KR102277256B1 - 분산 전기 추진 장치, 이를 포함하는 비행체 및 제어 방법 - Google Patents

분산 전기 추진 장치, 이를 포함하는 비행체 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시 예에 따른 분산 전기 추진 장치는, 동체에 대하여 이동 가능하고, 상기 동체의 추력을 전기적으로 발생시키는 복수 개의 추진 유닛; 및 상기 동체 및 상기 복수 개의 추진 유닛 사이에 배치되어, 상기 동체에 구비된 전원을 상기 복수 개의 추진 유닛에 전달하고, 상기 복수 개의 추진 유닛이 슬라이딩 가능하도록 결합되는 전원 프레임을 포함할 수 있다.

Description

분산 전기 추진 장치, 이를 포함하는 비행체 및 제어 방법{DISTRIBUTED ELECTRICAL PROPULSION DEVICE, AIRCRAFT COMPRISING THEREOF AND CONTROL METHOD THEREOF}
아래의 설명은 분산 전기 추진 장치, 이를 포함하는 비행체 및 제어 방법에 관한 것이다.
수직 이착륙기(VTOL, vertical take-off and landing)에는 헬리콥터로 불리는 회전익기(rotary wing aircraft)와 추력선 변환 방식의 고정익기(vectored thrust fixed-wing aircraft), 크게 2 종류가 있다. 회전익기는 공기 역학적 특징에 의하여 수평 비행에 대한 제한이 있다. 추력선 변환 방식의 고정익기에 대해서, 최근 분산 추진 방식의 구조에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 수직 이착륙기에 대하여 남겨진 과제는 추진 시스템의 효율을 높이면서도 순항 성능을 높이는 것이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 분산 추진 장치의 성능을 높이기 위해서 추진 유닛의 위치와 각도를 달리함으로써 추력의 방향 전환이 가능한 분산 전기 추진 장치, 이를 포함하는 비행체 및 제어 방법 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 분산 전기 추진 장치는, 동체에 대하여 이동 가능하고, 상기 동체의 추력을 전기적으로 발생시키는 복수 개의 추진 유닛; 및 상기 동체 및 상기 복수 개의 추진 유닛 사이에 배치되어, 상기 동체에 구비된 전원을 상기 복수 개의 추진 유닛에 전달하고, 상기 복수 개의 추진 유닛이 슬라이딩 가능하도록 결합되는 전원 프레임을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 추진 유닛은, 상기 동체에 대하여 각각 다른 방향으로 추력을 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 분산 전기 추진 장치.
상기 추진 유닛은, 팬을 지지하는 유닛 프레임; 및 상기 추진 유닛이 발생시키는 추력의 방향과 수직한 y 축을 기준으로 상기 유닛 프레임을 회전시키는 중간 프레임을 포함할 수 있다.
상기 추진 유닛은, 상기 y 축과 수직한 x 축을 기준으로 상기 중간 프레임을 회전시키는 탑 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 전원 프레임은, 복수 개의 고정 지점을 포함하고, 상기 추진 유닛은, 상기 전원 프레임을 따라서 슬라이딩 함으로써 이동하여, 하나의 고정 지점에서 다른 고정 지점으로 위치를 변경할 수 있다.
상기 전원 프레임은, 상기 동체의 길이 방향으로 연장되는 제 1 트랙; 상기 동체의 한 쌍의 주익 방향으로, 상기 제 1 트랙을 기준으로 좌우로 연장되는 제 2 트랙; 및 상기 동체의 꼬리 날개 방향으로, 상기 제 1 트랙을 기준으로 좌우로 연장되는 제 3 트랙을 더 포함하고, 상기 복수 개의 고정 지점은, 상기 제 1 트랙, 상기 제 2 트랙 및 상기 제 3 트랙 상에 배치될 수 있다.
