KR102038855B1 - 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 비행체(100) 및 둘 이상 구비되어, 상기 비행체(100)에 결합 및 탈착 가능하게 형성되며, 상기 비행체(100)에 동력을 공급하는 동력 공급부(200)를 포함하되, 상기 비행체(100)는 적어도 하나의 동력 공급부(200)를 통해서 동력을 공급받으며, 상기 동력 공급부(200)는 하나 이상을 통해서 상기 비행체(100)에 동력을 공급하며, 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 상기 비행체(100)로부터 탈착되는 것을 특징으로 하는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법 {Flight control system and method of aerial vehicles based on electric driven}
본 발명은 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기동력 기반 비행체에 동력을 공급하는 배터리를 둘 이상 결합하여 공급 가능한 동력 에너지를 증가시킴으로써 비행시간을 증가시킬 수 있으며, 잔존용량을 소진한 배터리를 비행체로부터 분리시킴으로써, 불필요한 배터리에 의한 무게를 감소시켜 비행효율을 개선시킬 수 있는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
비행 중 연료무게가 지속적으로 감소하는 연료전지 기반 비행체와는 달리, 전기동력 기반 비행체는 배터리 축전 전기동력을 사용함으로써, 비행 중에도 배터리 무게가 줄지 않아 비행효율에 큰 영향을 끼치고 있는 상황이다.
이러한 전기동력 기반 비행체의 동력 기술로는 일반적으로, 1. 완전 배터리 동력 장치, 2. 배터리 동력과 비행 중 전기 동력 생성 장치(태양광/연료전지 등), 3. 배터리 동력과 소형 연료전지 장치(소형 왕복엔진 등), 4. 비행 중 무선 전력 충전 장치(레이저, 마이크로 웨이브, 전자기 무선전력전달 방식 등)가 이용되고 있으나, 완전 배터리 동력 장치를 제외한 나머지 동력 기술을 통해서는 드론과 같은 소형 비행체에 적용하기 어려운 실정이다.
또한, 비행 중 부선 전력 충전 장치의 경우, 실용화 대비 기술적 완성도가 낮아 실용화되기는 어렵다.
그렇기 때문에, 최근들어 항공기 전용 초경량 고집적 배터리가 적용된 마이크로 드론이 개발되었으나, 일반 리튬이온 배터리 대비 10배 이상에 달하는 가격으로 인해 시장성이 매우 낮다. 이에 따라, 드론과 같은 소형 비행체는 상용 리튬이온 배터리 기술 기반의 소형 전기 동력 장치가 시장의 대세가 되어가는 추세이다.
하지만, 상용 리튬이온 배터리 기술 기반의 소형 전기 동력 장치의 경우, 배터리 성능에 의해 비행시간이 제한되기 때문에 현재 대부분의 소형 비행체는 30분 내외의 비행시간으로 한정적인 비행만 가능하여, 이에 따라 임무수행 반경도 한정되는 것이 불가피하다.
게다가 최근들어 드론과 같은 소형 비행체의 활용이 대규모 시설 감시, 공간정보 획득, 산림감시 등의 광대역 임무 등의 분야로 요구되면서, 30분 내외의 비행시간으로는 이러한 요구를 충족시킬 수 없는 현실이다.
이와 관련해서, 국내 공개 특허 제10-2017-0059525호("자가 충전 방식 드론, 및 그 동작 방법")에서는 모터부의 전기 에너지 및 프로펠러부의 운동 에너지를 이용하여 재충전이 가능한 자가 충전 방식 드론 및 그 동작 방법을 개시하고 있다.
