KR102096039B1 - 유선 비행체의 에너지 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 유선 비행체 에너지 공급 시스템은, 연료전지와 비행체 전기기기를 포함하는 비행체; 비행체의 외부에 위치하는 연료전지 연료 공급 장치; 상기 비행체와 상기 연료전지 연료 공급 장치를 연결하는 전송 케이블; 을 포함하고, 상기 전송 케이블은 연료전지 연료를 전송하는 연료 전송 통로를 포함하고, 상기 연료전지는 상기 연료 전송 통로를 통해 연료전지 연료를 공급받아 전기를 생산한 후 상기 비행체 전기기기에 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

유선 비행체의 에너지 공급 시스템
본 발명은 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유선 비행체에 에너지를 공급함에 있어서, 전력선을 통해 전기 에너지를 공급하는 것이 아니라 연료전지 기반의 연료 에너지를 유선 비행체에 공급하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 관한 것이다.
현재 다양한 무인비행체가 감시정찰 또는 통신중계, 시설감시, 수색 등의 다양한 목적으로 이용되고 있다. 무인비행체는 날개가 고정되어 있는 고정익과 프로펠러의 추진력를 이용하여 비행하는 회전익을 포함하며, 회전익은 모터에 의해 구동되는 전동 회전익과 엔진에 의해 구동되는 엔진 회전익으로 구분된다. 또한 무인비행체는 수소나 헬륨을 채운 기구의 부력을 이용하여 비행하는 것일 수도 있고, 프로펠러의 추진력과 기구의 부력 모두를 이용한 것일 수도 있다.
무인비행체는 다양한 임무를 수행하기 위해 충분한 전력이 필요로 하며, 비행체 내부에 탑재된 엔진/발전기 또는 배터리를 이용하여 전력을 공급받는다. 이러한 무선 무인비행체의 경우 비행체 내부에 탑재된 연료 또는 배터리의 용량에 의해 비행시간이 제한되는 단점을 갖고 있다. 만일 탑재된 임무수행 장비가 추가적으로 높은 전력 소모를 필요로 하는 경우 비행시간은 더욱 짧아지게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 지상에 있는 전력 공급장치가 유선(Tethered cable)으로 비행체에 전력을 공급하는 시스템(또는 장치)가 종래에 이용되고 있었다.
특허문헌 1{국제출원 공개 WO 2013/162128 A1 (공개일: 2013.10.31.)}, 특허문헌 2{한국 공개특허 KR 10-2015-0066223 A (공개일: 2015.06.16.)}, 특허문헌 3{한국 등록특허 KR 10-1373852 B1 (등록일: 2014.03.06.)}, 특허문헌 4{한국 등록특허 KR 10-1373850 B1 (등록일: 2014.03.06.)}, 특허문헌 5{한국 공개특허 KR 10-2015-0087491 A (공개일: 2015.07.30.)}에는 지상에 있는 전력 공급장치가 유선으로 비행체에 전력을 공급하는 시스템(또는 장치)이 개시되어 있다.
하지만, 지상으로부터 유선으로 비행체로 전력을 공급하는 방식은, 비행체의 비행고도가 높아짐에 따라(또는 비행거리가 길어짐에 따라), 케이블의 길이가 길어지면서 전력손실이 커지고, 케이블의 무게가 증가하면서 비행체가 감당해야 할 하중이 증가하게 되고, 그 결과 전력 공급장치의 용량과 비행체의 양력 및 추력이 증가해야 하는 문제점이 있다.
이러한 문제점으로 인해, 유선 전력 공급 방식의 비행체의 고도(또는 비행거리)는 실용적인 운용 조건에서 현재 수십 미터를 넘지 못하고 있다.
또한 유선 비행체들은 지상의 케이블이 공급되는 지점으로부터 수평으로 이동할 경우, 케이블의 경사각과 케이블의 처짐 현상으로 인해 지상의 장애물과의 간섭이 일어난다. 즉 케이블이 지상의 장애물에 걸려서 수평방향 이동이 방해받는 문제점이 있다.
특히, 재난현장 사각지대 상황을 실시간으로 파악하고, 수색용으로 사용시에는 저고도 수평비행이 필수적이고, 감시정찰 또는 통신중계용으로 활용되는 유선 비행체는 넓은 시야확보를 위해 매우 높은 비행고도가 요구되지만 종래의 유선 비행체 에너지 공급 방식으로는 상기 요구조건을 충족하지 못하는 문제점이 있다.
또한 비행체가 회전 및 선회 비행으로 자세가 변경되면 비행체에 고정되어 있는 케이블은 꼬임 현상에 의해 케이블이 손상을 받을 수 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위해, 종래에는 케이블 꼬임을 감지하여 꼬임의 반대방향으로 비행체를 회전시키는 방식으로 해결했으나, 이러한 방식은 구조적으로 비행체가 자유롭게 회전 및 선회 비행의 자세변경이 요구되는 임무수행을 할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 지상으로부터 유선으로 비행체에 에너지를 공급함에 있어서, 비행체의 비행고도가 높아지더라도, 비행체에 공급되는 에너지 전송 손실은 거의 발생되지 않고, 비행체가 감당해야 할 케이블의 하중을 최소화 하도록 하는 것이다.
또한 유선 비행체가 수평으로 이동(또는 비행)하더라도 케이블이 지상의 장애물에 방해받지 않는 것을 목적으로 하다.
또한 유선 비행체가 회전과 선회 비행으로 자세변경이 발생하더라도, 케이블의 꼬임을 해소하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 유선 비행체 에너지 공급 시스템은, 연료전지와 비행체 전기기기를 포함하는 비행체; 비행체의 외부에 위치하는 연료전지 연료 공급 장치; 상기 비행체와 상기 연료전지 연료 공급 장치를 연결하는 전송 케이블;을 포함하고, 상기 전송 케이블은 연료전지 연료를 전송하는 연료 전송 통로를 포함하고, 상기 연료전지는 상기 연료 전송 통로를 통해 연료전지 연료를 공급받아 전기를 생산한 후 상기 비행체 전기기기에 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 연료전지 연료는 수소일 수 있다.
상기 전송 케이블은 1가닥의 튜브에 다중 전송 통로를 갖는 전송 케이블일 수 있다.
상기 전송 케이블의 연료 전송 통로 내부에 광섬유 통신선이 관통하는 것일 수도 있다.
상기 광섬유 통신선은 연료 전송 튜브를 외피로 할 수도 있다.
상기 전송 케이블의 연료 전송 통로 내부를 고강도 중심선이 관통하는 것일 수도 있다.
상기 비행체는 상기 연료전지에서 생산한 전기를 저장할 수 있는 배터리를 포함할 수 있다.
상기 전송 케이블은 상기 연료전지에 연결되어 고정되고, 상기 연료전지와 상기 비행체가 독립적으로 회전할 수 있도록 기계적 연결을 제공하는 회전부와 연료전지에 연결된 슬립링으로 구성되는 케이블 꼬임방지 장치를 포함하여, 상기 케이블의 꼬임을 유발시키는 회전 모멘트가 발생되면 상기 연료전지와 비행체 몸체간의 상대 회전운동으로 상기 케이블의 꼬임이 해소되는 것일 수도 있다.
상기 연료전지 연료 공급 장치는 수소를 발생시키는 수소 발생부를 포함할 수 있다.
상기 연료전지 연료 공급 장치는 상기 케이블의 장력 및 길이를 조절하는 케이블 조절부를 포함할 수 있다.
상기 비행체에 연결되는 전송 케이블은 로터리 조인트를 통하여 연결되는 것일 수 있다.
상기 연료전지 연료 공급 장치는 공급하는 수소의 양 또는 압력을 제어할 수 있는 공급 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 연료전지의 최대출력 전력제어는 상기 공급 제어부에서 수소 공급량을 조절함으로써 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유선 비행체 에너지 공급 시스템은, 유선으로 전력을 공급하는 비행체; 비행체의 외부에 위치하는 전력공급 시스템; 상기 비행체와 상기 전력공급 시스템를 연결하는 전력 케이블;을 포함하고, 상기 비행체는 슬립링을 포함하고, 상기 전력 케이블은 상기 슬립링을 통하여 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유선 비행체 에너지 공급 시스템은, 내연기관와 비행체 전기기기를 포함하는 비행체; 비행체의 외부에 위치하는 내연기관 연료 공급 장치; 상기 비행체와 상기 내연기관 연료 공급 장치를 연결하는 전송 케이블;을 포함하고, 상기 케이블은 내연기관 연료를 전송하는 연료 전송 통로를 포함하고, 상기 내연기관은 상기 연료 전송 통로를 통해 내연기관 연료를 공급받아 비행체의 회전동력을 발생시키고, 상기 발생된 회전동력에 의해 전기를 생산한 후 상기 비행체 전기기기에 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 있어서, 임무용 유체를 공급하기 위한 임무용 유체 공급부와 상기 임무용 유체를 전송하기 위한 유체 전송 케이블을 추가적으로 더 포함할 수 있다.
상기 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 있어서, 상기 비행체는 제1비행체를 포함하는 복수의 비행체를 포함하고, 상기 케이블은 제1비행체를 경유하여 나머지 비행체들에 직렬로 연결되고, 상기 복수의 비행체는 상기 케이블로부터 에너지를 공급받으며, 상기 복수의 비행체를 연결하는 케이블은 길이가 고정된 것일 수 있다.
상기 비행체에는 상기 케이블의 장력을 감지하는 장력감지기가 설치될 수 있다.
상기 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 있어서, 상기 케이블은 통신신호를 전송할 수 있는 통신선을 포함할 수 있다.
상기 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 있어서, 상기 케이블의 장력 및 길 이를 조절하는 케이블 조절부를 포함할 수 있다.
상기 케이블 조절부는, 케이블의 감김과 풀림을 수행하는 드럼; 상기 드럼의 중심축으로 360도 회전하는 정렬기; 상기 정렬기를 구동하는 모터 구동부; 상기 케이블의 이동경로를 제공 해주는 이동 가이드;를 포함하여 상기 정렬기가 회전하여 상기 드럼에 케이블을 감거나 푸는 것일 수 있다.
