KR102217798B1 - 고속 하향 날갯짓 비행장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 비행장치는, 구동원에 의해 동체에 대한 상대운동을 하여 부양력을 발생시키는 날개를 상기 동체에 좌측과 우측에 각각 1개 이상 가지는 비행장치에 있어서,
상기 동체의 좌측과 우측에는, 상기 구동원에서 구동력을 전달받는 공전크랭크기구가 각각 1개 이상 구비되고,
상기 크랭크기구에는, 동체의 앞뒤 방향으로 뻗은 크랭크축과, 크랭크핀 및, 크랭크암이 구비되고,
상기 크랭크핀은 하강할 때에 동체에서 가장 가까운 지점을 통과하는 회전방향으로 공전하며,
상기 동체에는, 각 날개의 날갯짓 운동의 회전축 역할을 하는 날갯짓회동축이 1개 이상 구비되고,
각 상기 날개는, 외측 말단부위는 자유단 상태이며, 내측 말단부위는 상기 날갯짓회동축에 제자리회전이 가능한 방식으로 힌지결합되며, 상기 날개의 외측말단부와 내측말단부 사이의 일부 구간에는 길이가 상기 크랭크핀의 공전 지름보다 약간 길고, 높이는 상기 크랭크핀의 지름보다 약간 높은 관통공간 형상의 슬릿형개구부가, 날개의 좌우 폭 방향을 따라 구비되고,
상기 크랭크핀은, 상기 날개의 슬릿형개구부에 삽입되어 롤러결합 방식으로 결합되어 있어서,
상기 크랭크기구의 크랭크핀이 공전운동을 하면, 상기 크랭크핀이 일정한 회전속도로 공전하더라도, 하강 방향으로 공전할 때에는, 상기 날개가 빠른 속도로 하향 날갯짓을 하게 되고, 상승 방향으로 공전할 때에는, 상기 날개가 상대적으로 느린 속도로 상향 날갯짓을 하게 됨으로써, 상기 크랭크핀이 일정한 속도로 히전하더라도 상향과 하향 날갯짓의 속도차에 의하여 동체 부양력이 생성되는 것을 특징으로 한다

Description

고속 하향 날갯짓 비행장치{Ornithopter with very fast down stroke}

본 발명은 새나 곤충처럼 양쪽 날개를 위아래로 저어주는 날갯짓(flapping) 비행장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는, 날개가 상승할 때보다 날개가 하강할 때에, 날개의 폭이 더 넓어지고 날갯짓의 속도도 더 빨라지게 되는 날갯짓 장치의 구조와 운동 메커니즘에 의해 동체 부양력이 효과적으로 생성되고, 글라이딩 상황에서는 양쪽 날개가 넓게 펼쳐지는 유인 또는 무인 비행장치에 관한 것이다.

본 발명인/출원인은 특허 등록번호 10-1845748(2018.03.30)로, 날개가 하강할 때의 날개폭(wingspan)이 상승할 때의 날개폭보다 커지는 날갯짓 방식에 의해 부양력이 생성되는, "날개폭이 변하는 날갯짓 비행장치"에 대한 특허를 취득하였다.

상기 비행장치는, 구동원에 의해 동체에 대한 상대운동을 하여 부양력을 발생시키는 날개를 상기 동체의 좌측과 우측에 각각 1개 이상 가지는 비행장치에 있어서, 상기 동체의 좌측과 우측에는 상기 구동원에서 구동력을 전달받는 크랭크 기구와 날개가 각각 1개 이상씩 구비되고, 각 상기 크랭크기구에는, 상기 동체의 앞뒤 방향으로 뻗은 크랭크축과, 상기 크랭크축을 중심으로 공전하는 크랭크핀과, 상기 크랭크축과 상기 크랭크핀을 연결해주는 크랭크암이 구비되고, 각 상기 크랭크핀은, 상기 크랭크암의 길이에 의해 정해지는 공전궤도를 따라, 상기 크랭크핀이 하강할 때에 상기 동체에서 가장 멀리 떨어진 지점을 통과하는 회전방향으로 공전하며, 상기 동체의 좌측과 우측에는, 상기 날갯짓의 중심축 역할을 하는 날갯짓회동축이 각각 1개 이상 구비되고, 각 상기 크랭크기구에는, 상기 크랭크핀과 상기 날개를 접속시켜주는 날개크랭크접속부가 구비되고,

상기 날개는 날개크랭크접속부에 접합된 힌지외측날개와 날개짓운동축에 접합된 힌지내측날개 및 상기 힌지외측날개와 힌지내측날개를 접속시켜주는 힌지결합부로 구성되고,

상기 날개크랭크접속부와 상기 날갯짓회동축 사이의 직선거리가, 상기 힌지외측날개와 상기 힌지내측날개 상호간 상기 힌지결합부을 중심축으로 하는 상대회동에 의한 상기 크랭크핀의 공전궤도 상 위치변화에 따라 증감될 수 있는 구조로 형성되어 있어서,

상기 구동원에서 구동력을 전달받는 상기 크랭크핀의 공전운동에 따라, 상기 날개가 상기 날갯짓회동축을 중심축으로 회동하는 하향날갯짓을 할 때에는 날개폭이 점점 더 길어지다가 최대 점을 지나면서 다시 점점 짧아지게 되고, 상향 날갯짓을 할 때에는 날개폭이 점점 더 짧아지다가 최소 점을 지나면서 다시 점점 길어지게 되는 것을 특징으로 한다.

특허등록 10-1845748 (날개폭이 변하는 날갯짓 비행장치)

본 발명인/출원인이 개발한 상기 날개폭이 변하는 날갯짓 비행장치의 기술적 검토와 시뮬레이션 과정에서 제기된 해결과제는 다음과 같다.

1. 하향보다 상향 날갯짓 속도가 빠르므로, 날갯짓의 부양력 생성 효율이 낮다.

왜냐하면, 날개가 하향 날갯짓을 하는 때에는 상기 날개크랭크접속부와 상기 힌지결합부가 모두 아래쪽으로 이동하므로 날갯짓의 상하 방향 각속도가 상대적으로 작고, 상행 날갯짓을 하는 때에는, 상기 날개크랭크접속부는 위쪽으로 이동하고 상기 힌지결합점은 아래쪽으로 이동하므로 날갯짓의 상하 방향 각속도가 상대적으로 크기 때문이다.

2. 구동력 전달 장치가 크고 무거우며, 비행 방향의 공기저항도 과다하다.

왜냐하면, 상기 동체의 좌측 크랭크기구와 우측 크랭크기구 사이 구간에 상기 힌지내측날개, 힌지결합부, 힌지외측날개의 일부 및 날개크랭크접속부가 모두 배치되어 있는 상태에서 서로 상대운동을 해야 하므로, 상기 동체 좌측과 우측 크랭크기구들 간의 간격이 매우 커질 수밖에 없는 구조이기 때문이다. 이에 따라, 상기 동체 좌측과 우측의 크랭크핀들이 서로 같은 각속도로 반대 방향으로 공전하여야 양쪽 날개가 서로 대칭을 이루며 균형 있게 날갯짓을 할 수 있으나, 이를 위해서는 상기 동체 좌측과 우측의 크랭크핀들 사이의 넓은 간격 내에, 치아 맞물림에 의해 연동되며 동력전달과 변속 기능을 하는 소형과 대형 기어들이 다수 개 배치되어야 하므로, 구동력전달장치를 구성하는 기어들의 크기와 중량 및 비행 방향 공기저항이 매우 커지게 된다.