국내 공개 특허 제10-2017-0059525호(공개일 2017.05.31.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기동력 기반 비행체에 동력을 공급하는 배터리를 둘 이상 결합하여 공급 가능한 동력 에너지를 증가시킴으로써 비행시간을 증가시킬 수 있으며, 잔존용량을 소진한 배터리를 비행체로부터 분리시킴으로써, 불필요한 배터리에 의한 무게를 감소시켜 비행효율을 개선시킬 수 있는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템은, 비행체(100) 및 둘 이상 구비되어, 상기 비행체(100)에 결합 및 탈착 가능하게 형성되며, 상기 비행체(100)에 동력을 공급하는 동력 공급부(200)를 포함하되, 상기 비행체(100)는 적어도 하나의 동력 공급부(200)를 통해서 동력을 공급받으며, 상기 동력 공급부(200)는 하나 이상을 통해서 상기 비행체(100)에 동력을 공급하며, 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 상기 비행체(100)로부터 탈착되는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템은 상기 비행체(100)에 결합 가능하게 형성되며, 상기 비행체(100)로부터 현재 비행상태를 전달받으며, 상기 동력 공급부(200)의 동력 공급 상태를 제어, 잔존용량을 측정 및 관리하는 제어부(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 제어부(300)는 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 각각 순차적으로 상기 비행체(100)에 동력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 제어부(300)는 전달받은 상기 비행체(100)의 현재 비행상태를 분석하여, 상기 비행체(100)가 초기 비행 구간 또는 상승 비행 구간일 경우, 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 동시에 상기 비행체(100)에 동력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 제어부(300)는 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량을 각각 개별적으로 측정 및 관리하며, 측정된 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 해당되는 상기 동력 공급부(200)가 상기 비행체(100)로부터 탈착되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 동력 공급부(200)는 상기 제어부(300)의 제어에 의해, 상기 비행체(100)로부터 탈착되도록 동작을 수행하는 탈착 수단(210)을 포함하며, 상기 탈착 수단(210)의 동작에 의해 탈착 동작이 이루어져 상기 비행체(100)에서 분리되는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 동력 공급부(200)는 현재 위치 정보를 획득하여 전달하는 위치 추적 수단(220)을 포함하며, 상기 비행체(100)에서 탈착된 상기 동력 공급부(220)의 현재 위치 정보를 획득하여 전송하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템은 상기 제어부(300)와 무선 통신 네트워크에 의해 연결되며, 상기 비행체(100)의 현재 비행상태, 상기 동력 공급부(200)의 개별 잔존용량, 탈착 여부 및 탈착된 상기 동력 공급부(200)의 현재 위치 정보를 전달받아 모니터링을 수행하는 통합 관제부(400)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 방법은, 전기동력 기반 비행체와, 둘 이상 구비되어 상기 전기동력 기반 비행체에 결합 및 탈착 가능하게 형성되는 동력 공급부에 의한 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 방법에 있어서, 외부의 비행 명령에 의해, 적어도 하나의 상기 동력 공급부에서 상기 전기동력 기반 비행체로 동력을 공급하여 비행이 이루어지는 동력공급 단계(S100), 제어부에서, 상기 동력 공급 단계(S100)에 의해 상기 전기동력 기반 비행체의 비행이 이루어지는 동안, 상기 동력 공급부의 잔존용량을 개별적으로 측정하는 잔여전력측정 단계(S200) 및 상기 제어부에서, 상기 잔여전력측정 단계(S200)에 의해 측정된 상기 동력 공급부의 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 해당되는 상기 동력 공급부를 상기 전기동력 기반 비행체로부터 분리하는 분리 단계(S300)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 동력공급 단계(S100)는 상기 제어부에서, 둘 이상 구비된 동력 공급부를 통해서 각각 순차적으로 상기 전기동력 기반 비행체에 동력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 동력공급 단계(S100)는 상기 제어부에서, 상기 전기동력 기반 비행체의 비행상태가 초기 비행 구간 또는 상승 비행 구간일 경우, 둘 이상 구비된 동력 공급부를 통해서 동시에 상기 전기동력 기반 비행체에 동력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법은 전기동력 기반 비행체에 동력을 공급하는 동력 공급부(배터리 등)를 둘 이상 결합하여 공급 가능한 동력 에너지를 증가시킴으로써 비행시간을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이 때, 추가된 동력 공급부로 인해 증가된 전기동력 기반 비행체의 무게에 의핸 낮아질 수 있는 비행효율은 동력 공급부의 잔존용량을 확인하여, 잔존용량이 일정 수준 이하일 경우, 비행체로부터 분리시킴으로써, 전기동력 기반 비행체의 무게를 감소시켜 비행효율을 개선시킬 수 있다.
