠러가 마련되기 때문에 완구용 로켓이 비행 후 출발 지점에 근접하게 되돌아 오는 비행 궤적을 가지므로 용이한 회수를 통해 재비행을 수행할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본체 상하부에 마련되는 프로펠러의 회전 방향을 제어하여 비행 궤적을 변경하는 동시에, 프로펠러의 회전 속도를 제어하여 전체적인 비행거리를 조절할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 완구용 로켓을 정면에서 바라본 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 완구용 로켓을 측면에서 바라본 사시도
도 3은 종래와 본 발명의 실시예에 따른 완구용 로켓의 비행 궤적을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 완구용 로켓을 하면에서 바라본 평면도

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 의해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 완구용 로켓을 정면에서 바라본 단면도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 완구용 로켓을 측면에서 바라본 사시도이다. 이하, 도 1과 도 2를 함께 참조하며 본 발명의 완구용 로켓에 대해 설명한다.

우선 도 1을 참조하면, 본 발명의 완구용 로켓은, 내부에 소정의 공간이 마련된 원통형의 구동부(14), 상기 구동부(14)의 외측 둘레를 따라 결합되는 날개부(10), 상기 구동부(14)의 상하부에 마련되는 제1 프로펠러(11) 및 제1 프로펠러(12)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 날개부(10)는 상기 구동부(14)의 상부의 일부분과 결합되는 상부 날개(10A), 상기 구동부(14)의 하부의 일부분과 결합되는 중간 날개(10B), 상기 중간 날개(10B)의 하부에서 연장형성되는 하부 날개(10C)를 포함할 수 있다.

상기 구동부(14)는 상기 날개부(10)의 중심부에 배치되며 내부에 공간이 형성된 원통형 부재로, 상기 상부 날개(10A)와 중심 날개(10B)가 결합되기 위한 지지대의 역할을 할 수 있다.

상기 상부 날개(10A)와 중심 날개(10B)는 상기 구동부(14)의 둘레 방향을 따라 소정의 각도로 결합될 수 있다. 상기 상부 날개(10A)와 중간 날개(10B)는 서로 대응하는 위치에 형성되며, 하부 날개(10C)는 중간 날개(10B)로부터 연장되는 것으로, 상부 날개(10A), 중간 날개(10B) 및 하부 날개(10C)는 비행을 위한 한 개의 날개로 볼 수 있으며, 이를 하나의 날개부(10)라 정의할 수 있다.

실시예의 도면에서는 상기 날개부(10)가 4개로 형성된 것으로 도시하여 설명하지만, 이는 바람직한 예시로 한정되는 것은 아니다.

상부 날개(10A)와 중간 날개(10B)는 공기 저항을 고려하여 하방향으로 갈수록 폭이 점차 커지는 형상일 수 있다. 여기서 '폭'이란 상부 날개(10A)와 중심 날개(10B)의 측면 너비를 지칭한다.

본 실시예에서 날개부(10)는 용이한 조립을 위해 상부 날개(10A)와 중간 날개(10B)가 결합되는 구조로 설명하나, 날개부(10)는 일체형으로 형성되어도 무방하다.

상기 날개부(10)의 중심에는 소정 직경의 원통형상으로 이루어진 구동부(14)가 마련될 수 있다. 구동부는 각 날개의 결합을 위한 지지대의 역할을 하며, 도 1에 개시된 바와 같이 상기 상부 날개(10A)의 하면이 구동부(14)에 결합되고, 상기 중간 날개(10B)의 상면이 상기 구동부(14)의 둘레를 따라 결합될 수 있다.

