KR102075115B1 - 블레이드를 덮개로 이용하는 리프트 팬을 포함하는 비행체 - Google Patents

블레이드를 덮개로 이용하는 리프트 팬을 포함하는 비행체 Download PDF

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Abstract

블레이드를 덮개로 이용하는 리프트 팬을 포함하는 비행체가 개시된다. 일 실시 예에 따른 비행체는, 외형을 형성하는 바디; 상기 바디를 관통하도록 형성되는 공기 유동 공간; 및 상기 공기 유동 공간의 개방 정도를 조절할 수 있는 블레이드를 구비하고, 상기 공기 유동 공간에 회전 가능하게 설치되는 리프트 팬을 포함할 수 있다.

Description

블레이드를 덮개로 이용하는 리프트 팬을 포함하는 비행체{FLIGHT VEHICLE COMPRISING LIFT FAN UTILIZING BLADE AS COVER}
아래의 실시 예는 블레이드를 덮개로 이용하는 리프트 팬을 포함하는 비행체에 관한 것이다.
일반적인 항공기는 이착륙하기 위하여 긴 활주로가 필요하다. 긴 활주로를 확보하기 어려운 경우에는, 수직으로 이착륙 가능한 수직이착륙 비행기가 사용된다. 수직이착륙 비행기에는 덕트, 블레이드, 스테이터, 상하부 덮개 등으로 구성된 리프트 팬이 장착되게 된다. 수직이착륙 비행기는 수직 비행으로 이륙한 뒤, 수평 비행으로 전환하는 천이 비행 단계를 거치게 된다. 천이 비행 단계에서는 리프트 팬에서 발생하는 동력의 균형을 유지하면서 롤, 피치, 요우 방향 자세를 적절하게 제어하는 것이 중요하다. 특히, 동체에 리프트 팬이 앞뒤로 장착된 비행체의 경우, 천이 비행시 전방 팬의 후류가 후방 팬의 후류 발생에 영향을 끼쳐 후방 팬의 동력이 감소될 수 있으며, 롤 방향 자세 제어가 어려울 수 있다. 이를 보완하기 위하여, 비행체의 주날개에 리프트 팬을 추가적으로 장착하는 것을 고려할 수 있다. 따라서, 주날개에도 장착할 수 있도록 무게가 가벼운 새로운 형태의 리프트 팬이 요구되며, 이러한 리프트 팬을 포함하는 비행체가 요구되는 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은, 구성 요소가 적고 무게가 가벼운 리프트 팬을 포함하는 비행체를 제공하는 것이다.
일 실시 예의 목적은, 블레이드를 덮개로 이용하는 리프트 팬을 포함하는 비행체를 제공하는 것이다.
실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시 예에 따른 비행체는, 외형을 형성하는 바디; 상기 바디를 관통하도록 형성되는 공기 유동 공간; 및 상기 공기 유동 공간의 개방 정도를 조절할 수 있는 블레이드를 구비하고, 상기 공기 유동 공간에 회전 가능하게 설치되는 리프트 팬을 포함할 수 있다.
상기 리프트 팬은, 상기 리프트 팬의 회전 중심이 되는 중심축; 및 상기 중심축에 대하여 상기 블레이드가 회전 가능하도록, 상기 중심축 및 블레이드를 연결하는 연결체를 더 포함할 수 있다.
상기 리프트 팬을 상기 중심축을 중심으로 회전시키는 동력 전달 모듈; 및 상기 블레이드의 받음각이 조절되도록, 상기 중심축에 대하여 상기 블레이드를 회전시키는 받음각 조절 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 받음각 조절 모듈은, 상기 리프트 팬이 정지 상태일 때, 상기 공기 유동 공간이 폐쇄되도록 상기 블레이드의 받음각을 감소시킬 수 있다.
상기 블레이드는 복수 개 구비되고, 상기 복수 개의 블레이드는, 받음각이 최대로 감소되면 상기 복수 개의 블레이드 간 빈틈이 서로 메워지는 구조로 형성될 수 있다.
상기 리프트 팬은 상기 공기 유동 공간의 상부 및 하부에 각각 배치되고, 상기 동력 전달 모듈은, 상기 공기 유동 공간의 상부 및 하부에 각각 배치된 리프트 팬을 서로 반대 방향으로 회전시킬 수 있다.
상기 바디는, 동체; 및 상기 동체로부터 연장되는 주날개를 포함하고, 상기 리프트 팬은 상기 주날개에 설치되고, 상기 주날개에 설치된 리프트 팬의 출력을 조절하여 상기 비행체의 롤(roll) 방향 자세를 제어할 수 있다.