즉, 전기동력 기반 비행체에 둘 이상의 동력 공급부를 결합하여 공급받을 수 있는 동력 에너지는 적어도 두 배 이상 획득할 수 있어 보다 긴 비행시간을 갖을 수 있으며, 그렇지만 늘어난 동력 공급부의 개수만큼 무게가 증가하는 것을 해소하기 위하여, 잔존용량이 일정 수준 이하인 동력 공급부를 비행체에서 탈착시킴으로써, 비행효율을 효과적으로 개선시킬 수 있는 장점이 있다.
이를 통해서, 전기동력 기반 비행체의 보다 긴 비행시간이 가능하여, 대규모 시설 감시, 공간정보 획득, 산림감시 등 광대역임무 등에 적용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법에서, 동력 공급에 이용되는 동력 공급부의 개수의 제어에 적용된 분석 그래프를 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
더불어, 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치, 기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법은 전기동력 기반 비행체의 비행시간을 증가시키기 위한 것을 가장 큰 목적으로 하고 있으며, 이를 위해 비행체로 동력을 공급하는 배터리를 추가 구비하는 것이 바람직하다.
그렇지만, 배터리의 추가 구비에 따른 배터리 자체 무게로 인해 비행 효율이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있기 때문에, 이를 해결하기 위하여, 배터리의 잔존용량을 측정하여, 더 이상 필요하지 않은 배터리는 비행체로부터 탈착(비행 중 분리)시켜 비행 효율을 개선하는 것이 바람직하다.
이를 통해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법은, 전기동력 기반 비행체에 배터리를 다수개 구비하여 공급 가능한 동력을 대략적으로 구비한 배터리 배수만큼 획득할 수 있다. 다만, 다수의 배터리가 구비되어 있는 동안에는 추가된 배터리의 무게로 인해 비행 효율이 다소 낮아질 수 있으나, 동력 공급이 끝낸 배터리의 경우, 비행체로부터 곧바로 탈착시킴으로써 배터리 무게로 인한 비행 효율을 개선할 수 있을 뿐 아니라, 늘어난 공급 가능한 동력만큼 비행시간을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 비행체(100)에 동력 공급부(200)가 둘 이상 결합 구비되어, 추가된 상기 동력 공급부(200) 만큼 동력 공급이 추가로 이루어질 수 있어 비행시간은 증가하고, 더 이상 동력 공급이 어려운 상기 동력 공급부(200)는 상기 비행체(100)에서 분리 탈착시킴으로써, 비행효율을 개선시킬 수 있다.
이 때, 상기 비행체(100)로는 전기동력 기반 비행체인 것이 바람직하며, 특히 드론 등과 같이 소형 전기동력 기반 비행체인 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 동력 공급부(200)로는 상기 비행체(100)에 전기 동력을 공급할 수 있는 상용 리튬이온 배터리인 것이 가장 바람직하며, 상기 동력 공급부(200)에 의해 공급된 전기 동력을 이용하여 모터 수단이 동작하고 이에 따라 프로펠러 수단이 동작함으로써, 상기 비행체(100)의 비행이 가능하게 된다.
각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,
상기 비행체(100)는 상술한 바와 같이, 전기동력 기반 비행체이며,
상기 동력 공급부(200)는 둘 이상 구비되어, 상기 비행체(100)에 결합 및 탈착이 가능하게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 비행체(100)에 전기 동력을 공급할 수 있다.
상기 동력 공급부(200)는 둘 이상 구비되어, 하나의 주 동력 공급 수단과 적어도 하나의 보조 동력 공급 수단으로 구분될 수 있다.