도 2를 참조하면, 하부 날개(10C)는 상기 중간 날개(10B)의 하단부에서부터 연장형성되는데, 상부 날개(10A)와 중간 날개(10B)가 비교적 완만하게 폭이 증가하는데 반해 하부 날개(10C)는 제1 프로펠러(11)가 구비되는 공간으로 인해 다소 돌출되는 형상을 가지도록 폭이 증가될 수 있다. 상기 하부 날개(10C)는 구동부(14)의 하면까지 소정의 거리만큼 연장형성되며, 상기 구동부(14)와 연결되는 제1 프로펠러(11)의 회전 공간을 제공하기 위해 내측면이 일부 절단되어 형성될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 하부 날개(10C)의 하부에는 상기 구동부(14)와 연결되는 제1 프로펠러(11)가 배치될 수 있다. 상기 제1 프로펠러(11)는 상기 하부 날개(10C)의 하면에 배치될 수 있으며, 아래에서 보면 상기 제1 프로펠러(11) 주변을 복수개의 날개부(10C)가 둘러싸고 있는 구조로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 상부 날개(10A)의 상부에는 상기 구동부(14)와 연결되는 제2 프로펠러(12)가 배치될 수 있다. 상기 제2 프로펠러(12)는 상기 제1 프로펠러(11)와 동일한 회전축을 가지도록 배치될 수 있다.

상기 제1 프로펠러(11)의 날개 직경은 상기 제2 프로펠러(12)의 날개 직경보다 크게 형성됨이 바람직하다. 상기 제1 프로펠러는 실시예의 완구용 로켓이 비행시에 동체에 추진력을 발생시키는 역할을 수행할 수 있다. 제2 프로펠러의 역할은 추후 설명한다.

이어서, 구동부(14)에 포함되는 구성에 대해서 설명한다.

상기 구동부(14)는 내부에 소정의 공간이 형성된 원통형 부재로, 하단부에는 상기 제1 프로펠러(11)와 연결되어 상기 제1 프로펠러(11)를 일방향으로 회전시키는 제1 모터(15)를 포함할 수 있다. 상기 제1 모터(15)의 샤프트(15A)는 상기 구동부(14)의 중심축의 하방향으로 연장되어 상기 제1 프로펠러(11)와 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제1 모터(15)의 일측에는 상기 제1 모터의 토크 또는 회전 방향을 제어하기 위한 제1 제어부(16)가 마련될 수 있다. 상기 제1 제어부(16)는 상기 제1 모터(15)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있으며, 토크를 제어하여 원하는 비행거리를 설정할 수 있다.

상기 구동부(14)의 내부에서 상단에는, 상기 제2 프로펠러(12)와 연결되고 상기 제2 프로펠러(12)를 일방향으로 회전시키는 제2 모터(17)를 포함할 수 있다. 상기 제2 모터(17)의 샤프트(17A)는 상기 구동부(14)의 중심축의 하방향으로 연장되어 상기 제2 프로펠러(12)와 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제2 모터(17)의 일측에는 상기 제2 모터의 토크 또는 회전 방향을 제어하기 위한 제2 제어부(18)가 마련될 수 있다. 상기 제2 제어부(18)는 상기 제2 모터(17)를 사용자의 설정에 따라 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있으며, 토크를 제어하여 비행거리를 설정할 수 있다. 상기 제1 제어부(16)와 제2 제어부(18)는 서로 연결되어 정보를 주고 받을 수 있다.

상술한 바와 같이 제1 모터(15)와 제2 모터(17)를 제어하기 위한 제어부가 별도로 구성될 수도 있으며, 하나의 제어부로 제1 모터(15)와 제2 모터(17)를 제어할 수도 있다. 제어부가 하나로 구성되는 경우에는 상부 본체(10A)와 하부 본체(10B)의 무게 편향을 방지하기 위해 제어부에 포함되는 구성요소들을 비행이 이루어지기 위한 무게중심부에 배치시킴이 바람직하다. 또한, 상기 제1 모터(15)와 제2 모터(17)를 구동시키기 위한 배터리가 추가적으로 구비될 수 있으며, 상기 배터리는 또한 무게 중심에 배치하는 것이 바람직하다.

이어서는, 상술한 바와 같은 본 발명의 완구용 로켓의 구조에 기반하여 비행시 궤적이 변경되는 특징에 대해 설명한다.

우선, 제1 모터(15)가 구동하기 시작하면 제1 프로펠러(11)가 일방향으로 회전을 시작하며, 이 때 하부 날개(10C)의 하면은 제1 프로펠러(11)의 회전력에 의한 추진력으로 하방향으로부터 밀어올리는 힘을 받게 된다. 제1 프로펠러(11)의 회전 방향은 제1 프로펠러(11)의 형상에 따라 결정될 수 있다. 즉, 제1 프로펠러(11)가 하방향(본체의 반대방향)으로 추진력을 발생시키도록 회전 방향이 정해지는 것이 바람직하다.