상기 케이블 조절부는, 케이블의 감김과 풀림을 수행하는 드럼; 상기 드럼을 구동하는 모터 구동부; 상기 케이블의 이동경로를 제공 해주는 이동 가이드;를 포함하여 상기 드럼이 회전하여 상기 드럼에 케이블을 감거나 푸는 것일 수 있다.
상기 케이블 조절부는, 케이블의 감김과 풀림을 수행하는 드럼; 상기 드럼을 구동하는 모터 구동부; 상기 케이블의 이동경로를 제공 해주는 이동 가이드; 상기 드럼의 회전축으로 360도 회전하는 정렬기; 상기 드럼과 정렬기의 위치를 감지하는 위치센서;를 포함하는 것일 수 있다.
상기 유선 비행체 에너지 공급 시스템 23에 있어서, 상기 케이블의 길이를 일정하기 유지하기 위해 상기 정렬기의 정렬 위치에 드럼이 상기 모터 구동부에 의해 추종제어가 되어 정렬기와 드럼간의 정렬 위치 오차가 0이 되도록 하는 것일 수 있다.
상기 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 있어서, 상기 드럼은 안정적으로 균일하게 풀림과 감김이 수행되도록 드럼의 회전축 방향으로 케이블의 직선운동을 제공하는 보조 가이드를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 있어서, 상기 케이블 조절부는 드럼 회전 중심 내부에 수소 저장부를 위치하는 것일 수 있다.
상기 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 있어서, 상기 케이블 조절부의 드럼은 수소 저장부와 한 몸체로 형성되어 드럼의 회전축을 중심으로 회전하는 것일 수 있다.
상기 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 있어서, 상기 케이블은 소정의 높이에 위치하는 케이블 경유기를 경유 하도록 케이블 경유기와 상기 케이블 경유기가 설치되는 케이블 경유 비행체를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 있어서, 상기 케이블은 소정의 높이에 위치하는 케이블 경유기를 경유 하도록 케이블 경유기와 상기 케이블 경유기를 지지하는 케이블 경유기 지지대를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 케이블 경유기는 케이블 조절부의 드럼 또는 정렬기의 회전축 선상에 위치하는 것일 수 있다.
상기 케이블 경유기는 케이블 조절부의 드럼 또는 정렬기의 회전축 선상에 소정의 높이에 위치하도록 상기 케이블 경유기 지지대가 구성되는 것일 수 있다.
상기 케이블 경유기 지지대는 회전식 케이블 조절부의 드럼 회전 중심부에 설치되는 것일 수 있다.
상기 케이블 경유기 지지대는, 상기 정렬기의 회전시 형성되는 원통의 외부에 고정되고; 상기 원통 상단의 중심에서 시작하여 상기 정렬기 회전축 선상의 소정의 높이에 설치된 상기 케이블 경유기까지 관통 구멍을 갖는 파이프 형상일 수 있다.
상기 케이블 경유기는, 케이블 이동경로의 접선방향에 접촉면을 제공하는 회전체, 상기 회전체의 회전축에 수직 방향인 중력 방향을 회전축으로 회전할 수 있는 회전부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 케이블 경유기와 케이블 경유기 지지대는 상기 케이블 조절부에서 이격되어 장애물의 우회경로와 긴 수평거리를 제공하도록 다수의 지점에 설치되는 것일 수 있다.
상기 케이블 조절부에서 이격되는 지점에 설치되는 케이블 경유기는 일측면의 상단이 개방되어 케이블을 구속하지 않는 것일 수 있다.
상기 케이블 조절부에서 이격되는 지점에 설치되는 케이블 경유기는 케이블의 이동 마찰을 최소화하기 위해 이동경로의 접선방향에 접촉면을 제공하는 하부 회전체와 좌우 회전체를 포함하고, 좌우 회전체는 케이블의 좌우에 위치하고, 하부 회전체는 케이블의 하부에 위치하여, 하부 회전체와 좌우 회전체는 서로 수직되는 방향으로 회전하는 것일 수 있다.
상기 케이블 경유기는 비행체의 케이블이 하강하여 상기 케이블 경유기의 회전체에 쉽게 접촉되도록 케이블 가이드를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 의한 비행체 에너지 공급 시스템은, 지상으로부터 유선으로 비행체에 에너지를 공급함에 있어서, 유선 비행체의 비행거리가 길어지더라도, 에너지의 전송 손실은 거의 발생되지 않고, 유선 비행체가 감당해야 케이블의 하중은 대폭적으로 감소시킬 수 있다.
또한 유선 비행체가 수평으로 이동하더라도 케이블이 지상의 장애물에 방해받지 않는다.
또한 유선 비행체가 회전과 선회 비행으로 자세변경이 발생하더라도, 케이블의 꼬임을 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 비행체 에너지 공급 시스템의 일실시예의 구성도
도 2는 연료전지의 구성도
도 3은 케이블 조절부의 예
도 4는 회전체 이동변위 검출 방식의 장력감지기의 실시예
도 5는 케이블 조절부와 수소 저장부로 구성되는 연료전지 연료 공급장치의 실시예의 사시도
도 6은 전송 케이블의 실시예 1의 단면도
도 7은 전송 케이블의 실시예 2의 단면도 및 사시도
도 8은 전송 케이블의 실시예 3의 단면도
도 9는 전송 케이블의 끝단 처리부 실시예의 사시도
도 10은 다수의 유체 전송 케이블을 포함하는 케이블 연결 구성도의 예
도 11은 지상의 장애물과 케이블이 간섭되는 모습
도 12는 지지대 케이블 경유 방식의 일실시예의 개념도
도 13은 케이블 경유기를 포함하는 회전식 케이블 조절부의 일실시예
도 14는 케이블 경유기를 포함하는 고정식 케이블 조절부의 일실시예
도 15는 도 14(a)의 일실시예의 사시도
도 16은 중간 지지대 케이블 경유 방식의 일실시예의 개념도
도 17은 중간 지지대의 케이블 경유기 일실시예
도 18은 비행체에 의한 케이블 경유 방식의 실시예의 개념도
도 19는 비행체 경유방식의 케이블 경유기 실시예
도 20은 데이지 체인 방식 케이블 연결 구성도
도 21은 스프링식 장력 감지기 실시예
도 22는 사각지대 시야확보를 위한 데이지 체인 연결도
도 23은 슬립링 유닛의 실시예
도 24는 케이블 꼬임방지 실시예 1의 구성도
도 25는 케이블 꼬임방지 실시예 2의 구성도
도 26은 케이블 꼬임방지 실시예 3의 구성도
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본발명에서 언급하는 유선 비행체에 탑재되는 전력공급시스템 또는 동력원은 비행체 외부로부터 공급되는 연료 에너지 또는 전기 에너지를 기반으로 하여, 본 발명의 에너지 공급 시스템은 전력공급 방식과 연료공급 방식을 모두 포함한다.
또한 본 발명에서 언급하는 유선 비행체의 "케이블? 용어는 에너지 공급 케이블과 유체 전송 케이블을 포함하고, 상기 에너지 공급 케이블은 연료 전송 케이블과 전력공급 케이블로 구분된다.
본 발명에서 연료공급 방식의 에너지 공급시스템은 유선 비행체의 전력발생을 위해 연료전지를 사용한다.
연료전지에는 천연가스, 메탄올, 가솔린 등의 다양한 연료가 사용되어질 수 있는데, 연료 개질기(fuel reformer)를 이용해 수소로 개질하거나 순수 수소를 사용한다.
연료전지는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 이 화학 반응은 촉매층 내에서 촉매에 의해 이루어지면, 일반적으로 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 전기를 발생시킨다.
연료와 산화제로는 여러 가지를 이용할 수 있다. 수소 연료전지는 수소를 연료로, 산소를 산화제로 이용하며, 그 외에 탄화수소, 알코올 등을 연료로, 공기, 염소, 이산화염소 등을 산화제로 이용할 수 있다.
연료전지의 본체는 유입되는 수소로 공기 중의 산소로 직류전기와 물 및 부산물을 발생시킨다.
연료전지는 연료 개질기(fuel reformer)를 포함할 수 있는데, 연료 개질기는 유입되는 연료가 수소 외에 연료(예를 들면, 메탄올, 메탄, LPG, LNG, 가솔린 등)일 경우 그 연료로부터 수소를 얻을 수 있다.
지상 또는 지상 건물 등에 위치하는 연료전지 연료 공급장치에서 비행체로 연료전지 연료를 공급하고, 비행체 내의 연료전지에서 전기를 생산하여 비행체 내에 공급한다면, 종래의 유선 전력 공급 방식보다 여러 가지 이점이 있다.
첫째, 종래의 유선 전력 공급 방식은 전력을 공급하는 케이블의 저항으로 인해 비행거리에 비례하여 유실되는 전력이 커지지만, 연료전지 연료 공급 방식은 연료전지 연료를 전송하는 전송 케이블에서 누설이 없다면, 유실되는 에너지는 거의 없다.
둘째, 종래의 유선 전력 공급 방식은 케이블이 밀도가 높은 금속의 전도체(예:구리)가 포함하여 매우 무거우나, 연료전지 연료 공급 방식의 케이블은 금속의 전도체가 포함되지 않고 유체를 전송할 수 있는 가벼운 튜브(호스)로 구성할 수 있어 연료 전송 케이블의 무게를 경량화할 수 있다.
특히 연료전지 연료가 수소인 경우, 수소는 매우 가볍고 확산속도가 빨라서 높은 곳에 있는 비행체에 전송할 때 유리하다. 또한 수소를 전송하면, 전송 케이블은 부력을 받아서 그 무게가 더욱 가벼워지고 비행체의 부하는 더욱 줄어드는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 비행체의 동력원과 전력공급을 위해 연료전지를 이용하지 않고, 내연기관(수소엔진, 가솔린엔진, 디젤엔진, LNG 엔진 등)과 발전기를 이용할 수도 있다.