여기서, 주 동력 공급 수단과 보조 동력 공급 수단의 구분은 성능의 차이를 나타내는 것이 아니라, 추후에 상기 비행체(100)가 복귀 비행을 수행할 때까지 최종적으로 상기 비행체(100)에 결합되어 동력을 공급하는 동력 공급 수단을 구분하기 위함이다.
일 예를 들자면, 상기 비행체(100)가 드론과 같은 소형 전기동력 기반 비행체일 경우, 외부에서 사용자(관리자 등)가 상기 비행체(100)를 설계/개발할 때 상기 동력 공급부(200)가 용이하게 추가 결합 가능하도록 추가수납(결합)공간을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 동력 공급부(200)에서 공급되는 전기 동력을 이용하여, 상기 비행체(100)의 비행 동작이 용이하게 이루어질 수 있도록 제어부(300)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제어부(300)는 상기 비행체(100)에 결합 가능하게 형성되며, PCB, MCU 등 전자소자를 통해서 동작이 구현되는 것이 가장 바람직하다.
상기 비행체(100)는 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200) 중 적어도 하나의 동력 공급부(200)를 통해서 전기 동력을 공급받으며, 이 때, 상기 비행체(100)로 전기 동력을 공급하는 상기 동력 공급부(200)는 상기 제어부(300)의 제어에 의해 선택될 수 있다. 또한, 상기 동력 공급부(200)는 상기 제어부(300)의 제어에 의해 하나 이상을 통해서 상기 비행체(100)에 동력을 공급할 수 있으며, 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량(SOC, State of Charge)이 소정용량 이하일 경우, 상기 비행체(100)로부터 탈착되도록 제어할 수 있다.
이 때, 상기 소정용량은 상기 동력 공급부(200)가 상기 비행체(100)로부터 탈착되기 위한 탈착 수단(210)의 동작, 탈착이 이루어지고 난 후, 현재 위치 정보를 전송하기 위한 위치 추적 수단(220)의 동작을 구동할 수 있을 정도의 용량으로 설정하는 것이 바람직하며, 이를 통해서 상기 동력 공급부(200)가 상기 비행체(100)에서 탈착(분리)된 이후에도 위치 추적 후 회수가 가능한 장점이 있다.
상기 제어부(300)는 상술한 바와 같이, 상기 비행체(100)와 결합 가능하게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 비행체(100)로부터 현재 비행상태를 전달받을 수 있다. 또한, 상기 동력 공급부(200)를 제어하여 상기 비행체(100)로의 동력 공급 상태를 제어할 수 있으며, 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량을 측정하고 이를 관리하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템은 종래의 비행체에 비해 상기 동력 공급부(200)가 다수 개 구비되어 있기 때문에, 상기 비행체(100)의 비행시간이 증가되는 장점이 있지만, 추가된 상기 동력 공급부(200) 자체 무게로 인해 상기 비행체(100)의 전체 무게가 증가되어 비행효율이 낮아지는 단점이 발생할 수 있어, 상기 제어부(300)에서 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량을 측정하고 이에 따라 상기 동력 공급부(200)를 상기 비행체(100)로부터 탈착시킴으로써, 비행시간 증가 및 비행효율 증대를 동시에 기대할 수 있다.
