KR102161322B1 - 비행체 비행 기계장치 및 제어 방법 - Google Patents

비행체 비행 기계장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

공기보다 무거운 항공기는 오니솝터와 같은 플랩핑 날개를 가지며, 각 배향 제어는 플랩핑 가능한 날개의 이동 스윕각에 대해 가변적인 편향 스윕각 및/또는 가변적인 날개 멤브레인 장력의 제어에 의해 실행된다.

Description

비행체 비행 기계장치 및 제어 방법{AIR VEHICLE FLIGHT MECHANISM AND CONTROL METHOD}
본 출원은 2014년 3월 5일에 출원된 미국출원번호 14/198,418호의 계속 출원으로서, 2012년 6월 25일에 출원된 미국출원번호 13/532,699호의 계속 출원이고, 2011년 2월 9일에 출원된 13/023,772호의 계속 출원이며, 2012년 7월 3일에 출원된 미국등록번호 8,210,471호로 지금 공개되고, 2010년 6월 4일에 출원된 국제출원번호 PCT/US10/37540의 계속 출원이며, 본원은 2009년 6월 5일 출원된 미국 가출원번호 61/184,748를 기초로 우선권을 주장하며, 그 내용은 모든 목적을 위해 여기에서 참조로 도입된다.
본 발명은 US Army Aviation and Missile Command에 의해 수여된 계약번호 W31P4Q-06-C-0435하에서 정부 지원으로 만들어졌다. 미국 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 갖는다.
본 발명은 플랩핑 날개를 갖는 공기보다 무거운 항공기에 관한 것이며, 각 배향 제어는 플랩핑 가능한 날개의 이동 스윕각에 대해 가변적인 편향 스윕각 및/또는 가변적인 날개 멤브레인 장력의 제어를 통해 실행된다.
무선 제어되는 공기보다 무거운 항공기는 오니솝터와 같이 지속 가능한 날개짓하는 날개를 갖는다.
본 발명은 비행체 비행 기계장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
비행체의 예시적인 실시예는 기체의 지지 구조물과 같은 지지 구조물을 포함하며, 상기 지지 구조물은, 플랩핑 각속도를 생성하도록 구성되는 하나 이상의 모터와 같은 플랩핑 구동 요소, 상기 지지 구조물에 예컨대 조인트를 통해 회전 가능하게 부착되는 제 1 에어포일 및 상기 지지 구조물에 예컨대 조인트를 통해 회전 가능하게 부착되는 제 2 에어포일을 더 포함할 수 있다. 제 1 에어포일은 루트로부터 날개 끝까지의 스파 또는 마스트, 루트 스파 또는 붐, 및 스크림 또는 멤브레인을 포함하며, 상기 스크림 또는 멤브레인은 제 1 마스트 및 제 1 루트 스파에 대해 둘러싸이거나, 제 1 마스트 및 제 1 루트 스파에 대해 배치되는 관에 대해 둘러싸이도록 부착된다. 제 1 에어포일은, 예컨대 기어링, 풀리 및/또는 연결구를 통해, 플랩핑 구동 요소를 통해 플랩핑하기 위해 구동되도록 구성된다. 제 2 에어포일은 제 2 마스트, 제 2 루트 스파, 및 상기 제 2 루트 스파 및 제 2 마스트에 부착되는 제 2 멤브레인을 포함한다. 또한, 제 2 에어포일은 플랩핑 구동 요소를 통해 플랩핑하기 위해 구동되도록 구성된다. 비행체의 적어도 하나의 축에 대한 비행체 제어, 예컨대 피치, 요 또는 롤은 (a) 예컨대 마스트에 대한 루프 스파의 회전에 의한 마스트와 루트 스파 간의 각을 증가시키거나 감소시킴으로써, 멤브레인의 표면을 느슨하게 하거나 팽팽하게 하는 것을 통한, 가변적인 멤브레인 러핑 (b) 예컨대 재 위치설정 가능한 붐의 첨단 이동 정지부를 통한, 가변적인 루트 스파 회전 이동 제한, 및 (c) 예컨대 각각 하나의 에어포일을 구동하는 두 개의 모터를 포함하는 플랩핑 구동 요소를 통한, 가변적인 모터 구동 속도 중 적어도 하나에 의해 실행된다.
예시적인 실시예는 비행체 제어 장치를 포함하며, 상기 비행체 제어 장치는, 이동 스윕각을 가지며, 루트 스파 및 마스트에 부착되는 멤브레인을 포함하는 제 1 플랩핑 가능한 날개로서, 상기 멤브레인은 마스트에 대한 루트 스파의 회전을 통해 조절 가능한 표면 장력을 갖는 제 1 플랩핑 가능한 날개; 및 이동 스윕각을 가지며, 제 2 루트 스파 및 제 2 마스트에 부착되는 제 2 멤브레인을 포함하는 제 2 플랩핑 가능한 날개로서, 상기 제 2 멤브레인은 제 2 마스트에 대한 제 2 루트 스파의 회전을 통해 조절 가능한 표면 장력을 갖는 제 2 플랩핑 가능한 날개를 포함하며, 상기 제 1 플랩핑 가능한 날개는 비행체로부터 방사 방향으로 연장되고, 상기 제 2 플랩핑 가능한 날개는 실질적으로 제 1 플랩핑 날개의 맞은편에서 비행체로부터 방사 방향으로 연장되고, 그에 따라, 제 1 플랩핑 가능한 날개의 러핑과 제 2 플랩핑 가능한 날개 간의 차이를 생성함으로써 피칭 토크, 롤링 토크 및 요잉 토크 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된다. 다른 예시적인 실시예는, 전방 편향 스윕각 및 후방 편향 스윕각을 갖는 편향 스윕각을 더 포함하는 제 1 플랩핑 가능한 날개; 및 전방 편향 스윕각을 및 후방 편향 스윕각을 갖는 편향 스윕각을 더 포함하는 제 2 플랩핑 가능한 날개를 가지며, 상기 장치는 제 1 플랩핑 가능한 날개의 전방 편향 스윕각과 제 2 플랩핑 가능한 날개의 전방 편향 스윕각 간의 차이 및 제 1 플랩핑 가능한 날개의 후방 편향 스윕각 및 제 2 플랩핑 가능한 날개의 후방 편향 스윕각 간의 차이 중 적어도 하나를 생성함으로써, 요잉 토크를 생성하도록 더 구성된다.
예시적인 실시예는 어셈블리를 포함하며, 상기 어셈블리는, (a) 지지 구조물에 회전 가능하게 부착되는 제 1 암 및 지지 구조물에 회전 가능하게 부착되는 제 2 암; (b) 제 1 마스트 및 제 1 루트 스파에 부착되는 멤브레인을 포함하는 제 1 날개로서, 제 1 날개 마스트는 제 1 암에 회전 가능하게 부착되고, 제 1 루트 스파는 러핑 제어 어셈블리에 부착되는 제 1 날개; 및 (c) 제 2 마스트 및 제 2 루트 스파에 부착되는 멤브레인을 포함하는 제 2 날개로서, 제 2 날개 마스트는 제 2 암에 회전 가능하게 부착되고, 제 2 루트 스파는 러핑 제어 어셈블리에 부착되는 제 2 날개를 포함한다. 러핑 제어 어셈블리는, 마스트의 세로 축에 대해 제 1 루트 스파의 일부 회전 이동을 허용하는 동시에 제 1 루트 스파에 부착되는 제 1 뱅, 마스트 세로 축에 대해 제 2 루트 스파의 일부 회전 이동을 허용하는 동시에 제 2 루트 스파에 부착되는 제 2 뱅 및 제 1 뱅 및 제 2 뱅을 수용하도록 구성되는 재 위치설정 가능한 뱅 요크를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예는 제 1 날개 마스트에 대해 제 1 날개 루트 스파의 회전각을 함께 정의하는 재 위치설정 가능한 제 1 정지부 및 재 위치설정 가능한 제 2 정지부를 더 포함하는 제 1 암; 및 제 2 날개 마스트에 대해 제 2 날개 루트 스파의 회전각을 함께 정의하는 재 위치설정 가능한 제 3 정지부 및 재 위치설정 가능한 제 4 정지부를 더 포함하는 제 2 암을 포함한다.
또한, 실시예는 비행체를 제어하는 방법을 포함하며, 상기 방법은, (a) (i) 이동 스윕각을 가지며, 전방 편향 스윕각 및 후방 편향 스윕각을 포함하는 편향 스윕각을 갖는 제 1 플랩핑 가능한 날개 및 (ii) 이동 스윕각을 가지며, 전방 편향 스윕각 및 후방 편향 스윕각을 포함하는 편향 스윕각을 갖는 제 2 플랩핑 가능한 날개를 제공하는 단계로서, 상기 제 1 플랩핑 가능한 날개는 비행체로부터 방사 방향으로 연장되고, 상기 제 2 플랩핑 가능한 날개는 실질적으로 제 1 플랩핑 가능한 날개의 맞은편에서 비행체로부터 방사 방향으로 연장되는 단계; 및 (b) 제 1 플랩핑 가능한 날개의 전방 편향 스윕각과 제 2 플랩핑 가능한 날개의 전방 편향 스윕각 간의 차이 및 제 1 플랩핑 가능한 날개의 후방 편향 스윕각과 제 2 플랩핑 가능한 날개의 후방 편향 스윕각 간의 차이 중 적어도 하나를 생성함으로써, 롤링 토크 및 요잉 토크를 생성하는 단계를 포함한다. 비행체 제어 방법은, 제 1 플랩핑 가능한 날개의 스윕각을 기반으로 제 1 플랩핑 가능한 날개의 전방 편향각을 변경하고, 제 2 플랩핑 가능한 날개의 스윕각을 기반으로 제 2 플랩핑 가능한 날개의 전방 편향각을 생성함으로써, 피칭 토크를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예는 제 1 플랩핑 가능한 날개의 스윕각을 기반으로 제 1 플랩핑 가능한 날개의 후방 편향각을 변경하고, 제 2 플랩핑 가능한 날개의 스윕각을 기반으로 제 1 플랩핑 가능한 날개의 후방 편향각을 변경함으로써, 피칭 토크를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예는 플랩핑 장치를 포함하고, 상기 플랩핑 장치는, (a) 회전 중심 및 회전 평면을 갖는 회전 요소; (b) 상기 회전 중심으로부터 이격되고 상기 회전 평면에 실질적으로 수직으로 회전 요소에 부착되는 샤프트에 대해 장착되는 제 1 캡스턴; (c) 지지 구조물에 회전 가능하게 부착되는 제 1 로커 부재; (d) 제 1 캡스턴 및 제 1 로커 부재에 회전 가능하게 부착되는 제 1 구동 링크; (e) 지지 구조물에 회전 가능하게 부착되고, 제 1 로커 링크를 통해 제 1 로커 부재에 회전 가능하게 부착되는 제 1 암; (f) 샤프트에 대해 장착되는 제 2 캡스턴; (g) 지지 구조물에 회전 가능하게 부착되는 제 2 로커 부재; (h) 제 1 캡스턴 및 제 2 로커 부재에 회전 가능하게 부착되는 제 2 구동 링크; 및 (i) 지지 구조물에 회전 가능하게 부착되고, 제 2 로커 링크를 통해 제 2 로커 부재에 회전 가능하게 부착되는 제 2 암을 포함한다. 기계장치 실시예 중 일부 실시예는 지지 구조물에 회전 가능하게 부착되는 회전 요소를 갖는다.