즉, 지상에서 비행체의 내연기관에 연료 전송 케이블을 통해 내연기관의 연료(수소, 가솔린, 디젤, LNG 등)를 지상에서 공급하는 구조이다.
상기 내연기관의 대표적인 수소엔진은 수소를 연료로 하는 엔진을 말하며, 연료공급방식에 따라 수소를 흡기관에 공급하여 공기와 혼합된 형태로 연소실로 공급하는 방식과 수소를 직접 연소실로 공급하는 방식으로 대별할 수 있다.
수소엔진이 동력(회전력 등의 움직이는 힘)을 발생시키면, 발전기는 그 동력을 이용하여 전기를 생산한 후 비행체 내부에 전기를 공급할 수 있다.
따라서 내연기관과 발전기를 이용하는 경우에도, 종래의 유선 전력 공급 방식보다, 유실되는 에너지가 적고 연료 전송 케이블의 무게가 감소하여 비행체의 부하가 줄어드는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 유선 비행체 에너지 공급 시스템의 일실시예의 구성도이다.
본 발명에 의한 유선 비행체 에너지 공급 시스템은 유선 비행체 에너지 공급 장치라고 부를 수도 있다.
도 1의 비행체 에너지 공급 시스템은 비행체(100), 연료전지 연료 공급 장치(200), 상기 비행체(100)와 상기 연료전지 연료 공급 장치(200)를 연결하는 전송 케이블(300)을 포함한다.
상기 연료전지 연료 공급 장치(200)는 지상 또는 지하에 있을 수도 있고, 지상의 건축물에 위치할 수도 있지만, 본 발명의 연료전지 연료 공급 장치(200)는 상기 비행체(100)의 외부에 위치한다.
상기 비행체(100)는 연료전지(110), 배터리(120), 비행체 전기기기(130)를 포함한다.
상기 연료전지(110)는 연료 에너지의 전달 경로를 제공해주는 전송 케이블(300)과 연결되어 전송 케이블(300)로부터 연료전지 연료(예를 들면, 수소)를 전송 또는 전달 받을 수 있다. 연료전지 연료가 수소인 경우, 상기 연료전지(110)는 전달받은 수소와 대기 중의 산소를 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
비행체 전기기기(130)는 작동을 위해 전기를 필요로 하는 장치를 의미하며, 비행체 내에 존재하면서 전기를 필요로 하는 모든 장치는 비행체 전기기기(130)에 해당한다. 비행체 전기기기(130)의 예로는 비행제어장치, 구동모터, 통신장비, 임무장비 등이 있다.
연료전지(110)에서 생산된 전기는 비행체 전기기기(130)에 바로 전송될 수도 있지만, 배터리(120)에 저장된 후에 비행체 전기기기(130)에 전송될 수도 있다. 상기 배터리(120)은 직류 버퍼링 기능을 제공하는 보조전원으로서, 연료전지가 전기를 생산하지 못할 경우 비상전원 기능도 수행할 수 있다.
또한, 상기 연료전지(110)의 출력을 요구되는 출력(또는 전압)으로 제어하기 위하여 전력변환기(140)를 연료전지(110)와 배터리(120) 사이에 더 포함할 수도 있다.
상기 연료전지 연료 공급장치(200)은 수소 발생부(210), 수소 저장부(220), 공급 제어부(230), 케이블 조절부(240)을 포함한다.
설계상의 필요에 따라서는 수소 발생부(210)과 케이블 조절부(240)는 생략될 수 있고, 공급 제어부(230)의 기능은 수소 저장부(220)에 포함될 수 있다.
수소 발생부(210)는 수소를 발생시키는 장치이다. 수소를 발생시키는 방법으로는 물을 전기분해하는 것, 천연가스, 메탄올 등으로부터 연료 개질기를 이용하여 수소를 발생시키는 방법 등이 있다.
수소 발생부(210)에서 발생된 수소는 수소 저장부(220)에 저장된 후, 필요시에 사용될 수 있다. 실시예 1에서는 수소 발생부(210)를 포함하고 있으나 다른 곳에서 생산한 수소를 저장 용기 등에 담아와서 사용할 수도 있으므로 수소 발생부(210)는 본 발명의 구성에서 제외될 수도 있다.
수소를 저장하는 방법으로는, 액체로 저장하는 법, 기체로 저장하는 법, 금속수소화물 형태의 고체로 저장하는 법 등이 있다.
그리고 작은 부피로 많은 양의 수소 가스를 저장하기 위해서는, 가볍고 내구성이 우수한 탄소섬유 기반의 수소가스 저장 용기를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 공급 제어부(230)는 수소 발생부(210) 또는 수소 저장부(220)로부터 전달되는 수소를 전송 케이블(300)로 전달함에 있어, 수소 가스의 압력과 최대 공급양을 제어하고, 수소가스 누출이 감지되거나 비상시에는 수소공급을 차단하는 안전 기능을 포함한다. 전송 케이블(300)로 전달되는 수소 가스의 압력과 양을 제어하면, 연료전지(110)으로 전달되는 수소 가스의 압력과 양도 제어된다. 따라서 공급 제어부(230)는 최대 수소 공급량을 조절함으로써 연료전지의 최대 출력 전력(연료전지에서 출력되는 최대전력의 양)을 제어할 수 있다.
본 발명에서 상기 공급 제어부(230)는 기능적으로 수소 저장부(220)에 포함될 수 있다.
또한 도 2에서 보는 바와 같이 비행체에서 상기 연료전지(110)의 연료전지 스택(111)에 공급되는 수소가스를 제어밸브를 포함하는 연료전지 제어기(112)를 통하여 제어(조절)하므로써, 비행체의 전기기기(130)에 공급되는 연료전지(110)의 출력전력을 제어할 수 있다.
상기 케이블 조절부(240)는 기본적으로 케이블의 장력 및 길이를 조절하는 장치이다. 전송 케이블(300)의 한쪽 끝은 케이블 조절부(240)에 연결되고 반대쪽 끝은 비행체의 연료전지(110)에 연결되는데, 비행체가 회전 또는 선회비행을 하게 되면 전송 케이블의 꼬임이 발생한다.
따라서 도 1의 비행체 에너지 공급 시스템은 비행체가 회전 및 선회시에 케이블 꼬임이 발생되지 않도록 케이블 꼬임방지 기능을 구비하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 케이블 조절부는 케이블이 감기는 드럼(릴 또는 스풀)의 회전유무에 따라 회전식과 고정식으로 구분한다.
즉 회전식은 일반적으로 널리 사용하는 방식으로 드럼(릴)이 회전하여 케이블을 감거나 푸는 방식이고, 고정식은 고정된 드럼(릴)에 케이블을 감거나 푸는 방식이다.
도 3은 케이블 조절부의 실시예 이다.
도 3에서 케이블 조절부(240)는 모터 구동부(241)과 드럼(242), 이동 가이드(244), 정렬기(243), 보조 가이드(255)를 포함한다.
여기서, 상기 드럼(242)이 모터 구동부(241)에 의해 회전하는 구조를 가지면 일반적으로 널리 사용하는 회전식이 되고, 반면에 상기 드럼(242)은 고정되고, 상기 고정된 드럼(242)에 케이블(300)을 감거나 푸는 기능을 제공하는 정렬기(243)가 모터 구동부(241)에 의해 드럼 주위를 회전하면 고정식이 된다.
상기 고정식에서 케이블(300)은 정렬기의 회전방향에 따라 케이블(300)이 드럼(242)에 풀림과 감김 동작이 수행된다.
또한 고정식의 케이블 조절부(240)는 드럼이 회전하지 않으므로 에너지(연료, 전기)를 공급하는 에너지 공급 케이블(300)와의 연결은 로터리 조인트 또는 슬립링을 사용하지 않고 직접 연결할 수 있는 장점을 가진다.
케이블이 꼬임없이 원활하게 드럼에 풀리거나 감기도록 하는 이동 가이드(244)는 케이블(300)의 이동 경로를 접선방향으로 하는 회전체(예, 롤러)로 구성된다.
또한 상기 이동 가이드(244)는 다수의 회전체(예, 롤러)를 다단으로 구성하면, 케이블(300)의 방향과 이동경로를 원하는 대로 변경할 수 있다.
도 3에서 보조가이드(255)는 드럼(242)에 균등하게 안정적으로 케이블이 감기거나 풀릴 수 있도록 있도록 하기 위한 것이다. 이를 위하여 보조가이드(255)는 드럼의 회전각과 연동하여 드럼의 회전축 방향으로 직선운동한다.
또한 비행체(100)가 360도 선회하더라도 케이블(300)의 꼬임이 발생하지 않도록 하는 정렬기(243)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 3에서 보는 바와 같이 케이블 조절부(240)가 회전식인 경우 드럼의 회전축 방향은 수직이다. 드럼의 회전축 방향이 수직인 경우, 상기 정렬기(243)는 고정될 수도 있고, 드럼(242)의 회전축을 중심으로 하여 자유롭게 회전할 수 있다.
즉, 상기 드럼(242)은 모터 구동부(241)에 의해 회전하고, 정렬기(243)는 비행체(100)의 위치에 의해 결정되는 케이블(300)의 장력에 의해 자유롭게 회전하거나 정렬기(243)의 구동에 의해 회전할 수 있다.
따라서, 정렬기(243)와 드럼(242)은 서로 독립적으로 회전하는 구조를 가질 수 있다.
또한 회전식에서 유선 비행체의 케이블을 감거나 푸는 경우가 아닌 경우에는 비행체와 연결된 케이블의 길이를 일정하게 유지할 필요가 있다.
이를 위하여, 정렬기(243)가 회전하여 정렬기의 정렬 위치가 변하면 위치센서(245)에 의해 제공되는 정렬기(243)와 드럼(242)간의 정렬 위치오차가"영"이 되도록 모터 구동부(241)로 드럼(242)을 회전시켜 회전각 위치제어를 수행할 수 있다.
