KR102227640B1 - 회전익 항공기 자동착륙 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전익 항공기 자동착륙 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 회전익 항공기를 포함하는 비행체가 함정에 착륙할 때 장력조절장치를 이용하여 비행체를 안정적으로 착륙할 수 있는 회전익 항공기 자동착륙 시스템에 관한 것이다.

Description

회전익 항공기 자동착륙 시스템{Rotary-wing Aircraft Automatic Landing System}

본 발명은 회전익 항공기 자동착륙 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비행체가 함정에 자동으로 착륙하는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 비행체는 날개가 달린 교통수단의 일종으로, 회전익기, 글라이더, 헬리콥터를 포함하는 항공기 및 우주선 등을 가리킨다. 비행체 중에서도 회전익 항공기가 착륙할 시에 종래에는 조종사가 직접 착륙을 시도하는 방법, 착륙하는 장소에 그물을 달아놓고 그 위에 비행체를 착륙시키는 방법, 로봇 팔을 이용하여 고정해서 비행체를 끌어내려 착륙시키는 방법, 비행체가 회전익 항공기인 경우에는 일반 로프-풀리 시스템을 이용하여 착륙하는 방법 등을 사용하여 비행체를 착륙시켰다. 종래에 회전익 항공기가 착륙하는 장치에 관한 기술로서, 공개특허공보 10-2013-0005503("헬리콥터 착륙장치", 2013.01.16., 이하 '선행문헌'이라고 함) 과 같은 기술에는 헬리콥터가 착륙대에 용이하게 이착륙할 수 있는 장치가 개시되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템을 나타낸 도면을 도시하는 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템은 비행체 중 회전익 항공기가 함정에 착륙하는 경우 하푼 착함장치의 그리드를 사용하여 회전익 항공기를 걸림 고정시킨다. 하지만, 도 1을 포함한 종래기술에 의하면, 주로 착륙이 거의 완료된 회전익 항공기를 함정에서 벗어나는 것을 막는 용도로 사용되어 착륙 후 안전성을 보장하는 용도로 사용된다.

공개특허공보 10-2013-0005503("헬리콥터 착륙장치", 2013.01.16.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 비행체가 함정에 착륙할 때 흔들림이 있는 경우에도 장력조절장치를 사용하여 안정적으로 착륙할 수 있는 회전익 항공기 자동착륙 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 회전익 항공기 자동착륙 시스템은, 비행체, 상기 비행체에 구비되고, 일단이 지면을 향해 배출이 되며 상기 비행체를 상기 지면으로 끌어당기는 복수개의 와이어 및 상기 지면에 설치되고, 지면을 향해 배출 된 상기 와이어의 일단과 연결되어 상기 와이어의 장력을 조절하는 장력조절장치;를 포함하고, 상기 장력조절장치는, 자기유변 브레이크이며, 상기 장력조절장치는, 상기 복수개의 와이어의 장력을 소정의 크기로 조절함으로써 상기 비행체의 착륙 시 흔들림을 보정하고, 상기 장력조절장치는, 상기 비행체의 흔들림을 보정하기 위하여 상기 복수개의 와이어의 장력이 균일해지도록 조절함과 동시에 과도한 장력의 발생을 방지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 장력조절장치는 자동비행 제어시스템을 포함하고, 상기 자동비행제어시스템은, 상기 비행체의 고도, 자세, 기울기, 위치, 상기 함정과 상기 비행체의 상대 위치 정보 및 운동상태 데이터 를 포함하고, 상기 장력조절장치는 상기 자동비행 제어시스템에서 측정한 상기 비행체의 고도, 자세, 기울기, 위치, 상기 함정과 상기 비행체의 상대 위치 정보 및 운동상태 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 와이어의 장력을 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 비행체의 운동상태 데이터는, 피치(Pitch), 히브(Heave), 롤(Roll) 또는 요(Yaw) 운동을 포함하고, 상기 장력조절장치는, 상기 비행체가 상기 피치(Pitch), 히브(Heave), 롤(Roll) 또는 요(Yaw) 운동 중 적어도 하나의 운동이 발생할 때, 상기 비행체의 상기 운동상태 데이터에 따라 상기 와이어의 장력을 개별적 또는 동시에 제어하는 것이 바람직하다.
상기 장력조절장치는, 상기 비행체가 피치 또는 히브 운동이 발생하였을 때, 상기 함정과 상기 비행체 간의 수직축 거리 오차를 감소시키기 위하여 상기 비행체의 전후방향 장력을 개별적 또는 동시에 제어하고, 상기 비행체가 롤 운동이 발생하였을 때, 상기 함정과 상기 비행체 간의 장축 자세 오차를 감소시키기 위하여 상기 비행체의 좌우방향 장력을 개별적 또는 동시에 제어하고, 상기 비행체가 요 운동이 발생하였을 때, 상기 함정과 상기 비행체 간의 단축 거리 오차를 감소시키기 위하여 상기 비행체의 좌우방향 장력을 개별적 또는 동시에 제어하는 것이 바람직하다.

