KR102184199B1 - 드론 풍동 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드론 풍동 실험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바닥면에 일정 크기로 마련되는 드론 안착부; 상기 드론 안착부에서 일정거리 이격된 주변에서 원형으로 일정간격 유지되면서 상방을 향하도록 설치되어 바닥면에서 일정 높이로 비행하는 드론의 위치를 감지하는 복수개의 드론비행 감지센서; 상기 드론비행 감지센서에서 일정거리 이격된 위치에서 드론 안착부를 향해 설치되어 사용자의 조작 또는 메인컴퓨터에 설치된 제어프로그램을 통해 풍량세기가 설정되어 바람을 일으키는 복수개의 풍력발생기; 상기 드론 안착부에 위치한 드론을 조정자가 조정할 수 있도록 드론 안착부에서 일정거리 이격된 위치에 마련되는 드론조정자 위치부; 상기 드론 비행감지센서에서 감지된 드론의 비행위치 신호를 수신하여 드론비행의 안정성 및 드론 조정자의 조정능력을 설정된 프로그램을 통해 자동 평가하도록 모니터가 구비된 메인컴퓨터;를 포함한 구성으로 이루어진다.

Description

드론 풍동 실험장치{WInd tunnel testing apparatus for the drone}

본 발명은 드론 풍동 실험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드론의 비행시 외부 기상변화에 대해 어느정도 안전한 비행이 가능한지 드론의 안전 비행성능 파악과 드론 조정능력을 배양시킬 수 있도록 하는 드론 풍동 실험장치에 관한 것이다.

드론은 배터리의 전원을 이용하여 복수개의 암 말단에 구비된 프로펠러를 회전시켜 원격조정에 의해 무인으로 비행하는 무인비행체의 총칭으로, 근래에는 다양한 용도의 민간용 드론이 개발되면서 오락이나 레져를 즐길 수 있는 취미용 완구류 뿐만 아니라 사진이나 영상촬영, 농약방제, 무인감시, 물품운송, 화재진압 등 다양한 용도의 산업용 드론이 개발되고 있으며, 이를 활용하는 범위 또한 크게 확대되고 있는 추세에 있다.

산업기술의 발달과 더불어 드론의 활용영역도 크게 늘어나면서 드론 관련 산업도 점차 확대되고 있으며, 이를 운용하는 분야 뿐만 아니라 유지 및 보수분야와 사후 관리 분야 등 다양한 응용분야도 점차 늘어나는 추세에 있다.

이와 같은 드론은 소기의 목적을 달성하기 위해, 공중에 일정시간 체류하는 비행을 하기 때문에 외부 기상변화에 민감하게 영향을 받기 마련이다.

따라서, 드론을 각종 레저스포츠용 뿐만 아니라 다양한 산업분야에 이용하기 위해서는 드론의 비행 안전성이 충분히 검증되어야 하고, 실시간으로 변화하는 외부 기상에 따라 드론 조정자 또한 드론의 안전한 비행을 위한 충분한 조정기술을 연마해야 한다.

현재 생산 및 시판되고 있는 대부분의 드론의 경우, 드론 자체의 하드웨어적인 기능이나 기술분야에 대해서만 주로 기술개발이 이루어지고 있는 실정이어서 실제 다양한 환경에서 이용되어야 하는 드론의 특성상 드론 자체의 비행 안전성 및 비행성능에 대한 검증은 충분히 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

외부에서 드론이 비행할 경우 가장 많은 외적 영향을 미치는 요소는 바람이라 할 수 있다.

즉, 드론에는 복수개의 암이 구비되고, 각각의 암에는 드론의 비행에 필요한 프로펠러가 설치되어 있으며, 상기 프로펠러는 드론의 비행속도나 성능에 직접적으로 영향을 미치는 요소일 뿐만 아니라 외부의 기상상태, 특히 바람의 영향을 받아 드론의 비행 안전성을 좌우하기 때문에 드론의 설계시에 프로펠러의 치수나 형상, 회전수 등이 충분히 반영되는 것이 바람직하다.

그러나, 아무리 설계를 잘하더라도 외부 기상에 영향을 많이 받아 비행이 어렵다면 드론을 이용하는데 한계에 부딪히기 때문에 외부 기상상태에 최소한의 영향을 받으면서 소기의 목적을 달성할 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다.