상기 제어부(300)는 상기 비행체(100)에 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 각각 순차적으로 상기 비행체(100)로 전기 동력을 공급하도록 제어할 수 있으며, 이 때, 상기 비행체(100)로 전기 동력을 공급하는 상기 동력 공급부(200)의 순서는 보조 동력 공급 수단을 통해서 먼저 전기 동력의 공급을 수행한 후, 마지막으로 주 동력 공급 수단을 통해서 전기 동력의 공급이 이루어지도록 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어부(300)는 상기 비행체(100)에 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 각각 순차적으로 상기 비행체(100)로 전기 동력을 공급할 수 있도록 보조 동력 공급 수단으로 설정한 적어도 하나의 동력 공급부(200) 먼저 전기 동력의 공급을 제어하고, 주 동력 공급 수단으로 설정한 하나의 동력 공급부(200)가 최종적으로 전기 동력을 공급하면서 복귀 비행까지 마무리할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부(300)는 전달받은 상기 비행체(100)의 현재 비행상태를 분석하여, 상기 비행체(100)의 현재 비행상태가 초기 비행 구간 또는 상승 비행 구간일 경우, 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 동시에 상기 비행체(100)로 전기 동력을 공급하도록 제어할 수 있다. 다시 말하자면, 상기 비행체(100)가 초기 비행 또는 상승 비행일 경우, 필요(요구)전력이 크기 때문에 구비되어 있는 둘 이상 구비되어 있는 상기 동력 공급부(200)가 동시에 전기 동력을 공급함으로써, 필요전력에 신속하게 도달할 수 있어 비행효율을 증대시킬 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 초기 비행/상승 비행 구간에 비해 크루즈 비행 구간에는 필요전력이 낮기 때문에, 상기 제어부(300)의 제어에 따라 필요전력이 큰 구간에는 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 동시에 상기 비행체(100)로 전기 동력을 공급할 수 있으며, 이 후, 크루즈 비행 구간에 들어설 경우, 설정한 하나의 동력 공급부(200)가 지속적으로 전기 동력을 공급할 수 있다.
이 때, 설정한 하나의 동력 공급부(200)는 상술한 바와 같이, 보조 동력 공급 수단으로 설정한 동력 공급부(200)부터 전기 동력을 공급하여 전력을 소진한 후, 최종적으로 주 동력 고급 수단으로 설정한 동력 공급부(200)를 통해서 복귀 비행이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 제어부(300)는 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량을 각각 개별적으로 측정 및 관리하여, 측정된 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 해당되는 상기 동력 공급부(200)가 상기 비행체(100)로부터 탈착되도록 제어할 수 있다.
여기서, 소정용량은 상술한 바와 같이, 상기 동력 공급부(200)가 상기 비행체(100)로부터 탈착되기 위한 탈착 수단(210)의 동작, 탈착이 이루어지고 난 후, 현재 위치 정보를 전송하기 위한 위치 추적 수단(220)의 동작을 구동할 수 있을 정도의 용량으로 설정하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 동력 공급부(200)는 상기 탈착 수단(210)과 위치 추적 수단(220)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 탈착 수단(210)은 상기 제어부(300)의 제어에 의해, 해당하는 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 상기 비행체(100)로부터 탈착되도록 동작을 수행하는 것이 바람직하며, 상기 비행체(100)에서 동력 공급부(200)의 결합을 해제하는 탈착부와 상기 동력 공급부(200)가 안전하게 지상으로 낙하할 수 있도록 보조하는 낙하부를 포함하여 구성될 수 있다.
일 예를 들자면, 탈착부로는 용이한 결합/탈착이 가능하도록 클립, 스프링 등과 같은 형태로 구성될 수 있으며, 낙하부로는 소형 접이식 낙하산과 같은 형태로 구성될 수 있으며, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다.
상기 위치 추적 수단(220)은 상기 제어부(300)의 제어에 의해, 해당하는 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 상기 탈착 수단(210)의 동작에 의해 탈착이 이루어지고 난 후, 상기 동력 공급부(200)의 회수를 위해 현재 위치 정보를 획득하여 전달할 수 있다.
이 때, 상기 위치 추적 수단(220)은 획득한 상기 동력 공급부(200)의 현재 위치 정보를 상기 제어부(300)로 전달하여 상기 비행체(100)의 관리자(조종사 등)에게 알릴 수 있으며, 외부의 관제 센터로 전달하여 알릴 수도 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(300)와 무선 통신 네트워크에 의해 연결되는 통합 관제부(400)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 통합 관제부(400)는 원거리에서 상기 비행체(100)의 상태를 실시간으로 확인할 수 있어, 상기 비행체(100)의 현재 비행상태와 상기 제어부(300)의 동작을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
상세하게는, 상기 비행체(100)의 현재 비행상태 정보, 상기 동력 공급부(200)의 개별 잔존용량 정보, 탈착 여부 및 탈착된 상기 동력 공급부(200)의 위치 추적 수단(220)에서 전달된 현재 위치 정보를 전달받아 모니터링할 수 있다.