상기 과제들을 해결하기 위한, 본 발명의 날갯짓 비행장치는, 1개 이상의 구동원에 의해 동체에 대한 상대운동을 하여 부양력을 발생시키는 날개를 상기 동체에 좌측과 우측에 각각 1개 이상씩 가지는 비행장치에 있어서,

상기 동체의 좌측과 우측에는, 상기 구동원에서 구동력을 전달받는 크랭크기구와 날개가 각각 1개 이상씩 구비되고,

각 상기 크랭크기구에는, 상기 동체의 앞뒤 방향으로 뻗은 크랭크축과, 상기 크랭크축을 중심으로 공전하는 크랭크핀과, 상기 크랭크축과 상기 크랭크핀을 연결해 주는 크랭크암이 구비되고,

각 상기 크랭크핀은, 상기 크랭크암의 길이에 의해 정해지는 공전궤도를 따라, 상기 크랭크핀이 하강할 때에 상기 동체에서 가장 가까운 지점을 통과하는 회전 방향으로 공전하며,

상기 동체에는, 상기 날개들이 날갯짓 운동을 할 때 회전축 역할을 하는 날갯짓회동축이 1개 이상 구비되고,

각 상기 날개는, 외측말단부(wing tip)은 자유단 상태이며, 내측말단부(날개죽지)는 상기 날갯짓회동축에 제자리회전이 가능한 방식으로 힌지결합 되며, 상기 날개의 외측말단부와 내측말단부 사이의 일부 구간에는 길이가 상기 크랭크핀의 공전 지름보다 약간 길고, 높이는 상기 크랭크핀의 지름보다 약간 높은 관통공간 형상의 슬릿형개구부가, 날개의 좌우 폭 방향을 따라 구비되고,

상기 크랭크핀은, 상기 날개의 슬릿형개구부에 삽입되어 상기 슬릿형개구부의 길이 방향을 따라 구르거나 미끄러지며 왕복할 수 있는 방식으로 상기 날개와 롤러결합 되어있어서,

상기 크랭크핀이 상기 구동원의 구동력을 전달받아서 공전운동을 하면, 상기 크랭크핀이 상기 슬릿형개구부를 밀어 올렸다 내렸다 하는 운동을 반복하기 때문에, 상기 날개가 상하 방향으로 오르내리는 날갯짓 운동을 하게 되는데,

상기 크랭크핀과 상기 날갯짓회동축 사이의 거리가, 상기 크랭크핀이 하강 방향으로 공전할 때에는 상기 날개의 폭에 비해서 짧아지고, 상기 크랭크핀이 상승 방향으로 공전할 때에는 상기 날개의 폭에 비해서 길어지기 때문에,

상기 크랭크핀이 일정한 회전속도로 공전하더라도, 상기 크랭크핀이 하강 방향으로 공전할 때에는, 상기 날개가 상대적으로 빠른 각속도로 하향 날갯짓을 하게 되고, 상기 크랭크핀이 상승 방향으로 공전할 때에는, 상기 날개가 상대적으로 느린 각속도로 상향 날갯짓을 하게 되는 것을 기본적 특징으로 한다.

한편, 상기 날개짓회동축은 상기 동체의 중심축을 기준으로 좌측과 우측에 각각 1개씩 구비되고, 상기 날갯짓회동축에 제자리회전이 가능한 방식으로 힌지결합 되는 상기 날개의 내측말단부에는 날갯짓회동축기어가 설치되며, 상기 좌측날개의 날갯짓회동축기어와 우측날개의 날갯짓회동축기어는 서로 맛물려서 반대방향으로 회전하는 크기와 형상을 구비하는 것이 바람직하다.

왜냐하면 상기 좌측 날갯짓회동축기어와 우측 날갯짓회동축기어가 서로 맞물려서 회전하면, 동체 양쪽에 위치한 1쌍의 날개가 서로 정확하게 면대칭을 이루며 균형 있게 날갯짓을 할 수 있기 때문이다.
한편, 상기 비행장치에는 스프링부재의 탄성력을 이용하여 상기 좌측 날개와 우측 날개의 하향 날갯짓에 회전력을 강화시켜주는 하향날갯짓강화장치가 구비될 수 있는데,

상기 하향날갯짓강화장치는, 상기 동체의 좌측과 우측 날개들에서 각각 아래쪽으로 돌출된 형상인 날갯짓모멘트팔 및, 각 상기 날개나 각 상기 날갯짓모멘트팔을 하향 날갯짓 방향으로 잡아당기는 스프링부재 등으로 구성되어, 상향 날갯짓 방향의 날개 회전력은 감소시키고, 하향 날갯짓 방향의 날개 회전력은 증가시켜 준다.

또한, 상기 비행장치에는 스프링부재의 탄성력을 이용하여, 상하 방향 날갯짓 과정에서 극복해야 하는 관성저항에 의한 에너지손실 문제를 해소시켜 주는 날갯짓효율증강장치가 구비될 수도 있는데,

상기 날갯짓효율증강장치는, 상기 동체의 좌측과 우측 날개들에서 각각 위쪽으로 돌출된 형상인 날개상부모멘트팔과 아래쪽으로 돌출된 형상인 날개하부모멘트팔 및, 좌우 1쌍의 상기 각 날개상부모멘트팔을 서로 연결하여 신축 탄성력을 제공하는 날개상부스프링부재와, 1쌍의 상기 각 날개하부모메트팔을 서로 연결하여 신축 탄성력을 제공하는 날개하부스프링부재 등으로 구성되어, 날갯짓의 상사점 또는 하사점에 접근할 때는 운동에너지가 위치에너지로 전환되고, 날개가 좌우로 넓게 펼쳐지는 상기 상사점과 하사점의 중간 위치에서는 탄성 위치에너지가 운동에너지로 전환되어 날개짓의 에너지효율을 높여준다.

한편 상기 날갯짓효율증강장치는 동체 좌측날개와 동체 우측날개의 연결부위가 휨변형이 발생할 수 있는 고탄성의 판재로 형성되어 있어서, 양쪽 날개의 중앙부위의 탄성적 휨변형과 복원력에 의해 탄성위치에너지와 운동에너지간의 에너지변환이 이루어지도록 하는 것도 가능하다.

한편, 상기 비행장치에 넓은 수평면적을 갖는 꼬리날개를 설치하면, 날갯짓에 따른 비행장치 동체의 오르내림이 꼬리날개를 위아래도 부채처럼 흔들어 주기 때문에, 날갯짓에 의한 비행장치 동체의 상하방향 기울어짐과 요동이 대폭 감소할 뿐만 아니라, 공기를 부채처럼 뒤쪽으로 밀어내기 때문에 전방 추진력과 동체 부양력도 증가된다.