또한, 실시예는 어셈블리를 포함할 수 있으며, 상기 어셈블리는, (a) 지지 구조물에 회전 가능하게 부착되는 제 1 암 및 지지 구조물에 회전 가능하게 부착되는 제 2 암, (b) 제 1 마스트 및 제 1 스파를 포함하는 제 1 날개로서, 제 1 날개 마스트는 제 1 암에 회전 가능하게 부착되고, 제 1 암은 제 1 날개 마스트에 대해 제 1 날개 스파의 회전각을 함께 정의하는 재 위치설정 가능한 제 1 정지부 및 재 위치설정 가능한 제 2 정지부를 갖는 제 1 날개; 및 (c) 제 2 마스트 및 제 2 스파를 포함하는 제 2 날개로서, 제 2 날개 마스트는 제 2 암에 회전 가능하게 부착되고, 제 2 암은 제 2 날개 마스트에 대해 제 2 날개 스파의 회전각을 함께 정의하는 재 위치설정 가능한 제 3 정지부 및 재 위치설정 가능한 제 4 정지부를 갖는 제 2 날개를 포함한다. 어셈블리의 일부 실시예는 제 1 풀리 상에 배치되는 제 1 정지부 및 제 2 풀리 상에 배치되는 제 2 정지부를 가지며, 제 1 풀리 및 제2 풀리는 각각 작동 연결 부재를 통해 회전하여 재 위치설정 가능하고, 제 3 정지부 및 제 4 정지부는 각각 제 2 작동 연결 부재를 통해 회전하여 재 위치설정 가능하다.
어셈블리의 일부 실시예는 제 1 풀리 상에 배치되는 제 1 정지부 및 제 2 풀리 상에 배치되는 제 2 정지부를 가지며, 제 1 풀리 및 제 2 풀리는 각각 제 1 정지부와 제 2 정지부가 마주보는 제 1 각을 증가시키도록 작동 연결 부재를 통해 회전하여 재 위치설정 가능하고, 제 3 정지부 및 제 4 정지부는 각가 제 3 정지부 및 제 3 정지부가 마주보는 제 2 각을 증가시키도록 제 2 작동 연결 부재를 통해 회전하여 재 위치설정 가능하다.
제 1 연결 부재는 코드를 포함할 수 있고, 제 2 연결 부재는 코드를 포함할 수 있고, 제 3 연결 부재는 코드를 포함할 수 있다.
또한, 실시예는 날개를 포함할 수 있으며, 상기 날개는, (a) 피트먼트와 맞물리는 마스트; (b) 마스트에 실질적으로 수직인 피트먼트와 맞물리는 스파; (c) 마스트의 일부에 대해 배치되는 마스트 관; (d) 스파의 일부에 대해 배치되는 스파 관; (e) 스파 관 및 마스트 관에 부착되는 스크림; 및 (f) 스크림 상에 배치되고, 스파 및 마스트의 교차점으로부터 방사 방향으로 연장되며, 에어포일의 가장자리에 인접하여 원위단을 갖는 제 1 배튼을 포함한다. 날개의 일부 실시예는 마스트 및 스파의 교차점에 인접하여 배치되는 버팀대(strut)를 더 포함하며, 상기 버팀대는 마스트 및 스파에 부착된다. 날개의 일부 실시예에서, 스트럿에 부착되는 근위단을 더 포함하는 제 2 배튼을 갖는다. 날개의 일부 실시예에서, 스크림 상에 배치되며, 마스트 및 스파의 교차점으로부터 방사 방향으로 연장되며, 에어포일의 가장자리에 인접하여 원위단을 갖는 제 2 배튼을 더 포함할 수 있다. 날개의 일부 실시예는 버팀대에 부착되는 근위단을 더 포함하는 제 2 배튼을 갖는다. 또 다른 날개의 실시예에서, 스파를 수용하여 고정시키도록 구성되고 마스트를 회전 가능하게 수용하도록 구성되는 루트 소켓을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 날개의 윤곽은 제 1 배튼의 원위단, 마스트의 원위단 부분, 스파의 원위단 부분, 마스트의 근위단 부분 및 스파의 근위단 부분을 포함하는 주변 지점에 의해 정의된다. 일부 실시예에서, 날개의 윤곽은 제 1 배튼의 원위단, 제 2 배튼의 원위단, 마스트의 원위단 부분, 스파의 윈위단 부분, 마스트의 근위단 부분 및 스파의 근위단 부분을 포함하는 주변 지점에 의해 정의된다. 날개의 일부 실시예는 폴리비닐 플로라이드 필름(polyvinyl fluoride film)을 포함하는 스크림을 갖고, 날개의 일부 다른 실시예는 섬유망(fiber mesh)을 더 포함하는 폴리비닐 플로라이드 필름을 포함한다. 날개의 일부 실시예에 대해, 스크림은 섬유망의 교차 라인을 포함하는 섬유망을 포함하고, 섬유망의 라인은 스파관 및 마스트 관에 대해 빗각(oblique angles)으로 배향될 수 있다. 날개의 일부 실시예는 탄소 로드(rod)를 포함하는 마스트를 갖고, 제 1 배튼은 탄소 로드를 포함할 수 있다.
프랩핑 구동 장치는 둘 이상의 모터, 플랩 비율 센서 및 각각 플랩핑 구동 요소의 암에 부착되는 두 개의 에어포일의 플랩 비율을 제어하고 조절하는 회로를 포함할 수 있다. 예컨대, 플랩핑 구동 장치는, 회전 중심 및 회전 평면을 갖는 제 1 회전 요소를 구동하는 제 1 모터; 상기 회전 중심으로부터 이격되고 상기 회전 평면에 실질적으로 수직으로 회전 요소에 부착되는 샤프트에 대해 장착되는 제 1 캡스턴; 샤프트에 대해 장착되는 제 2 캡스턴, 제 3 캡스턴에 장착되는 제 1 암, 제 1 캡스턴과 제 3 캡스턴을 연결하는 제 1 연결 부재; 제 2 캡스턴과 제 4 캡스턴을 연결하는 제 2 연결 부재; 제 4 캡스턴과 제 3 캡스턴을 연결하는 제 3 연결 부재; 회전 중심 및 회전 평면을 갖는 제 2 회전 요소를 구동하는 제 2 모터; 상기 제 2 회전 요소의 회전 중심으로부터 이격되고 상기 제 2 회전 요소의 회전 평면에 실질적으로 수직으로 제 2 회전 요소에 부착되는 제 2 샤프트에 대해 장착되는 제 5 캡스턴; 제 2 샤프트에 대해 장착되는 제 6 캡스턴; 제 5 캡스턴과 제 7 캡스턴을 연결하는 제 4 연결 부재; 제 8 캡스턴에 장착되는 제 2 암, 제 6 캡스턴과 제 8 캡스턴을 연결하는 제 5 연결 부재; 제 8 캡스턴과 제 7 캡스턴을 연결하는 제 6 연결 부재; 및 제 1 모터 및 제 2 모터의 플랩핑 비율을 제어하는 회로를 포함한다.
도 1은 두 개의 플랩핑 에어포일을 갖는 항공기를 도시한다.
도 2a는 예시적인 에어포일을 도시한다.
도 2b는 도 2a의 예시적인 에어포일의 유연성 및 러핑을 도시한다.
도 2c는 도 2a의 예시적인 에어포일의 유연성 및 러핑을 도시한다.
도 3a는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖고, 날개의 전방 스트로크에서 우측 에어포일보다 적게 편향된 좌측 에어포일을 갖는 항공기의 평면도를 도시한다.
도 3b는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖고, 날개의 후방 스트로크에서 우측 에어포일보다 적게 편향된 좌측 에어포일을 갖는 항공기의 평면도를 도시한다.
도 3c는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖고, 날개의 전방 스트로크에서 우측 에어포일보다 더 편향된 좌측 에어포일을 갖는 항공기의 평면도를 도시한다.
도 3d는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖고, 날개의 후방 스트로크에서 우측 에어포일보다 적게 편향된 좌측 에어포일을 갖는 항공기의 평면도를 도시한다.
도 4a는 도 3a 및 도 3b와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 순간 추력 벡터 및 누적 추력 벡터를 도시한다.
도 4b는 도 3a 및 도 3b와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 순간 추력 벡터 및 누적 추력 벡터를 도시한다.
도 4c는 도 3c 및 도 3d와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 순간 추력 벡터 및 누적 추력 벡터를 도시한다.
도 4d는 도 3c 및 도 3d와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 순간 추력 벡터 및 누적 추력 벡터를 도시한다.
도 5a는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖고, 날개의 후방 스트로크에서 우측 에어포일보다 적게 편향된 좌측 에어포일을 갖는 항공기의 평면도를 도시한다.
도 5b는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖고, 날개의 전방 스트로크에서 우측 에어포일보다 더 편향된 좌측 에어포일을 갖는 항공기의 평면도를 도시한다.
도 5c는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖고, 날개의 후방 스트로크에서 우측 에어포일보다 더 편향된 좌측 에어포일을 갖는 항공기의 평면도를 도시한다.
도 5d는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖고, 날개의 전방 스트로크에서 우측 에어포일보다 적게 편향된 좌측 에어포일을 갖는 항공기의 평면도를 도시한다.
도 6a는 도 5a 및 도 5b와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 순간 추력 벡터 및 누적 추력 벡터를 도시한다.
도 6b는 도 5a 및 도 5b와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 순간 추력 벡터 및 누적 추력 벡터를 도시한다.
도 7a는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기의 평면도를 도시하며, 상기 항공기는 좌측 에어포일 및 우측 에어포일을 갖고, 상기 좌측 에어포일 및 우측 에어포일은 둘 모두 날개의 전방 스트로크의 종료점의 편향보다 전방 스트로크의 시작점에서 더 적게 편향되며, 더 크게 편향된 각으로 도시되어 있다.
도 7b는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기의 평면도를 도시하며, 상기 항공기는 좌측 에어포일 및 우측 에어포일을 갖고, 상기 좌측 에어포일 및 우측 에어포일은 둘 모두 날개의 후방 스트로크의 종료점에서의 편향보다 후방 스트로크의 시작점에서 더 크게 편향되며, 더 작게 편향된 각으로 도시되어 있다.
