KR102192152B1 - 양력 보조 부재를 구비한 드론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드론에 관한 것으로서, 특히 드론의 양력을 증가시키기 위한 양력 보조 부재를 구비한 드론 및 그 양력 보조 부재에 관한 것이다.

Description

양력 보조 부재를 구비한 드론 {A Drone with a Lift Assitance Member}

본 발명은 드론에 관한 것으로서, 특히 드론의 양력을 증가시키기 위한 양력 보조 부재를 구비한 드론 및 그 양력 보조 부재에 관한 것이다.

비행기의 날개는 양력를 이용하기 위해 대체로 위쪽이 볼록하고 아래쪽이 평평한 형상을 구비한다. 드론의 프로펠러도 비행기 날개와 비슷하게 위쪽이 볼록하게 디자인되는 것이 일반적이다.

그러나, 소형 드론의 경우에는 프로펠러의 크기 또한 소형이어서 위쪽을 볼록하게 형성하지 못하고 전제적으로 단면이 납작하게 형성되는 것이 일반적이다. 이러한 드론의 경우 양력보다는 반작용력이 더 크게 작용하여 드론이 날 수 있게 된다. 즉, 경사진 프로펠러가 회전하면서 주변의 공기를 아래로 밀어내는 동작에 의해 공기가 프로펠러를 위로 밀어올리는 반작용력이 발생하며 이때 발생한 반작용력이 드론을 위로 상승시키는 것이다.

드론을 상승시키는 힘은 양력과 반작용력이므로, 드론에 양력을 증가시키는 구성을 시도할 필요가 있다. 한국특허공개공보 제10-2017-0130655호는 이러한 목적을 달성하기 위해 드론의 프로펠러 단부를 약 30도 가량 상방으로 꺽어서 프로펠러 회전시 원심력을 발생시켜 양력이 발생에 따른 진동을 감소시키는 구성을 개시하고 있는데, 그 구성이 복잡할 분 아니라 양력 자체를 직접적으로 증가시키는 구성에는 해당되지 않는다.

한국특허공개공보 제10-2017-0130655호 (2017년 11월 29일 공개)

본 발명은 드론의 양력을 증가시키기 위해 양력 보조 부재를 구비한 드론 및 그 양력 보조 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 원반형 양력 보조 부재를 기존의 드론에 적용하여 드론의 양력을 증가시키는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 드론의 양력을 증가시켜 공중에서 드론이 수평 상태를 더 안정하게 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 양력 보조 부재는 드론에 끼워질 수 있도록 드론의 외주 형상에 대응하는 형상의 내홈을 구비하며, 양력을 발생시키기 위한 드론의 총면적 증가에 기여하도록 소정 넓이의 원반 또는 다각형 플레이트의 형상을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 재질에 따라 그에 상응하는 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 양력을 증가시키기 위해 상부면이 하부면보다 길도록 구성된 단면을 구비하여 상부면이 하부면보다 표면적이 넓도록 구성하거나 및/또는 양력을 증가시키기 위해 하방으로 오목하고 상방으로 볼록하게 구성된 단면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 드론의 양력을 증가시키기 위해 양력 보조 부재를 구비한 드론 및 그 양력 보조 부재가 제공된다.

또한 본 발명에 따르면 원반형 양력 보조 부재를 기존의 드론에 적용하여 드론의 양력을 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명은 드론의 양력을 증가시켜 공중에서 드론이 수평 상태를 더 안정하게 유지할 수 있도록 한다.

또한 본 발명의 양력 보조 부재는 드론의 외측을 감싸는 형태로 형성되어 드론을 충격으로부터 보호한다.

또한 본 발명의 양력 보조 부재는 원형의 형태로 공기저항을 최소화하고, 무게가 가벼워 드론의 동작에 거의 무리를 주지 않으며, 넓은 상면 또는 하면의 표면에 다양한 무늬, 캐릭터 등을 추가하여 사용자의 흥미를 제고할 수 있다.

도 1 내지 도 4는 쿼드콥터 드론의 이동원리를 설명하는 도면이다.
도 5는 비행기 익형에 발생하는 힘을 설명하는 도면이다.
도 6은 받음각에 따른 양력계수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양력 보조 부재를 장착한 드론의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양력 보조 부재의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 양력 보조 부재에 발생하는 양력의 설명도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 양력 보조 부재를 장착한 드론의 이동 시에 발생하는 양력 증가 상태의 예시도이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 쿼드콥터 드론의 이동원리를 설명하는 도면이다.

전형적인 쿼드콥터 드론의 경우 4개의 프로펠러가 상호 대칭 위치에 장착되어 드론을 상승시키는 구조이다. 각 프로펠러가 동일 속도로 회전하면 드론은 전후좌우의 방향 이동없이 상승하게 되며, 각 프로펠러의 속도를 고속 또는 저속으로 제어함에 따라 방향 이동이 이루어진다.

도 1에서와 같이, 쿼드콥터 드론의 전방 프로펠러(주: 모든 프로펠러는 대칭형이지만 임의의 일 방향을 헤드방향 또는 전방으로 정하여 설명하기로 함)를 저속회전시키고 후방 프로펠러를 고속회전시키면 드론은 전방으로 이동하게 된다. 이때 도 2에서와 같이, 각 프로펠러에 의해 발생하는 반작용력이 드론을 상승시키는 동시에, 고속회전하는 후방 프로펠러에 의해 발생하는 반작용력이 저속회전하는 전방프로펠러에 의한 반작용력보다 커서 드론을 전방으로 이동시키는 힘이 발생하게 된다.