즉 비행체가 선회시에는 정렬기(243)의 정렬 위치에 드럼(242)의 위치(회전각)을 추종하는 정렬기 추종제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
케이블 조절부(240)는 다른 방식으로도 구현할 수 있고, 때에 따라서는 생략될 수도 있다. 다만 케이블 조절부(240)를 생략할 때는 케이블을 관리할 별도의 방법이 필요하다.
본 발명의 케이블 조절부(240)는 케이블 이동 경로에 케이블 장력감지기를 포함하여 케이블의 감김과 풀림을 통하여 케이블의 장력을 조절할 수 있다.
도 4는 회전체의 이동 변위로 장력을 검출하는 장력감지기의 실시예이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 2개의 회전체(BB)는 고정되고 케이블(300)의 이동경로에 케이블의 장력에 따라 자유롭게 움직일 수 있는 회전체(AA)가 포함되면 회전체(AA)의 이동 변위는 케이블(300)의 장력에 비례하게 되고, 그 이동 변위를 측정하여 케이블(300)의 장력이 감지된다.
본 발명의 케이블 조절부에서 케이블의 장력을 조절하기 위해 일반적으로 널리 사용되는 도 4의 회전체 변위 검출 방식의 장력감지기는 본 발명의 나머지 도면에서는 생략하도록 한다.
따라서 도 3에서 회전체 변위 검출 방식의 장력감지기 표시는 생략되어있다.
도 5는 케이블 조절부와 수소저장부로 구성되는 연료전지 연료 공급장치의 실시예의 사시도이다.
회전식 케이블 조절부(240)의 드럼(242)은 회전운동을 하므로 드럼에 감겨져 있는 전송 케이블(300a)과 독립적으로 분리되어 있는 수소 저장부(220) 또는 수소 발생부(210)간의 연결은 일반적으로 회전부와 고정부간에 유체(액체,공기,가스 등) 매질을 전달하는 기능을 제공하는 로터리 조인트를 통하여 연결할 수 있다.
도 5(a)에서는 상기 로터리 조인트를 사용하지 않고 수소 저장부(220)와 케이블 조절부(240)를 일체형으로 연결한 실시예의 사시도이다.
즉, 도 5(a)에서 수소 저장부(220)와 드럼(242)은 한 몸체(동일 프레임)로 구성되어 모터 구동부(241)에 의해 드럼(242)과 공급 제어부(230)을 포함하는 수소 저장부(220)는 한 몸체로 회전한다.
따라서 상기 수소 저장부(220)와 드럼(242)간에 상호 움직임이 발생되지 않아 로터리 조인트를 이용할 필요가 없는 장점이 있다.
도 5(b)는 연료전지 연료 공급장치의 다른 실시예의 사시도이다.
도 5(a)에서 수소 저장부(220)는 드럼(242)의 외부에 위치하는 반면에, 도 5(b)에서는 공간 활용성을 높이기 위해 원통형의 수소 저장부(220)를 상기 드럼(242)의 회전 중심 내부에 위치하는 구조이다.
도 5의 회전식 케이블 조절부(240)는 모터 구동부(241)로 드럼(242)과 수소 저장부(220)를 동시에 회전시켜 드럼에 전송 케이블(300a)을 감거나 풀며, 또한 전송 케이블(300a)의 길이를 일정하게 유지할 경우에는 정렬기 추종제어를 할 수 있다.
한편, 도 5에서 케이블 조절부(240)가 고정식인 경우에는, 상기 수소저장부(220)와 드럼(242)은 회전하지 않고 고정되며, 모터 구동부(241)에 의한 정렬기(243)의 회전으로 드럼(242)에 케이블(300a)의 감김과 풀림이 수행된다.
상기 고정식 케이블 조절부는 로터리 조인트를 사용하지 않고 수소 저장부(또는 수소 발생부)에 직접 전송 케이블(300a)을 연결할 수 있는 장점을 제공한다.
그리고 상기 연료전지 연료 공급장치는 차량에 탑재되는 경우 수소 저장부를 탑재하고 있는 수소연료전지 자동차에 탑재하는 것이 바람직하다.
상기 전송 케이블(300a)은 연료전지 연료를 전송하는 연료 전송 통로를 포함한다.
도 6은 전송 케이블의 실시예 1의 단면도이다.
전송 케이블(300a)의 중심에는 기본적으로 연료전지의 연료의 전송을 위한 연료 전송 통로(310)가 형성되어 있고, 연료 전송 통로(310)는 내피(320)에 의해 둘러싸여 있다. 외피는(340)는 인장력과 강도가 우수한 재질(예, 아라미드 섬유, 고강도 폴리에틸렌 섬유 등)인 것이 바람직하다. 외피(340)와 내피(320) 사이에는 유연성과 탄력성이 우수한 보호재(330)가 충전된다.
그 결과, 전송 케이블(300a)은 가벼우면서도 내구성이 우수하다.
또한 요구되는 운용조건에 따라 전송 케이블(300a)은 내피(320), 외피(340), 보호재(330)의 구분없이 단일 소재의 튜브(예: 실리콘 튜브)로 구현될 수 있다.
도 7은 전송 케이블의 실시예 2의 단면도와 사시도이다.
도 7에서는, 도 6의 외피(340)가 외부의 인장력에 버티는 힘을 제공하는 것이 아니라 내부에 설치되는 고강도 중심선(370)이 외부의 인장력에 버티는 힘을 제공한다.
고강도 중심선(370)은 강한 힘을 견딜 수 있는 선 모양의 물체로서, 전송 케이블의 중심부에 위치하여 중심선(central line)이라 부른다.
도 7의 연료 전송 튜브(360)는 인장력과 강도가 상대적으로 취약한 일반 용도의 연료 전송 튜브를 사용할 수 있다.
도 7에서는, 인장력과 강도가 우수한 재질(예, 아라미드 섬유, 고강도 폴리에틸렌 섬유 등)로 구성되는 고강도 중심선(370)을 연료 전송 통로(310) 내부를 관통하는 구조로 되어 있다.
따라서 상기 고강도 중심선(370)에 의해, 도 7의 전송 케이블은 높은 인장력과 강도를 효과적으로 유지할 수 있다.
또한 상기 튜브(360)은 비행체(100)와 유선통신을 하기 위한 통신선(350)을 포함할 수 있다.
도 7에서 통신선(350)은 전기를 전도할 수 있는 구리선일 수도 있지만, 무게가 가볍고 데이터 전송량이 많은 광섬유 통신선일 수도 있다.
도 8은 전송 케이블의 실시예 3의 단면도이다.
도 8에서와 같이 1가닥의 튜브(360) 내부에 연료전송 통로(310)와 유체 전송 통로(310a)의 다중 전송 통로가 구성되면, 연료를 포함한 다종의 유체를 독립적으로 전송할 수 있다.
또한 도 8의 전송 케이블(300a)은 1개의 튜브(360)로 다수의 유체를 전송할 수 있는 다중 전송 튜브 구조로 인하여, 유체를 개별적인 튜브로 전송하는 것보다 전송 케이블(300a)의 무게를 대폭적으로 줄일 수 있는 장점을 제공한다.
도 8에서 광섬유(350a) 통신선은 연료 전송 통로(310) 내부를 관통하는 구조로 구성되면, 다음과 같은 장점을 제공한다.
첫째, 연료 전송 케이블(300a)과 광섬유(350a) 통신선을 1가닥 케이블로 통합할 수 있다.
둘째, 광섬유 또는 광섬유 통신선의 보호 외피(또는 피복)를 튜브(360)로 대신할 수 있어 광섬유 통신선은 별도의 보호 외피가 필요 없어지므로 광섬유 통신선의 부피와 무게를 대폭 감소시킬 수 있다.
세째, 광섬유는 전기신호가 아닌 광신호로 동작하기 때문에 연료전송 케이블의 연료와 상호 아무런 영향을 주지 않는다.
여기서 연료 전송은 연료전송 통로(310) 공간에서 광섬유(350a) 통신선이 차지하는 점유공간을 제외한 나머지 공간을 통해 이루어진다.
도 9는 전송 케이블(300a)의 끝단 처리부 실시예의 사시도를 보여준다.
광섬유(350a) 통신선은 튜브(360)의 시작단과 끝단 부위에 도 9에서 보는 바와 같이 연료 전송 통로(310)와 광섬유(350a) 통신선으로 분기된다.
도 10은 다수의 유체 전송 케이블을 포함하는 케이블 연결 구성도의 예이다.
도 10에서 비행체(100)의 케이블(300)은 에너지 공급부(2000)에서 에너지(연료,전기)를 공급하기 위한 에너지 공급 케이블(3000)이외에 추가로 임무용 유체 공급부(2000a)에서 비행체(100)에 요구되는 임무에 대응되는 다양한 유체(예: 농약,비료 등)를 제공할 수 있도록 유체 전송 케이블(3000a)를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 공급 케이블(3000)과 유체 전송 케이블(3000a)은 케이블 조절부(240)를 경유하여 비행체(100)에 연결된다.
따라서 본 발명의 유선 비행체 에너지 공급 시스템은 비행체에 에너지(연료,전기) 공급뿐만 아니라, 요구되는 임무에 대응되는 다양한 유체(예: 농약,비료 등)를 제공하기 위하여 유체 전송 케이블을 더 구비할 수 있다.
한편, 도 1에서 비행체에 유선으로 에너지를 공급하는 경우, 비행체가 수직방향으로만 비행하지 않고 수평방향으로 비행을 하게되면, 케이블(300)의 경사각과 케이블 처짐으로 지상의 장애물과 간섭이 발생하게 되고, 이로 인하여 비행에 방해를 받을 수 있다.
도 11은 지상(1)의 장애물(2)과 케이블(300)이 간섭되는 모습이다.