따라서, 제작된 드론이 실제 필드에서 충분한 성능을 발휘하기 위해서는 바람의 저항력을 잘 견디도록 충분한 안정성을 유지하는 것이 바람직하며, 드론을 조정하는 조정자 역시 외부 기상상태에 따라 드론의 비행이 안전하게 이루어질 수 있도록 충분한 조정능력이 필요하게 된다.

현재 다양한 형태와 기능으로 제작된 드론이 시중에 판매되고 있지만, 드론의 비행안정성을 평가할 수 있는 실험장비나 시스템이 갖춰지지 않은 상태에서 제작과 판매 및 구매가 이루어지고 있다.

따라서, 고가의 비용을 들여 드론을 구입하더라도 외부 기상여건에 따라 드론의 활용 가능성이 판가름되기 때문에 외부 기상여건에 따라 드론의 활용범위를 설정할 수 있는 기준이나 비행조건 등이 제시되어야 하나, 현재는 외부 기상상태에 따라 드론의 성능을 평가할 수 있는 장치나 설비가 전무한 상태이고, 이러한 실험기준 자체도 마련되어 있지 않아 드론의 산업파급성을 감안할 경우 드론의 비행안정성을 평가할 수 있는 평가기준이나 설비, 장치 등의 개발이 조속히 마련되어야 할 상황에 당면해 있다.

또한, 드론의 활용도가 활용도가 높아지면서 드론 조정자격증을 발급하는 기관이나 단체가 증가하고 있는 추세에 있으며, 드론조정자의 실력을 가늠하기 위해 일정한 요건의 시험을 거쳐서 드론조정 자격증을 부여하고 있다.

하지만, 현재 운용되고 있는 드론 조정자격증 시험은 드론의 비행에 필요한 기초적인 이론교육과 외부 환경요소를 고려하지 않은 소정의 드론조정에 필요한 기능시험만을 치르고 있는 상태여서, 외부 기상상태에 따라 드론을 안전하게 조종할 수 있는지의 여부에 대한 조정자의 능력검증이 안되고 있어서 드론 조정자의 실력향상과 조정능력 검증에 필요한 기준이나 장치의 개발이 시급히 마련되어야 할 상황에 놓여 있다.

- 한국특허등록 제10-1547849호(등록일:2015.08.21, 발명의 명칭: 2차원 단면모형 풍동실험을 위한 풍동 시험체의 지그장치 및 이를 구비한 풍동시험장치) - 한국특허등록 제10-0550587호(등록일: 2006.02.02, 발명의 명칭: 교육용 초음속 풍동장치) - 한국 특허등록 제10-1628810호(등록일: 2016.06.02, 발명의 명칭: 학습용 풍동장치)

본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 점차적으로 활용도가 높아지는 드론의 비행 안정성 시험과, 외부 기상여건에 따른 드론 조정자의 드론 비행조정능력의 검증 및 향상에 필요한 드론 풍동실험 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 드론 풍동 실험장치는 일정한 크기의 공간을 갖는 사방이 밀폐된 평가룸과, 상기 평가룸의 일측 벽에 외기가 흡입되도록 마련된 흡입구와, 상기 평가룸의 내부 공기가 빠져나가도록 상기 흡입구의 대향측에 마련되는 배기구와, 사용자의 조작 또는 메인컴퓨터에 설치된 제어프로그램을 통해 풍량세기가 설정되어 바람을 일으키도록 상기 평가룸의 일측에 구비되는 복수개의 풍력발생기와, 설정된 프로그램을 통해 드론의 비행안정성 및 드론 조정자의 조정능력을 자동 평가하도록 모니터가 구비된 메인컴퓨터와, 상기 메인컴퓨터의 제어에 따라 합격 또는 불합격 여부가 표출되도록 상기 평가룸의 일측에 구비되는 성능평가결과 표출부와, 상기 평가룸의 바닥면에 일정 크기로 마련되는 드론 안착부;를 포함하되, 상기 드론 안착부에서 일정거리 이격된 주변에서 원형으로 일정간격 유지되면서 상방을 향하도록 설치되어 일정높이로 비행하는 드론을 감지하여 감지된 드론의 비행위치를 상기 메인컴퓨로 전송하는 복수개의 드론비행 감지센서와, 상기 드론 안착부에 위치한 드론을 조정자가 조정할 수 있도록 드론 안착부에서 일정거리 이격된 위치에 마련되는 드론조정자 위치부와, 상기 드론 안착부에서 이륙하여 비행하는 드론이 바람의 영향으로 밀려나는 거리를 파악할 수 있도록 드론 안착부의 주변에 직경을 달리하는 복수개의 원형으로 마련되는 거리표시부;를 더 포함하여 구성된다.