이를 통해서 상기 통합 관제부(400)는 상기 제어부(300)가 정상적으로 작동하는지 판단할 수 있으며, 비정상적으로 작동할 경우, 상기 제어부(300)를 대신하여 상기 비행체(100)의 현재 비행상태에 따른 상기 동력 공급부(200)의 동작 개수를 제어하거나, 상기 동력 공급부(200)의 개별 잔존용량 정보에 따른 탈착 여부를 제어할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 방법을 나타낸 순서도로서, 도 2를 참조로 하여 본 발명의 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 외부에서 비행 명령이 입력될 경우, 상기 동력 공급부(200)에서 상기 비행체(100)로 동력을 공급하는 동력공급 단계(S100), 상기 동력공급 단계(S100)에 의해 상기 비행체(100)로 동력을 공급하는 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량을 측정하는 잔여전력측정 단계(S200) 및 상기 동력 공급부(200)를 상기 비행체(100)로부터 탈착(분리)시키는 분리 단계(S300)를 포함하여 이루어질 수 있다.
각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,
상기 동력공급 단계(S100)는 외부로부터 입력되는 비행 명령이 입력될 경우, 상기 제어부(300)의 제어에 의해, 상기 비행체(100)에 둘 이상 결합 구비된 상기 동력 공급부(200) 중 적어도 하나의 상기 동력 공급부(200)에서 상기 비행체(100)로 동력을 공급하여 비행이 이루어지도록 할 수 있다.
이 때, 상기 동력 공급부(200)는 둘 이상 구비되어, 하나의 주 동력 공급 수단과 적어도 하나의 보조 동력 공급 수단으로 구분될 수 있다.
여기서, 주 동력 공급 수단과 보조 동력 공급 수단의 구분은 성능의 차이를 나타내는 것이 아니라, 추후에 상기 비행체(100)가 복귀 비행을 수행할 때까지 최종적으로 상기 비행체(100)에 결합되어 동력을 공급하는 동력 공급 수단을 구분하기 위함이다.
상기 동력공급 단계(S100)는 상기 제어부(300)의 제어에 의해, 상기 비행체(100)에 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 각각 순차적으로 상기 비행체(100)로 전기 동력을 공급하도록 제어할 수 있으며, 이 때, 상기 비행체(100)로 전기 동력을 공급하는 상기 동력 공급부(200)의 순서는 보조 동력 공급 수단을 통해서 먼저 전기 동력의 공급을 수행한 후, 마지막으로 주 동력 공급 수단을 통해서 전기 동력의 공급이 이루어지도록 제어할 수 있다.
다시 말하자면, 상기 동력공급 단계(S100)는 상기 비행체(100)에 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 각각 순차적으로 상기 비행체(100)로 전기 동력을 공급할 수 있도록 보조 동력 공급 수단으로 설정한 적어도 하나의 동력 공급부(200) 먼저 전기 동력의 공급을 제어하고, 주 동력 공급 수단으로 설정한 하나의 동력 공급부(200)가 최종적으로 전기 동력을 공급하면서 복귀 비행까지 마무리할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 동력공급 단계(S100)는 상기 제어부(300)의 제어에 의해, 상기 비행체(100)의 현재 비행상태를 분석하여, 상기 비행체(100)의 현재 비행상태가 초기 비행 구간 또는 상승 비행 구간일 경우, 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 동시에 상기 비행체(100)로 전기 동력을 공급하도록 제어할 수 있다. 다시 말하자면, 상기 비행체(100)가 초기 비행 또는 상승 비행일 경우, 필요(요구)전력이 크기 때문에 구비되어 있는 둘 이상 구비되어 있는 상기 동력 공급부(200)가 동시에 전기 동력을 공급함으로써, 필요전력에 신속하게 도달할 수 있어 비행효율을 증대시킬 수 있다.