비행체(100)가 수평방향으로 움직일 때, 케이블(300)이 지상(1) 위의 장애물(2)에 걸려서 움직임에 방해를 받을 수 있다.
도 12는 지지대 케이블 경유 방식의 일실시예의 개념도이다.
도 12(a)는 본 발명에서 수평 비행시 케이블의 경사각과 처짐으로 인하여 발생되는 지상 장애물과 케이블간의 간섭을 방지하기 위한 지지대에 의한 케이블 경유 방식의 개념도이다.
도 12(b)는 지지대(5000)에 의해 케이블(300)이 들려서 지상물(2)의 간섭이 없는 상태의 개념도이다.
도 12에서 보듯이 지지대 경유 방식은 케이블 조절부(240)의 케이블(300)이 소정의 높이를 제공하는 지지대(5000) 상단에 설치되어 있는 케이블 경유기(500)를 경유하므로써, 비행체가 수평이동시에 케이블(300)이 지상물(2)과 간섭이 되지 않도록 수직높이(verticalheight)를 제공한다.
또한 상기 케이블 경유기 지지대(5000)의 높이에 따라 간섭을 회피할 수 있는 지상물(2)의 최대 높이가 정해진다.
그리고 상기 케이블 경유기 지지대(5000)는 상기 케이블 조절부(240)의 방식(회전식, 고정식)에 따라 케이블 조절부(240)에 부착되는 위치와 구조가 다르다.
도 13은 케이블 경유기를 포함하는 회전식 케이블 조절부(240)의 일실시예이다.
도 13(a)는 일실시예의 정면도이고, 도 13(b)는 도 13(a)의 사시도이다.
도 13(c)는 경유기의 일실시예의 사시도를 보여준다.
도 13(a)과 도 13(b)에서 케이블 조절부(240)의 케이블(300)은 케이블 경유기(500)를 경유하여 비행체(100)에 연결되고, 드럼(242)의 회전에 의해 케이블(300)의 풀림과 감김이 수행되는 회전식 구조이다.
또한, 상기 케이블 경유기(500)는 케이블 이동과 비행체의 위치에 따른 케이블의 다양한 이동방향에 대해 이동마찰이 최소화 되도록, 도 13(c)에서 보듯이 상기 케이블 경유기(500)는 케이블(300) 이동경로의 접선방향으로 접촉면을 제공하는 회전체(520)와 상기 회전체(520)의 회전축에 수직한 회전축을 갖는 회전부(530)(베어링)로 구성된다. 또한 상기 회전체(520)는 회전체 지지대(510)에 의해 지지되고, 상기 회전체 지지대(510)는 회전부(530)(베어링)의 외륜에 고정되고, 상기 회전부(530)(베어링)의 내륜은 케이블 경유기 지지대(5000)에 연결되는 구조이다.
따라서, 케이블 경유기(500)는 케이블의 이동과 방향 전환시에 케이블에 작용하는 마찰을 최소화 시킨다.
또한, 케이블 경유기 지지대(5000)는 높은 높이를 조절할 수 있도록 다양한 형상의 다단식 연결 구조로 구성될 수 있음은 물론이다.
도 14는 케이블 경유기를 포함하는 고정식 케이블 조절부의 일실시예이다.
도 14(a)는 고정식 케이블 조절부의 일실시예의 정면도이고, 도 14(b)는 케이블 경유기의 일실시예의 사시도이고, 도 14(c)는 지지대 이동가이드의 일실시예의 사시도이다.
도 14(a)에서 고정식 케이블 조절부(240)는 정렬기(243)의 회전에 의해 케이블(300)이 드럼(242)에 감김과 풀림 동작이 수행된다.
도 14(a)에서 상기 정렬기(243) 회전에 의해 정렬기의 회전반경과 고정식 케이블 조절부(240)의 높이를 사각형 단면으로 하는 원기둥과, 고정식 케이블 조절부(240)와 지지대 이동 가이드(544)간의 경사진 케이블(300) 경로를 삼각형 단면으로 하는 원뿔 공간이 형성된다.
따라서, 상기 고정식 케이블 조절부(240)에 설치되는 케이블 경유기 지지대(5000)는 상기 고정식 케이블 조절부(240)와 간섭이 발생되지 않도록, 상기 원기둥과 원뿔이 점유하는 공간을 배제한 곳에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한 도 14(a)에서 보듯이 케이블 경유기(500)는 정렬기(243)의 회전축 선상의 케이블 경유기 지지대(5000) 일측 상단에 위치하고, 비행체와 연결된 케이블(300)은 케이블 경유기(500)를 경유하여 케이블 조절부(240)에 연결된다.
또한 도 14(a)에서 보듯이 케이블 조절부(240)의 상단과 정렬기 회전축 선상의 지지대의 이동 가이드(544)간에 소정의 이격거리를 두어 정렬기(243) 회전에 의해 케이블 꼬임이 발생되지 않고, 드럼(242)에 케이블이 풀림과 감김이 원활하게 되도록 하는 것이 바람직하다.
도 14(a)에서 케이블 경유기(500)는 케이블(300) 이동과 비행체의 위치에 따른 케이블의 연결방향에 대하여 케이블의 마찰이 최소화 되도록 도 14(b)에서 보듯이 상기 케이블 경유기(500)는 케이블(300) 이동경로에 접선방향으로 접촉면을 제공하는 회전체(520)와 상기 회전체(520)의 회전축에 수직한 회전축을 갖는 회전부(530)로 구성된다. 여기서 상기 회전부(530)는 베어링으로 구성하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 회전체(520)는 회전체 지지대(510)에 의해 지지되고, 상기 회전체 지지대(510)는 회전부(530)의 외륜에 고정되고, 상기 회전부(530)의 내륜은 케이블 경유기 지지대(5000)에 연결된다.
도 14(a)에서 보듯이 상기 정렬기(243) 회전축 선상의 케이블 경유기 지지대(5000)는 케이블(300)을 관통시켜 구속시키는 중공 형태의 파이프 형상을 가진다.
그러나 상기 케이블 경유기 지지대(5000)는 다단식 연결 구조의 착탈식으로 구성하는 경우에는 착탈을 용이하기 위해 상기 케이블(300)은 지지대(5000)의 관통구멍에 의해 구속되지 않는 구조가 바람직하다.
도 14(a)에서 보듯이 정렬기(243)의 회전과 케이블(300)의 이동시에 케이블에 가해지는 마찰력을 최소화하기 위하여, 지지대 이동가이드(544)가 정렬기 회전축 선상의 케이블 경유기 지지대(5000)의 일측 하단에 부착되어 있다.
또한 도 14(c)에서 보듯이 지지대 이동가이드(544)는 도 14(b)의 케이블 경유기(500)와 기능적으로 같은 구조를 가지며, 요구되는 케이블의 이동방향에 따라 대응되는 회전체(520)의 부착위치(각도)를 다르게 할 수 있다.
그리고 도 14의 고정식 케이블 조절부(240)는, 정렬기(243)가 고정되고 드럼(242)이 회전하는 구조의 회전식 케이블 조절부로 변경되어도, 구조적으로 도 14의 케이블 경유기 지지대(5000)와 케이블 경유기(500)는 동일하게 적용된다.
따라서 도 14의 지지대 케이블 경유 방식은 구조적으로 고정식과 회전식의 케이블 조절부에 모두 적용할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명의 케이블 경유기는 회전체가 상하로 부착되는 경우만 예시하였으나 케이블의 이동경로 방향과 장력의 크기에 따라 회전체가 좌우로 더 포함되어 부착될 수 있음은 물론이다.
도 15는 도14의 일실시예의 사시도이다.
상기 지지대에 의한 케이블 경유 방식에서, 도 14와 도 15의 케이블 경유기(500)와 지지대 이동가이드(544)는 케이블의 이동과 비행체의 방향전환(또는 선회)시에 케이블에 작용하는 마찰과 꼬임을 최소화 시키는 기능을 제공한다.
본 발명의 지지대 케이블 경유 방식은 상기 도 12의 예시에서 1개의 지지대로 구성되어 있어, 수평이동 거리가 길어지는 경우에는 케이블의 처짐이 심해지고, 비행체에 가해지는 케이블의 하중이 증가한다.
이를 해소하기 위해, 도 12의 지지대 케이블 경유 방식에서 중간 지지대를 추가적으로 더 포함시킬 수 있다.
도 16은 중간 지지대 케이블 경유 방식의 일실시예의 개념도이다.
도 16(a)은 중간 지지대(5000a)를 포함하는 지지대 케이블 경유 방식의 개념도이고, 도 16(b)는 중간 지지대(5000a)에 의해 지상물(2)과 간섭이 없도록 케이블(300)의 우회경로를 제공하는 개념도이다.
도 16(a)에서 보듯이 케이블 경유기(500)를 포함하는 중간 지지대(5000a)는 케이블 조절부에서 최대 수평이동 거리까지의 중간지점에 설치되어 케이블(300)이 상기 중간 지지대(5000a)의 케이블 경유기(500a)를 경유하게 되고, 이로 인하여 케이블 처짐이 줄어들어 지상 장애물(2)과 간섭없이 최대 수평이동 거리를 증가시킬 수 있다.
또한 케이블 경유기(500,500a)에 의해 비행체에 가해지는 케이블의 하중도 감소된다.
상기 중간 지지대(5000a)는 지상에 고정하여 설치할 수도 있고, 이동체(예:차량)에 설치할 수 있다. 또한 높이조절이 가능하도록 다단 연결 구조가 바람직하다.
도 16(a)의 예시에서 상기 중간 지지대(5000a)는 한 개로 구성되어 있으나, 요구되는 운용조건(예: 장애물 위치, 수평이동 거리)에 따라 복수로 구성될 수 있다.
여기서 상기 중간 지지대의 케이블 경유기(500a)는 비행체가 중간 지지대(5000a)를 넘어서는 위치로 수평이동을 하는 경우에 케이블의 경유 경로를 제공할 수 있다.