상기 바디는, 동체; 및 상기 동체로부터 연장되는 수평 꼬리날개를 포함하고, 상기 리프트 팬은 상기 수평 꼬리날개에 설치되고, 상기 수평 꼬리날개에 설치된 리프트 팬의 출력을 조절하여 상기 비행체의 피치(pitch) 방향 자세를 제어할 수 있다.
상기 바디는, 동체; 및 상기 동체로부터 연장되는 수직 꼬리날개를 포함하고, 상기 리프트 팬은 상기 수직 꼬리날개에 설치되고, 상기 수직 꼬리날개에 설치된 리프트 팬의 출력을 조절하여 상기 비행체의 요우(yaw) 방향 자세를 제어할 수 있다.
상기 동체에 길이 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 동체 리프트 팬을 더 포함하고, 상기 복수 개의 동체 리프트 팬의 출력을 조절하여 상기 비행체의 피치 방향 자세를 제어할 수 있다.
수직 방향 비행 또는 제자리 비행시 상기 리프트 팬을 회전시키되, 수평 방향 비행시에는 상기 리프트 팬을 정지시키고 상기 공기 유동 공간을 폐쇄시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 비행체는, 블레이드를 덮개로 이용하는 리프트 팬을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 비행체는, 주날개에 장착된 리프트 팬을 이용하여 동력 불균형을 보완하고 롤 방향 안정성을 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 비행체는, 리프트 팬을 이용하여 자세를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 비행체의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 비행체의 사시도로, 리프트 팬의 구동 상태를 도시한다.
도 2는 일 실시 예에 따른 비행체의 사시도로, 리프트 팬의 정지 상태를 도시한다.
도 3은 일 실시 예에 따른 비행체의 단면도로, 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 비행체의 사시도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 비행체의 사시도로, 리프트 팬의 구동 상태를 도시한다. 도 2는 일 실시 예에 따른 비행체의 사시도로, 리프트 팬의 정지 상태를 도시한다. 도 3은 일 실시 예에 따른 비행체의 단면도로, 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 비행체(1)는 바디(10), 공기 유동 공간(11), 리프트 팬(12), 동력 전달 모듈(13), 받음각 조절 모듈(14), 동체 리프트 팬(15) 및 프로펠러(16)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 비행체(1)는 드론, RC와 같은 무인 비행체 또는 항공기, 전투기와 같은 유인 비행체를 모두 포함하는 개념일 수 있다. 바디(10)는 비행체(1)의 외형을 형성할 수 있다. 예를 들어, 바디(10)는 동체(101) 및 동체(101)로부터 연장되는 날개(102)를 포함할 수 있다. 날개(102)는 주날개(1021), 수직 꼬리날개(1022) 및 수평 꼬리날개(1023)를 포함할 수 있다. 수직 꼬리날개(1022) 및 수평 꼬리날개(1023)는 주날개(1021)의 후방에 위치하는 날개로, 동체(101)의 후방에서 연장될 수 있다. 한편, 드론 등과 같이 동체와 날개의 구별이 없는 비행체(1)의 경우, 바디(10)는 비행체(1)의 몸체를 의미할 수 있다.
공기 유동 공간(11)은 바디(10)를 관통하도록 형성될 수 있다. 공기 유동 공간(11)은 양력을 발생시키기 위하여 공기가 유동되는 공간을 의미할 수 있다. 공기 유동 공간(11)은 바디(10)의 복수 개의 위치에 형성될 수 있다. 도 1 및 도 2에서 공기 유동 공간(11)은 양쪽 주날개(1021)에 형성된 것으로 도시되었으나 이는 예시적인 것으로, 공기 유동 공간(11)은 다양한 위치, 크기, 개수, 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 공기 유동 공간(11)은 주날개(1021) 또는 동체(101)에 복수 개 형성될 수 있다.