이 때, 제2 제어부(18)는 상기 제1 프로펠러(11)의 회전방향과 반대가 되도록 상기 제2 모터(17)를 제어하여 상기 제2 프로펠러(12)의 회전방향을 설정한다. 제1 프로펠러(11)의 회전방향이 시계방향이라 가정하면 제2 프로펠러(12)의 회전방향은 반시계방향으로 설정될 수 있다.

여기서, 제1 제어부(16)와 제2 제어부(18)는 상기 제1 프로펠러(11)와 제2 프로펠러(12)의 토크가 상이하도록 제어할 수 있다. 만약, 제1 프로펠러(11)의 토크가 제2 프로펠러(12)의 토크보다 큰 경우에 날개부(10)를 포함한 구동부(14)(이하 '동체'라 함)는 제1 프로펠러의 회전력에 영향을 받아 반토크 현상으로 반시계 방향으로 회전하게 된다. 반시계 방향으로 회전하는 동체를 유체(공기)에 투척하면, 동체는 비행 중 이동방향에 대해 계속적으로 오른쪽으로 휘는 힘을 받게 되어 원형의 궤적을 그리면서 출발했던 지점 근처로 돌아오는 효과를 가지게 된다. 상기의 효과는 마그누스의 원리를 통해 확인할 수 있다.

마그누스의 원리란 물체가 유체(액체, 기체) 속에서 회전과 함께 운동을 하게 될 때 물체와 유체 사이에 상대 속도가 존재하게 될 경우 물체 속도에 수직인 방향으로 물체에 힘이 발생하는 현상을 말한다. 본 발명은 상기 마그누스의 원리를 이용한 것으로, 제1 프로펠러와 제2 프로펠러를 이용하여 동체에 회전력을 발생시키고 이에 대해 소정 방향으로 휘어지는 마그누스 힘을 통해 비행 경로를 휘어지도록 하였다.

도 3은 종래와 본 발명의 실시예에 따른 완구용 로켓의 비행 궤적을 나타낸 도면이다.

도 3의 (a)를 참조하면, 기존의 완구용 로켓들은 바람의 세기나 방향에 따라 출발지점에서 착륙지점까지 직선(①) 또는 곡선(②)의 궤적을 형성하였다. (b)를 참조하면, 본 발명의 완구용 로켓은 메인 프로펠러(제1 프로펠러) 이외에 본체의 상단에 추가적인 프로펠러(제2 프로펠러)를 배치하고, 각 프로펠러의 회전방향과 회전수를 제어함으로써 본체의 비행 궤적이 편향되는 효과를 달성하였다.

구체적으로, 제1 프로펠러가 시계 방향으로 회전하고 제2 프로펠러가 시계 반대 방향으로 회전하고 있을 때, 제1 프로펠러의 회전력이 제2 프로펠러의 회전력보다 크면 동체는 시계 방향에 대한 반토크로 시계 반대 방향으로 회전한다. 따라서, 이 경우에는 마그누스의 힘이 동체의 이동방향에 대해 왼쪽 수직방향으로 작용하여 동체는 좌측(②)의 궤적을 그리며 비행할 수 있다.

상기와 동일한 조건에서, 제1 프로펠러의 회전력이 제2 프로펠러의 회전력보다 작은 경우에 동체는 반시계 방향에 대한 반토크로 시계 방향으로 회전한다. 따라서, 이 경우에는 마그누스의 힘이 동체의 이동방향에 대해 오른쪽 수직방향으로 작용하여 동체는 우측(①)의 궤적을 그리며 비행할 수 있다.

상기와 같이 실시예의 완구용 로켓은 출발지점에서 투척된 후에 원형의 비행 궤적을 그리면서 다시 출발지점 근처의 영역에 착륙하는 특징이 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 완구용 로켓을 하면에서 바라본 평면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 완구용 로켓의 날개부(10)는 굴곡부가 없는 판 형상으로 형성될 수 있다. 기존의 완구용 로켓은 날개부에 굴곡면이나 특정 구조물을 설치하여 비행 궤적을 변경하였다. 그러나, 본 발명은 날개부를 특정한 형상으로 디자인하지 않고도 비행 궤적을 변경할 수 있으며, 특히 출발지점으로 복귀하는 비행궤적을 형성할 수 있다.