또한 상기 중간 지지대를 넘어서지 않는 영역에서 비행체가 자유롭게 수직 및 수평이동을 위하여 상기 중간 지지대의 케이블 경유기(500a)를 경유하지 않는 것이 바람직하다.
상기와 같은 기능을 제공하기 위해 상기 중간 지지대(5000a)에 설치되는 케이블 경유기(500a)의 구조는 비행체의 위치에 따라 케이블을 경유시키거나 또는 비경유가 되도록 구성한다.
따라서 도 16(a)에서 보는 바와 같이 상기 중간 지지대의 케이블 경유기(500a)는 케이블을 구속하지 않고, 케이블의 경유 경로를 제공하도록 케이블 경유기(500a)의 일측면이 개방되는 구조를 가지는 것이 바람직하다.
도 16(b)에서 보듯이 다수의 중간 지지대(5000a)와 케이블 경유기(500a)는 다수의 장애물(2)을 우회하는 경로를 제공하여 비행체(100)가 장애물(2)사이로 수평이동을 할 수 있도록 한다.
이와 같이, 중간 지지대를 더 포함하는 지지대 케이블 경유 방식은 제한된 수직높이의 지지대로 저고도에서 장애물과 간섭없이 긴 수평이동 거리와 장애물의 우회 경로를 제공한다.
다수의 중간 지지대(5000a)는 별도의 구조물을 설치할 수도 있지만, 기존에 설치되어 있는 구조물(예를 들면, 가로등, 전봇대, 고층빌딩 등)을 이용하여, 그 구조물을 중간 지지대로 이용할 수도 있다.
도 17은 중간 지지대의 케이블 경유기 일실시예이다.
도 17(a)는 중간 지지대의 케이블 경유기 실시예의 정면도이고, 도 17(b)는 사시도이다.
도 17(a)에서 중간 지지대의 케이블 경유기(500a)는 기본적으로 케이블(300)의 이동 마찰을 최소화 시켜주는 회전체(롤러)는 하부 회전체(520_1)와 좌우 회전체(520_2)가 수직되게 구성되고, 상기 케이블 경유기(500a)는 지지대 연결부(531)를 통하여 중간 지지대(5000a)에 연결된다.
그리고 도 17(a)에서 보듯이 중간 지지대의 케이블 경유기(500a)는 케이블 경유기의 일측면 상단이 개방되어 있어 케이블을 구속하지 않는 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서 상기 케이블 경유기의 일측면 상단이 개방되어 있는 구조로 인하여 상기 일측면 상단 방향으로 비행체가 케이블을 하강시키면(또는 떨어 뜨리면) 케이블은 회전체(520_1,520_2))에 접촉하게 되고, 반대로 비행체가 케이블을 수직으로 상승시키면(또는 들어 올리면) 상기 케이블은 회전체 접촉에서 이격되어 케이블 경유기(500a)를 벗어날 수 있다.
또한 요구되는 운용 환경에 따라 상기 케이블을 케이블 경유기(500a)에 구속이 요구되는 경우 상기 일측면을 선택적으로 개방 구조와 닫힌 구조로 구성하여 제어할 수 있다.
또한 케이블 가이드(511)는 케이블 가이드(511)의 폭(너비)이내의 위치에서 비행체가 케이블을 떨어뜨려도 케이블이 상기 회전체(520_1,520_2)에 쉽게 접촉할 수 있도록 해준다.
또한, 케이블 경유기(500a)의 좌우 회전체(520_2)롤 포함하는 면의 수직방향은, 케이블을 하강시켜 회전체에 접촉이 원활하도록, 도 16(a)에서 보듯이 케이블 조절부의 케이블 경유기(500)와 중간 지지대의 케이블 경유기(500a)를 잇는 직선 방향과 동일하도록 설치하는 것이 바람직하다.
도 18은 비행체에 의한 케이블 경유 방식의 실시예의 개념도이다.
도 18(a)은 비행체에 의한 지지대 케이블 경유 방식의 개념도이고, 도 16(b)는 비행체의 케이블 경유기(500)에 의해 케이블(300)이 들려서 지상물(2)의 간섭이 없는 상태의 개념도이다.
도 12의 지지대에 의한 케이블 경유 방식은 케이블 경유 지지대가 제공하는 높이로 케이블의 경유 경로를 제공하는 반면에, 도 18은 비행체(100b)가 케이블(300)의 경유 경로를 제공한다.
케이블 경유 비행체(100b)에는 케이블 경유기(500)가 설치되어 있어서, 상기 비행체(100b)가 제공하는 수직 비행고도로 케이블(300)을 위로 들어주는(받쳐주는) 역할을 하므로, 케이블(300)이 지상의 장애물(2)에 간섭되지 않는다. 즉 지상의 장애물에 걸리지 않는다.
도 18(a)에서 보듯이 케이블 조절부의 케이블이 비행체2(100b)를 경유하여 비행체1(100a)에 연결되는 구조를 가지므로, 비행체2(100b)는 케이블(300)의 경유 수직높이를 가변적으로 변경시킬 수 있는 장점을 갖는다.
반면에, 비행체 경유 방식은 독립적인 케이블 공급 구조로 인하여 케이블의 경유 경로를 제공하는 비행체2(100b)는 비행체1(100a)의 케이블 하중를 추가적으로 부담해야 하는 단점을 가진다.
본 발명의 상기 케이블 경유기는 비행체가 수평이동시 케이블 하중의 일정 부분을 떠받쳐 주는 역할을 하므로, 비행체에 가해지는 케이블 하중을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이것을 다시 설명하면, 케이블 경유기가 제공하는 수직높이로 비행체가 수평이동을 하면, 총 케이블 중량이 케이블 경유기와 비행체에 균등하게 분배되어 비행체에 가해지는 케이블 하중이 반으로 감소하게 되고, 이로 인하여 감소된 하중에 대응되는 케이블 길이를 더 길게할 수 있어 수평이동 거리를 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 상기 케이블 경유기는 수평이동시에 지상물과 케이블간의 간섭방지는 물론이고, 비행체에 가해지는 케이블 하중을 감소시켜 수평이동 거리를 증가시켜 주는 효과를 제공한다.
도 19은 비행체 경유방식의 케이블 경유기 실시예이다.
도 13의 회전식 케이블 조절부에 설치되는 케이블 경유기는 비행체 경유방식에 적용되는 케이블 경유기와 구조적으로 동일하다.
그러므로 도 19에 예시된 케이블 경유기는 도 13의 케이블 경유기로 적용될 수 있다.
도 19(a)의 케이블 경유기(500)는 단순한 링 형태의 링부(501)와 연결부(502)를 포함하고, 케이블(300)이 상기 링부(501)를 통과하도록 할 수 있다. 상기 링부(501)는 연결부(502)에 결합되고 연결부(502)는 케이블 경유 비행체(400)의 하부 몸체에 설치된다. 그러나 링부(501)와 연결부(502)만으로 케이블 경유기를 만들면, 케이블 경유기의 구성이 단순하다는 장점이 있으나 케이블(300)이 이동할 경우 링부(501)과 케이블(300) 사이에 강한 마찰력과 장력이 작용하여 전송 케이블(300)이 손상될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 상기 케이블(300)이 통과하는 링부(501)에 롤러 또는 베어링(504) (일부분만 표시) 포함하여 케이블(300)의 이동 마찰력을 최소화 할 수 있다.
또한, 케이블의 상하 위치에 따른 케이블(300)과 케이블 경유기(500)의 상호간에 작용하는 응력을 최소화 하기 위해 회전부(503)을 더 포함할 수 있다.
도 19(b)의 케이블 경유기(500)는 회전체 지지대(510), 2개의 회전체(520)를 포함한다. 회전체 지지대(510)는 상기 케이블 경유기(500)가 설치된 전송 케이블 경유 비행체(100b)의 하부 몸체(100b_1)의 표면의 수직 방향을 축 방향으로 하여 자유롭게 회전을 할 수 있도록 설치된다.
또 회전체 지지대(510)는 2개의 회전체(520)와 결합하는데, 상기 2개의 회전체의 회전을 허용하는 구조로 결합된다.
또한 전송 케이블(300)은 상기 2개의 회전체 사이를 통과하도록 하고, 상기 2개의 회전체의 테두리에는 홈이 형성되어 있어서, 상기 전송 케이블(300)이 상기 2개의 회전체 사이를 벗어나지 않도록 한다.
또한 도 19(b)의 구조는 상기 케이블(300)이 상기 케이블 경유기(500)를 통과할 때 마찰력이 최소화 되도록, 케이블 이동경로에 접선방향의 접촉면을 제공하는 회전체와 상기 회전체의 회전축에 수직하는 회전축을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 케이블 경유기는 케이블에 가해지는 장력과 케이블의 내구성에 따라 다양한 형상과 구조로 구현될 수 있음은 물론이다.
도 20은 다수의 비행체에 케이블이 직렬로 연결되는 데이지 체인 구성 방식을 보여준다.
도 20은 다수의 비행체(100a~100n)가 케이블(300)에 의해 연속적으로 직렬로 연결되는"데이지 체인(Daisy chain)"구성 방식를 보여준다.
따라서 상기 데이지 체인(Daisy chain) 구성 방식은 총 케이블 길이의 중량을 다수의 비행체들이 나누어 분담하므로써, 수직비행 고도를 최대로 구현할 수 있는 장점을 가지는 구조이다.
도 20(b)에서 비행체1(100a)의 위치와 비행체2(100b)의 위치가 상호 연동되게 제어되면, 비행체1과 비행체2는 지상의 장애물과 간섭되지 않으면서 요구되는 비행위치(수직고도, 수평거리)로 이동할 수 있다.
최하단에 위치하는 상기 비행체1(100a)의 케이블(300)은 지상에 위치하는 케이블 조절부(240)에 의해 길이와 장력이 조절된다.