리프트 팬(12)은 공기 유동 공간(11)에 설치될 수 있다. 리프트 팬(12)은 공기 유동 공간(11) 내에서 회전하여 공기의 유동을 발생시킬 수 있다. 리프트 팬(12)은 회전을 통해 양력을 발생시킬 수 있다. 리프트 팬(12)에서 발생된 양력을 통해 비행체(1)를 상승시키거나 비행체(1)의 자세를 제어할 수 있다. 리프트 팬(12)은 예를 들어, 도 1 및 도 2와 같이 양쪽 주날개(1021)에 형성된 공기 유동 공간(11)에 설치될 수 있다. 다시 말해, 리프트 팬(12)은 양쪽 주날개(1021)에 설치될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 리프트 팬(12)은 동체(101) 또는 꼬리날개(1022, 1023) 등 다양한 위치에 설치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 리프트 팬(12)은 중심축(121), 연결체(122) 및 블레이드(123)를 포함할 수 있다. 리프트 팬(12)은 동력 전달 모듈(13) 및 받음각 조절 모듈(14)에 연결될 수 있다.
중심축(121)은 리프트 팬(12)의 회전 중심이 되는 축일 수 있다. 중심축(121)은 동력 전달 모듈(13)로부터 회전 동력을 전달받아 회전할 수 있다. 중심축(121)은 바디(10)에 연결되어 회전 가능하도록 고정될 수 있다. 예를 들어, 중심축(121)은 지지체(미도시) 등에 의하여 바디(10)에 연결될 수 있다. 지지체는 공기 유동 공간(11)보다 더 외측에서 바디(10)에 연결될 수 있다.
연결체(122)는 중심축(121)과 블레이드(123)를 연결할 수 있다. 연결체(122)는 중심축(121)에 대하여 블레이드(123)가 회전 가능하도록, 블레이드(123)를 중심축(121)에 연결할 수 있다. 즉, 연결체(122)는 블레이드(123)의 받음각이 조절될 수 있도록, 블레이드(123)를 중심축(121)에 대하여 회전시킬 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 블레이드(123)의 받음각은 블레이드(123)의 피치(pitch)를 의미할 수 있다. 연결체(122)는 도 3에 도시된 것처럼 단일의 축일 수 있으나, 이와 달리, 복수 개의 링크 구조 또는 기어 조립체 구조일 수도 있다.
블레이드(123)는 공기 유동 공간(11)의 개방 정도를 조절할 수 있다. 블레이드(123)는 리프트 팬(12)의 구동 여부에 따라, 리프트 팬(12)의 날개 또는 공기 유동 공간(11)을 덮는 덮개로 기능할 수 있다. 구체적으로, 블레이드(123)는 도 1과 같이 리프트 팬(12)의 구동 상태에서는 리프트 팬(12)의 날개로 기능할 수 있고, 도 2와 같이 리프트 팬(12)의 정지 상태에서는 공기 유동 공간(11)을 덮는 덮개로 기능할 수 있다.
블레이드(123)를 설명함에 있어서, 우선 도 1 및 도 3을 참조하여 리프트 팬(12)의 구동 상태를 기준으로 블레이드(123)를 설명하도록 한다. 리프트 팬(12)의 구동 상태는, 리프트 팬(12)이 회전하는 상태를 의미할 수 있다. 이와 같은 상태에서는, 블레이드(123)는 리프트 팬(12)의 날개로 기능할 수 있다. 블레이드(123)는 연결체(122)를 통해 중심축(121)에 연결될 수 있다. 블레이드(123)는 중심축(121)과 함께 회전함으로써, 양력을 발생시킬 수 있다. 양력을 효율적으로 발생시키기 위하여, 블레이드(123)의 단면은 유선형으로 형성될 수 있다. 또한 발생되는 양력의 크기를 조절하기 위하여, 블레이드(123)의 받음각은 조절될 수 있다. 한편, 블레이드(123)는 복수 개 구비될 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여, 리프트 팬(12)의 정지 상태를 기준으로 블레이드(123)를 설명하도록 한다. 리프트 팬(12)의 정지 상태는, 리프트 팬(12)이 회전하지 않는 상태를 의미할 수 있다. 이와 같은 상태에서는, 블레이드(123)는 공기 유동 공간(11)을 덮는 덮개로 기능할 수 있다. 리프트 팬(12)의 정지 상태에서는, 주날개(1021)의 유선형 외형을 통해 양력이 발생될 수 있도록, 블레이드(123)는 공기 유동 공간(11)을 덮을 수 있다. 즉, 주날개(1021)의 유선형 외형을 타고 흐르는 공기가 공기 유동 공간(11)에 의하여 영향을 받지 않도록, 블레이드(123)는 공기 유동 공간(11)을 덮는 덮개로 기능할 수 있다. 블레이드(123)는 공기 유동 공간(11) 내로 공기가 유입 또는 유출되지 않도록, 공기 유동 공간(11)을 폐쇄시킬 수 있다. 단, 공기 유동 공간(11)의 폐쇄라고 함은, 공기 유동 공간(11)이 주날개(1021)를 타고 흐르는 공기의 흐름에 영향을 주지 않을 정도로 공기 유동 공간(11)을 닫는 것으로 충분하며, 공기 유동 공간(11)의 완전한 밀폐를 의미하는 것은 아닐 수 있다. 