실시예의 완구용 로켓은 부메랑과 같이 제자리로 돌아오는 비행 궤적을 가지도록 제조됨에 따라, 비행이 끝나 착륙한 로켓의 회수를 더욱 용이하게 하는 장점이 있다. 완구용 로켓은 초등학생 이하의 어린이들을 대상으로 하는 물체로, 본 발명과 같이 회수가 용이한 완구용 로켓은 집중력이 부족한 어린이들에게 기존에 비해 월등한 사용감을 안겨줄 것으로 예상된다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 날개부
10A: 상부 날개 10B: 중간 날개 10C: 하부 날개
11: 제1 프로펠러
12: 제2 프로펠러
14: 구동부
15: 제1 모터 15A: 제1 샤프트
16: 제1 제어부
17: 제2 모터 17A: 제2 샤프트
18: 제2 제어부

Claims (5)

1. 내부에 소정의 공간이 마련된 원통형의 구동부;
   상기 구동부의 외측 둘레를 따라 상기 구동부의 축방향으로 결합되는 복수개의 날개부;
   상기 구동부의 하방향에 배치되며 상기 구동부의 연장축과 동일한 방향으로 배치되는 제1 프로펠러; 및
   상기 구동부의 상방향에 배치되며 상기 제1 프로펠러와 동일한 회전축을 가지도록 배치되는 제2 프로펠러;를 포함하고,
   상기 날개부는 상기 구동부의 상부 일부분과 결합되는 상부 날개, 상기 구동부의 하부 일부분과 결합되는 중간 날개, 상기 중간 날개의 하부에서 연장되는 하부 날개를 포함하고,
   상기 상부 날개는 상기 구동부의 축방향을 따라 상기 구동부의 측면과 상면의 일부에 결합되도록 형성되며, 상기 중간 날개와 하부 날개는 상기 구동부의 축방향을 따라 상기 구동부의 측면과 하면의 일부에 결합되도록 형성되고,
   상기 상부 날개의 하면과 상기 중간 날개의 상면은 서로 결합되도록 형성되며, 상기 상부 날개, 상기 중간 날개 및 상기 하부 날개의 측면 너비는 하방향으로 갈수록 점차 증가하도록 형성되고,
   상기 제1 프로펠러와 상기 제2 프로펠러가 서로 다른 방향으로 회전하며, 상기 구동부와 상기 날개부를 포함하는 동체는 상기 제1 프로펠러와 상기 제2 프로펠러에 인가되는 토크 차이에 따라 비행방향의 회전이 이루어지는 완구용 로켓.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부 내부 하단부에 마련되어 상기 제1 프로펠러와 연결되며, 상기 제1 프로펠러를 일방향으로 회전시키는 제1 모터와 상기 구동부 내부의 상단부에 마련되어 상기 제2 프로펠러를 회전시키는 제2 모터를 더 포함하고,
   상기 제1 모터와 상기 제2 모터는 서로 다른 토크를 가지는 완구용 로켓.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제1 모터의 일측과 상기 제2 모터의 일측에는 연결된 각 모터의 회전방향과 회전속도를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 제1 모터의 회전 방향과 상이하도록 상기 제2 모터의 회전 방향을 설정하고, 상기 동체의 비행 궤적을 고려하여 상기 제1 모터와 제2 모터의 토크를 설정하는 완구용 로켓.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 프로펠러의 날개 직경은 상기 제2 프로펠러의 날개 직경보다 크도록 형성되며, 상기 제1 프로펠러는 상기 구동부와 상기 날개부를 포함하는 동체의 비행시에 상기 동체를 위로 밀어내는 추진력을 발생시키고, 상기 제2 프로펠러는 상기 동체의 비행시에 상기 동체를 끌어 올림과 동시에 편향력을 발생시키는 완구용 로켓.
   
   
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