한편, 각 상기 날개는 상기 동체의 앞뒤 방향으로 뻗은 외측날개회동축 및 상기 외측날개회동축를 중심으로 서로 상대 회동이 가능한 힌지내측날개와 힌지외측날개로 구성될 수 있으며, 상기 동체와 상기 날개 사이에는 상기 힌지외측날개가 상기 힌지내측날개보다 빠른 각속도로 날갯짓하도록 회전력을 증강해주는 외측날갯짓증속장치가 구비될 수 있는데,

상기 외측날갯짓증속장치는, 상기 힌지외측날개에서 아래쪽으로 돌출된 형상의 외측날개모메트팔, 상기 날갯짓회동축의 위쪽에 위치하며 상기 동체의 앞뒤 방향으로 뻗은 신축력전달재회동축 및, 상기 외측날개모멘트팔의 외측 말단부와 상기 신축력전달재회동축을 연결하며 날갯짓에 따른 신축력 변화를 전달해 주는 신축력전달재로 구성되어 있고, 상기 슬롯형개구부는 상기 힌지내측날개에 구비되어 있어서,

상기 크랭크기구의 크랭크핀이 공전운동을 함에 따라 상기 힌지내측날개가 하향날갯짓을 할 때는, 상기 신축력전달재회동축과 상기 외측날개회동축 사이의 거리가 점점 멀어지면서, 상기 신축력전달재가 상기 외측날개모멘트팔의 외측 말단부를 잡아당기는 힘이 발생하기 때문에, 상기 힌지외측날개가 상기 외측날개회동축을 중심으로 아래쪽으로 회전하게 되며, 이에 따라 힌지외측날개가 힌지내측날개보다 빠른 각속도로 하향날갯짓을 하게 된다.

여기서, 상기 신축력전달재로 줄이나 끈처럼 잘 휘어지는 소재를 사용하는 경우에는, 상기 힌지외측날개에 상향날갯짓 방향으로 회전력을 제공할 수 있는 토션스프링을 상기 외측날개회동축 주위에 설치하여야 상향 날갯짓을 할 때 날개의 폭이 넓게 펼쳐질 수 있다.

한편, 상기 날개는 동체의 앞뒤 방향을 따라 2개 이상 설치될 수도 있으며, 상기 2개 이상의 날개들이 하나의 크랭크기구를 공유할 때는, 앞뒤 쪽에 있는 각 날개의 날갯짓을 유발하는 각 크랭크핀 상호 간 공전위상 차이가 일정한 간격(예, 앞뒤로 2쌍의 날개일 때는 크랭크핀 간 공전위상 차이가 180도, 3쌍일 때는 120도)이 되도록, 크랭크기구의 형상을 구성하는 것이 바람직하다.

1. 상향 날갯짓보다 빠른 하향 날갯짓으로, 부양력이 효과적으로 생성된다.

왜냐하면, 상기 날갯짓회동축과 상기 크랭크핀 사이의 거리가, 하향 날갯짓을 할 때는 상대적으로 짧고, 상향 날갯짓을 할 때는 상대적으로 길기 때문에, 상기 크랭크핀의 공전 속도가 일정하더라도, 하향 날갯짓의 각속도가 상향 날갯짓의 각속도보다 빠르며, 날갯짓에 의한 부양력은 날갯짓 각속도의 제곱에 비례하여 커지기 때문이다.

2. 하향날갯짓강화장치의 스프링부재의 탄성력이 에너지효율을 증가시켜 준다.

상기 크랭크장치의 크랭크핀과 상기 날갯짓회동축 사이의 거리가 하향 날갯짓 때는 최소거리(L₁), 상향 날갯짓 때는 최대거리(L₂)가 발생하므로, 지렛대 원리에 의하면, 하향 날갯짓에 소요되는 구동력(Torque)은 상향 날갯짓에 요구되는 구동력의 (L₂)/(L₁) 배가 된다.

이에 더하여, 하향 날갯짓 속도가 상향 날갯짓 속도보다 빠르고, 공기저항은 날갯짓 속도의 제곱에 비례하기 때문에, 하향 날갯짓에 소요되는 구동력(Torque)이 상향 날갯짓에 소요되는 구동력보다 훨씬 크다.

따라서 상기 스프링부재의 탄성력을 이용하여 하향 날갯짓 방향의 소요 구동력을 감소시키고, 상향 날갯짓 방향의 소요 구동력을 증가시키면, 상기 구동원이 제공해야 하는 소요 구동력의 크기가 상대적으로 균등해지므로, 날갯짓의 에너지효율이 대폭 증가하며, 소요 구동력의 최대치도 작아진다.

3. 날갯짓효율증강장치의 스프링부재의 탄성력이 에너지효율을 증가시켜 준다.

상기 날갯짓효율증강장치가 구비되면, 상기 날개가 날갯짓 과정에서 상사점이나 하사점에 접근할 때에는 날갯짓의 운동에너지가 탄성 위치에너지로 전환되고, 상기 날개가 수평 방향으로 펼쳐질 때에는, 상기 탄성 위치에너지가 날갯짓의 운동에너지로 전환됨으로써, 날갯짓의 방향이 주기적으로 전환되더라도 관성저항에 의한 에너지 손실이 발생치 않으므로, 날갯짓의 에너지효율이 비약적으로 증가할 수 있다.

그러므로, 상기의 하향날갯짓강화장치와 상기 날갯짓효율증강장치를 적절히 조합하여, 상기 날개상부스프랑장치와 날개하부스프링장치의 상대적 설치 위치나 탄성계수를 최적의 상태로 조정하면, 관성저항의 극복에 의한 에너지효율 제고 효과와 하향날갯짓 강화 효과를 모두 극대화하는 것이 가능하다.

4. 구동력전달장치가 작고 가벼워지며, 비행 방향의 공기저항도 줄어든다.

왜냐하면, 상기 동체의 좌측과 우측의 크랭크핀들이 서로 인접하게 설치될 수 있어서, 상기 날개폭이 변하는 날갯짓 비행장치(특허등록 10-1845748)에 비해, 상기 동체 좌측과 우측의 크랭크핀들이 같은 각속도로 반대 방향으로 공전할 수 있도록 치아 맞물림 회전하는 상기 구동력전달기어들을 작고 가볍게 만들 수 있기 때문이다. 또한, 소요 구동력의 최대치가 줄어든 만큼 소요 구동원의 크기와 무게도 작아진다.

5. 비행장치가 글라이딩 할 때, 양쪽 날개가 외측으로 넓게 펼쳐질 수 있다.

하향날갯짓강화장치가 설치되지 않은 비행장치가 글라이딩을 할 때는, 날개의 하부에 가해지는 상향 공기압에 의해, 날개 끝단 쪽이 다소 위쪽으로 향한 모습으로 날개가 넓게 펼쳐진다.

이에 더하며, 하향 날갯짓 방향으로 회전력을 강화해주는 하향날갯짓강화장치나, 날갯짓효율증강장치를 설치되면, 상기 날개가 더욱 넓게 펼쳐져서 보다 에너지 효율적으로 글라이딩을 하게 된다.

6. 외측날갯짓증속장치을 이용한 날갯짓 증속이 부양력을 더욱 강화한다.

왜냐하면, 힌지외측날개가 힌지내측날개와 같은 각속도로 내려가면, 날개 하부의 공기가 날개의 측면방향으로 쉽게 새어나가지만, 힌지외측날개가 힌지내측날개보다 빠른 각속도로 내려가면, 날개의 측면으로 새어나가는 공기량이 줄면서 날개의 하부로 밀려 내려가는 공기량이 증가하면서 부양력 생성의 효율이 향상된다.

또한, 날갯짓 궤적의 상단과 하단 사이의 고저각도 더 커지며, 날갯짓 각속도도 더 빨라지므로 부양력 생성의 에너지효율이 극대화된다.

7. 앞뒤의 날개 쌍들이 상호 일정한 시간 간격으로 하향 날갯짓하면, 동체의 상하요동은 줄고, 전방 추진력이 생성되며, 날갯짓의 에너지효율이 향상될 수 있다.