블레이드(123)는 덮개로 기능하기 위하여, 블레이드(123)의 받음각이 감소될 수 있다. 예를 들어, 블레이드(123)의 받음각이 최대로 감소된 경우, 블레이드(123)는 덮개로 기능할 수 있다. 블레이드(123)는 받음각이 최대로 감소되면 블레이드(123) 간 빈틈이 서로 메워지는 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 블레이드(123)는 받음각이 감소되면 일 블레이드의 일측이 타 블레이드의 타측과 접촉되면서 맞물리는 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 블레이드(123)의 받음각이 감소되었을 때, 블레이드(123)끼리 서로 겹쳐지거나 접촉됨으로써, 공기 유동 공간(11)을 덮는 덮개로 기능할 수 있다. 덮개로서 기능을 보강하기 위하여, 블레이드(123)의 외곽에는 고무 패킹부재가 결합될 수 있다. 또한, 블레이드(123)는, 받음각이 최대로 감소되었을 때 블레이드(123)가 형성하는 덮개의 외부면이 바디(10)의 외형과 매끄럽게 연결될 수 있는 구조 및 형상으로 형성될 수 있다. 리프트 팬(12)이 바디(10), 예를 들면 주날개(1021)에 설치되더라도, 리프트 팬(12)의 정지 상태에서는 주날개(1021)의 외형이 유선형으로 유지되므로, 주날개(1021)의 본래 기능에 영향을 끼치지 않을 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 리프트 팬(12)은 덮개라는 구성을 생략할 수 있으므로 구성요소가 적어 무게가 적게 나갈 수 있다. 따라서, 리프트 팬(12)은 비행기의 주날개(1021) 등에도 용이하게 설치될 수 있다. 또한, 리프트 팬(12)은 덮개라는 별도 구성 요소에 의한 요구 동력 증가가 없으므로 리프트 팬으로서의 성능이 향상될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 리프트 팬(12)은 공기 유동 공간(11)의 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다. 리프트 팬(12)은 공기 유동 공간(11)의 상부에 배치되는 상부 리프트 팬(12a) 및 공기 유동 공간(11)의 하부에 배치되는 하부 리프트 팬(12b)을 포함할 수 있다. 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)은 서로 대칭적으로 배치될 수 있다. 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)은 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다. 이 경우, 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)이 같은 방향으로 양력을 발생시키기 위하여, 각 리프트 팬(12a, 12b)의 블레이드는 서로 반대 방향의 받음각을 갖도록 배열될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 각 리프트 팬(12a, 12b)의 회전에 의해 발생되는 회전 관성 모멘트가 일부 상쇄될 수 있다. 상부 리프트 팬(12a)은 공기 유동 공간(11)으로 공기를 유입시키고, 하부 리프트 팬(12b)은 유입된 공기를 외부로 배출시킬 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 각 리프트 팬(12a, 12b)의 회전 방향에 따라 공기의 유입 및 배출 방향은 달라질 수 있다. 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)은 각각 공기 유동 공간(11)의 상부 덮개 및 하부 덮개를 구성할 수 있다. 상부 리프트 팬(12a)은, 바디(10)의 상부 외형과 매끄럽게 연결될 수 있는 덮개가 구성되도록 이에 적합한 구조 및 형상으로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 하부 리프트 팬(12b)은, 바디(10)의 하부 외형과 매끄럽게 연결될 수 있는 덮개가 구성되도록 이에 적합한 구조 및 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)은 각각 설치된 바디(10)의 상부 외형 및 하부 외형에 알맞도록 구성될 수 있다. 다만, 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)을 설명함에 있어서, 상부 및 하부라는 용어를 사용하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 위치를 제한하는 것은 아님에 유의해야 한다. 예를 들어, 공기 유동 공간(11)이 수직 꼬리날개(1022)를 관통하도록 형성된 경우에, 리프트 팬은 상기 공기 유동 공간(11)의 좌측 및 우측에 각각 배치될 수 있다.