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상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 회전익 항공기 자동착륙 시스템은 회전익 항공기를 포함하는 비행체가 함정에 착륙할 때 장력조절장치를 이용하여 비행체를 안정적으로 착륙시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 장력조절장치는 반응성이 좋은 자기유변유체를 이용하여 비행체의 와이어를 당겨 착륙시키기 때문에 함정과 착륙하는 비행체의 흔들림에 따라 와이어의 장력을 즉각적으로 조절하여 안정적으로 비행체를 함정에 착륙시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 회전익 항공기 자동착륙 시스템은 자동비행 제어시스템에서 비행체의 고도, 자세, 기울기 및 위치정보를 측정할 수 있고, 함정과 상기 비행체의 위치, 자세 및 운동상태 데이터를 측정하여 비행체와 장력조절장치를 연결하는 와이어를 조절하기 때문에 비행체에 가해지는 힘/모멘트 벡터를 조절하여 함정-비행체의 상대위치 및 상대자세를 제어하여 안전성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 회전익 항공기 자동착륙 시스템은 비행체의 착륙 이후 보조적으로 Anchoring을 통해 함정의 움직임에 의한 회전익 항공기-함정 간 충돌의 가능성을 완화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템의 장력조절장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템의 장력조절장치를 사용하여 비행체가 착륙하는 것을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템의 구성도를 도시하는 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템(1000)은, 기본적으로 비행체(100), 와이어(200), 장력조절장치(300)를 포함하여 이루어지고, 부가적으로 상기 장력조절장치(300)는 자동비행 제어시스템 및 착륙지점(400)을 포함한다.

상기 비행체(100)는 비행 가능한 날개를 가진 이동 수단으로, 추력을 계속 유지하고 있는 물체이다. 더 자세하게 설명하자면, 상기 비행체(100)는 추력을 유지하며 착륙을 시도하고 있는 비행체(100)이며, 일 실시예에 따른 본 발명은 함정에 착륙하는 비행체(100)이기 때문에 안정적으로 균형을 맞춰 착륙해야한다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서의 상기 비행체(100)는 회전익 항공기이고, 유인 또는 무인 비행체(100)인 것이 바람직하다.

상기 와이어(200)는 상기 비행체(100)에 구비되고, 일단이 지면을 향해 상기 비행체(100)에서 배출되고 상기 장력조절장치(300)와 연결되어 상기 장력조절장치(300)가 상기 와이어(200)를 통해 상기 비행체(100)를 상기 지면 또는 상기 착륙지점(400)으로 끌어당긴다. 도 2를 참조하면 상기 와이어(200)는 상기 비행체(100)에 항상 구비되어 있다가 상기 착륙지점(400) 상에서 상기 와이어(200)를 배출하는 데, 본 발명에서는 상기 비행체(100)의 스키드(110)부분에 고정되어 있다. 이때, 상기 비행체(100)가 상기 지면 또는 상기 착륙지점(400)에 안정적으로 착륙할 수 있도록 상기 비행체(100)의 중심을 맞추어 상기 와이어(200)를 상기 비행체(100)의 일부분에 고정하여 상기 장력조절장치(300)를 향하여 배출하는 것이 바람직하다. 더 자세하게 설명하자면, 상기 와이어(200)가 고정되는 위치는 상기 회전익 항공기의 중심을 맞출 수 있는 부분인 것이 바람직하고, 적어도 하나 이상의 상기 장력조절장치(300)와 연결되는 것이 바람직하다.