앞뒤의 날개 쌍들의 날갯짓을 유발하며, 하나의 크랭크기구를 구성하는 앞뒤의 크랭크핀들 상호 간의 공전 위상 차이가 일정한 경우, 상기 크랭크기구에는 상기 날개 쌍의 개수와 동일한 주파수로 날갯짓에 의한 부하의 증감 파동이 중첩되므로, 상기 하향날갯짓강화장치를 별도로 설치하지 않더라도, 상기 구동원이 제공해야 하는 구동력의 크기가 상대적으로 균등해지며 소요 구동력의 최대치도 작아지므로, 동체의 상하방향 요동이 줄어들고, 날갯짓의 에너지효율이 향상된다.

또한, 앞쪽의 날개가 하향 또는 상향 날갯짓을 하며 공기를 뒤쪽으로 밀어낸 후에, 뒤쪽 날개가 물결치듯이 빠르게 접근하며 연속적으로 공기를 뒤로 밀어내기 때문에, 뒤쪽으로 밀려 나가는 공기가 점점 가속되기 때문에 전방 추진력이 효과적으로 생성된다.

도 1은, 본 발명인이 특허를 취득한 인용발명인 "날개폭이 변하는 날갯짓 비행장치"의 사시도이다.
도 2는, 도 1의 비행장치에 있어서, 날갯짓 운동의 메커니즘과 순서의 개요를 나타내는 정면도이다.
도 3은 동체의 뒤쪽에 1개의 구동원과 구동력전달장치가 구비된 형상인, 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 4는, 도 3의 실시 예의 비행장치를 위쪽에서 바라본 평면도이다.
도 5는, 도 3의 실시 예의 비행장치의 구동력전달장치 및 하향날갯짓강화장치의 형상과 기능을 보여주는 개요도이다.
도 6은, 도 3의 비행장치에 있어서, 크랭크핀의 공전 위치에 따른 날갯짓 운동의 메커니즘과 순서의 개요를 보여주는 정면도이다.
도 7은, 스프링부재의 신축 탄성력을 이용하는 하향날갯짓강화장치가 설치된, 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 8은, 스프링부재의 코일링 탄성력을 이용하는 하향날갯짓강화장치가 설치된, 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 9는, 공전 위상차가 180도인 2개의 크랭크핀을 갖는 크랭크기구 1개에 의해 앞뒤의 날개가 번갈아 하향 날갯짓하는 본 발명의 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 10은, 공전 위상차가 90도인 4개의 크랭크핀을 갖는 크랭크기구 2개에 의해 앞뒤의 날개들이 물결치듯이 날갯짓하는 본 발명의 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 11은, 앞쪽 동체와 뒤쪽의 동체가 동체 중심축을 기준으로 상대 회동이 가능하게 결합된 형상 등을 보여주는, 도 10의 비행장치를 측면에서 바라본 예시도이다.
도12는, 날개가 힌지외측날개와 힌지내측날개로 구성되고, 외측날갯짓증속장치가 설치된, 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 13은, 도 11의 비행장치에 있어서, 크랭크핀의 공전 위치에 따른 날갯짓 운동의 메커니즘과 순서의 개요를 나타내는 정면도이다.
도 14는, 휘어지는 재질의 신축력전달재, 외측날개회동축을 감은 코일링스프링 및 바벨기어와 체인을 이용한 동력전달장치 등을 보여주는, 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 15는, 본 발명에 의한 비행장치에 있어서, 크랭크핀의 공전속도와 공전위상의 변화에 따른 날개 끝단 부위의 날갯짓 속도 변화를 보여주는, 예시도이다.
도 16은, 코일스프링부재의 신축 탄성력을 이용하는 날갯짓효율증강장치가 설치된, 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 17은 둥근 토션스프링의 굽힘 탄력성을 이용하는, 날갯짓효율증강장치가 설치된, 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 18은, 도 16의 비행장치에 있어서, 크랭크핀의 공전 위치에 따른 날갯짓 운동과 코일스프링 신축의 메커니즘과 순서의 개요를 나타내는 정면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 동일구성에 의해 동일기능을 가지는 <비행장치의 형상 및 구성>부분은, 도면이 달라지더라도 동일부호를 유지함으로써, 그 상세한 설명을 생략하는 경우가 있다.

<비행장치의 형상 및 구성>

본 발명의 비행장치(1)는, 도 3등에 도시된 바와 같이, 구동원(3)에 의해 동체(2)에 대한 상대운동을 하여 부양력을 발생시키는 날개(6)를 상기 동체의 좌측과 우측에 각각 1개 이상씩 가지는 비행장치이다.

상기 동체(2)는, 상기 구동원(3) 및 상기 날개(6)가 설치되는 부재이다.

상기 동체(2)의 좌측과 우측에는, 상기 구동원(3)에서 구동력을 전달받는 크랭크기구(5)와 날개(6)가 각각 1개 이상씩 구비되고,

각 상기 크랭크기구(5)에는, 상기 동체(2)의 앞뒤 방향으로 뻗은 크랭크축(51)과, 상기 크랭크축을 중심으로 공전하는 크랭크핀(53)과, 상기 크랭크축과 상기 크랭크핀을 연결해 주는 크랭크암(52)이 구비되어 있다.

각 상기 크랭크핀(53)은, 크랭크암(52)의 길이에 의해 정해지는 공전궤도를 따라, 상기 크랭크핀(53)이 하강할 때에 상기 동체(2)에서 가장 가까운 지점을 통과하는 회전 방향으로 공전하며, 상기 동체(2)에는, 상기 각 날개(6)들이 날갯짓 운동을 할 때 회전축 역할을 하는 날갯짓회동축(21)이 1개 이상 구비되어 있다.

각 상기 날개(6)는, 외측말단부(wing tip)은 자유단 상태이며, 내측말단부(날갯죽지)는 상기 날갯짓회동축(21)에 제자리회전이 가능한 방식으로 힌지결합 되며, 상기 날개의 외측말단부와 내측말단부 사이의 일부 구간에는 길이가 상기 크랭크핀(53)의 공전지름보다 약간 길고, 높이는 상기 크랭크핀(53)의 지름보다 약간 높은 관통공간 형상인 슬릿형개구부(61)가 상기 날개(6)의 폭 방향을 따라 구비되어 있으며,

상기 크랭크핀(53)은, 상기 날개(6)의 슬릿형개구부(61)에 삽입되어, 상기 슬릿형개구부(61)의 길이 방향을 따라 미끄러지거나 굴러가며 왕복운동 할 수 있는 방식으로 상기 날개(6)와 롤러결합 되어있다.

그러므로 상기 크랭크기구(5)의 크랭크핀(53)이 상기 구동원(3)의 구동력을 전달받아서 공전운동을 하면, 상기 크랭크핀(53)이 상기 슬릿형개구부(61)를 밀어 올렸다 내렸다 하는 운동을 반복하기 때문에, 상기 날개가 상하 방향으로 오르내리는 날갯짓 운동을 하게 되는데,

상기 크랭크핀(53)과 상기 날갯짓회동축(21) 사이의 거리가, 상기 크랭크핀(53)이 하강 방향으로 공전할 때에는 상기 날개(6)의 폭에 비해서 짧고, 상기 크랭크핀(53)이 상승 방향으로 공전할 때에는, 상기 날개(6)의 폭에 비해서 길기 때문에,

상기 크랭크핀(53)이, 일정한 각속도로 공전하더라도, 하강 방향으로 공전할 때에는 상기 날개(6)가 상대적으로 빠른 각속도로 하향 날갯짓을 하게 되고, 상승 방향으로 공전할 때에는, 상기 날개(6)가 상대적으로 느린 각속도로 상향 날갯짓하게 된다.