동력 전달 모듈(13)은 리프트 팬(12)에 회전 동력을 전달할 수 있다. 동력 전달 모듈(13)은 엔진, 터빈 또는 모터와 같은 동력원으로부터 동력을 전달받아 리프트 팬(12)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 동력 전달 모듈(13)은 중심축(121)에 회전 동력을 전달하여, 중심축(121)을 중심으로 리프트 팬(12)을 회전시킬 수 있다. 한편, 도 3과 같이, 리프트 팬(12)이 상부 및 하부에 각각 배치된 경우, 동력 전달 모듈(13)은 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)을 서로 반대 방향으로 회전시킬 수 있다. 이를 위하여, 동력 전달 모듈(13)은 동축 로터(coaxial rotor) 구조로 구성될 수 있다. 예를 들어, 동력 전달 모듈(13)은, 동력원으로부터 회전 동력을 전달받는 동력 전달 축(131)과, 상부 및 하부 중심축(121)이 서로 반대 방향으로 회전하도록 전달된 동력을 상부 및 하부 중심축(121)에 분배하는 기어 조립체(132) 등을 포함할 수 있다. 이 경우, 상부 리프트 팬(12a)의 중심축과 하부 리프트 팬(12b)의 중심축은 서로 동축(coaxial)을 구성할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 하나의 동력원으로부터 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)을 서로 반대 방향으로 회전시킬 수 있다. 동력 전달 모듈(13)은 제어부에 의해 제어될 수 있다. 한편, 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)은 별도의 동력원 및 동력 전달 모듈로부터 개별적으로 동력을 전달받아 회전할 수도 있다.
받음각 조절 모듈(14)은 블레이드(123)의 받음각을 조절할 수 있다. 즉, 받음각 조절 모듈(14)은 중심축(121)에 대하여 블레이드(123)를 회전시킬 수 있다. 받음각 조절 모듈(14)은 블레이드(123)를 회전시키기 위한 별도의 동력원을 포함할 수 있다. 받음각 조절 모듈(14)은 연결체(122)에 연결될 수 있다. 받음각 조절 모듈(14)은 링크 구조 또는 기어 조립체 구조를 이용하여 블레이드(123)의 받음각을 조절할 수 있다. 예를 들어, 받음각 조절 모듈(14)은 스와시 플레이트(swash plate)일 수 있다. 한편, 받음각 조절 모듈(14)은 블레이드(123)의 받음각을 개별적으로 조절하는 각각의 모터일 수도 있다. 이 경우, 연결체(122)는 해당 모터의 구동축을 의미할 수 있다. 받음각 조절 모듈(14)은 리프트 팬(12)이 정지 상태일 때 블레이드(123)의 받음각을 감소시켜 공기 유동 공간(11)을 폐쇄시킬 수 있다. 또한, 받음각 조절 모듈(14)은 리프트 팬(12)의 회전이 필요할 때는 블레이드(123)가 날개로 기능하도록 블레이드(123)의 받음각을 증가시킬 수 있다. 다시 말해, 받음각 조절 모듈(14)은 리프트 팬(12)의 구동 여부에 따라, 블레이드(123)의 받음각을 조절하여 공기 유동 공간(11)의 개폐를 조절할 수 있다. 또한, 받음각 조절 모듈(14)은 리프트 팬(12)에서 발생되는 양력의 크기를 조절하기 위하여, 블레이드(123)의 받음각을 조절할 수 있다. 받음각 조절 모듈(14)은 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)에 각각 연결될 수 있고, 상부 리프트 팬(12a) 및 하부 리프트 팬(12b)의 받음각을 각각 조절할 수 있다. 받음각 조절 모듈(14)은 제어부에 의하여 제어될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 동체 리프트 팬(15)은 동체(101)에 설치될 수 있다. 동체 리프트 팬(15)은 통상의 리프트 팬에 해당될 수 있다. 동체 리프트 팬(15)은 비행체(1)를 수직으로 이륙시키기 위하여, 양력을 발생시킬 수 있다. 동체 리프트 팬(15)은 복수 개 구비될 수 있다. 복수 개의 동체 리프트 팬(15)은 동체(101)의 길이 방향 즉, 전후 방향으로 동체(101)에 이격 배치될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 전방에 배치된 동체 리프트 팬을 전방 동체 리프트 팬(15a), 후방에 배치된 동체 리프트 팬을 후방 동체 리프트 팬(15b)으로 부르도록 한다. 동체 리프트 팬(15)은 동체 리프트 팬 덮개(151)를 포함할 수 있다. 동체 리프트 팬 덮개(151)는 동체 리프트 팬(15)의 상단 및 하단에 각각 배치될 수 있다. 동체 리프트 팬 덮개(151)는 동체 리프트 팬(15)이 구동되는 경우에 개방되고, 동체 리프트 팬(15)이 구동되지 않는 경우에는 동체 리프트 팬(15)을 덮을 수 있다. 동체 리프트 팬 덮개(151)는 복수 개의 절편으로 구성될 수 있다. 동체 리프트 팬 덮개(151)가 개방되는 정도, 즉 동체 리프트 팬 덮개(151)의 개방 각도는 조절될 수 있다. 동체 리프트 팬 덮개(151)의 개방 각도를 조절하여, 동체 리프트 팬(15)으로 유입 또는 배출되는 공기의 방향을 조절할 수 있다.