후진시에는 도 3, 4와 같이 전방 프로펠러를 후방 프로펠러보다 더 고속회전시킴에 의해 후방이동이 이루어진다.

한편, 공기 중에서 이동하는 드론은 양력을 받게되는데, 양력은 일반적으로 유체 내에서 움직이는 물체가 유체의 흐름에 수직하는 방향으로 받는 힘을 의미한다. 도 5에 도시된 바와 같은 비행기 날개의 단면을 익형이라고 하는데 익형으로 된 날개에 발생하는 중력, 추력, 항력, 및 양력이 도시되어 있다.

중력은 비행기의 질량에 의해 지구가 아래로 끌어당기는 힘이며, 추력은 비행기 엔진에 의해 발생되어 비행기를 전방으로 전진시키는 힘이다. 항력은 공기 마찰 등에 이해 비행기의 전진을 방행하는 힘으로서 추력의 반대방향으로 발생하며, 양력은 날개를 지나는 공기의 흐름이 익형에 의해 하방으로 바뀌면서 그 반작용에 의해 상방으로 발생하여 비행기를 띄워주는 힘이다.

비행기의 날개가 받는 바람의 각도를 받음각(angle of attack)이라고 하는데, 이는 공기의 흐름 방향과 날개의 시위선(chord line) 사이의 각도로 정의된다. 비행기는 받음각을 통해 공기의 흐름을 하방으로 변화시키며 이에 대한 반작용으로 날개에는 상방으로의 힘이 작용하는데 이것이 양력이다.

양력을 발생시키는 정도는 양력계수(coefficient of lift)에 의해 표시되며, 도 6은 받음각에 따른 양력계수의 변화를 나타내는 그래프이다.

세로축이 양력계수인데 가로축의 받음각이 커질수록 양력계수가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 받음각의 증가에 따라 날개에서 받는 양력 또한 증가함을 의미한다.

양력 계산식은 아래와 같다.

양력(F)은 양력계수(C), 유체의 밀도(

), 날개 면적(S) 및 유체의 속도(V)의 함수이다. 양력계수는 양력을 받는 물체의 단면 형상과 받음각에 의해 정해지는 값이다.

위 수식에 따르면, 양력은 물체의 받음각에 의존하는 양력계수(C), 날개 면적(S)을 증가시킴에 의해 증가하게 되며, 이는 본 발명에 따른 양력 보조 부재의 물리적 근거가 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양력 보조 부재를 장착한 드론의 구성도이며, 도 7의 양력 보조 부재의 구성도이다.

도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 양력 보조 부재는 원반 형상으로서 드론에 끼워질 수 있도록 드론의 외주 형상에 대응하는 형상의 홈을 구비하도록 구성된다.

도 7과 도8에서는 양력 보조 부재의 외주가 원형으로 도시되었지만, 양력 보조 부재의 외형과 두께, 단면의 평단도 등은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 육각형, 팔각형과 같이 삼각 이상의 다각을 구비한 다각형의 형태로 구현될 수 있으며, 재질이 가벼운 경우 보다 양력을 더 발생시킬 수 있도록 두께 조정이 가능하다. 한편, 양력이 최대화되도록 익형을 구비할 수도 있으며 이 때에는 각 부위별로 두께 및 외곽선의 변경이 필요하며, 이러한 변경은 당업자에게 의해 다양하게 이루어질 수 있을 것이다.

또한, 양력을 증가시키기 위해 비행기의 익형을 따라 상부면이 하부면보다 길도록 구성된 단면을 구비하여 상부면이 하부면보다 표면적이 넓도록 구성하거나, 하방으로 오목하고 상방으로 볼록하게 구성된 단면을 구비하는 것도 바람직하다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 양력 보조 부재에 발생하는 양력의 설명도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 비행 중에 이동하는 드론에 의해 양력 보조 부재의 받음각이 형성되고 이에 따라 공기의 흐름에 수직하는 방향 즉, 상방으로 양력이 발생하게 된다. 양력 보조 부재로 인해서 드론 전체의 날개 면적(S)이 증가하는 동시에, 받음각에 따른 양력의 증가또한 양력 보조 부재의 면적만큼 증가하게 되는 효과가 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 양력 보조 부재를 장착한 드론의 이동 시에 발생하는 양력 증가 상태의 예시도이다.

양력 보조 부재 양단 간의 길이를 D 라 할때, 양력 보조 부재 장착 전에 비해서 2*△d 만큼의 길이 증가 및 이에 따른 날개 면적의 증가가 양력 보조 부재로 인해 이루어진다.

이러한 상태에서, 양력 보조 부재는 가벼운 재질로 형성되어 드론의 동작에 거의 무리를 주지 않으며, 보다 안정적인 비행 성능을 제공하고, 아울러 넓은 상면 또는 하면의 표면에 다양한 무늬, 캐릭터 등을 추가하여 사용자의 흥미를 제고할 수 있다.

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 드론에 끼워질 수 있도록 드론의 외주 형상에 대응하는 형상의 내홈을 구비하며, 상기 드론이 상기 내홈에 끼워진 상태로 결합되어 비행하는 경우, 양력 발생 면적이 증가하도록 소정 넓이의 원반 또는 다각형 플레이트의 형상을 갖도록 구비되고,
   양력을 증가시키기 위해 상기 드론의 비행 상태를 기준으로 상방으로 볼록한 상부면이 하방으로 오목한 하부면보다 표면적이 넓은 것을 특징으로 하는, 양력 보조 부재.
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5. 청구항 1의 양력 보조 부재를 장착한 드론.

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