한편, 양쪽 날개(6) 사이에는 상기 구동원(3)의 구동력을 상기 크랭크기구(5)들에 전달하는 구동력전달기어(41)들을 포함하는 구동력전달장치(4)가 구비될 수 있는데,

상기 구동력전달기어(41)들은, 도 5에 도시된 예시처럼 동체(2) 좌측의 1개 이상의 구동력전달기어(41)와 동체(2) 우측의 1개 이상의 구동력전달기어(41)가 서로 동일한 기어비로 치아 맞물림 회전함으로써, 상기 동체(2) 좌측의 크랭크핀(53)과 상기 동체(2) 우측의 크랭크핀(53)이 동일한 각속도를 유지하며 서로 반대 방향으로 공전하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한, 상기 구동력전달장치(4)에는 도10이나 도14의 예시도에서 보는 바와 같이 체인이나 벨트가 포함될 수도 있다.

한편, 날갯짓에 대한 공기의 저항력은 날갯짓 속도의 제곱에 비례하기 때문에, 하향 날갯짓 방향의 회전력은 증가시켜 주고, 상향 날갯짓 방향의 회전력은 감소시켜 주는 하향날갯짓강화장치(7)를 설치하는 것이 구동원(3)의 에너지효율 제고 측면에서 바람직하며, 다음과 같은 다양한 방식의 하향날갯짓강화장치(7)가 구현될 수 있다.

도 3과 도5에 예시된 방식은, 상기 동체(2) 좌측의 날개(6)와 동체(2) 우측의 날개(6)의 하부에 각각 아래쪽으로 돌출된 날갯짓모멘트팔(71)가 형성되고, 상기 동체 좌측의 날갯짓모멘트팔(71)와 우측의 날갯짓모멘트팔(71)이 인장스프링(721)에 의해 서로 연결되어 있어서, 상기 좌측과 우측의 날갯짓모멘트팔(71)들을 중앙 쪽으로 당겨주는 탄성 복원력을 제공함으로써, 하향 날갯짓 방향으로 회전력을 강화해준다.

도 7에 예시된 방식은, 상기 동체(2) 좌측의 날개(6)와 동체 우측의 날개(6)를 모두 아래쪽으로 당겨주는 인장스프링(721)이 상기 날개(6)와 상기 동체(2) 사이에 설치되어, 하향 날갯짓 방향으로 회전력을 강화해준다.

도 8에 예시된 방식은, 날갯짓회동축(21) 주위에 코일링된 토션스프링(722)이 설치되어, 상기 날개에 하향날갯짓 방향으로 회전력을 제공해 준다.

한편 각 상기 날개(6)는, 도 12와 도13 등에 도시된 바와 같이, 동체의 앞뒤 방향으로 뻗은 외측날개회동축(81) 및 상기 외측날개회동축(81)를 중심으로 서로 상대회동이 가능한 힌지내측날개(62)와 힌지외측날개(63)로 구성될 수 있으며, 상기 동체(2)와 상기 날개(6) 사이에는 상기 힌지외측날개(63)가 힌지내측날개(62)보다 빠른 각속도로 날갯짓하도록 회전력을 증강해주는 외측날갯짓증속장치(8)가 구비될 수 있는데,

상기 외측날갯짓증속장치(8)는, 힌지외측날개(63)에서 아래쪽으로 돌출된 형상의 외측날개모메트팔(82), 상기 날갯짓회동축(21)의 위쪽에 위치하면서 상기 동체의 앞뒤방향으로 뻗은 신축력전달재회동축(84) 및, 상기 외측날개모멘트팔(82)의 외측 말단부와 상기 신축력전달재회동축(84)을 연결하며 날갯짓에 따른 신축력 변화를 전달해 주는 신축력전달재(83)로 구성되어 있고, 상기 슬롯형개구부(61)은 힌지내측날개(62)에 구비되어 있어서,

상기 크랭크핀(53)의 공전운동에 따라 상기 힌지내측날개(62)가 하향 날갯짓을 할 때는, 상기 신축력전달재회동축(84)과 상기 외측날개회동축(81) 간의 거리가 점점 멀어지면서, 상기 신축력전달재(83)가 상기 외측날개모멘트팔(82)의 외측 말단부를 잡아당기는 힘이 발생하기 때문에, 도 13에 도시된 예시처럼, 상기 힌지외측날개(63)가 상기 외측날개회동축(81)을 중심으로 아래쪽으로 회전하게 되며, 이에 따라 힌지외측날개(63)가 힌지내측날개(62)보다 빠른 각속도로 하향날갯짓을 하게 된다.

여기서, 상기 신축력전달재(83)로 줄이나 끈처럼 잘 휘어지는 소재를 사용하는 경우에는, 신축력전달재(83)가 외측날개모멘트팔(82)를 당기는 힘은 제공할 수 있으나 미는 힘은 제공할 수 없으므로, 도 14에 도시된 예시도와 같이, 상기 힌지외측날개(63)에 상향날갯짓 방향으로 회전력을 제공할 수 있는 토션스프링(85)을 상기 외측날개회동축(81) 주위에 설치하고, 힌지내측날개(62) 위에는 신축력전달재(83)의 원활한 왕복운동을 위한 내측날개롤러(86)을 설치하는 것이 바람직하다.

한편, 도 9와 도 10에 각각 도시된 예시와 같이, 비행장치 동체(2)의 앞뒤 방향을 따라, 상기 각 크랭크핀(53)의 공전운동에 연동된 각 날개(6)가 일정한 시간 간격으로 연속적으로 하향 날갯짓을 하도록, 서로 동일한 공전 위상차를 갖는 2개 이상의 크랭크핀(53)들을 갖춘 크랭크기구가 설치되는 것도 가능하다.

이와 관련, 도 9의 예시도는 1개의 크랭크기구(5)를 구성하는 2개의 크랭크핀(53) 간의 공전위상 차이가 180도인 비행장치(1)을 보여주면, 도 10의 예시도는 1개의 크랭크기구(5)를 구성하는 4개의 앞뒤 크랭크핀(53) 간의 공전위상 차이가 90도인 크랭크기구(5) 2개가 동체(2)의 좌우에 각각 1개씩 배치되고, 이러한 동체(2) 2개가 앞뒤 방향을 회전축으로 제자리회전 가능하게 결합된 형상의 비행장치(1)를 보여준다.

도 16과 도 17 및 도18은 좌우 1쌍인 날개(6)의 위쪽에는 동체(2) 좌측과 우측의 날개상부모멘트팔(88)을 날개상부스프링부재(90)가 연결하고, 좌우 1쌍인 날개의 아래쪽에는 동체 좌측과 우측의 날개하부모멘트팔(89)을 날개하부스프링부재(91)가 연결하여 신축 탄력성을 제공해 줌으로써, 날갯짓의 상사점과 하사점에서의 관성저항에 따른 에너지손실을 해소시켜 주는 날갯짓효율증강장치(9)를 보여주고 있다.

<비행장치의 동작 및 효과>

1. 상향 날갯짓보다 빠른 하향 날갯짓으로, 부양력이 효과적으로 생성된다.