도 7c는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기의 평면도를 도시하며, 상기 항공기는 좌측 에어포일 및 우측 에어포일을 갖고, 상기 좌측 에어포일 및 우측 에어포일은 둘 모두 날개의 전방 스트로크의 종료점에서의 편향보다 전방 스트로크의 시작점에서 더 크게 편향되며, 종료점에서 더 작게 편향된 각으로 도시되어 있다.
도 7d는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기의 평면도를 도시하며, 상기 항공기는 좌측 에어포일 및 우측 에어포일을 갖고, 상기 좌측 에어포일 및 우측 에어포일은 둘 모두 날개의 후방 스트로크의 종료점에서의 편향보다 후방 스트로크의 시작점에서 더 적게 편향되며, 종료점에서 더 크게 편향된 각으로 도시되어 있다
도 8a는 도 7a 및 도 7b와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 순간 추력 벡터 및 누적 추력 벡터를 도시한다.
도 8b는 도 7a 및 도 7b와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 순간 추력 벡터 및 누적 추력 벡터를 도시한다.
도 8c는 도 7c 및 도 7d와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 순간 추력 벡터 및 누적 추력 벡터를 도시한다.
도 8d는 도 7c 및 도 7d와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 순간 추력 벡터 및 누적 추력 벡터를 도시한다.
도 9는 모터, 기어링 어셈블리, 구동 기어의 핀에 회전 가능하게 부착되는 좌측 암 및 우측 암을 포함하는 예시적인 플랩핑 구동 어셈블리를 도시하며, 핀은 구동 기어의 회전 중심으로부터 오프셋된다.
도 10a는 도 10b의 구동 어셈블리의 일부를 도시한다.
도 10b는 예시적인 플랩핑 구동 어셈블리 및 기계장치를 도시한다.
도 11a는 예시적인 날개의 분해도를 도시한다.
도 11b는 조립된 예시적인 날개를 도시한다.
도 12는 각각 네 개의 캡스턴을 갖는 도 10의 실시예 한 쌍을 결합시킨 것과 유사한 예시적인 플랩핑 구동 어셈블리 및 기계장치를 도시한다.
도 13은 루트 스파 또는 붐의 이동을 제한하는 예시적인 어셈블리를 도시한다.
도 14a 내지 도 14c는 도 13의 예시적인 어셈블리의 측면도를 도시한다.
도 15a는 지지 구조물 상에서 피봇 지점에 대해 제 1 풀리 요소를 회전시킴으로써 제 1 붐 정지부의 위치를 회전시키기 위한 스트링의 동작을 도시한다.
도 15b는 스트로크의 제 1 날개 위치에 대해 붐의 상대적으로 높은 편향각으로 확대된 붐 정지부의 배면도를 도시한다.
도 15c는 스트로크의 제 2 날개 위치에 대해 붐의 상대적으로 높은 편향각으로 확대된 붐 정지부의 배면도를 도시한다.
도 16은 날개 어셈블리 및 붐 정지부를 위한 한 쌍의 풀리를 도시한다.
도 17a는 각각의 붐 정지부가 전방 스트로크 및 후방 스트로크 둘 모두에 대해 도 17b와 비교하여 상대적으로 큰 편향각을 허용하도록 배치되는 예를 도시한다.
도 17b는 각각의 붐 정지부가 전방 스트로크 및 후방 스트로크 둘 모두에 대해 도 17a와 비교하여 상대적으로 작은 편향각을 허용하도록 배치되는 예를 도시한다.
도 18a는 요 채널에 대해 중립 위치에 있는 정지부를 도시한다.
도 18b는 우측으로 편향된 정지부를 도시하며, 두 개의 정지부들, 즉 전방 스트로크 중 일 정지부와 후방 스트로크 중 타 정지부 사이에서 날개의 플랩핑 및 붐의 움직임은 우측을 향하는 성분을 갖는 추력 벡터를 생성한다.
도 18c는 좌측으로 편향된 정지부를 도시하며, 두 개의 정지부들, 즉 전방 스트로크 중 일 정지부와 후방 스트로크 중 타 정지부 사이에서 날개의 플랩핑 및 붐의 움직임은 좌측을 향하는 성분을 갖는 추력 벡터를 생성한다.
도 19는 붐 이동 제어의 대안적인 수단을 도시하며, 코드 또는 스트링은 서보에 의해 제어되고, 아이릿을 통해 붐으로 투입되고, 붐의 원위부에 고정된다.
도 20a는 플랩핑이 후방 스트로크에 대한 붐의 위치까지 코드 또는 스트링을 회전시킴으로써 달성될 수 있는 동안 붐의 배향을 제어하는 것을 도시한다.
도 20b는 플랩핑이 후방 스트로크에 대한 붐의 위치까지 코드 또는 스트링을 회전시킴으로써 달성될 수 있는 동안 붐의 배향을 제어하는 것을 도시한다.
도 21a는 3축 서보 붐 뱅 어셈블리를 도시한다.
도 21b는 플랩핑 기계장치를 갖는 예시적인 항공기를 도시한다.
도 22는 플랩핑 기계장치를 갖는 예시적인 항공기의 일부를 도시한다.
도 23은 플랩핑 기계장치를 갖는 예시적인 항공기의 일부를 도시한다.
도 24b는 좌측 에어포일을 향해 기울어지고 우측 에어포일로부터 멀어지는 짐벌형 요크를 도시한다.
도 24b는 우측 에어포일을 향해 기울어지고 좌측 에어포일로부터 멀어지는 짐벌형 요크를 도시한다.
도 25a는 붐 뱅 시스템을 도시하며, 분리된 붐 뱅은 요크와 맞물리고, 다양한 붐 정지 레버를 위한 구조적인 지지부를 제공한다.
도 25b 내지 도 25d는 요 제어를 위한 붐 정지부 레버의 동작을 도시한다.
도 26은 항공기 실시예의 제어 및 추진 시스템의 예시적인 최상위 블록 다이어그램을 도시한다.
도 27은 플랩핑 주파수 제어기의 최상위 기능 블록 다이어그램이다.
도 28은 서보 제어기의 예시적인 최상위 블록 다이어그램이다.
도 29는 각 비율 제어기의 예시적인 최상위 블록 다이어그램이다.
도 30은 각 비율 제어기의 예시적인 최상의 블록 다이어그램이다.
도 31은 예시적인 날개를 도시한다.
도 32는 도 31의 날개의 단면도를 도시한다.
도 33은 도 31의 도면의 모서리를 도시하며, 마스트에 대한 멤브레인의 회전 가능성을 도시한다.
도 34는 도 31의 날개의 단면도를 도시하며, 멤브레인은 마스트 또는 뿌리에서 날개 끝까지의 스파에 배치되는 관 주위를 둘러싼다.
도 35는 또 다른 부착 수단을 도시하며, 분리된 물질의 조각이 멤브레인에 관을 부착하기 위해 사용된다.
도 36은 또 다른 부착 수단을 도시하며, 멤브레인 모서리는 모서리에서 보는 경우 t자형 부분을 갖고, t자형 부분 또는 직교하는 모서리 표면은 마스트 관 내에 삽입되고, 마스트 요소에 의해 제자리에 수용될 수 있다.
도 37은 두 개의 배튼 및 멤브레인이 접히는 부분을 갖는 예시적인 에어포일을 도시한다.
도 38은 두 개의 배튼 및 멤브레인이 접히는 부분을 갖는 예시적인 에어포일을 도시하며, 배튼은 멤브레인 오버레이를 갖는다.
도 39는 도 37의 에어포일을 도시하며, 멤브레인 물질은 폼 멤브레인이다.
도 40은 배튼을 갖지 않고, 멤브레인이 접히지 않는 에어포일을 도시한다.
도 41은 두 개의 배튼, 멤브레인이 접히는 부분, 및 마스트 슬리브와 루트 스파 슬리브 사이의 아치형 절단 영역을 갖는 에어포일을 도시한다.
도 42는 상대적으로 표면 영역이 감소된 각 에어포일을 도시한다.
도 43은 두 개의 휘어진 배튼 및 멤브레인이 접힌 부분을 갖는 폼 멤브레인으로 만들어지는 에어포일을 도시한다.
도 44는 에어포일을 만들기 위한 고정구를 도시한다.
도 45는 작동면에 고정되는 필라멘트 그리드를 갖는 멤브레인 블랭크를 도시한다.
도 46은 멤브레인 블랭크에 걸쳐 배치되는 도 44의 고정구를 도시한다.
도 47은 마스트 및 루트 스파를 따라 절단하고 접는 단계를 도시한다.
도 48은 멤브레인의 표면에 적용되는 배튼 및 나머지 윤곽에 대해 절단하는 단계를 도시한다.
도 49는 블랭크로부터 예시적인 에어포일을 제거하는 것을 도시한다.
본 발명에서 "러핑(luffing)"이라는 용어는 물체의 표면을 느슨하게 하거나 팽팽하게 하는 것을 의미하는 것으로, 예를 들어 멤브레인 러핑은 멤브레인의 표면을 느슨하게 하거나 팽팽하게 하는 것을 의미하고, "플랩핑(flapping)"이라는 용어는 일반적으로 상하 방향의 회전 운동을 의미하는 것으로, 예를 들어 플랩핑 날개가 파도와 같이 위아래로 흔들리는 움직임을 의미합니다.