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상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 드론 풍동 실험장치는 다양한 규격이나 기능으로 제작되는 드론의 비행 안정성에 대한 평가와 드론 조정자의 드론 조정능력을 쉽게 판별할 수 있도록 하여 드론의 비행 안정성에 대한 안전기준을 마련할 수 있는 지침을 제시할 수 있도록 할 뿐만 아니라 더욱 성능이 높은 드론을 제작할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 외부 환경에 민감한 드론의 비행시 드론 조정자의 비행조정능력을 판별할 수 있도록 하여 드론 조정자의 조정능력을 향상시키고, 드론 조정자의 비행능력 향상을 통해 다양한 환경에서 드론을 이용할 수 있는 활용범위를 증대시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 풍동 실험장치의 전체 구성에 대한 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론 풍동 실험장치에서 메인컴퓨터의 주요구성 및 기능블럭도이다.

본 발명에 따른 드론 풍동 실험장치는 균일한 바닥면이 유지되는 상면에 드론을 띄운 상태에서 풍력을 가해 드론이 최초 이륙한 위치의 상부에서 어느정도 이탈되는지 아니면 제자리 비행이 이루어지고 있는지 여부를 판단하여 드론의 비행 안정성을 판단하고, 또한 드론 조정자의 조정능력을 판단할 수 있도록 구성된다.

이를 위해, 본 발명에서는 균일한 바닥면을 유지하는 위치에 드론 안착부를 구성하고, 상기 드론 안착부 주변에서 원형으로 드론 비행을 감시하기 위한 드론비행 감지센서를 일정 간격으로 설치되며, 드론비행 감지센서가 설치된 외측으로 드론 안착부에서 일정거리 이격된 위치에 바람을 발생시키는 풍력발생기를 배치하여 바람이 부는 상태에서 드론이 지정된 높이에서 어느정도 안정된 자세가 유지되는지 파악하고, 드론비행 감지센서에서 감지된 드론의 위치는 메인컴퓨터로 전송되어 설정된 프로그램을 통해 드론비행 감지센서에서 감지된 위치에 따라 드론의 비행안정성 여부를 평가하고, 드론 조정자의 조정능력을 평가할 수 있도록 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 드론 풍동 실험장치의 구체적인 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 풍동 실험장치(100)의 전체적인 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론 풍동 실험장치(100)에서 메인컴퓨터(50)의 주요 구성 및 기능을 나타낸 블럭도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 드론 풍동 실험장치(100)는 균일한 바닥면에 일정 크기로 드론이 위치되는 드론 안착부(10)가 마련된다.

상기 드론 안착부(10)는 평가되는 드론의 종류 및 크기에 따라 일정 크기의 원형으로 표시되어 그 중심부에 드론이 위치될 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 드론 안착부(10)의 주변으로 일정거리 이격된 위치에서 원형으로 배치되면서 상호간에 일정간격 유지되면서 상방을 향하도록 복수개의 드론비행 감지센서(20)가 설치되어 드론 안착부(10) 상부에서 제자리 비행하는 드론이 바람에 의해 어느 일측으로 밀려날 경우 최초 이륙한 위치를 벗어나 비행하는 드론을 감지하도록 구성된다.

상기 드론비행 감지센서(20)는 드론이 비행중 수평방향으로 이동하는 것을 감지하도록 바닥면 상부를 향해 바닥면에 대해 수직방향으로 설치되어 바닥면에서 일정거리 이내의 감지영역이 설정되어 드론 안착부(10) 상부로 이륙한 드론이 수평방향으로 이동할 경우 드론의 움직임을 감지하게 된다.

상기 드론비행 감지센서(20)는 일반적으로 거리감지센서로 사용되는 초음파센서를 이용하는 것이 바람직하며, 이외에도 다양한 거리감지센서가 적용될 수 있다.

일정한 직경을 갖도록 원형으로 설치되는 복수개의 드론비행 감지센서(20)는 드론의 기체 크기에 따라 그 설치간격 및 직경을 조절할 수 있으나, 바람직하게는 각 센서간의 설치 거리가 최소 50㎝가 유지되도록 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 드론비행 감지센서(20)에서 외측방향으로 일정거리 이격된 위치에는 비행하는 드론을 향해 일정 세기의 바람을 불어주는 풍력발생기(30)가 복수개 설치된다.