또한 상기 비행체1(100a)에서 분기되어 비행체2(100b)에 연결되는 케이블(300)은 비행체1(100a)에 케이블 조절부(240)가 더 포함되어, 비행체2(100b)에 연결되는 케이블(300) 길이와 장력을 조절하도록 할 수 있으나, 비행체1(100a)의 부하증가를 최소화하기 위하여 케이블 조절부를 생략하여 비행체2의 케이블 길이가 고정되도록 할 수도 있다.
또한 장력감지기는 케이블 조절부의 케이블 이동경로에 설치되거나 또는, 케이블에 병렬로 설치되어 케이블의 장력을 감지할 수 있다.
상기 비행체1에 연결된 케이블(300)은 케이블 조절부(240)에서 장력을 감지할 수 있으나, 상기 비행체2는 케이블에 병렬로 연결된 장력감지기(999)에 의해 장력을 감지하는 것이 바람직하다.
도 20의 유선 비행체 에너지 공급 시스템에 대해 다시 정리하면, 비행체는 제1비행체를 포함하는 복수의 비행체를 포함하고, 케이블은 제1비행체를 경유하여 나머지 비행체들에 직렬로 연결되고, 상기 복수의 비행체는 상기 케이블로부터 에너지를 공급받으며, 상기 복수의 비행체를 연결하는 케이블은 길이가 고정되어 있다. 또한, 상기 비행체에는 상기 케이블의 장력을 감지하는 장력감지기가 설치되어 있다.
도 21은 케이블에 병렬로 설치되는 스프링식 장력감지기의 실시예이다.
스프링식 장력감지기는 케이블(300)에 병렬로 탄성체(예: 스프링)를 연결하여 케이블 장력에 따른 탄성체(999_1) 변위를 측정하여 장력을 감지하는 구조이다.
도 21에서 탄성체(999_1)의 변위에 따라 슬라이더가(999_2) 이동하면 저항(999_3)이 변하게 되는데, 상기 저항값을 측정하여 장력을 감지한다.
상기 장력감지기에 병렬로 연결되는 케이블(300)의 길이는 케이블 파손을 막기 위해 도 21에서와 같이 탄성체(999_1)의 최대 변위보다 길다.
도 22는 사각지대의 시야확보를 위한 데이지 체인의 연결 구성도 이다.
도 22에서 같이 비행체1(100a)은 장애물(2) 보다 높게 위치하고 비행체2(100b)는 장애물(2)보다 낮게 위치하면, 비행체1(00a)은 높은 시야를 확보할 수 있고, 비행체2(100b)는 장애물(2)에 의해 가려져 있는 사각지대의 낮은 시야를 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 "데이지 체인(Daisy chain)"구성의 비행체를 비행체1(100a)과 비행체2(100b)의 두 대로 한정하여 설명하였지만, 다수의 비행체에도 똑같이 적용할 수 있음은 물론이다.
또한 본 발명의 "데이지 체인(Daisy chain)"으로 구성되는 유선 비행체 에너지 공급 시스템은, 비행체에 연결되는 총 케이블 무게가 다수의 비행체에 분산되는 구조로 인하여, 최고 비행고도를 극대화할 수 있는 구조를 제공한다.
또한 다수의 비행체 위치좌표가 적절히 조합되면, 지상의 장애물 간섭을 배제하면서 유선 비행체에 요구되는 수직고도와 수평이동(비행)을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이러한 임의의 수직고도와 수평이동(비행)을 제공하는 데이지 체인 방식의 유선 비행체는 고고도의 수평이동 뿐만아니라, 저고도의 수평이동이 요구되는 분야에 다양한 활용이 가능하다.
한편 비행체가 회전하면 케이블 꼬임이 발생되는데, 다수의 비행체가 직렬로 구성되는 데이지 체인 방식에서는 매우 심각하다,
따라서 데이지 체인(Daisy chain) 방식으로 연결되는 다수의 비행체가 독립적으로 회전하더라도, 상호 케이블 꼬임이 발생하지 않는 케이블 꼬임방지 장치가 요구된다.
본 발명에서 데이지 체인 방식으로 구성되는, 유선비행체의 에너지 공급 시스템은, 고공정체 비행시에는 최대 비행고도를 제공하고, 수평 이동시에는 지상 장애물과 간섭없이 최대 수평이동을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 케이블 경유기를 사용하는 케이블 경유 방식과 데이지 체인 방식의 유선 비행체 에너지 공급 시스템은 케이블이 지상물과 간섭없이 저고도 수평비행(이동)을 제공한다.
따라서 저고도 수평비행이 요구되는 다양한 분야(예: 농업용 방제, 방송용 촬영, 군사용 지뢰탐지 등)에 본 발명의 유선 비행체 에너지 공급 시스템이 적용될 수 있다.
또한 본 발명의 유선 비행체 에너지 공급 시스템은 저고도 수평비행의 다양한 임무(예: 농약살포, 비료공급 등) 수행을 위한 유체 전송 케이블을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다양한 임무를 수행하기 위한 임무장비(예: 유체 살포기, 카메라, 지뢰탐지기 등)를 비행체에 더 포함하여 탑재할 수 있음은 물론이다.
한편 비행체가 회전 및 선회 비행으로 인하여 비행체 자세가 변경되면 비행체에 고정되어 있는 케이블은 꼬임 현상이 발생되어, 케이블이 손상을 받을 수 있다.
이러한 문제점을 방지하기 위해, 종래에는 꼬임을 감지하여 꼬임의 반대방향으로 비행체를 회전시키는 방식을 해결했으나, 이러한 방식은 비행체의 자세변경을 초래하는 문제점이 있다.
이러한 경우 케이블(300)이 비행체와 독립적으로 회전하는 구조를 가지면된다.
즉, 상기 연료전지와 비행체가 상호 독립적인 회전구조를 갖도록 연료전지의 회전 연결부는 비행체 몸체와 연료전지를 기계적으로 연결하는 베어링과 연료전지 출력를 전기적으로 연결하는 슬립링으로 구성하면, 케이블 꼬임을 방지할 수 있다.
상기 슬립링은 회전부와 고정부간에 연결되는 전기 케이블을 꼬임 없이 전기를 전달해 주는 기능을 제공한다.
도 23은 슬립링 유닛의 실시예이다.
도 23에서 회전부 케이블(115_4)과 연결되어 있는 3개의 슬립링(115_1)이 3개의 브러쉬(115_2)에 접촉하고 있으면, 3가닥의 회전부 케이블(115_4)과 슬립링(115_1)이 회전하더라도 3개의 슬립링과 3개의 브러쉬(115_2)의 접촉은 유지되므로, 3가닥의 회전부 케이블(115_4)은 슬립링(115_1)을 통하여 3가닥의 고정부 케이블(115_6)과 전기적 연결은 유지될 수 있다.
여기서, 최대 허용되는 케이블 가닥수는 슬립링(115_1)의 개수로 정해지므로 요구되는 케이블 가닥수 만큼 슬립링(115_1) 개수를 구성하면 된다.
도 24는 연료전지와 비행체가 상호 독립적인 회전구조를 갖도록 하여 케이블 꼬임방지을 위한 실시예 1의 구성도이다.
도 24에서는 전송 케이블(300a)에 연결된 연료전지(110)는 회전부(116) 수단의 내륜(116_2, 내측 회전체)에 연결하고, 비행체 몸체(100_1)는 회전부(116) 수단의 외륜(116_1, 외측 회전체)에 연결하여 비행체 몸체(100_1)와 연료전지(110)가 독립적으로 자유 회전할 수 있는 구조로 만들어, 상기 슬립링 유닛(115)을 이용하여 연료전지(110)와 배터리(120)의 전기적 연결을 유지한다. 따라서 비행체(100)가 회전 및 선회하거나 연료전지(110)가 회전하더라도 배터리(120)와의 전기적 연결은 케이블 꼬임없이 유지된다.
도 24에서 상기 연료전지의 출력 단자(111)는 슬립링 유닛의 고정부 단자와 연결되어 한 몸체로 회전하는 구조이고, 상기 슬립링 유닛의 회전부 케이블(112)은 비행체 몸체(100_1)에 고정되는 비행체 전기기기(130)의 전력변환기(140)에 연결되는 구조이다.
따라서 상기 케이블 꼬임방지 장치는 상기 연료전지(110)와 비행체(100)가 상호 독립적인 회전구조를 갖도록, 연료전지의 회전 연결부는 비행체(100)와 연료전지(110)를 기계적으로 연결하는 회전부(116)와, 전력 변환기(140)와 연료전지 출력를 전기적으로 연결하는 슬립링 유닛(115)으로 구성하여, 케이블 꼬임을 방지한다.
도 25는 케이블 꼬임방지 실시예 2의 구성도이다.
도 25에서 보듯이 전송 케이블(300a)는 로터리 조인트(118)를 통해 연료전지(110)에 연결된다.
일반적으로 널리 사용되는 로터리 조인트는 회전부와 고정부간에 유체(예:공기,액체,가스 등) 매질을 전달하는 기능을 제공한다. 따라서 전송 케이블(300a)을 로터리 조인트(118)를 통하여 연료전지(110)에 연결하는 경우, 도 23의 슬립링은 사용하지 않고, 연료전지(110)는 회전하지 않는 구조로 구성할 수 있다.
특히, 수소가스를 전달 매체로 하는 로터리 조인트는 안전성을 위해 수소가스 누설에 대한 엄격한 기밀성이 보장되어야 한다는 단점이 있는 반면, 슬립링은 전기를 전달 매체로 하므로 (가스 누출에 대한) 안전성이 보장되는 장점을 가진다.
도 26은 슬립링을 사용하여 케이블 꼬임방지을 위한 실시예 3의 구성도이다.
유선 비행체(100)에 전력 케이블(300b)을 통하여 전력 공급을 하는 경우에는, 도 24에서와 같이 슬립링 유닛(115)에 직접 전력 케이블(300b)이 연결되는 구조로 구성된다.