본 발명의 실시예는 오니솝터(ornithopter)와 같이 플랩핑(flapping) 날개를 갖는 무선 제어되고, 공기보다 무거운 항공기를 포함하고, 비행체 방향 조절은 스윕각(sweep angle)의 이동 중에 플랩핑 가능한 날개의 편향 스윕각의 가변적인 차이, 날개의 러핑(luffing)의 가변적인 차이 및/또는 날개 플랩핑의 각속도의 가변적인 차이에 의해 달성된다. 비행체의 실시예는, 비행체에 양력을 제공하고 비행체에 대한 제어 모멘트 및 토크를 생성하는 주된 기능을 갖는 두 개의 날개 또는 에어포일(airfoil)을 포함한다. 그러한 두 개의 에이포일은 기체, 구조적인 몸체 또는 비행체의 각각의 측 상에 배치될 수 있다. 각각의 날개는 날개 루트(root)에 인접한 근위단 및 날개 끝에 인접한 원위단을 갖는 루트부터 날개 끝까지의 스파(spar)를 포함한다. 각각의 날개는 마스트(mast)의 근위단에 인접한 루트 스파 또는 붐(boom)을 포함하고, 상기 붐은 고정되어 회전하도록 배향되거나, 실질적으로 마스트에 직각으로 배향될 수 있다. 각각의 날개에 대한 양력면인 멤브레인 요소는 각각의 마스트 및 붐에 부착되고, 상기 멤브레인 및 붐은 마스트의 세로 축에 대해 회전되거나 피봇될 수 있다. 날개는 기내 장착된 플랩핑 구동 요소에 의해 구동되어(예컨대 적어도 하나의 모터 및 기계장치 움직임), 플랩핑하고, 날개의 날개 끝이 비행체의 세로축에 대해 휘어지는 것을 제한한다. 붐이 마스트에 대해 일부 각만큼 이동하는 것이 자유로운 경우, 붐의 원위단 및 양력면의 후연은 플랩핑 스트로크 중 마스트 및 양력면의 전연의 움직임을 따라가려는 경향이 있다. 붐의 원위단은 마스트에 대해 변동 가능하게 제한되어, 마스트에 대한 붐의 각 이동을 변동 가능하게 제한하거나/제한하고, 날개 멤브레인 슬랙 또는 멤브레인의 러핑을 변경할 수 있다. 추력은 에어포일을 통해 생성될 수 있고, 각각의 에이포일의 추력은 마스트 플랩핑의 방향에 따른 순간적인 크기, 즉, 전방 스트로크 또는 후방 스트로크, 각각의 마스트에 대한 각각의 붐의 각, 날개 멤브레인의 러핑 양 및/또는 스트로크 중 날개의 각속도를 갖는다.
도 1은 두 개의 에어포일(101, 102), 즉 좌측(좌현) 에어포일(01) 및 우측(우현) 에어포일(102)을 포함하고, 각각은 기체와 같은 항공기 구조물(103) 및 항공기의 전방으로 플랩핑하는 곳에 부착되고, 에이포일의 날개 끝은 일반적으로 항공기(100)에 대한 수평면 내의 아크(104, 105)로 제한되고, 에이포일의 날개 끝 각각의 이동 범위는 각각 이동 스윕각을 정의한다.
도 2a는 마스트 관 요소를 수용하기 위한 슬리브(202) 및 붐 관 요소를 수용하기 위한 슬리브(203)를 포함하는 전연부(201)를 갖는 예시적인 에어포일(200)을 도시한다. 도시된 에어포일은 에어포일(200)의 표면 멤브레인 상에 배치되는 두 개의 보강 요소, 즉 배튼(battens)(204, 205)을 포함한다. 도 2b는 도 2a의 예시적인 에어포일의 유연성을 도시하며, 전연부는 루트 스파 슬리브(203)에 대해 수직인 평면에서 피봇 지점(210)에 대하여 움직이며, 이는 플랩핑 각(211)으로 제한된다. 도 2c는 도 2b의 예시적인 에어포일의 유연성을 도시하며, 전연부(201)는 피봇 지점에 대하여 더 움직이며, 붐의 원위단은 편향 스윕각(220)을 정의한다. 후연(221) 및 루트 스파 또는 붐의 원위부는 전연부(201)를 따라가려는 경향이 있고, 붐의 이동이 제한적으로 허용되는 경우, 붐의 원위단 및 붐 슬리브(203)는 편향 스윕각(231) 만큼 따라갈 것이다. 일반적으로, 편향 스윕각이 더 클수록, 에어포일에 의해 생성되는 추력은 더 작다. 붐이 마스트(232)에 대한 붐의 각을 감소시키도록 허용된다며, 그 후 에어포일 멤브레인은 증가된 러핑을 경험할 것이다. 일반적으로 러핑이 더 클수록, 에어포일에 의해 발생되는 추력은 더 작다.
도 3a는 순방향으로 배향된 기수 첨단(nose tip)(311)을 갖는 항공기(310)의 평면도를 도시하며, 상기 항공기(310)는 날개(312, 313) 각각의 전방 스트로크(314, 315)에서 우측 에어포일(313)의 각, 예컨대 40 도보다 작은 각, 예컨대 20 도로 편향된 좌측 에어포일(312)을 갖는다. 따라서, 좌측 날개는 우측 날개보다 위쪽을 향해 추력을 더 생성한다. 도 3b는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기(310)의 평면도를 도시하며, 상기 항공기(310)는 날개(312, 313)의 후방 스트로크(324, 325)에서 우측 에어포일(313)의 각, 예컨대 40 도보다 작은 각, 예컨대 20 도로 편향된 좌측 에어포일(312)을 갖는다. 따라서, 이것은 항공기(310)에 대한(항공기(310)의 상부에 걸쳐) 롤 모멘트(roll moment)를 생성한다. 도 3c는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기(310)의 평면도를 도시하며, 상기 항공기(310)는 날개(312, 313)의 전방 스트로크(314, 315)에서 우측 에어포일(313)의 각, 예컨대 20 도보다 큰 각, 예컨대 40 도로 편향된 좌측 에어포일(312)을 갖는다. 따라서, 우측 날개(313)는 좌측 날개(312)보다 위쪽을 향해 추력을 더 생성한다. 도 3d는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기(310)의 평면도를 도시하며, 상기 항공기(310)는 날개(312, 313)의 후방 스트로크(324, 325)에서 우측 에어포일(313)의 각, 예컨대 20 도보다 큰 각, 예컨대 40 도로 편향된 좌측 에어포일(312)을 갖는다. 따라서, 이것은 도 3b와 반대되는 각의 방향으로 항공기(310)에 대한 롤 모멘트를 생성한다.
도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 이상적인 순간 추력 벡터(410 내지 413) 및 이상적인 평균 누적 추력 벡터(420 내지 422)를 도시한다. 예시적인 날개 편향은 스트로크 내의 세 개의 위치에서 각각의 날개에 대해 도시된다. 따라서, 항공기는 오른손 법칙에 따라, 우측 롤에 영향을 주는 롤 모멘트를 생성한다. 도 4c 및 도 4d는 도 3c 및 도 3d와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 이상적인 순간 추력 벡터(430 내지 433) 및 이상적인 평균 누적 추력 벡터(430 내지 441)를 도시한다. 다시, 예시적인 날개 편향은 스트로크 내의 세 개의 위치에서 각각의 날개에 대해 도시된다. 따라서, 항공기는 오른손 법칙에 따라 좌측 롤에 영향을 주는 롤 모멘트를 생성한다.
도 5a는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기(310)의 평면도를 도시하며, 날개(312, 313)의 후방 스트로크(324, 325)에서 우측 에어포일(313)의 각, 예컨대 40 도보다 작은 각, 예컨대 20 도로 편향된 좌측 에어포일(325)을 갖는다. 따라서, 좌측 날개(312)는 우측 날개(313)보다 위쪽을 향해 추력을 더 생성한다. 도 5b는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기(310)의 평면도를 도시하며, 날개(312, 313)의 전방 스트로크(314, 315)에서 우측 에어포일의 각(324), 예컨대 20 도보다 큰 각, 예컨대 40도로 편향된 좌측 에어포일(312)을 갖는다. 따라서, 이러한 배치는 항공기(310)에 대해 반시계 방향으로 요 모멘트(yaw moment), 즉 좌측 요 운동을 생성한다. 도 5c는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기(3100의 평면도를 도시하며, 상기 항공기(310)는 날개(312, 313)의 후방 스트로크(324, 325)에서 우측 에어포일(313)의 각, 예컨대 20 도보다 큰 각, 예컨대 40 도로 편향된 좌측 에어포일(312)을 갖는다. 따라서, 우측 날개(313)는 좌측 날개(312)보다 위쪽을 향하는 추력을 더 생성한다. 도 5d는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기의 평면도를 도시하며, 상기 항공기는 날개(312, 313)의 전방 스트로크(314, 315)에서 우측 에어포일(313)의 각, 예컨대 40 도보다 작은 각, 예컨대 20 도로 편향된 좌측 에어포일(312)을 갖는다. 따라서, 이것은 도 5b와 반대되는 각의 방향으로 항공기(310)에 대해 요 모멘트를 생성한다.
도 6a는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 이상적인 평균 누적 추력 벡터(610 및 611)를 도시하며, 좌측 날개 전방 스트로크는 높은 편향각을 갖는 좌측 날개를 갖고, 좌측 날개 후방 스트로크는 낮은 편향각을 갖는 좌측 날개를 갖는 반면에, 우측 날개 전방 스트로크는 낮은 편향각을 갖는 우측 날개를 갖고, 우측 날개 후방 스트로크는 높은 편향각을 갖는 우측 날개를 갖는다. 예시적인 날개 편향은 스트로크 내의 두 개의 위치에서 각각의 날개에 대해 도시된다. 따라서, 요 회전(640)의 평면에서, 추력 벡터의 수평 성분이 돌출되고, 이것은 항공기가 반시계 방향 또는 좌측 요 운동을 달성하도록 요 모멘트를 생성함을 나타낸다. 도 6b는 도 5c 및 도 5d와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 이상적인 평균 누적 추력 벡터(650 및 651)를 도시하며, 좌측 날개 전방 스트로크는 낮은 편향각을 갖는 좌측 날개를 갖고, 좌측 날개 후방 스트로크는 높은 편향각을 갖는 좌측 날개를 갖는 반면에, 우측 날개 전방 스트로크는 높은 편향각을 갖는 우측 날개를 갖고, 우측 날개 후방 스트로크는 낮은 편향각을 갖는 우측 날개를 갖는다. 예시적인 날개 편향은 스트로크 내의 두 개의 위치에서 각각의 날개에 대해 도시된다. 따라서, 요 회전(640)의 평면에서, 추력 벡터의 수평 성분이 돌출되고, 이것은 항공기가 시계 방향 또는 우측 요 운동을 달성하도록 요 모멘트를 생성함을 나타낸다.