프로펠러(16)는 동체(101)의 후방에 연결될 수 있다. 프로펠러(16)는 비행체(1)가 수평 방향으로 비행하는 경우에 구동될 수 있다. 즉, 프로펠러(16)는 수평 방향 비행시, 비행체(1)의 진행 방향으로 추력을 발생시킬 수 있다. 한편, 프로펠러(16)는 동체(101)의 후방뿐만 아니라 다양한 위치에 연결될 수 있다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 비행체(1)의 자세 제어에 대하여 설명하도록 한다.
비행체(1)는 리프트 팬(12) 또는 동체 리프트 팬(15)을 이용하여, 수직으로 이착륙할 수 있다. 비행체(1)는 수직으로 이륙한 다음, 수직 방향 비행, 제자리 비행 등을 수행할 수 있다. 또한, 비행체(1)는 천이 비행 단계를 거쳐, 수직 방향 비행에서 수평 방향 비행으로 방향을 전환할 수 있다. 비행체(1)는 각 비행마다 비행 방법 또는 자세 제어 방법이 다를 수 있다. 예를 들어, 수직 방향 비행, 제자리 비행시에는 도 1과 같이, 리프트 팬(12) 또는 동체 리프트 팬(15)을 회전시켜 자세를 제어할 수 있다. 수평 방향 비행시에는 도 2와 같이, 리프트 팬(12) 및 동체 리프트 팬(15)을 정지시키고 각 공기 유동 공간을 폐쇄시킨 채 비행할 수 있다. 한편, 비행체(1)의 자세 제어는 제어부에 의하여 제어될 수 있다.
우선, 도 1을 참조하여, 수직 방향 비행 또는 제자리 비행시 비행체(1)의 비행 및 자세 제어에 대하여 설명하도록 한다. 수직 방향 비행, 제자리 비행시에, 비행체(1)는 리프트 팬(12) 또는 동체 리프트 팬(15)을 구동시킬 수 있다. 비행체(1)는 블레이드(123)의 받음각을 증가시키고, 리프트 팬(12)을 회전시킬 수 있다. 또한, 비행체(1)는 동체 리프트 팬 덮개(151)를 개방시키고, 동체 리프트 팬(15)을 회전시킬 수 있다. 비행체(1)는 리프트 팬(12) 또는 동체 리프트 팬(15)을 회전시켜 양력을 발생시킬 수 있다. 롤(roll) 방향 자세 제어는 주날개(1021)에 설치된 리프트 팬(12)의 출력을 조절하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 좌측 주날개 및 우측 주날개에 각각 설치된 리프트 팬(12)의 출력을 서로 다르게 하여, 롤 방향 자세를 제어할 수 있다. 리프트 팬(12)의 출력은, 받음각 조절 모듈(14)을 통해 블레이드(123)의 받음각을 조절하거나, 리프트 팬(12)에 전달되는 동력의 크기를 조절하여 제어할 수 있다. 또는, 상부 리프트 팬 및 하부 리프트 팬의 회전 속도를 다르게 하여, 전체 리프트 팬에서 발생되는 출력을 조절할 수도 있다. 피치(pitch) 방향 자세 제어는 동체(101)에 설치된 동체 리프트 팬(15)의 출력을 조절하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 전방 동체 리프트 팬(15a) 및 후방 동체 리프트 팬(15b)의 출력을 서로 다르게 하여, 피치 방향 자세를 제어할 수 있다. 요우(yaw) 방향 자세 제어는 동체 리프트 팬 덮개(151)를 이용하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 전방 동체 리프트 팬(15a)의 덮개와 후방 동체 리프트 팬(15b)의 덮개가 좌우 방향에 대하여 서로 반대 방향으로 개방되도록 제어하면, 전방 동체 리프트 팬(15a) 및 후방 동체 리프트 팬(15b)으로 각각 유입 또는 배출되는 공기의 방향이 서로 달라지므로, 이를 이용하여 요우 방향의 자세 제어를 수행할 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여, 수평 방향 비행시 비행체(1)의 비행 및 자세 제어에 대하여 설명하도록 한다. 수평 방향 비행시에는 비행체(1)는 리프트 팬(12) 및 동체 리프트 팬(15)을 정지시킬 수 있다. 비행체(1)는 리프트 팬(12)의 회전을 정지시키고, 블레이드(123)의 받음각을 감소시켜 공기 유동 공간(11)을 폐쇄할 수 있다. 