상기 장력조절장치(300)는 상기 지면 또는 상기 착륙지점(400)에 설치되고, 상기 와이어(200)의 일단이 지면을 향해 배출이 되어 상기 와이어(200)의 일단과 연결되고 상기 와이어(200)의 장력을 조절한다. 더 자세하게 설명하자면, 상기 장력조절장치(300)는 자동비행 제어시스템에 포함되어, 상기 함정과 상기 비행체(100)의 상대위치 및 자세에 따라 장력의 크기를 조절하여 상기 비행체(100)의 위치와 자세를 제어하여 착륙할 수 있도록 보조한다. 더불어, 상기 장력조절장치(300)는 상기 복수개의 와이어(200)의 장력을 균일하게 조절하고 상기 비행체(100)의 흔들림을 보정할 수 있는 효과가 있다.

이어서, 자동비행 제어시스템은 상기 비행체(100)의 고도, 자세, 기울기 및 위치정보를 측정하여 상기 와이어(200)의 장력을 조절할 수 있고, 상기 함정과 상기 비행체(100)의 위치, 자세 및 운동상태 데이터를 포함한다.

또한, 상기 장력조절장치(300)는 자기유변 브레이크인 것이 바람직하고, 상기 장력조절장치(300)의 자세한 구성은 아래 도 3에서 더 자세하게 설명하기로 한다.

상기 착륙지점(400)은 상기 지면에 지정된 지점이고, 본 발명에서 상기 착륙지점(400)은 함정인 것이 바람직하다. 상기 착륙지점(400)에는 상기 장력조절장치(300)가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템의 장력조절장치(300)의 구성도를 도시하는 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템(1000)의 장력조절장치(300)의 구성을 자세하게 설명한다.

상기 장력조절장치(300)는 자기유변 브레이크를 이용한 와이어 장력 조절장치이고, 코일(310), 자기력선(320), 하우징(330), 동력발생장치(340), 자기유변유체(350), 회전축(360)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 장력조절장치(300)의 상기 자기유변유체(350)는 상기 코일(310)을 통해 전달되는 전류를 비롯한 외부 에너지의 크기에 의해 그 물성이 변화되어 장력을 조절하는데, 평상 시에는 액체 상태를 유지하다가 상기 코일(310)로 인가되는 전류를 비롯한 외부 에너지가 증가하게 될 경우 굳어지게 되며 반 고체의 상태로 변한다. 더하여, 상기 자기유변유체(350)는 상기 코일(310)을 통해 전달되는 전류를 비롯한 외부 에너지에 의해 상기 자기유변유체(350)의 물질적 특성이 변화되기 때문에 상기 코일(350)로 인가되는 전류를 통해 상기 회전축(340)에서 발생된 회전운동을 외부의 하우징(330)에 전달하는 회전력을 제어할 수 있다. 여기서, 상기 외부의 하우징(330)에서 상기 와이어(200)가 권취되며, 상기 코일로 인가되는 전류에 의해 자기력선이 발생되어 상기 자기유변유체의 물성이 변화된다. 이에 따라, 상기 로터(320)로부터 상기 하우징(310)으로 전달되는 회전력을 제어하여 권취되는 와이어의 장력이 조절된다.

따라서 상기 장력조절장치(300)는 기계적인 마찰 없이 응답 속도가 빠른 상기 자기유변유체(310)를 이용하기 때문에 반응성이 좋기 때문에 제어 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.