피칭 모멘트는 항공기의 질량 균형을 변경함으로써, 플랩핑 모터 또는 플랩핑 모터들을 차동적으로 조절(throttling)함으로써 그리고/또는 에어포일의 편향 각을 주기적으로 변경함으로써, 즉 주기적인 피치 제어에 의해 생성될 수 있다. 도 7a는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기(310)의 평면도를 도시하며, 상기 항공기(310)는 좌측 에어포일(312) 및 우측 에어포일(313)을 갖고, 상기 좌측 에어포일(312) 및 우측 에어포일(313)은 둘 모두 날개의 전방 스트로크의 종료점의 편향보다 전방 스트로크 시작점에서 더 적게 편향되며, 종료점에서 더 크게 편향된 각(즉, 더 큰 편향 스윕각)으로 도시되어 있다. 편향은 날개가 전방으로 움직임에 따라 더 커진다. 따라서, 날개는 각각 전방 스트로크의 종료점보다 전방 스트로크의 시작 중 위쪽을 향해 추력을 더 생성한다. 도 7b는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기(310)의 평면도를 도시하며, 상기 항공기(310)는 좌측 에어포일(312) 및 우측 에어포일(313)을 갖고, 상기 좌측 에어포일(312) 및 우측 (313)은 둘 모두 날개의 후방 스트로크의 종료점에서의 편향보다 후방 스트로크의 시작점에서 더 편향되며, 종료점에서 더 작게 편향된 각(즉, 더 작은 편향 스윕각)으로 도시되어 있다. 편향은 날개가 후방으로 움직임에 따라 더 작아진다. 따라서, 날개는 각각 후방 스트로크의 종료점보다 후방 스트로크의 시작 중 위쪽을 향해 추력을 더 생성한다. 따라서, 이러한 주기적인 피치 제어는 전방 피칭 모멘트, 즉 기수가 하강하는 각의 방향에서 항공기에 대한 피칭 제어 권한을 생성한다. 도 7c는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기(310)의 평면도를 도시하며, 상기 항공기(310)는 좌측 에어포일(312) 및 우측 에어포일(313)을 갖고, 상기 좌측 에어포일(312) 및 우측 에어포일(313) 둘 모두는 날개의 전방 스트로크의 종료점에서의 편향보다 전방 스트로크의 시작점에서 더 편향되며, 종료점에서 더 작게 편향된 각(즉, 더 작은 편향 스윕각)으로 도시되어 있다. 편향은 날개가 전방으로 움직임에 따라 더 작아진다. 따라서, 날개는 각각 전방 스트로크의 종료점보다 전방 스트로크의 시작 중 위쪽을 향하는 추력을 더 적게 생성한다. 도 7d는 순방향으로 배향된 기수 첨단을 갖는 항공기(310)의 평면도를 도시하며, 상기 항공기(310)는 좌측 에어포일(312) 및 우측 에어포일(313)을 갖고, 상기 좌측 에어포일(312) 및 우측 에어포일(313)은 둘 모두 날개의 후방 스트로크의 종료점에서의 편향보다 후방 스트로크의 시작점에서 더 적게 편향되며, 종료점에서 더 크게 편향된 각(즉, 더 큰 편향 스윕각)으로 도시되어 있다. 편향은 날개가 후방으로 움직임에 따라 더 커진다. 따라서, 날개는 각각 후방 스트로크의 종료점보다 전방 스트로크의 시작 중 위쪽을 향해 추력을 더 적게 생성한다. 따라서, 이러한 주기적인 피치 제어는 후방 피칭 모멘트, 즉 기수가 상승하는 각의 방향에서 항공기에 대한 피칭 제어 권한을 생성한다.
도 8a 및 도 8b는 각각 도 7a 및 도 7b와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 이상적인 순간 추력 벡터(810 및 811, 및 830 및 831), 및 각각 도 7a 및 도 7b와 같은 항공기에 대한 이상적인 평균 누적 추력 벡터(820, 840)를 도시한다. 예시적인 날개 편향은 스트로크 내의 네 개의 위치에서 각각의 날개에 대해 도시된다. 따라서, 항공기는 전방(기수 하강) 운동을 실행하도록 피치 모멘트를 생성한다. 도 8c 및 도 8d는 각각 도 7c 및 도 7d와 같은 항공기의 좌측 및 우측에 대한 이상적인 순간 추력 벡터(850 및 851, 및 870 및 971), 및 각각 도 7c 및 도 7d와 같은 항공기에 대한 이상적인 평균 누적 추력 벡터(860, 880)를 도시한다. 예시적인 날개 편향은 스트로크 내의 네 개의 위치에서 각각의 날개에 대해 도시된다. 따라서, 항공기는 후방(기수 상승) 운동을 실행하도록 피치 모멘트를 생성한다.
도 9는 모터(910), 기어링 어셈블리(920), 구동 기어(930)의 핀(928)에 회전 가능하게 부착되는 좌측 암(924) 및 우측 암(926)을 포함하는 예시적인 플랩핑 구동 어셈블리(900)를 도시하며, 핀은 구동 기어(930)의 회전 중심으로부터 오프셋(offset)된다. 구동 기어(931)가 회전하는 경우(931), 예시적인 좌측 로커(rocker) 암(924) 및 우측 로커 암(926)은 주기적으로 밀고 당기며, 그에 따라 좌측 마스트 수용부(934) 및 우측 마스트 수용부(932)가 전방 및 후방으로 움직이도록 유발한다.
도 10a는 플랩핑 구동 어셈블리에 대하여, 기어일 수 있는 회전 요소(1010)의 회전 중심에 대한 제 1 캡스턴(capstan)(1012)의 배치를 도시한다. 제 2 캡스턴(미도시)은 제 1 캡스턴(1012)과 회전 요소(1010) 사이에 배치되고, 제 1 캡스턴(1012) 및 제 2 캡스턴 둘 모두는 회전 요소(1010)의 회전 중심(1002)으로부터 오프셋된 샤프트(1001)에 대해 장착된다. 도 10b는 예시적인 플랩핑 구동 어셈블리 및 기계장치(1000)를 도시하며, 상기 예시적인 플랩핑 구동 어셈블리 및 기계장치(1000)는: (a) 회전 중심 및 회전 평면을 갖는 회전 요소(1010); (b) 회전 중심으로부터 이격되고 회전 평면에 실질적으로 수직으로 회전 요소(1010)에 부착되는샤프트(미도시)에 대해 장착되는 제 1 캡스턴(1012); (c) 샤프트에 대해 장착되는 제 2 캡스턴(1018); (d) 제 3 캡스턴(1022)에 장착되는 제 1 암(1032), 제 1 캡스턴(1012)과 제 3 캡스턴(1022)을 연결하는 제 1 연결 부재(1020); (e) 제 4 캡스턴(1024)에 장착되는 제 2 암(1030), 제 1 캡스턴(1012)과 제 4 캡스턴(1024)을 연결하는 제 2 연결 부재(1017); 및 (f) 제 4 캡스턴(1024)과 제 3 캡스턴(1022)을 연결하는 제 3 연결 부재(1023)를 포함한다. 기계장치의 일부 실시예에서, 기계장치의 제 3 캡스턴(1022)은 회전 중심을 가질 수 있고, 제 4 캡스턴(1024)은 회전 중심을 가질 수 있고, 회전 요소(1010)의 회전 중심은 제 3 캡스턴(1022)의 회전 중심 및 제 4 캡스턴(1024)의 회전 중심 둘 모두와 실질적으로 동일 선상에 있을 수 있다. 기계장치의 일부 실시예에서, 제 1 연결 부재(1020)는 코드(cord)를 포함할 수 있고, 제 2 연결 부재(1017)는 코드를 포함할 수 있고, 제 3 연결 부재(1023)는 코드를 포함할 수 있다. 좌측 날개 어셈블리(1028)는 제 1 암(1032)과 맞물리는 것으로 도시되고, 우측 날개 어셈블리(1026)는 제 2 암(1030)과 맞물리는 것으로 도시된다. 따라서, 모터(1050)는 두 개의 날개 어셈블리의 플랩핑을 달성하도록 캡스턴으로부터 오프셋되어 구동한다.
도 11a는 두 개의 굽은 배튼(1111, 1112)을 갖는 예시적인 날개(1100)의 분해도를 도시하며, 마스트 요소(1120)는 날개 에어포일 멤브레인(1101)의 전연 슬리브(1121) 내에 삽입된다. 슬리브(1121)는 슬리브(1121) 상에 에어포일 멤브레인 후면을 끌어당김으로써 형성될 수 있거나/있고, 마스트 요소를 수용하기 위한 관을 포함할 수 있고, 관은 에어포일을 둘러싸거나 고정시킬 수 있다. 탄성 와셔(washers)(1122, 1123)가 전연 슬리브(1121)의 각각의 측 상의 마스트 요소(1120)의 근위부 및 원위부에 배치될 수 있다. 루트 스파 요소(1130) 또는 붐 요소는 날개 에어포일 멤브레인(1101)의 루트 스파 슬리브(1131)에 삽입된다. 붐 슬리브(1131)는 붐 슬리브(1131) 상에 에어포일 후면을 끌어당김으로써 형성될 수 있거나/있고, 마스트 요소를 수용하기 위한 관을 포함할 수 있으며, 관은 에어포일을 둘러싸거나 고정시킬 수 있다. 탄성 와셔(1132, 1133)가 붐 슬리브(1131)의 각각의 측 상의 루트 스파 요소(1130)의 근위부 및 원위부에 배치될 수 있다. 마스트 요소(1120) 및 붐 요소(1130)는 모서리 요소(1140) 또는 암 피트먼트(fitment)와 맞물리고, 암 소켓 요소(미도시)에 의해 수용되도록 구성된다. 도 11b는 예시적인 조립된 날개(1100)를 도시한다. 멤브레인은 압출된 폴리우레탄 폼 시트로 만들어질 수 있고, 예컨대 패킹 폼 시트와 같이 1/32 인치 두께를 갖는다. 배튼(1111, 1112), 마스트 요소(1120), 붐 요소(1130) 및 슬리브 관(1121, 1131)은 탄소 필라멘트로 만들어질 수 있다. 날개(1100)는 루트 스파 또는 붐에 인접하여 멤브레인을 감싸고, 멤브레인 층들 사이에 폼 패브릭(fabric)의 층을 삽입하여 만들어진 포켓을 더 포함할 수 있다. 폼 패브릭은 진동을 약화시키고, 플랩핑의 음향 효과를 감소시킬 수 있다.
도 12는 도 10b의 실시예가 한 쌍으로 결합된 것과 유사하며, 좌측 플랩핑 구동 어셈블리(1210) 및 우측 플랩핑 구동 어셈블리(1220)를 포함하는 예시적인 플랩핑 구동 어셈블리 및 기계장치(1200)를 도시하며, 각각의 우측 플랩핑 구동 어셈블리 및 좌측 플랩핑 구동 어셈블리는 네 개의 캡스턴을 갖지만, 날개 어셈블리에 대해 하나의 암을 갖는다. 도 12의 실시예는 플랩핑 구동 어셈블리(1120)의 좌측부(1211)의 암과 맞물리는 좌측 날개 어셈블리(1230)를 도시하며, 좌측 어셈블리(1210)의 암(1211)은 좌측 어셈블리(1210)의 제 3 캡스턴(1212)과 맞물린다. 또한, 도 12의 실시예는 우측 어셈블리(1220)의 암(1213)과 맞물리는 우측 날개 어셈블리(1240)를 도시하며, 우측 어셈블리(1220)의 암(1213)은 우측 어셈블리(1220)의 제 4 캡스턴(1212)과 맞물린다. 이러한 예시적인 실시예에서, 로드 명령어를 갖는 CPU와 같은 프로세서는 날개 위치 센서(1240, 1241)로부터의 입력을 모니터링함으로써 좌측 모터 및 우측 모터 간의 동기화를 유지한다. 피치 제어 권한은 차동적인 전방 및 후방 엔진 조절에 의해 생성될 수 있다. 요 제어 권한은 차동적인 전방 스트로크 및 후방 스트로크 조절에 의해 생성될 수 있고, 롤 제어 권한은 차동적인 중간 스트로크 및 단부 스트로크 조절에 의해 생성되고, 루트 스파 또는 붐에 부착되는 러핑 스프링과 같은 스프링에 장착되는 날개를 사용하여 수행될 수 있다. 따라서, 이러한 예시적인 실시예에 있어서, 날개의 편향각을 조절하기 위한 서보(servos)는 필요로하지 않는다.