상기 풍력발생기(30)는 사용자의 조작 또는 후술하는 메인컴퓨터에 설치된 제어프로그램을 통해 풍량세기를 조절할 수 있도록 구성되거나 프로그램의 제어명령에 따라 일정한 세기의 바람이 일정시간 발생될 수 있도록 구성된다.

특히, 상기 풍력발생기(30)는 한 개 이상으로 구성되어 동일방향에서 드론을 향해 바람을 발생시킬 수 있도록 구성됨은 물론 필요에 따라 그 설치 위치를 변경하여 바람을 맞는 방향을 변경할 수도 있다.

한 개 이상으로 구성되는 상기 풍력발생기(30)는 시험조건에 따라 복수개가 동시에 동작되어 바람을 발생시키거나 순차적인 동작을 통해 순서대로 바람을 발생시킬 수 있도록 구성될 수도 있다.

그리고, 바닥면에 설치되는 복수개의 드론비행 감지센서(20)에서 감지된 드론의 감지신호는 일측에 설치되는 메인컴퓨터(50)로 전송되며, 상기 메인텀퓨터(50)에는 설정된 프로그램에 의해 상기 드론비행 감지센서(20)에서 감지된 신호를 파악하여 드론이 어느 방향으로 이동되었는지를 판단한 후에 모니터(58)상에 현재 드론의 비행위치와 이동거리 등이 표시될 수 있도록 구성된다.

그리고, 드론이 드론 안착부(10) 상부에서 제자리 비행을 할 수 있도록 드론을 조정하는 드론 조정자가 위치하는 드론조정자 위치부(40)가 상기 드론 안착부(10)에서 일정거리 이격된 위치에 마련된다.

한편, 상기 드론 풍동실험장치(100)는 일정공간 내부에 마련되어 드론 비행의 정밀한 실험이 가능하도록 외부와 차단된 공간을 유지하는 평가룸(60) 내부에 구축되는 것이 바람직하고, 드론 안착부(10)에서 이륙하여 제자리 비행하는 드론이 풍력발생기(30)에서 불어오는 풍력에 의해 어느 정도 제자리를 벗어나는지 육안으로 쉽게 판별할 수 있도록 드론 안착부(10)를 중심으로 하여 드론 안착부(10)에서 일정거리 이격되게 동심원을 갖는 복수개의 거리표시부(15)가 일정한 직경을 갖도록 원형으로 바닥면에 표시되거나 설치된다.

복수개가 바닥면에 표시되거나 설치되는 거리표시부(15)는 내외측 직경 사이의 거리가 1M로 설정되어 비행하는 드론이 풍력에 의해 얼마만큼 이동되는지 육안으로 쉽게 판별할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 평가룸(60)의 일측에는 드론의 풍동실험을 통해 드론의 위치가 변동되었는지 여부를 상기 메인컴퓨터(50)를 통해 판별한 후에 적부 여부를 표출하도록 성능평가결과 표출부(65)가 구비되고, 평가룸(60)의 일측 벽면에는 외기가 유입되는 흡입구(62)가 마련되고, 상기 흡입구(62)의 대향측 타측 벽면에는 배기구(62)가 마련되어 풍력발생기(30)에서 발생된 바람이 외부로 빠져나갈 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 평가룸(60)의 내부에 설치되는 풍력발생기(30)는 상기 흡입구(62)측에서 배기구(64)를 향하도록 설치되어 외부에서 흡입구(62)를 통해 유입된 외기가 풍력발생기(30)로 공급되어 드론안착부(10) 상부를 거쳐 반대쪽 배기구(64)를 통해 외부로 자연스럽게 배출될 수 있도록 설치된다.

상기 평가룸(60) 내부에 설치되는 성능평가결과 표출부(65)는 불빛이 점등되는 경광등 형태로 이루어져 드론의 비행상태에서 풍동실험을 거쳐 드론이 기준영역을 벗어난 경우 적색등이 점멸되어 불합격 상태를 표시하도록 하고, 풍동실험을 거쳐 드론안착부 상부영역에서 드론이 비행하는 것으로 판별되면 녹색등이 점멸되도록 하여 합격 상태를 표시하도록 함으로써 드론 조정자 및 관련 참가인들이 드론의 비행성능시험 및 조정시험 결과를 바로 파악할 수 있도록 구성된다.

상기 성능평가결과 표출부(65)는 불빛이 점등되는 경광등 구조 이외에도 음향송출수단을 이용하여 드론의 비행안정성 및 조정시험 결과가 음향으로 출력될 수 있도록 구성될 수도 있다.