도 15와 같은 날갯짓 운동 메커니즘에 대한 개요도에 있어서, 날갯짓회동축(21))에서 크랭크축(51)까지의 거리는 2L, 크랭크핀(53)의 공전반경은 L, 날개의 길이는 6L, 크랭크핀(53)의 회전속도는 V라고 가정하면, 하향날갯짓에 의한 날개끝단(wing tip)의 최대회전속도는 6V가 되며, 상향날갯짓에 의한 날개끝단의 최대회전속도는 2V가 된다.

한편, 날갯짓에 의한 양력은 속도의 제곱에 비례하므로, 하향날갯짓에 의한 (+)최대양력이 상향날갯짓에 의한 (-)최대양력의 약 9배가 된다. 따라서 상향날갯짓에 의한 (-)의 양력은 무시할 수 있을 만큼 효과적으로 날갯짓에 의한 양력이 생성된다.

2. 구동력 전달 장치가 작고 가벼우며, 비행방향 공기저항도 대폭 감소한다.

도 3에서 보듯이, 본 발명에 의한 비행장치(1)에서는 상기 동체(2) 좌우측의 크랭크기구(5)들이 도 1의 인용발명에 비해 동체에 가깝게 설치되므로, 서로 치아 맞물림 회전하는 동체 좌우측 동력전달장치(4)의 기어들이 작고 가벼운 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 따라, 공기저항도 대폭 줄어들기 때문에, 상기 인용발명보다 에너지효율이 대폭 개선된다.

3. 하향날갯짓강화용 스프링부재가 날갯짓의 에너지효율을 대폭 제고시켜 준다.

도 15와 같은 날갯짓 운동 메커니즘 예시도에 있어서, 상기와 같이 하향 날갯짓에 의한 (+)최대양력이 상향 날갯짓에 의한 (-)최대양력의 약 9배가 되므로, 상향날갯짓에 소요 회전모멘트를 M_f라고 하면 하향날갯짓에 소요 회전모멘트는 9M_f이 된다.

여기서,

(k: 계수, ρ: 공기질량, x: 날갯짓회동축에서 거리)로 표현될 수 있다.

또한, 구동원(3)의 구동력에 의해 상기 크랭크핀(53)이 상기 날개(6)를 위쪽이나 아래쪽으로 미는 힘을 F라고 가정하면, 상기 구동원(3)의 구동력이 상향 날갯짓을 유발하는 회전모멘트는 3L*F, 하향 날갯짓을 유발하는 회전모멘트는 L*F가 된다.

이러한 조건에서, 상기 스프링부재(72)가 하향날갯짓 방향으로 가하는 회전모멘트를 Ms라고 하고, Ms에 의해 하향날갯짓과 상향날갯짓에 소요되는 구동원의 구동력 크기가 동일(F = constant)해 졌다고 가정하면,

하향날갯짓 때에는 9M_f = L*F + Ms

상향날갯짓 때에는 M_f = 3*L*F - Ms가 되므로,

F = 2.5M_f/L, Ms = 6.5 M_f이 된다.

따라서 상기 스프링부재(72)가 Ms = 6.5 M_f의 회전력을 제공하면, 하향 날갯짓과 상향 날갯짓에 소요되는 구동력의 크기(F)가 2.5M_f/L로 같아지며,

이에 따라 상향 날갯짓과 하향 날갯짓 방향으로 각각 크랭크핀(53)이 단위거리 이동하는 데 소요되는 에너지의 합은 [2.5M_f/L * 1 + 2.5M_f/L * 1 = 5*M_f/L]이 된다.

한편, 상기 스프링부재(72)가 설치되지 않는 경우의, 하향 날갯짓에 소요돠는 최대 구동력을 F₁, 상향날갯짓에 소요되는 최대 구동력을 F₂, 상향 날갯짓에 소요되는최대 회전모멘트를 M_f라고 가정하면,

하향 날갯짓 때에는 9M_f = F₁*L, 상향 날갯짓 때에는 M_f = F₂*3L이 되므로

F₁ = 9(M_f/L), F₂ = 1/3*(M_f/L)이 된다.

따라서 상향 날갯짓과 하향 날갯짓 방향으로 크랭크핀(53)이 각각 단위거리를 이동하는 데 소요되는 에너지의 합은 9(M_f/L)*1 + 1/3*(M_f/L)*1 = 9.33*M_f/L이 된다.

그러므로 상기 스프링부재(72)를 설치하면, 소요되는 최대 구동력은 2.5/9 = 0.225배로 대폭 줄어들고, 최대 날갯짓 부하 구간의 단위거리 이동당 에너지효율은 9.33/5 = 1.87배로 증가하게 된다.

이처럼 스프링부재(72)를 설치하면, 구동원(2)에 전달되는 부하가 보다 균등하게 분산되므로, 과부하가 감소하여 소요 구동원(3)과 동력전달장치(4)의 소형화가 가능해지며, 날갯짓에 의한 동체(2) 부양력과 에너지효율이 크게 증가된다.

한편, 날갯짓회동축(21)과 크랭크축(51) 사이의 거리, 크랭크암(53)의 길이, 날갯짓회동축(21)의 높이 등이 변하면, 소요 구동력과 에너지효율 등도 변한다.

4. 비행장치가 글라이딩 할 때, 양쪽 날개가 외측으로 넓게 펼쳐질 수 있다.

상기 스프링부재(72)가 없는 상태로 날개(6)가 정지된 채로 하부에서 공기압을 받으면, 도 6의 (a)에 도시된 형상처럼 양쪽 날개(6)가 위쪽으로 향해 펼쳐진 형태로 글라이딩을 하게 된다.

한편, 하향날갯짓의 회전력을 보강해 주는 스프링부재(72)가 도 3, 도 7 또는 도 8처럼 설치된 경우에는, 양쪽 날개(6)가 도 6의 (c)나 (d)에 도시된 형상처럼 더욱 넓게 펼쳐진 상태로 글라이딩을 할 수 있다.

또한, 날갯짓효율증강장치(9)가 설치된 경우에도 날개상부스프링부재(91)과 날개하부스프링부재(92)의 탄성력에 의해 양쪽 날개가 외측으로 펼쳐진다.

5. 2쌍 이상의 날개를 설치하면, 동체 오르내림은 줄고, 에너지효율은 향상된다.

도 9에서 보듯이, 잠자리처럼 상기 동체(2)의 앞뒤 방향을 따라 2쌍 이상의 날개(6)들이 설치되어 일정한 시간 간격으로 오르내리면, 별도의 스프링장치를 설치하지 않더라도, 날갯짓 싸이클 동안 크랭크축(51)과 구동원(2)에 가해지는 부하의 증감 파동이 서로 중첩되어 상대적으로 부하가 균등해지므로, 과부하가 해소되고 동체 부양력과 에너지효율이 향상되며, 날갯짓에 의한 동체(2)의 상하요동도 앞뒤 날개 쌍이 증가할수록 줄어든다.

6. 3쌍 이상의 날개가 일정한 시간 간격으로 날갯짓하면 추진력이 생성된다.

도 10의 예시도와 같이, 일정한 크랭크핀(53) 공전 위상차를 갖는 날개(6)가 동체(2)의 앞뒤 방향을 따라 다수 개 설치되는 경우에는, 상기 날개(6)들이 앞에서 뒤쪽으로 공기를 연속적으로 물결치듯이 밀어내므로, 전방 추진력이 효과적으로 생성된다. 이 경우, 각 날개(6)의 뒤쪽 플랩은 위아래로 펄럭일 수 있는 고탄성 재질로 설치되는 것이 바람직하며, 각 날개(6)의 형상도 날갯죽지 쪽보다 외측 날개말단(wing tip)쪽이 뒤에 위치하도록 경사지게 형성되면, 날개의 탄력적 휨 변형에 의한 전방 추진력이 보다 효과적으로 생성된다.