도 13은 루트 스파 또는 붐 이동을 제한하기 위한 예시적인 어셈블리(1300)를 도시한다. 두 개의 서보(1310, 1320)가 사용되고, 각각의 에어포일(미도시)의 차동적인 편향을 위해 각각 아이릿(eyelet)(1370 내지 1379) 및 풀리 시스템(1330)을 통해 스트링 또는 코드를 투입시킴으로써 붐의 정지 위치(1360 내지 1363)를 제어한다. 각각의 붐 정지부는 긴장 상태에 있을 수 있는 로커와 같은 풀리 요소에 부착되고, 스트링의 후퇴는 붐 정지부들 사이의 각을 연다. 한 쌍의 붐 정지부는 플랩핑 어셈블리의 암 각각에 배치되어, 붐 정지부는 붐의 근위단의 이동을 제한하도록 플랩핑 암과 함께 회전한다. 따라서, 롤 앤 요 권한은 붐 정지부의 위치설정에 의해 마스트 플랩핑 중 생성될 수 있다. 공기력(aerodynamic force)은 스트로크의 뒷 정지부, 즉, 전방 스트로크 중 후방 붐 정지부 및 후방 스트로크 중 전방 붐 정지부 상에 붐을 정지시키도록 유발하는 경향이 있다. 손잡이와 같은 구조물(1380)이 부가되어, 마스트 플랩핑 동작과 함께 각각의 날개 상의 붐 정지부 사이 각을 확대하거나 축소시키도록 피치 서보(1381)를 통해 회전될 수 있다. 손잡이와 같은 구조물(1340, 1350)은 스트로크 중 붐 정지부의 연속적인 재 위치설정(repositionable)에 의해 플랩핑 중 피치 권한을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 도 14a는 도 13의 예시적인 어셈블리(1400)의 측면도를 도시하며, 스트링 또는 코드(1410, 1412)의 쌍은 손잡이와 같은 구조물(1416)의 암의 단부에서 아이릿(1414)을 통해 통과하도록 도시된다. 도시된 서보는 플랩핑 모터 및 플랩핑 구동 어셈블리에 인접하여 배치될 수 있다. 붐 정지부(1363)는 그 자체로 지지 구조물에 긴장 상태로 장착되는 풀리 요소 상에 장착될 수 있다. 도 14b는 특정 스트로크의 부분을 위해 붐 정지부(1363, 1362)들 사이의 각을 축소시키도록 유발하는 피치 서보(1318)에 의한 손잡이 요소(1416)의 회전(1430)을 도시한다. 즉, 스트링은 마스트가 회전함에 따라(이 도면에서는 페이지 바깥에 있음) 붐 정지부를 풀리 상에서 끌어당긴다. 또 14c는 각각 특정 스트로크의 부분을 위해 붐 정지부(1362, 1363)들 사이의 각을 확대하도록 스트링이 붐 정지부(1362, 1363)를 당기도록 유발하는 피치 서보(1318)에 의한 핸들 바 요소의 회전(1431)을 도시한다.
마스트 및 루트 스파 또는 붐의 평면에 직각으로 바라본 도 15a는 지지 구조물 상의 피복 지점에 대하여 제 1 풀리 요소(이 도면에서 제 2 풀리 요소(1530)에 의해 가려짐)가 회전함으로써 제 1 붐 정지부(1520)의 위치를 회전시키기 위한 스트링(1510)의 동작을 도시한다. 또한, 도 15a는 스트링 내의 장력과 장착된 제 2 풀리 요소(1530) 내의 장력이 균형을 이룸에 따라, 이 예에서는 스트로크 내의 이러한 위치에서 정지 위치에 있는 제 2 붐 정지부(1521)를 떠나 움직이지 않는 제 2 스트링(1511)을 도시한다. 도 15b는 도 13의 배면도를 도시하며, 붐 정지부(1360 내지 1363)는 붐의 상대적으로 높은 편향 각까지 확대된다. 도 15b는 도 13의 배면도를 도시하며, 암의 플랩핑 모션은 날개가 스트로크 중 상대적인 각을 변경하도록 유발하고, 붐 정지부(1360 내지 1363)는 도 15b와 동일한 각으로 확대되어 유지된다. 다시 말해, 피치 작동기는 도 14a의 예시적인 실시예의 스토르크 중 편향각을 발생시키지 않도록 중립 위치에 있을 수 있다.
도 16은 날개 어셈블리(1600) 및 붐 정지부(1614, 1616)를 위한 한 쌍의 풀리 요소를 도시한다. 두 개의 스트링을 적용함에 따라, 각각은 양방향성 서보(미도시)의 제어하에 있을 수 있고, 각각의 풀리 요소는 긴장 상태로 배치될 수 있고, 각각의 붐 정지부는 서로 독립적인 각으로 배치될 수 있다. 도 17a는 각각의 붐 정지부(1710, 1720)가 전방 스트로크 및 후방 스트로크 둘 모두에 대해 상대적으로 큰 편향각을 허용하도록 배치되는 예를 도시한다. 정지부가 넓게 열림에 따라, 이러한 플랩핑 날개는 상대적으로 낮은 받음각(angle of attack)을 갖고, 상대적으로 낮은 추력을 생성한다. 반대로, 도 17b는 각각의 붐 정지부(1711, 1721)가 전방 스트로크 및 후방 스트로크 둘 모두에 대해 상대적으로 작은 편향각을 허용하도록 배치되는 예를 도시한다. 정지부가 좁은 위치로 열림에 따라, 이러한 플랩핑 날개는 상대적으로 높은 받음각을 갖고, 동반되는 상대적으로 큰 내리흐름(downwash)의 크기와 함께 상대적으로 큰 추력을 생성한다. 도 18a 내지 도 18c는 순수 요 모멘트를 생성하도록 붐 정지부 좌측 또는 우측을 조절함으로써 달성되는 요 제어(1800)를 도시한다. 도 18a는 요 채널에 대해 중립 위치에 있는 정지부(1810, 1812)를 도시한다. 다시 말해, 플랩핑 암은 후방 스트로크에서와 동일한 전방 스트로크에서의 붐의 편향각을 가지며, 즉, 추력 벡터는 항공기의 "상향(upward)" 방향으로 정렬된다. 도 18b는 우측으로 편향된 정지부(1814, 1816)를 도시하며, 두 개의 정지부들, 즉 전방 스트로크 중 일 정지부와 후방 스트로크 중 타 정지부 사이에서 날개의 플랩핑 및 붐의 움직임은 우측을 향하는 성분을 갖는 추력 벡터를 생성한다. 따라서, 플랩핑 중, 우측으로 편향된 정지부의 영향을 받는 항공기는 기수 좌측 명령을 실행한다. 도 18c는 좌측으로 편향된 정지부(1818, 1820)를 도시하며, 두 개의 정지부들, 즉 전방 스트로크 중 일 정지부와 후방 스트로크 중 타 정지부 사이에서 날개의 플랩핑 및 붐의 움직임은 좌측을 향하는 성분을 갖는 추력 벡터를 생성한다. 따라서, 플랩핑 중, 좌측으로 편향된 정지부의 영향을 받는 항공기는 기수 우측 명령을 실행한다. 도 19는 붐 이동 제어(1900)의 대안적인 수단을 도시하며, 코드 또는 스트링은 서보(미도시)에 의해 제어되고, 아이릿(1911, 1912)를 통해 요크(1910) 상에서 붐(1920)으로 투입되고, 붐의 원위부에 고정된다. 도 20a 및 도 20b는 플랩핑(2010, 2020) 중 붐(2024)의 배향의 제어를 도시하며, 붐(2024)의 배향은 도 20a와 같이 후방 스트로크에 대한 붐의 위치까지 코드(2030) 또는 스트링을 회전시키고, 후방 스트로크에 대한 붐(2024)의 위치까지 코드(2022) 또는 스트링을 회전시킴으로써 달성될 수 있다. 배치된 편향각은 스트로크 중 달성될 수 있고, 그 후 서보 위치 명령을 연속적으로 변화시키는 것을 기반으로 피치(예컨대, 주기적인 조절), 요 및 롤에 대한 제어 권한을 달성할 수 있다.
뱅(vang)이라 일컫는 구조적인 요소는 볼 조인트, 다수의 축 조인트를 통해 날개-붐 구조물에 부착될 수 있고, 일반적으로 붐과 평행하게 배치될 수 있다. 붐 또는 뱅은 요크와 맞물릴 수 있고, 멤브레인의 러핑은 요크의 동작에 의해 발생될 수 있다. 도 21a는 붐 이동 제어의 또 다른 수단으로서 3축 서보 붐 및/또는 뱅 어셈블리(2100)를 도시하며, 붐(또는 뱅) 제한 요크(2110)는 제 1 서보 및 기어링 어셈블리(2120)를 통해 피치 제어 권한을 생성하도록 스트로크 중 둘 모두의 날개에 대해 러핑, 즉, 날개 멤브레인 슬랙의 영향을 증가시키거나 감소시키고; 제 2 서보 및 기어링 어셈블리(2130)를 통해 롤 제어 권한을 생성하도록 스트로크 중 날개들 사이에서 상이한 양의 러프를 달성하고; 선택적으로 요 제어를 위한 러프 차이를 생성하도록 제 3 서보 및 기어링 어셈블리(2140)를 통해 붐 이동 중 편향을 달성할 수 있다. 따라서, 어셈블리(2100)는 3축 제어를 달성하기 위해 스트로크 중 날개 멤브레인 러프를 조절하도록 항공기의 기체의 요크를 위한 다수의 배향각을 제공한다.