상기 잔여전력측정 단계(S200)는 상기 제어부(300)에서 상기 동력 공급 단계(S100)에 의해 상기 비행체(100)의 비행이 이루어지는 동안, 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량을 각각 개별적으로 측정할 수 있다.
이는 본 발명의 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 방법에 의한 상기 비행체(100)는 종래의 비행체에 비해 상기 동력 공급부(200)가 다수 개 구비되어 있기 때문에, 상기 비행체(100)의 비행시간이 증가되는 장점이 있지만, 추가된 상기 동력 공급부(200) 자체 무게로 인해 상기 비행체(100)의 전체 무게가 증가되어 비행효율이 낮아지는 단점이 발생할 수 있어, 상기 제어부(300)에서 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량을 개별적으로 측정하고 이에 따라 상기 동력 공급부(200)를 상기 비행체(100)로부터 탈착시킴으로써, 비행시간 증가 및 비행효율 증대를 동시에 기대할 수 있다.
상기 분리 단계(S300)는 상기 제어부(300)에서, 상기 잔여전력측정 단계(S200)에 의해 측정된 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 해당되는 상기 동력 공급부(200)를 상기 비행체(100)로부터 분리시킬 수 있다.
상세하게는, 상기 제어부(300)는 둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량을 각각 개별적으로 측정 및 관리하여, 측정된 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 해당되는 상기 동력 공급부(200)가 상기 비행체(100)로부터 탈착되도록 제어할 수 있다.
여기서, 소정용량은 상술한 바와 같이, 상기 동력 공급부(200)가 상기 비행체(100)로부터 탈착되기 위한 탈착 수단(210)의 동작, 탈착이 이루어지고 난 후, 현재 위치 정보를 전송하기 위한 위치 추적 수단(220)의 동작을 구동할 수 있을 정도의 용량으로 설정하는 것이 바람직하다.
다시 말하자면, 상기 분리 단계(S300)는 상기 제어부(300)에서, 상기 잔여전력측정 단계(S200)에 의해 측정된 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량과 소정용량을 비교 분석하여, 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 해당되는 상기 동력 공급부(200)가 상기 비행체(100)에서 분리되도록 제어할 수 있다. 이와 반대로, 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량이 소정용량 초과할 경우, 결합 상태를 유지시키며 전기 동력 공급이 이루어질 수 있도록 제어하게 된다.
이 때, 상기 분리 단계(S300)는 상술한 바와 같이, 주 동력 공급 수단으로 설정한 하나의 동력 공급부(200)를 제외한 나머지 동력 공급부(200)에 대해서만 분리 제어를 수행함으로써, 주 동력 공급 수단을 통해서 상기 비행체(100)의 원활한 복귀 비행이 이루어지도록 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시에에 따른 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템 및 그 제어 방법은, 종래의 전기동력 기반 비행체에 비해 다수 개의 동력 구동부(200)를 구비하고 있어, 입력받을 구동전력의 절대량이 증가하여 보다 긴 비행시간을 갖을 수 있다. 더불어, 늘어난 다수 개의 동력 구동부(200)의 무게로 인해 나타날 수 있는 비행효율의 저하를 방지하기 위하여, 동력 구동부(200)의 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 상기 비행체(100)에서 탈착 분리시킴으로써, 비행효율을 개선시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 비행체
200 : 동력 공급부
210 : 탈착 수단 220 : 위치 추적 수단
300 : 제어부
400 : 통합 관제부

Claims (11)

  1. 비행체(100);
    둘 이상 구비되어, 상기 비행체(100)에 결합 및 탈착 가능하게 형성되며, 상기 비행체(100)에 동력을 공급하는 동력 공급부(200); 및
    상기 비행체(100)에 결합 가능하게 형성되며, 상기 비행체(100)로부터 현재 비행상태를 전달받으며, 상기 동력 공급부(200)의 동력 공급 상태를 제어, 잔존용량을 측정 및 관리하는 제어부(300);