7. 앞뒤의 동체와 날개들을 독립적으로 제어하는 방식으로 비행조종이 가능하다.

도 11의 예시도와 같이, 회동커플링(22)을 경계로 하는 비행장치(1)의 앞쪽 동체(2)와 뒤쪽 동체(2)가 동체의 앞뒤 방향을 회전축으로 하는 상대회동을 제어할 수 있는 방식으로 결합되면 비행 방향의 조종이 가능해지며, 앞쪽 동체의 날개들과 뒤쪽 동체 의 날개들이 서로 독립적으로 속도 제어돨 수 있는 경우에는, 비행장치(1)의 속도증감, 방향전환, 정지비행, 수직승강 등의 비행제어도 용이하게 구현될 수 있다.

8. 외측날갯짓증속장치를 설치하면, 부양력이 더욱 효과적으로 생성될 수 있다.

도 13의 (a)에서 (d)에 도시된 바와 같은 날갯짓 운동의 개요도에 있어서, 힌지내측날개(62)와 힌지외측날개(63)의 날갯짓 고저각 변화의 상관관계는 다음과 같다.

즉, 날갯짓회동축(21)을 기준점(0, 0)으로 하는 외측날개회동축(81)의 좌표를 (X,Y), 회전반경을 R, 고저각을 A라고 하고, 외측날개모멘트팔(82) 말단부의 좌표를 (X', Y'), 신축력전달재회전축(84)의 좌표를 (0, H)라고 하면,

X² + Y² = R², X'² + Y'² = R'²

(X - X')² + (Y-Y')² = S² 이 되므로, X의 변화에 따른 Y, X', Y'의 값을 구할 수 있다. 또한 X = R*cos(A)이므로 고저각 A의 변화에 따른 (X, Y)와 (X', Y')값을 구할 수 있다. 여기서, 외측날개모멘트팔(82)의 고저각은 tan^-1(Y'-Y)/(X'-X)가 되므로, 힌지외측날개(63)의 고저각이 외측날개모멘트팔(82)과 직각이라면 힌지외측날개(63)의 고저각(C)은 C = 90도 + tan^-1(Y'-Y)/(X'-X)가 된다.

이에 따라 계산한 결과, R=1m, R'=0.95m, H=0.1m, S=0.15m인 경우, 힌지내측날개(62)의 고저각이 60도～(-)30도까지 변할 때, 힌지외측날개(63)의 고저각은 60도～(-)87.3도까지 변하며, 이러한 고저각 차이는 상기 R. R', S의 길이비율에 따라 달라진다.

[한지내측날개와 힌지외측날개의 날갯짓 고저각 상관표]

힌지내측날개 고저각(도)	60.0	30.0	0.0	-30.0
힌지외측날개 고저각(도)	60.0	12.8	-37.2	-87.3

위의 예시와 같이, 힌지외측날개(63)가 힌지내측날개(62)보다 1.5배 이상의 빠른 각속도로 하향 날갯짓을 하여, 날개(6)의 측면방향으로 밀려 나가던 유체를 안쪽으로 모으면서 강하게 밀어 내리므로, 동체(2) 부양력이 크게 향상된다.

9. 관성저항을 받지 않으므로, 날갯짓의 고속화와 비행체의 대형화가 가능하다.

날갯짓에 의한 원호 왕복운동의 상단과 하단은 크랭크핀(53)의 공전궤도에 날개(6)가 접하는 접점에서 발생하며, 당해 접점에서 상기 날개(6)와 크랭크암(52)이 서로 직각을 형성한다. 이에 따라, 날갯짓 왕복운동의 방향전환에 따른 모든 관성력과 충격력에는 상기 크랭크암(52)이 인장강도로 저항하게 되며, 이때, 상기 크랭크핀(53)은 상기 관성력에 직각 방향으로 이동하므로, 관성력에 의한 영향을 받지 않고 원활하게 회전할 수 있다. 이에 더하여, 날갯짓효율증강장치(9)가 구비되면, 날갯짓의 상사점과 하사점 인근에서는 날갯짓의 운동에너지가 탄성위치에너지로 변환되며 저장되고, 날개가 외측으로 펼쳐지는 상사점과 하사점의 중간 인근에서는 상기 탄성위치에너지가 운동에너지로 변환되어 날갯짓을 강화시켜 주므로, 관성저항에 의한 에너지 손실 없이 날갯짓의 에너지효율이 극대화 될 수 있다.

한편, 상기 크랭크기구가 상기 날갯죽지의 측면 바깥쪽에 위치하며 관성력에 저항해 주므로 상기 비행장치가 초대형화 되어도 상기 날개(6)의 내측말단부(날갯죽지) 부위에 부재 허용강도를 초과하는 과도한 응력이 생성되지 않는다.

이로 인해, 상기 구동원(3)과 상기 날갯죽지에 관성력에 의한 과부하가 걸리지 않으므로, 날갯짓의 에너지효율이 극대화되며, 상시 비행장치(1)는 비행체 크기의 대소와 날갯짓 속도에 구애받음 없이 빠르고 원활한 날갯짓을 할 수 있게 된다.

10. 비행장치(1)에 죄우 폭이 넓은 형상인 넓은수평꼬리날개(92)를 설치하면, 날갯짓에 의한 동체의 앞뒤방향 기울어짐과 상하방향 요동이 줄어들며, 상기 넓은수평꼬리날개(92)가 부채질하듯이 상하방향으로 윈호운동을 하며 공기를 뒤로 밀어내가 때문에 전방 추진력이 증강되고, 이에 따라 증가된 비행속도는 날개의 양력을 더욱 증가시켜 준다.

<부가적 기능 구현>

1. 동체(2)의 방향전환은 날개짓회전축(21)의 방향이나 동체 후미 부위의 방향을 변경시키는 방식으로 조종할 수 있다.

2. 날개(6)에 아래쪽으로만 열리고 닫히는 미닫이문 방식의 기문을 설치하면 부양력을 증가시킬 수 있다.

3. 날개(6)가 위쪽으로 둥글게 볼록한 곡면으로 제작되면, 전방 추진력에 의한 부양력 생성 효율이 증가한다.

4. 동체(2)의 형상은 페이로드를 높이고 무게중심을 낮출 수 있도록 상하방향으로 길게 형성할 수도 있다.

5. 동체(2) 좌우측 날개의 날갯짓회동축(221)을 분리시키고 거리를 조정하는 방식으로 스프링부재(72)의 길이와 탄성계수를 조절할 수 있다.

이상 특정 실시 예를 가지고 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 범위 내에서 이루어진 변형, 개량, 변경은 모두, 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은, 비행장치 산업에 이용될 수 있다.