또한, 비행체(1)는 동체 리프트 팬(15)의 회전을 정지시키고, 동체 리프트 팬 덮개(151)를 폐쇄할 수 있다. 한편, 수평 방향으로 추력을 발생시키기 위하여, 후방에 설치된 프로펠러(16)를 회전시킬 수 있다. 후방에 설치된 프로펠러(16)로부터 추력이 발생되면, 수평 방향의 움직임 발생하므로, 주날개(1021)를 타고 흐르는 공기의 유동에 의하여 양력이 발생될 수 있다. 수평 방향 비행시에는, 주날개(1021)의 에일러론(aileron), 수직 꼬리날개(1022)의 러더(rudder) 및 수평 꼬리날개(1023)의 엘리베이터(elevator)를 이용하여 각각 롤, 요우, 피치 방향 자세 제어를 수행할 수 있다. 한편, 수평 방향 비행시에도 필요에 따라 리프트 팬(12) 또는 동체 리프트 팬(15)을 구동시켜, 양력을 발생시키거나 자세 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 수평 방향으로 저속 비행하는 경우, 주날개(1021)를 타고 흐르는 공기의 유동만으로는 충분한 양력이 발생되지 않을 수 있다. 이 경우, 리프트 팬(12) 또는 동체 리프트 팬(15)을 구동시켜 추가적인 양력을 발생시킬 수 있다. 또한, 이러한 수평 방향 저속 비행의 경우, 에일러론 등을 이용하여 자세 제어를 수행하는 대신에, 리프트 팬(12) 또는 동체 리프트 팬(15)의 출력을 조절하여 자세 제어를 수행할 수 있다.
천이 비행 시에는 리프트 팬(12) 및 동체 리프트 팬(15)을 구동시켜 자세를 제어할 수 있다. 천이 비행 시에는 전방 동체 리프트 팬(15a)의 후류가 후방 동체 리프트 팬(15b)의 후류 발생에 영향을 끼칠 수 있고, 후방 동체 리프트 팬(15b)의 동력이 감소될 수 있다. 따라서 주날개(1021)에 설치된 리프트 팬(12)의 출력을 조절하여, 후방 동체 리프트 팬(15b)의 동력 감소를 보완하고, 전방 및 후방 간 동력 불균형 문제를 해결할 수 있다. 또한, 리프트 팬(12)의 출력을 조절하여 롤 방향 자세 제어가 가능하므로, 롤 방향 안정성이 향상될 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 비행체의 사시도이다. 도 4를 설명함에 있어서, 상술한 내용과 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 리프트 팬(22)은 주날개(2021), 수직 꼬리날개(2022) 및 수평 꼬리날개(2023)에 설치될 수 있다. 이를 위하여, 주날개(2021), 수직 꼬리날개(2022) 및 수평 꼬리날개(2023)에는 각각의 공기 유동 공간이 형성될 수 있다. 각 날개(2021, 2022, 2023)에 설치된 리프트 팬(22)은 상부 리프트 팬 및 하부 리프트 팬을 포함할 수 있다. 수직 꼬리날개(2022)에 설치된 리프트 팬(22)의 경우, 좌측 리프트 팬 및 우측 리프트 팬을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.
비행체(2)는 수직 꼬리날개(2022)에 설치된 리프트 팬(22)의 출력을 조절하여 요우 방향 자세를 제어할 수 있다. 예를 들어, 수직 꼬리날개(2022)에 설치된 리프트 팬(22)의 회전 방향, 회전 속도 또는 받음각을 조절하여, 요우 방향 자세를 제어할 수 있다. 비행체(2)는 수평 꼬리날개(2023)에 설치된 리프트 팬(22)의 출력을 조절하여 피치 방향 자세를 제어할 수 있다. 예를 들어, 수평 꼬리날개(2023)에 설치된 리프트 팬(22)의 회전 방향, 회전 속도 또는 받음각을 조절하여, 피치 방향 자세를 제어할 수 있다. 또는, 피치 방향 자세 제어를 위하여, 수평 꼬리날개(2023)에 설치된 리프트 팬(22)과 주날개(2021)에 설치된 리프트 팬(22)의 출력을 서로 다르게 하거나, 전후로 설치된 동체 리프트 팬(25)의 출력을 조절할 수도 있다. 롤 방향 자세 제어를 위하여, 주날개(2021)에 설치된 리프트 팬(22)의 출력을 조절하거나, 수평 꼬리날개(2023)에 설치된 리프트 팬(22)의 출력을 조절할 수 있다.