도 2에는 상술한 메인컴퓨터(50)의 주요 구성 및 기능에 대한 블럭도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 메인컴퓨터(50)는 설정된 프로그램의 제어를 통해 각부를 제어하는 중앙제어부(51)를 비롯하여 복수개의 드론비행 감지센서(20)와 전기적으로 연결되어 서로 다른 위치에 설치된 복수개의 드론비행감지센서(20)에서 감지된 드론의 위치정보가 실시간으로 수신하는 드론감지센서 신호수신부(52)가 구비되고, 수신된 드론감지신호에 따라 드론의 위치를 파악하여 모니터(58)에 드론의 변동된 위치를 표시하도록 하는 드론위치 판별부(53)가 구비된다.

또한, 상기 메인컴퓨터(50)에는 드론의 비행안정성에 대한 적정여부를 평가하기 위한 드론의 정보를 입력할 수 있는 드론정보입력부(54)와, 입력된 드론정보를 저장하는 드론정보저장부(55)가 구비된 구비된다.

이와 더불어, 상기 드론위치 판별부(53)에서 파악된 드론의 비행 위치 정보를 바탕으로 드론비행의 안정성 여부 또는 조정능력의 적부 여부를 판단할 수 있는 드론비행 적부판단부(56)가 구비되고, 상기 드론비행 적부판단부(56)에서 판단된 드론 비행적정여부 판단 결과는 중앙제어부(51)를 거쳐 평가룸 일측에 설치된 성능평가결과 표출부(65) 및 모니터(58)를 통해 외부로 출력되도록 구성된다.

또한, 상기 메인컴퓨터(50)는 바람을 발생시키는 풍력발생기(30)를 원격으로 제어할 수 있도록 풍력발생기 조절부(59)가 추가로 구성될 수 있으며, 관리자는 드론의 비행 풍동실험시 바람의 세기를 설정된 프로그램 또는 설정된 모드에 따라 손쉽게 조절할 수 있도록 하여 다양한 조건에서 드론의 비행성능시험 및 드론의 조정능력을 평가할 수 있도록 구성될 수 있다.

10 : 드론 안착부 15 : 거리표시부
20 : 드론비행 감지센서 30 : 풍력발생기
40 : 드론조정자 위치부 50 : 메인컴퓨터
51 : 중앙제어부 52 : 드론감지센서 신호수신부
53 : 드론위치 판별부 54 : 드론정보 입력부
55 : 드론정보 저장부 56 : 드론비행 적부판단부
58 : 모니터 59 : 풍력발생 조절부
60 : 평가룸 62 : 흡입구
64 : 배기구 65 : 성능평가결과 표출부
100 : 드론 풍동실험장치

Claims (3)

1. 일정한 크기의 공간을 갖는 사방이 밀폐된 평가룸과, 상기 평가룸의 일측 벽에 외기가 흡입되도록 마련된 흡입구와, 상기 평가룸의 내부 공기가 빠져나가도록 상기 흡입구의 대향측에 마련되는 배기구와, 사용자의 조작 또는 메인컴퓨터에 설치된 제어프로그램을 통해 풍량세기가 설정되어 바람을 일으키도록 상기 평가룸의 일측에 구비되는 복수개의 풍력발생기와, 설정된 프로그램을 통해 드론의 비행안정성 및 드론 조정자의 조정능력을 자동 평가하도록 모니터가 구비된 메인컴퓨터와, 상기 메인컴퓨터의 제어에 따라 합격 또는 불합격 여부가 표출되도록 상기 평가룸의 일측에 구비되는 성능평가결과 표출부와, 상기 평가룸의 바닥면에 일정 크기로 마련되는 드론 안착부;를 포함하되,
   상기 드론 안착부에서 일정거리 이격된 주변에서 원형으로 일정간격 유지되면서 상방을 향하도록 설치되어 일정높이로 비행하는 드론을 감지하여 감지된 드론의 비행위치를 상기 메인컴퓨로 전송하는 복수개의 드론비행 감지센서와,
   상기 드론 안착부에 위치한 드론을 조정자가 조정할 수 있도록 드론 안착부에서 일정거리 이격된 위치에 마련되는 드론조정자 위치부와,
   상기 드론 안착부에서 이륙하여 비행하는 드론이 바람의 영향으로 밀려나는 거리를 파악할 수 있도록 드론 안착부의 주변에 직경을 달리하는 복수개의 원형으로 마련되는 거리표시부;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드론 풍동 실험장치.
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