1: 비행장치,
2: 동체
21: 날갯짓회동축
22: 회동커플링
3: 구동원
4: 구동력전달장치
41: 구동력전달기어
411: 구동축기어
412: 크랭크축기어
413: 체인
414: 바벨기어
5: 크랭크기구
51: 크랭크축
52: 크랭크암
53: 크랭크핀
6: 날개
61: 슬릿형개구부
62: 힌지내측날개
63: 힌지외측날개
7: 하향날갯짓강화장치
71: 날갯짓모멘트팔
72: 스프링부재
721: 인장스프링
722: 코일스프링
8: 외측날개증속장치
81: 외측날개회동축
82: 외측날개모멘트팔
83: 신축력전달재
84: 신축력전달재회동축
85: 토션스프링
86: 내측날개롤러
87: 날갯짓회동축기어
88: 날개상부모멘트팔
89: 날개하부모멘트팔
9: 날갯짓효율증강장치
90: 날개상부스프링부재
91: 날개하부스프링부재
92: 넓은수평꼬리날개

Claims (8)

1. 구동원에 의해 동체에 대한 상대운동을 하여 부양력을 발생시키는 날개를 상기 동체에 좌측과 우측에 각각 1개 이상 가지는 비행장치에 있어서,
   상기 동체의 좌측과 우측에는, 상기 구동원에서 구동력을 전달받는 공전크랭크기구가 각각 1개 이상 구비되고,
   각 상기 크랭크기구에는, 상기 동체의 앞뒤 방향으로 뻗은 크랭크축과, 상기 크랭크축을 중심으로 공전하는 크랭크핀과, 상기 크랭크축과 상기 크랭크핀을 연결해 주는 크랭크암이 구비되고,
   각 상기 크랭크핀은, 상기 크랭크암의 길이에 의해 정해지는 공전궤도를 따라, 상기 크랭크핀이 하강할 때에 상기 동체에서 가장 가까운 지점을 통과하는 회전방향으로 공전하며,
   상기 동체에는, 상기 날개들이 날갯짓 운동을 할 때에 회전축 역할을 하는 날갯짓회동축이 1개 이상 구비되고,
   각 상기 날개는, 외측 말단부위는 자유단 상태이며, 내측 말단부위는 상기 날갯짓회동축에 제자리회전이 가능한 방식으로 힌지결합되며, 상기 날개의 외측말단부와 내측말단부 사이의 일부 구간에는 길이가 상기 크랭크핀의 공전 지름보다 약간 길고, 높이는 상기 크랭크핀의 지름보다 약간 높은 관통공간 형상의 슬릿형개구부가, 날개의 좌우 폭 방향을 따라 구비되고,
   상기 크랭크핀은, 상기 날개의 슬릿형개구부에 삽입되어 상기 슬릿형개구부의 길이 방향을 따라 왕복할 수 있는 방식으로 상기 날개와 롤러결합되어 있어서,
   상기 크랭크기구의 크랭크핀이 상기 구동원의 구동력을 전달받아서 공전운동을 하면, 상기 크랭크핀이 일정한 회전속도로 공전하더라도, 하강 방향으로 공전할 때에는, 상기 날개가 상대적으로 빠른 속도로 하향 날갯짓을 하게 되고, 상승 방향으로 공전할 때에는, 상기 날개가 상대적으로 느린 속도로 상향 날갯짓을 하게 되는 것을
   특징으로 하는 날갯짓 비행장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 날갯짓회동축은 상기 동체의 중심축을 기준으로 좌측과 우측에 각각 1개씩 구비되고, 상기 각 날갯짓회동축에는 날개의 내측말단부에 결합된 날갯짓회동축기어가 제자리회전 가능한 힌지 방식으로 설치되며, 상기 동체의 좌측 날갯짓회동축기어와 우측 날갯짓회동축기어는 서로 맞물려서 반대방향으로 회전하는 크기와 형상으로 설치되어 있어서, 상기 동체의 좌우측에 구비되는 1쌍의 날개가 서로 면대칭을 이루면서 균형있게 날갯짓 하는 것을 특징으로 하는 날갯짓 비행장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 비행장치에는, 상기 구동원의 구동력에 의해, 상기 날개가 하향 날갯짓 방향으로 회전할 때에는 회전력이 증가되고, 상향 날갯짓 방향으로 회전할 때에는 회전력이 감소될 수 있도록, 하향 날갯짓 방향으로 탄성 복원력에 의한 회전력을 제공하는 스프링부재가 포함되는 하향날갯짓강화장치가 구비되는 것을
   특징으로 하는 날갯짓 비행장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 하향날갯짓강화장치에는, 상기 동체의 좌측 날개와 우측 날개에는 각각 아래쪽으로 돌출된 날갯짓모멘트팔이 구비되고, 각 상기 좌측 날갯짓모멘트팔의 말단부위와 우측 날갯짓모멘트팔의 말단부위 사이에는 상기 날갯짓모멘트팔들을 서로 연결하고 탄성 복원력에 의해 안쪽으로 당김으로써 하향 날갯짓 방향으로 회전력을 제공하는 1개 이상의 인장스프링이 구비되는 것을
   특징으로 하는 날갯짓 비행장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   각 상기 날개는 전후방향으로 뻗은 외측날개회동축 및 상기 외측날개회동축를 중심으로 서로 상대회동이 가능한 힌지내측날개와 힌지외측날개로 구성되어 있고,
   상기 비행장치에는, 상기 힌지외측날개에서 아래쪽으로 돌출된 형상의 외측날개모멘트팔, 상기 날갯짓회동축의 위쪽에 위치하며 상기 동체의 앞뒤 방향으로 뻗은 신축력전달재회동축 및, 상기 외측날개모멘트팔의 외측 말단부와 상기 신축력전달재회동축을 연결하며 날갯짓에 따른 신축력 변화를 전달해 주는 신축력전달재를 포함하는 외측날갯짓증속장치가 구비되어 있어서,
   상기 크랭크핀의 공전운동에 따라 상기 힌지내측날개가 하향날갯짓을 할 때에는, 상기 신축력전달재회동축과 상기 외측날개회동축 간의 거리가 점점 멀어지면서, 상기 신축력전달재가 상기 외측날개모멘트팔의 외측 말단부를 잡아당김에 따른 회전력이 발생하기 때문에, 상기 힌지외측날개가 힌지내측날개보다 빠른 각속도로 하향날갯짓을 하게 되는 것을
   특징으로 하는 날갯짓 비행장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   각 상기 크랭크기구에는 동체의 앞뒤 방향을 따라 공전 위상의 차이가 동일한 크기인 2개 이상의 크랭크핀이 구비되어 있어서,
   상기 각 날개들이 상기 각 크랭크핀의 공전운동에 의해 날갯짓을 하는 경우에는, 앞뒤의 각 날개들이 일정한 시간차로 연속적으로 날갯짓 하며, 추진력을 생성하는 것을
   특징으로 하는 날갯짓 비행장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 비행장치에는, 상기 구동원의 구동력에 의해, 상기 날개가 날갯짓의 상사점 또는 하사점에 접근할 때에는 날갯짓의 운동에너지가 날개상부스프링부재 또는 날개하부스프링부재에 축적되는 탄성위치에너지로 전환되고, 날개가 상기 상사점과 하사점의 중간 위치에 접근할 때에는 상기 스프링부재들에 의한 탄성에너지가 운동에너지로 전횐됨으로써 날겟짓의 에너지효율을 높혀주는, 날갯짓효율증강장치가 구비되는 것을
   특징으로 하는 날갯짓 비행장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 날갯짓효율증강장치에는, 상기 동체의 좌측 날개와 우측 날개를 위쪽에서 서로 연결하여 신축 탄성력을 제공하는 날개상부스프링부재와, 상기 동체 좌측 날개와 동체 우측 날개를 아래쪽에서 서로 연결하여 신축 탄성력을 제공하는 날개하부스프링부재가 함께 구비되는 것을
   특징으로 하는 날갯짓 비행장치.
   

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