도 4와 같은 구성에 의하면, 에일러론, 엘리베이터 및 러더의 구성이 없더라도, 각 위치에 설치된 리프트 팬(22) 및/또는 동체 리프트 팬(25)을 이용하여, 롤, 피치 및/또는 요우 방향 자세를 모두 제어할 수 있다. 따라서, 비행체(2)는 수직 방향 비행, 제자리 비행뿐만 아니라, 수평 방향 비행시에도 리프트 팬(22) 및/또는 동체 리프트 팬(25)을 구동시켜서 롤, 피치 및/또는 요우 방향 자세를 제어할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
1: 비행체
10: 바디
11: 공기 유동 공간
12: 리프트 팬
13: 동력 전달 모듈
14: 받음각 조절 모듈
15: 동체 리프트 팬
16: 프로펠러

Claims (11)

  1. 동체 및 상기 동체로부터 연장되는 주날개를 포함하는 바디;
    상기 주날개를 관통하도록 형성되는 공기 유동 공간;
    상기 공기 유동 공간의 개방 정도를 조절할 수 있는 복수 개의 블레이드를 구비하고, 상기 공기 유동 공간에 회전 가능하게 설치되는 리프트 팬;
    상기 리프트 팬을 회전시켜 양력을 발생시키는 동력 전달 모듈; 및
    상기 블레이드의 받음각을 조절하는 받음각 조절 모듈을 포함하고,
    상기 받음각 조절 모듈은,
    상기 리프트 팬이 정지 상태일 때, 상기 블레이드가 상기 공기 유동 공간을 폐쇄시키는 덮개로서 기능하도록 상기 블레이드의 받음각을 감소시키고,
    상기 리프트 팬이 구동 상태일 때, 상기 블레이드가 상기 리프트 팬의 날개로서 기능하도록 상기 블레이드의 받음각을 증가시키는 비행체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프트 팬은,
    상기 리프트 팬의 회전 중심이 되는 중심축; 및
    상기 중심축에 대하여 상기 블레이드가 회전 가능하도록, 상기 중심축 및 블레이드를 연결하는 연결체를 더 포함하는 비행체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 블레이드는, 받음각이 최대로 감소되면 상기 복수 개의 블레이드 간 빈틈이 서로 메워지는 구조로 형성되는 비행체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프트 팬은 상기 공기 유동 공간의 상부 및 하부에 각각 배치되고,
    상기 동력 전달 모듈은, 상기 공기 유동 공간의 상부 및 하부에 각각 배치된 리프트 팬을 서로 반대 방향으로 회전시키는 비행체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 주날개에 설치된 리프트 팬의 출력을 조절하여 상기 비행체의 롤(roll) 방향 자세를 제어하는 비행체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디는, 상기 동체로부터 연장되는 수평 꼬리날개를 더 포함하고,
    상기 리프트 팬은 상기 수평 꼬리날개에 더 설치되고,
    상기 수평 꼬리날개에 설치된 리프트 팬의 출력을 조절하여 상기 비행체의 피치(pitch) 방향 자세를 제어하는 비행체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디는, 상기 동체로부터 연장되는 수직 꼬리날개를 더 포함하고,
    상기 리프트 팬은 상기 수직 꼬리날개에 더 설치되고,
    상기 수직 꼬리날개에 설치된 리프트 팬의 출력을 조절하여 상기 비행체의 요우(yaw) 방향 자세를 제어하는 비행체.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 동체에 길이 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 동체 리프트 팬을 더 포함하고,
    상기 복수 개의 동체 리프트 팬의 출력을 조절하여 상기 비행체의 피치 방향 자세를 제어하는 비행체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    수직 방향 비행 또는 제자리 비행시 상기 리프트 팬을 회전시키되, 수평 방향 비행시에는 상기 리프트 팬을 정지시키고 상기 공기 유동 공간을 폐쇄시키는 비행체.
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