도 21b는 도 10b에 도시된 바와 같은(1000) 플랩핑 기계장치(2100), 및 도 21a에 도시된 바와 같은(2100) 루트 스파 또는 붐 제어 기계장치를 갖는 예시적인 항공기를 도시한다. 도 21b의 실시예에서, 각각의 날개(2160)의 붐(2161)은 요크(2110)에 맞물린다. 또한, 전술한 바와 같이, 플랩핑 기계장치는 전력 및 처리 모듈(2170)이다. 항공기는 추가적인 스탠드(2180)를 포함할 수 있다. 도 22는 도 9에 도시된 바와 같은(900) 플랩핑 기계장치, 및 도 21a에 도시된 바와 같은 루트 스파 또는 붐 제어 기계장치를 갖는 예시적인 항공기(2200)의 일부를 도시하며, 루트 스파(2161, 2262)는 요크(2110)와 맞물린다. 도 23은 도 9에 도시된 바와 같은(900) 플랩핑 기계장치, 및 도 21a에 도시된 바와 같은(2100) 루트 스파 또는 붐 제어 기계장치의 또 다른 실시예를 갖는 예시적인 항공기(2300)의 일부를 도시하며, 루트 스파(2161, 2262)는 요크(2110)와 맞물린다. 도 24a는 좌측 에어포일(2410)을 향해 기울어지고, 우측 에어포일(2420)로부터 멀어지는 위치설정 가능한 요크(2110)를 도시한다. 각각의 날개의 마스트는 플랩핑 평면 내에 유지되고, 따라서 좌측 에어포일(2410)의 러핑 또는 날개 슬랙 영향은 멤브레인이 우측 에어포일(2420)보다 느슨해짐에 따라 강화되고, 그리하여 좌측 에어포일(2410)은 우측 에어포일(24200 보다 낮은 추력을 생성한다. 도 24b는 우측 에어포일(2420)을 향해 기울어지고, 좌측 에어포일(2410)로부터 멀어지는 짐벌형(gimbaled) 요크를 도시한다. 각각의 날개의 마스트는 플랩핑 평면 내에 유지되고, 따라서 우측 에어포일의 러핑은 좌측 에어포일(2420)의 러핑보다 커지고, 그리하여 우측 에어포일(2420)은 좌측 에어포일(2410)보다 낮은 추력을 생성한다. 도 24a 및 도 24b는 이러한 예시적인 실시예를 위한 롤 제어 권한을 도시한다. 요크를 갖는 제어 짐벌은 날개의 러프를 다루기 위해 루트 스파의 후연 단부를 직접적으로 움직일 수 있다.
도 25a는 붐 뱅 시스템(2500)을 도시하며, 개별적인 붐 뱅(2510)은 요크(2110)와 맞물리고, 다양한 붐 정지 레버(2512)에 대해 구조적인 지지부(2511)를 제공한다. 다수의 축 요크 조정 어셈블리에 의해 제어되는 피치 및 롤 제어로부터 요 제어를 분리하는 것은 조절 가능한 붐 정지부(2521, 2522) 사이에서 루트 스파(2520)가 자유롭게 움직이는 것을 허용하고, 다른 구조적인 요소는 다수의 축 조인트(2550)에서 날개의 배향과 함께 요크(2110)의 요크 암(2111, 2112)의 움직임을 연결시키는 뱅(2510) 또는 다른 구조적인 요소를 가짐으로써 달성될 수 있다. 따라서, 롤 제어는 도 21a의 어셈블리와 유사하지만 요 서보 기어 박스를 가지지 않는 서보 어셈블리의 2축 짐벌의 요크의 측 경사 위치에 의해 달성될 수 있고, 피치 제어는 요크의 전방 및 후방 경사 위치에 의해 달성될 수 있다. 제 3 (요) 서보는, 예컨대 케이블(2513)을 통해 레버를 당기거나 느슨하게 함으로써 레버(2512)에 부착된 붐 정지부(2521, 2522)의 배향을 제어하기 위해 사용된다. 도 25b는 긴장 상태로 뱅 구조물(2511)에 장착되고, 붐 뱅 구조물(2511)에 부착되는 케이블(2513)을 통해 작동될 수 있는 레버(2512)의 실시예를 도시한다. 도 25c는 붐 정지부의 붐(2590) 이동 거리를 줄이기 위해, 레버(2512)를 당기는 케이블(2513)을 도시한다. 도 25d는 붐(2590)의 이동 거리를 늘리기 위해 레버(2512)를 느슨하게 하는 케이블(2513)을 도시한다.
도 26은 항공기 실시예(2600)의 제어 및 추진 시스템의 예시적인 최상위 블록 다이어그램이다. 주소화 메모리를 가지며 배터리를 포함하는 기내 전원장치(2608)로부터 구동되는 CPU(2602)는 적어도 하나의 구동 모터, 즉 추력 또는 플랩핑 모터(2610)에 전압 명령을 생성한다. 명령은 펄스폭 변조(pulse width modulated, PWM)될 수 있다. 홀 센서(hall sensor)는 플랩핑 주파수가 CPU(2602)에 유도되고 제공될 수 있도록 크랭크축에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 세 개의 제어 서보(2612, 2614, 2616)가 있으며, 따라서 도 26은 피치 양방향성 서보(2612), 롤 양방향성 서보(2614) 및 요 양방향성 서보(2616)에 명령을 생성하는 CPU(2602)를 도시한다. 위치 센서(2624, 2626, 2628)는 CPU(2602)에 각각의 서보(2610, 2612, 2614, 2616) 위치를 피드백할 수 있다. 두 개의 2축 자이로스코프(2618, 2620)와 같은 각 비율 측정 장치는 요 각 비율, 피치 각 비율 및 롤 각 비율을 제공하기 위해 사용될 수 있다. CPU(2602)는 업링크에 의해 무선 제어기(2622)로부터 외부 명령 신호를 제공할 수 있고, CPU(2602)는 다운링크를 통해 상태 또는 다른 정보를 제공할 수 있다. 일반적으로 CPU(2602)는 트랜스시버를 통해 외부 노드와 통신할 수 있다. 전기 및/또는 전자 요소는 기내 전원장치 및/또는 로컬 화학적 배터리 요소(2608)를 통해 전원을 공급받을 수 있다.
도 27은 플랩핑 주파수 제어기의 최상위 기능 블록 다이어그램(2700)이며, 명령 플랩핑 주파수(Fc)(2702) 및 유도 플랩핑 주파수(Fest)(2704)는 서로 차이가 있어, 플랩핑 주파수 에러(ε)(2706)를 생성한다. 플랩핑 주파수 에러(2706)는 이득(KI)(2708)에 의해 적분되고 증가하며, 플랩핑 주파수 에러(2706)는 이득(KP)(2710)에 의해 증가된다. 이러한 두 결과물의 이득(KFF)(2712)에 의해 증가되는 플랩핑 주파수의 결과물에 따라 플랩핑을 위한 구동 또는 추력 모터에 주 모터 전압 명령과 같은 명령을 생성하도록 결합된다. 이득 또는 이득을 생성하는 단계에 따라, 플랩핑 주파수 제어기는 기계로 판독 가능한 언어로 표현되고, 항공기 프로세서에 의해 접근 가능한 메모리 내에 저장되고, 플랩핑 모터 전압 명령을 생성하도록 실행될 수 있다.
도 28은 서보 제어기(2800)의 예시적인 최상위 블록 다이어그램이며, 위치 명령(dc)(2802)은 측정된 위치(dMEAS)(2804)와 차이가 있어, 서보 위치 에러(dε)를 생성하고, 그 후 서보 위치 에러는 서보 모터 전압 명령(u)(2810)을 생성하도록 서보 이득(Kδ)에 의해 증가된다. 이득 또는 이득을 생성하는 단계에 따라 서보 채널마다 서보 제어기(2800)는 기계로 판독 가능한 언어로 표현되고, 항공기 프로세서에 의해 접근 가능한 메모리에 저장되고, 하나 이상의 서보를 위한 서보 모터 전압 명령을 실행한다.
도 29는 롤, 피치 또는 요 비율 제어를 위해 구현될 수 있는 각 비율 제어기(2900)의 예시적인 최상위 블록 다이어그램이다. 편향각 비율(2902) 측정값은 필터링된 자이로(gyro) 비율(2904)과, 속도를 높이는 경우, 즉 날개가 플랩핑을 시작하기 전 저장된 하나 이상의 자이로 판독을 기반으로 하는 자이로 비율의 바이어스의 차이에 의해 생성될 수 있다. 각 에러 비율(e)(2906)은 각 비율 명령과 편향각 비율(2902) 측정값의 차이에 의해 생성될 수 있다. 서보 위치 명령(δC)(2908)은 각 에러 비율(2906) 및 비례하는 비율 이득(KP)(2912)의 결과물과 각 비율 명령 및 피드 포워드(feed forward) 이득(KFF)(2910)의 결과물을 결합시킴으로써 생성될 수 있다.
도 30은 롤, 피치 또는 요 비율 제어를 위해 구현될 수 있는 각 비율 제어기(3000)의 예시적인 최상위 블록 다이어그램이다. 편향각 비율 측정값(3002)은 필터링된 자이로 비율 측정값(3004)과, 속도를 높이는 경우, 즉 날개가 플랩핑을 시작하기 전 저장된 하나 이상의 자이로 판독을 기반으로 하는 자이로 비율 바이어스의 차이에 의해 생성될 수 있다. 디지털 적분기는 각 에러 비율(e)(3006)을 시간에 걸쳐 적분할 수 있다. 각 에러 비율(e)(3006)은 각 비율 명령과 편향각 비율 측정값의 차이에 의해 생성될 수 있다. 서보 위치 명령(δC)(3008)은 각 에러 비율 및 비례하는 비율 이득(KP)(3012)의 결과물과 각 비율 명령 및 피드 포워드 이득(KFF)(3010)의 결과물, 및 이득(KI)(3014)에 의해 증가되는 적분된 각 에러 비율의 결과물을 결합시킴에 따라 생성될 수 있다.