일 실시예에 따른 본 발명의 회전익 항공기 자동착륙 시스템(1000)은 함정에 설치된 착륙지점(400)에 상기 비행체(100)가 착륙하기 때문에 배도 흔들리고 상기 비행체(100)도 흔들리는 경우 상기 착륙지점(400)이 불안정해서 상기 비행체(100)에 구비된 와이어(200)의 길이가 균형을 이루지 못할 수 있다. 이때, 상기 장력조절장치(300)를 사용하여 착륙을 시도하는 상기 비행체(100)에 연결된 상기 와이어(200)를 이용하여 상기 비행체(100)의 무게중심이 상기 착륙지점(400)의 중심에 위치할 때, 상기 자동비행 제어시스템에서 측정된 데이터를 기반으로 상기 자기유변유체(310)를 이용해 상기 비행체(100)와 상기 함정의 상대 위치 및 움직임에 따라 즉각적으로 반응하여 균형을 맞출 수 있다는 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익 항공기 자동착륙 시스템의 장력조절장치(300)를 사용하여 비행체(100)가 착륙하는 것을 나타낸 도면을 도시하는 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 비행체(100)는 주로 함정의 장축 및 단축 회전운동에 의한 장축 및 단축 자세오차, 함정의 피치운동에 의한 수직거리오차, 함정의 요(yaw)운동에 의한 단축거리오차를 수렴시켜 상기 착륙지점(400)에 착륙을 수행하게 된다. 다만, 상기 비행체(100)는 자세에 따라 속도가 발생하기 때문에 함정과 상기 비행체(100)의 자세 오차를 감소시키기 위해 자세를 조절하면 병진운동(장축 및 단축)이 동시에 발생하기 때문에 상기 착륙지점(400)을 벗어나게 되는 등의 상기 함정에 착륙할 때 불충분한 힘의 요소를 가지게 된다는 문제가 있어 상기 장력조절장치(300)가 필요하다.

따라서 상기 비행체(100)는 상기 함정의 롤링운동, 상하운동 및 측면운동에 의한 충돌을 최소화하며 착륙을 수행하기 위해, 도 4를 참조하여 상기 장력조절장치(300)를 이용하여 장력을 조절해서 안전상 문제가 없는 속도를 유지하며 상기 비행체(100)가 상기 함정에 착륙하는 것을 도 4a 및 도 4b를 통해 자세하게 설명하기로 한다.

상기 도 4a는 상기 함정에 롤 운동이 발생하였을 때 상기 장력조절장치(300)에 포함된 자동비행 제어시스템에서 상기 함정과 상기 비행체(100)의 운동상태 데이터를 바탕으로 상기 함정과 상기 비행체(100)간의 장축 자세오차를 감소시키기 위하여 상기 장력조절장치(300)에서 상기 비행체(100)의 좌우 방향의 장력을 개별적으로 제어하는 것이 바람직하다. 이때, 좌우 방향의 장력을 개별적으로 제어하는 것은 동시에 제어하는 것을 포함할 수 있고, 상기 비행체(100)의 좌우방향은 상기 비행체(100)의 전방을 기준으로 왼쪽이 좌방향을 의미하고, 오른쪽이 우방향을 의미한다.

상기 도 4b는 상기 함정에 피치 운동 또는 히브 운동이 발생하였을 때, 상기 장력조절장치(300)에 포함된 자동비행 제어시스템에서 상기 함정과 상기 비행체(100)의 운동상태 데이터를 바탕으로 상기 함정과 상기 비행체(100) 간의 수직축 거리 오차를 감소시키기 위하여 상기 장력조절장치(300)에서 상기 비행체(100)의 전후방향의 장력을 동시 또는 개별적으로 제어하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 비행체(100)의 전후방향은 상기 비행체(100)의 머리 부분이 전방향을 의미하고, 후방향은 상기 비행체(100)의 꼬리 부분이 후방향을 의미한다.