Claims (61)

  1. 연료전지와 비행체 전기기기를 포함하는 비행체; 비행체의 외부에 위치하는 연료전지 연료 공급 장치; 상기 비행체와 상기 연료전지 연료 공급 장치를 연결하는 전송 케이블; 을 포함하고,
    상기 전송 케이블은 연료전지 연료를 전송하는 연료 전송 통로를 포함하고,
    상기 연료전지는 상기 연료 전송 통로를 통해 연료전지 연료를 공급받아 전기를 생산한 후 상기 비행체 전기기기에 공급하되;
    상기 전송 케이블의 연료 전송 통로 내부에 광섬유 통신선이 관통하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
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  6. 연료전지와 비행체 전기기기를 포함하는 비행체; 비행체의 외부에 위치하는 연료전지 연료 공급 장치; 상기 비행체와 상기 연료전지 연료 공급 장치를 연결하는 전송 케이블; 을 포함하고,
    상기 전송 케이블은 연료전지 연료를 전송하는 연료 전송 통로를 포함하고,
    상기 연료전지는 상기 연료 전송 통로를 통해 연료전지 연료를 공급받아 전기를 생산한 후 상기 비행체 전기기기에 공급하되;
    상기 전송 케이블의 연료 전송 통로 내부를 고강도 중심선이 관통하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
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  14. 유선으로 전력을 공급하는 비행체; 비행체의 외부에 위치하는 전력공급 시스템; 상기 비행체와 상기 전력공급 시스템를 연결하는 전력 케이블; 을 포함하고,
    상기 비행체는 슬립링을 포함하고,
    상기 전력 케이블은 상기 슬립링을 통하여 연결되되,
    케이블은 소정의 높이에 위치하는 케이블 경유기를 경유 하도록 케이블 경유기와 상기 케이블 경유기를 지지하는 케이블 경유기 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  15. 내연기관와 비행체 전기기기를 포함하는 비행체; 비행체의 외부에 위치하는 내연기관 연료 공급 장치; 상기 비행체와 상기 내연기관 연료 공급 장치를 연결하는 전송 케이블; 을 포함하고,
    상기 케이블은 내연기관 연료를 전송하는 연료 전송 통로를 포함하고,
    상기 내연기관은 상기 연료 전송 통로를 통해 내연기관 연료를 공급받아 비행체의 회전동력을 발생시키고, 상기 발생된 회전동력에 의해 전기를 생산한 후 상기 비행체 전기기기에 공급하되;
    케이블은 소정의 높이에 위치하는 케이블 경유기를 경유 하도록 케이블 경유기와 상기 케이블 경유기를 지지하는 케이블 경유기 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
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  29. 연료전지와 비행체 전기기기를 포함하는 비행체; 비행체의 외부에 위치하는 연료전지 연료 공급 장치; 상기 비행체와 상기 연료전지 연료 공급 장치를 연결하는 전송 케이블; 을 포함하고,
    상기 전송 케이블은 연료전지 연료를 전송하는 연료 전송 통로를 포함하고,
    상기 연료전지는 상기 연료 전송 통로를 통해 연료전지 연료를 공급받아 전기를 생산한 후 상기 비행체 전기기기에 공급하되;
    케이블은 소정의 높이에 위치하는 케이블 경유기를 경유 하도록 케이블 경유기와 상기 케이블 경유기를 지지하는 케이블 경유기 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  30. 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 케이블 경유기는 케이블 조절부의 드럼 또는 정렬기의 회전축 선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  31. 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 케이블 경유기는 케이블 조절부의 드럼 또는 정렬기의 회전축 선상에 소정의 높이에 위치하도록 상기 케이블 경유기 지지대가 구성되는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  32. 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 케이블 경유기 지지대는 회전식 케이블 조절부의 드럼 회전 중심부에 설치되는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  33. 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 케이블 경유기 지지대는, 정렬기의 회전시 형성되는 원통의 외부에 고정되고; 상기 원통 상단의 중심에서 시작하여 정렬기 회전축 선상의 소정의 높이에 설치된 상기 케이블 경유기까지 관통 구멍을 갖는 파이프 형상인 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  34. 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 케이블 경유기는, 케이블 이동경로의 접선방향에 접촉면을 제공하는 회전체, 상기 회전체의 회전축에 수직 방향인 중력 방향을 회전축으로 회전할 수 있는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  35. 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 케이블 경유기와 케이블 경유기 지지대는 케이블의 장력 및 길이를 조절하는 케이블 조절부에서 이격되어 장애물의 우회경로와 긴 수평거리를 제공하도록 다수의 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 케이블 조절부에서 이격되는 지점에 설치되는 케이블 경유기는 일측면의 상단이 개방되어 케이블을 구속하지 않는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  37. 청구항 36에 있어서,
    상기 케이블 조절부에서 이격되는 지점에 설치되는 케이블 경유기는 케이블의 이동 마찰을 최소화하기 위해 이동경로의 접선방향에 접촉면을 제공하는 하부 회전체와 좌우 회전체를 포함하고,
    좌우 회전체는 케이블의 좌우에 위치하고, 하부 회전체는 케이블의 하부에 위치하여, 하부 회전체와 좌우 회전체는 서로 수직되는 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  38. 청구항 36에 있어서,
    상기 케이블 경유기는 비행체의 케이블이 하강하여 상기 케이블 경유기의 회전체에 쉽게 접촉되도록 케이블 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  39. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 연료전지 연료는 수소인 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  40. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 전송 케이블은 1가닥의 튜브에 다중 전송 통로를 갖는 전송 케이블인 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  41. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 광섬유 통신선은 연료 전송 튜브를 외피로 하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  42. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 비행체는 상기 연료전지에서 생산한 전기를 저장할 수 있는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  43. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 전송 케이블은 상기 연료전지에 연결되어 고정되고,
    상기 연료전지와 상기 비행체가 독립적으로 회전할 수 있도록 기계적 연결을 제공하는 회전부와 연료전지에 연결된 슬립링으로 구성되는 케이블 꼬임방지 장치를 포함하여, 상기 케이블의 꼬임을 유발시키는 회전 모멘트가 발생되면 상기 연료전지와 비행체 몸체간의 상대 회전운동으로 상기 케이블의 꼬임이 해소되는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  44. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 연료전지 연료 공급 장치는 수소를 발생시키는 수소 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  45. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 연료전지 연료 공급 장치는 상기 케이블의 장력 및 길이를 조절하는 케이블 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  46. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 비행체에 연결되는 전송 케이블은 로터리 조인트를 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  47. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 연료전지 연료 공급 장치는 공급하는 수소의 양 또는 압력을 제어할 수 있는 공급 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  48. 청구항 47항에 있어서,
    상기 연료전지의 최대출력 전력제어는 상기 공급 제어부에서 수소 공급량을 조절함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  49. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    임무용 유체를 공급하기 위한 임무용 유체 공급부와 상기 임무용 유체를 전송하기 위한 유체 전송 케이블을 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  50. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 비행체는 제1비행체를 포함하는 복수의 비행체를 포함하고,
    상기 케이블은 제1비행체를 경유하여 나머지 비행체들에 직렬로 연결되고,
    상기 복수의 비행체는 상기 케이블로부터 에너지를 공급받으며,
    상기 복수의 비행체를 연결하는 케이블은 길이가 고정된 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  51. 청구항 50에 있어서,
    상기 비행체에는 상기 케이블의 장력을 감지하는 장력감지기가 설치되는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  52. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 케이블은 통신신호를 전송할 수 있는 통신선을 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  53. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 케이블의 장력 및 길이를 조절하는 케이블 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  54. 청구항 53에 있어서,
    상기 케이블 조절부는
    케이블의 감김과 풀림을 수행하는 드럼;
    상기 드럼의 중심축으로 360도 회전하는 정렬기;
    상기 정렬기를 구동하는 모터 구동부;
    상기 케이블의 이동경로를 제공 해주는 이동 가이드;
    를 포함하여 상기 정렬기가 회전하여 상기 드럼에 케이블을 감거나 푸는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  55. 청구항 53에 있어서,
    상기 케이블 조절부는
    케이블의 감김과 풀림을 수행하는 드럼;
    상기 드럼을 구동하는 모터 구동부;
    상기 케이블의 이동경로를 제공 해주는 이동 가이드;
    를 포함하여 상기 드럼이 회전하여 상기 드럼에 케이블을 감거나 푸는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  56. 청구항 53에 있어서,
    상기 케이블 조절부는
    케이블의 감김과 풀림을 수행하는 드럼;
    상기 드럼을 구동하는 모터 구동부;
    상기 케이블의 이동경로를 제공 해주는 이동 가이드;
    상기 드럼의 회전축으로 360도 회전하는 정렬기;
    상기 드럼과 정렬기의 위치를 감지하는 위치센서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  57. 청구항 56에 있어서,
    상기 케이블의 길이를 일정하기 유지하기 위해 상기 정렬기의 정렬 위치에 드럼이 상기 모터 구동부에 의해 추종제어가 되어 정렬기와 드럼간의 정렬 위치 오차가 0이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  58. 청구항 53에 있어서,
    상기 케이블 조절부는 케이블의 감김과 풀림을 수행하는 드럼을 구비하고,
    상기 드럼은 균일하게 풀림과 감김이 수행되도록 드럼의 회전축 방향으로 케이블의 직선운동을 제공하는 보조 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  59. 청구항 53항에 있어서,
    상기 케이블 조절부는 케이블의 감김과 풀림을 수행하는 드럼을 갖고, 드럼 회전 중심 내부에 수소 저장부를 위치하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  60. 청구항 53항에 있어서,
    상기 케이블 조절부는 케이블의 감김과 풀림을 수행하는 드럼을 갖고, 상기 드럼은 수소 저장부와 한 몸체로 형성되어 드럼의 회전축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
  61. 청구항 1, 청구항 6, 청구항 14, 청구항 15, 청구항 29 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 케이블은 소정의 높이에 위치하는 케이블 경유기를 경유 하도록 케이블 경유기와 상기 케이블 경유기가 설치되는 케이블 경유 비행체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유선 비행체 에너지 공급 시스템.
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