도 31은 마스트 루트 스파 및 멤브레인을 갖는 예시적인 날개를 도시하며, 상기 멤브레인은 마스트가 접히는 부분(3110) 및 루트 스파가 접히는 부분(3110), 및 제 1 배튼(3130)을 갖는다. 도 32는 도 31의 날개의 단면도를 도시하며, 제 1 배튼(3130)은 멤브레인 표면상에 배치되는 로드형(rod) 필라멘트이고, 제 2 배튼(3140)은 평행육면체 형상이다. 도 33은 도 31의 도면의 모서리를 도시하며, 마스트에 대해 멤브레인의 회전 가능성을 도시한다. 도 34는 도 31의 날개의 단면도를 도시하며, 멤브레인(3102)은 마스트 또는 루트에서 날개 끝까지의 스파에 배치되는 관(3400) 주위를 둘러싼다. 멤브레인의 중첩되는 표면은 에폭시 또는 가열 처리에 의해 부분적으로 결합될 수 있다. 도 35는 또 다른 부착 수단을 도시하며, 멤브레인과 동일한 물질일 수 있는 물질(3500)의 분리된 조각이 멤브레인(3103)에 관(3400)을 부착시키기 위해 사용된다. 도 36은 도 다른 부착 수단을 도시하며, 멤브레인 모서리(3610)는 모서리 측에서 보는 경우 t자형 부분(3611)을 갖고, t자형 부분 또는 직교하는 모서리 표면은 슬릿을 따라 마스트 관(3620) 내에 삽입되고, 마스트 요소의 압력에 의해 제자리에 수용되고, 가열 또는 에폭시를 통해 고정될 수 있다. 도 37은 두 개의 배튼 및 멤브레인이 접히는 부분을 갖는 예시적인 에어포일을 도시한다. 도 38은 두 개의 배튼 및 멤브레인이 접히는 부분을 갖는 예시적인 에어포일을 도시하며, 배튼은 멤브레인 오버레이(overlay)(3810, 3811)를 갖는다. 도 39는 두 개의 배튼(3710, 3711) 및 두 개의 접하는 영역(3720, 3721)을 갖는 도 37의 에어포일을 도시하며, 멤브레인 물질은 폼 멤브레인이다. 도 40은 배튼을 갖지 않고 멤브레인이 접히지 않는 에어포일을 도시한다. 도 41은 두 개의 배튼, 멤브레인이 접히는 영역, 및 마스트(4110)와 루트 스파(4120) 사이의 아치형 절단 영역(4100)을 갖는 에어포일을 도시한다. 도 42는 다른 예와 비교하는 경우 감소된 표면 영역의 각 에어포일 윤곽을 도시하며, 상기 각 에어포일 윤곽은 접힌 영역 또는 배튼을 갖지 않는다. 도 43은 두 개의 휘어진 배튼(4310, 4311) 및 멤브레인이 접힌 영역을 갖는 폼 멤브레인으로 만드어진 에어포일을 도시한다. 도 44는 고정구(440)에 부착되는 마스트(4410) 및 루트 스파(4420) 및 이용 가능한 관(4430, 4440)을 갖는 에어포일을 만들기 위한 고정구(4400)를 도시한다. 도 45는 작동면에 고정되는 필라멘트 그리드를 갖는 멤브레인 블랭크(blank)(4500)를도시한다. 도 46은 멤브레인 블랭크에 걸쳐 배치되는 도 44의 고정구를 도시한다. 도 47은 마스트 및 루트 스파를 따라 멤브레인을 절단하고 접는 단계를 도시한다. 도 48은 멤브레인의 표면에 적용되는 배튼(5010, 5011) 및 나머지 윤곽에 대해 절단하는 단계를 도시한다. 도 49는 블랭크(4500)로부터 예시적인 에어포일(5110)을 제거하는 것을 도시한다.
통상의 기술자는 본 발명의 실시예의 범위로부터 벗어나지 않는 한 여기에서 설명된 요소, 컴포넌트, 단계 및 기능이 더 세분화되고, 결합되거나/결합되고, 변경될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 개시된 실시예의 다양한 특징 및 양태는 예에 의해 설명된 바와 같은 본 발명의 다양한 모드를 형성하기 위해 또 다른 것과 결합되거나 대체될 수 있음이 이해된다. 여기에서 예로서 개시된 본 발명의 범위는 전술한 특정 개시된 실시예에 의해 제한되도록 의도되지 않는다. 따라서, 본 발명은 예로서 개시되지만 이에 제한되지 않고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항을 참조하여 결정된다.

Claims (20)

  1. 제 1 및 제 2 플랩핑 제어 표면(first and second flapping control surfaces);을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 플랩핑 제어 표면은 다른 제어 표면의 도움 없이 호버링 및 제어 모멘트를 제공할 수 있고,
    상기 호버링 및 제어 모멘트는, 각각의 스윕각 경로에서 상기 제 1 및 제 2 플랩핑 제어 표면의 편향 스윕각(sweep angles of deflection)의 가변적인 차이와, 각각의 제 1 및 제 2 플랩핑 제어 표면의 러핑(luffing)의 가변적 차이와, 각각의 제 1 및 제 2 플랩핑 제어 표면의 각속도(angular velocity)의 가변적인 차이 중 적어도 하나로부터 선택되는 비행체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 피봇 지점으로, 상기 제 1 플랩핑 제어 표면이 상기 제 1 피봇 지점에 대해 제 1 이동 스윕각(a first sweep angle of travel)에 플랩핑하는 제 1 피봇 지점(a first pivot point); 및
    제 2 피봇 지점으로, 상기 제 2 플랩핑 제어 표면이 상기 제 2 피봇 지점에 대해 제 2 이동 스윕각(a second sweep angle of traval)에 플랩핑하는 제 2 피봇 지점(a second pivot point);을 더 포함하는 비행체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 플랩핑 제어 표면은 상기 제 1 이동 스윕각과 상기 제 2 이동 스윕각의 차이에 의해 상기 제어 모멘트의 롤 모멘트를 제공하는 비행체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 플랩핑 제어 표면의 제 1 및 제 2 붐 정지부(first and second boom stops)를 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 붐 정지부는 전방 스트로크 붐 위치와 후방 스트로크 붐 위치 사이에서 제 1 플랩핑 제어 표면의 제 1 이동 스윕각을 제한하는 비행체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 붐 정지부는 상기 후방 스트로크에서 보다 상기 전방 스트로크에서 더 큰 편향 스윕각(a sweep angle of deflection)을 제공하여 상기 비행체의 제어 모멘트의 넷 요잉 모멘트(a net yawing moment)를 생성하도록 바이어스되는 비행체.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 붐 정지부는 상기 후방 스트로크에서와 같이 상기 전방 스트로크에서 상기 제 1 플랩핑 제어 표면과 같은 붐의 편향 각(a boom angle of deflection)을 생성하기 위해 중립 붐 위치를 한정하는 비행체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 플랩핑 제어 표면은 제 3 플랩핑 제어 표면의 도움 없이 비행체 방향 제어(orientation control)를 제공하는 비행체.
  8. 프로세서;
    상기 프로세서와 통신하는 적어도 하나의 구동 모터;
    상기 적어도 하나의 구동 모터 중 하나와 통신하는 제 1 플랩핑 날개; 및
    상기 적어도 하나의 구동 모터 중 하나와 통신하는 제 2 플랩핑 날개;를 포함하고,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는 수평 또는 수직 스테빌라이저의 도움 없이 리프트 및 제어 모멘트를 제공하기 위해 상기 제 1 및 제 2 플랩핑 날개을 구동하도록 구성되고,
    상기 리프트 및 제어 모멘트는 각각의 이동 스윕각 경로에서 상기 제 1 및 제 2 플랩핑 날개의 편향 스윕각(sweep angles of deflection)의 가변적인 차이와, 각각의 제 1 및 제 2 플랩핑 날개의 러핑(luffing)의 가변적 차이와, 각각의 제 1 및 제 2 플랩핑 날개의 각속도(angular velocity)의 가변적인 차이 중 적어도 하나로부터 선택되는 비행체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는,
    상기 제 1 및 제 2 플랩핑 날개가 가변 차등적 제 1 및 제 2 편향 스윕각을 가지도록, 상기 제 1 및 제 2 플랩핑 날개를 동체에 대해 수평하게 플랩핑하도록 구동하고,
    상기 수평 플랩핑에 응답하여 수직 및 수평 비행체 방향 제어를 제공하도록, 더 구성되는 비행체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는,
    제 1 스윕각이 제 2 스윕각 보다 더 크도록, 상기 비행체에서 롤 모멘트를 발생시키도록, 더 구성되는 비행체.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는,
    상기 플랩핑의 후방 스트로크 동안 상기 제 2 플랩핑 날개의 편향보다 작은 상기 제 1 플랩핑 날개의 편향과, 상기 플랩핑의 전방 스트로크 동안 상기 제 1 플랩핑 날개의 편향보다 작은 상기 제 2 플랩핑 날개의 편향에 응답하여, 상기 비행체에서 좌측 요 모멘트(a left yaw moment)를 유도하도록, 더 구성되는 비행체.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는,
    상기 플랩핑의 후방 스트로크 동안 상기 제 2 플랩핑 날개의 편향보다 큰 상기 제 1 플랩핑 날개의 편향과, 상기 플랩핑의 전방 스트로크 동안 상기 제 1 플랩핑 날개의 편향보다 큰 상기 제 2 플랩핑 날개의 편향에 응답하여, 상기 비행체에서 우측 요 모멘트(a right yaw moment)를 유도하도록, 더 구성되는 비행체.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는,
    상기 플랩핑의 전방 스트로크의 제 2 부분 동안 보다 작은 상기 플랩핑의 전방 스트로크의 제 1 부분 동안 제 1 및 제 2 플랩핑 날개의 편향에 응답하여, 상기 비행체에서 전방 피칭 모멘트(a forward pitching moment)를 유도하도록, 더 구성되는 비행체.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는,
    상기 플랩핑의 후방 스트로크의 제 2 부분 동안 보다 큰 상기 플랩핑의 후방 스트로크의 제 1 부분 동안 제 1 및 제 2 플랩핑 날개의 편향에 응답하여, 상기 비행체에서 전방 피칭 모멘트(a forward pitching moment)를 유도하도록, 더 구성되는 비행체.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는,
    상기 플랩핑의 전방 스트로크의 제 2 부분 동안 보다 큰 상기 플랩핑의 전방 스트로크의 제 1 부분 동안 제 1 및 제 2 플랩핑 날개의 편향에 응답하여, 상기 비행체에서 후방 피칭 모멘트(a backward pitching moment)를 유도하도록, 더 구성되는 비행체.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는,
    상기 플랩핑의 후방 스트로크의 제 2 부분 동안 보다 작은 상기 플랩핑의 후방 스트로크의 제 1 부분 동안 제 1 및 제 2 플랩핑 날개의 편향에 응답하여, 상기 비행체에서 후방 피칭 모멘트(a backward pitching moment)를 유도하도록, 더 구성되는 비행체.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는 제 3 플랩핑 날개의 도움 없이 비행체 방향 제어를 제공하는 비행체.
  18. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 플랩핑 날개의 제 1 및 제 2 붐 정지부;를 더 포함하고,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 구동 모터는,
    전방 스트로크 붐 위치와 후방 스트로크 붐 위치 사이에서 상기 제 1 플랩핑 날개의 편향 스윕각을 제한하기 위하여, 상기 제 1 플랩핑 날개의 제 1 및 제 2 붐 정지부를 조정하도록, 더 구성되는 비행체.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 붐 정지부는 상기 후방 스트로크에서 보다 상기 전방 스트로크에서 더 큰 편향 스윕각(a sweep angle of deflection)을 제공하여 상기 비행체의 넷 요잉 모멘트(a net yawing moment)를 생성하도록 바이어스되는 비행체.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 붐 정지부는 상기 후방 스트로크에서와 같이 상기 전방 스트로크에서 상기 제 1 플랩핑 날개와 같은 붐의 편향 각(a boom angle of deflection)을 생성하기 위해 중립 붐 위치를 한정하는 비행체.
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