    를 포함하되,
    상기 비행체(100)는 적어도 하나의 동력 공급부(200)를 통해서 동력을 공급받으며, 상기 동력 공급부(200)는 하나 이상을 통해서 상기 비행체(100)에 동력을 공급하며, 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 상기 비행체(100)로부터 탈착되되,
    상기 제어부(300)는 전달받은 상기 비행체(100)의 현재 비행상태를 분석하여, 상기 비행체(100)가 초기 비행 구간 또는 상승 비행 구간일 경우,
    둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 동시에 상기 비행체(100)에 동력을 공급하도록 상기 동력 공급부(200)의 동력 공급 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(300)는
    둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)가 각각 순차적으로 상기 비행체(100)에 동력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(300)는
    둘 이상 구비된 상기 동력 공급부(200)의 잔존용량을 각각 개별적으로 측정 및 관리하며, 측정된 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 해당되는 상기 동력 공급부(200)가 상기 비행체(100)로부터 탈착되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 동력 공급부(200)는
    상기 제어부(300)의 제어에 의해, 상기 비행체(100)로부터 탈착되도록 동작을 수행하는 탈착 수단(210);
    을 포함하며,
    상기 탈착 수단(210)의 동작에 의해 탈착 동작이 이루어져 상기 비행체(100)에서 분리되는 것을 특징으로 하는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 동력 공급부(200)는
    현재 위치 정보를 획득하여 전달하는 위치 추적 수단(220);
    을 포함하며,
    상기 비행체(100)에서 탈착된 상기 동력 공급부(220)의 현재 위치 정보를 획득하여 전송하는 것을 특징으로 하는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템은
    상기 제어부(300)와 무선 통신 네트워크에 의해 연결되며, 상기 비행체(100)의 현재 비행상태, 상기 동력 공급부(200)의 개별 잔존용량, 탈착 여부 및 탈착된 상기 동력 공급부(200)의 현재 위치 정보를 전달받아 모니터링을 수행하는 통합 관제부(400);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 시스템.
  9. 전기동력 기반 비행체와, 둘 이상 구비되어 상기 전기동력 기반 비행체에 결합 및 탈착 가능하게 형성되는 동력 공급부에 의한 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 방법에 있어서,
    외부의 비행 명령에 의해, 적어도 하나의 상기 동력 공급부에서 상기 전기동력 기반 비행체로 동력을 공급하여 비행이 이루어지는 동력공급 단계(S100);
    제어부에서, 상기 동력 공급 단계(S100)에 의해 상기 전기동력 기반 비행체의 비행이 이루어지는 동안, 상기 동력 공급부의 잔존용량을 개별적으로 측정하는 잔여전력측정 단계(S200); 및
    상기 제어부에서, 상기 잔여전력측정 단계(S200)에 의해 측정된 상기 동력 공급부의 잔존용량이 소정용량 이하일 경우, 해당되는 상기 동력 공급부를 상기 전기동력 기반 비행체로부터 분리하는 분리 단계(S300);
    를 포함하여 이루어지되,
    상기 동력공급 단계(S100)는
    상기 제어부에서, 상기 전기동력 기반 비행체의 비행상태가 초기 비행 구간 또는 상승 비행 구간일 경우, 둘 이상 구비된 동력 공급부를 통해서 동시에 상기 전기동력 기반 비행체에 동력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 동력공급 단계(S100)는
    상기 제어부에서, 둘 이상 구비된 동력 공급부를 통해서 각각 순차적으로 상기 전기동력 기반 비행체에 동력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기동력 기반 비행체의 비행 제어 방법.
  11. 삭제
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