더불어, 도면에 도시되어 있지 않았지만, 상기 함정에 요 운동이 발생하였을 때, 상기 장력조절장치(300)에 포함된 자동비행 제어시스템에서 상기 함정과 상기 비행체(100)의 운동상태 데이터를 바탕으로 상기 함정과 상기 비행체(100) 간의 단축 거리 오차를 감소시키기 위하여 상기 장력조절장치(300)에서 상기 비행체(100)의 좌우방향의 장력을 개별 또는 동시에 제어하는 것이 바람직하다.

다시 말해, 상기 자동비행제어시스템은 상기 함정과 상기 비행체의 운동상태 데이터를 이용하여 상기 비행체의 전/후/좌/우에 해당하는 상기 장력조절장치를 개별 또는 동시에 제어할 수 있다는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1000 : 회전익 항공기 자동착륙 시스템
100 : 비행체 110 : 스키드
200 : 와이어
300 : 장력조절장치 310 : 코일
320 : 자기력선 330 : 하우징
340 : 동력발생장치 350 : 자기유변유체
360 : 회전축
400 : 착륙지점

Claims (7)

1. 비행체;
   상기 비행체에 구비되고, 일단이 지면을 향해 배출이 되며 상기 비행체를 상기 지면으로 끌어당기는 복수개의 와이어; 및
   상기 지면에 설치되고, 지면을 향해 배출 된 상기 와이어의 일단과 연결되어 상기 와이어의 장력을 조절하는 장력조절장치;를 포함하고,
   상기 장력조절장치는, 자기유변 브레이크이며,
   상기 장력조절장치는, 상기 복수개의 와이어의 장력을 소정의 크기로 조절함으로써 상기 비행체의 착륙 시 흔들림을 보정하고,
   상기 장력조절장치는, 상기 비행체의 흔들림을 보정하기 위하여 상기 복수개의 와이어의 장력이 균일해지도록 조절함과 동시에 과도한 장력의 발생을 방지하는 것
   을 특징으로 하는 회전익 항공기 자동착륙 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 장력조절장치는 자동비행 제어시스템을 포함하고,
   상기 자동비행제어시스템은,
   상기 비행체의 고도, 자세, 기울기, 위치, 함정과 상기 비행체의 상대 위치 정보 및 운동상태 데이터 를 포함하고,
   상기 장력조절장치는 상기 자동비행 제어시스템에서 측정한 상기 비행체의 고도, 자세, 기울기, 위치, 함정과 상기 비행체의 상대 위치 정보 및 운동상태 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 와이어의 장력을 조절하는 것
   을 특징으로 하는 회전익 항공기 자동착륙 시스템.
   
5. 삭제
6. 제 4항에 있어서,
   상기 비행체의 운동상태 데이터는,
   피치(Pitch), 히브(Heave), 롤(Roll) 또는 요(Yaw) 운동을 포함하고,
   상기 장력조절장치는,
   상기 비행체가 상기 피치(Pitch), 히브(Heave), 롤(Roll) 또는 요(Yaw) 운동 중 적어도 하나의 운동이 발생할 때, 상기 비행체의 상기 운동상태 데이터에 따라 상기 와이어의 장력을 개별적 또는 동시에 제어하는 것
   을 특징으로 하는 회전익 항공기 자동착륙 시스템.
   
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 장력조절장치는,
   상기 비행체가 피치 또는 히브 운동이 발생하였을 때,
   함정과 상기 비행체 간의 수직축 거리 오차를 감소시키기 위하여 상기 비행체의 전후방향 장력을 개별적 또는 동시에 제어하고,
   상기 비행체가 롤 운동이 발생하였을 때,
   함정과 상기 비행체 간의 장축 자세 오차를 감소시키기 위하여 상기 비행체의 좌우방향 장력을 개별적 또는 동시에 제어하고,
   상기 비행체가 요 운동이 발생하였을 때,
   함정과 상기 비행체 간의 단축 거리 오차를 감소시키기 위하여 상기 비행체의 좌우방향 장력을 개별적 또는 동시에 제어하는 것
   을 특징으로 하는 회전익 항공기 자동착륙 시스템.

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