상기 제 1 트랙은, 한 쌍의 전원 프레임이고, 상기 제 1 트랙 상에 배치된 복수 개의 고정 지점 간 연결될 수 있다.
상기 제 2 트랙은, 한 쌍의 전원 프레임이고, 상기 제 2 트랙 상에 배치된 복수 개의 고정 지점 간 연결될 수 있다.
상기 제 3 트랙은, 한 쌍의 전원 프레임이고, 상기 제 1 트랙 상에 배치된 복수 개의 고정 지점 간 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따른 비행체는, 동체; 및 상기 동체의 저면부 및 후면부에 걸쳐서 배치되는 분산 전기 추진 장치를 포함하고, 상기 분산 전기 추진 장치는, 동체에 대하여 이동 가능하고, 상기 동체의 추력을 전기적으로 발생시키는 복수 개의 추진 유닛; 및 상기 동체 및 상기 복수 개의 추진 유닛 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 추진 유닛이 슬라이딩 가능하도록 결합되는 전원 프레임을 포함할 수 있다.
상기 전원 프레임은, 상기 동체의 저면부 및 후면부에 걸쳐서 배치될 수 있다.
상기 전원 프레임은, 상기 동체의 길이 방향으로 연장되는 제 1 트랙; 상기 동체의 한 쌍의 주익 방향으로, 상기 제 1 트랙을 기준으로 좌우로 연장되는 제 2 트랙; 및 상기 동체의 꼬리 날개 방향으로, 상기 제 1 트랙을 기준으로 좌우로 연장되는 제 3 트랙을 포함할 수 있다.
상기 제 1 트랙은, 상기 동체의 저면부 및 상기 동체의 후면부에 걸쳐서 배치되고, 상기 제 3 트랙은, 상기 동체의 후면부에 배치되고, 상기 복수 개의 추진 유닛은 상기 제 1 트랙 및 상기 제 3 트랙 사이에서 위치 이동할 수 있다.
상기 제 1 트랙 및 상기 제 3 트랙 사이에서 슬라이딩 가능한 상기 복수 개의 추진 유닛 중 (i) 적어도 일부는 상기 동체의 저면부에 배치되고, (ii) 나머지 일부는 상기 동체의 후면부에 배치시킴으로써, 전환 비행 모드를 수행할 수 있다.
상기 제 1 트랙 및 상기 제 3 트랙 사이에서 슬라이딩 가능한 상기 복수 개의 추진 유닛을 모두 (i) 상기 동체의 저면부에 배치시킴으로써, 수직 비행 모드를 수행하게 하거나, (ii) 상기 동체의 후면부에 배치시킴으로써, 수평 비행 모드를 수행하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 비행체.
상기 수평 비행 모드에서, 상기 복수 개의 추진 유닛 중 적어도 일부는 상기 제 1 트랙에 대하여 외측 방향으로 슬라이딩 되어 상기 제 3 트랙에 위치할 수 있다.
상기 제 2 트랙은, 상기 동체의 길이 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 서브 트랙을 포함하고, 상기 비행체가 수직 비행 모드일 때, 상기 복수 개의 서브 트랙마다 적어도 하나 이상의 추진 유닛이 배치되고, 상기 비행체가 수평 비행 모드일 때에는, 상기 복수 개의 서브 트랙 중 상기 비행체의 꼬리 날개 방향에 가장 가까운 서브트랙에만 추진 유닛이 배치될 수 있다.
상기 비행체는, 상기 동체 및 상기 추진 유닛 사이에서 공기가 유동할 수 있다.
일 실시 예에 따른 상기 비행체를 제어하는 비행체의 제어 방법은, 상기 복수 개의 추진 유닛을 전원 프레임을 따라 이동시키거나 상기 추진 유닛 자체를 회전시킴으로써, 비행 조건에 따라 상기 동체에 대한 추력의 방향을 다르게 조절할 수 있는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비행체의 제어 방법은, 비행체를 수직 비행시키는 단계를 더 포함하고, 상기 비행체를 수직 비행시키는 단계는, 복수 개의 추진 유닛을 동체의 저면부에 위치한 전원 프레임에 배열하고, 상기 복수 개의 추진 유닛이 발생시키는 추진력이 지면과 수직할 수 있다.
상기 비행체의 제어 방법은, 비행체를 수직 방향 및 수평 방향으로 비행시키는 단계를 더 포함하고, 상기 비행체를 수직 방향 및 수평 방향으로 비행시키는 단계는, 복수 개의 추진 유닛 중 일부를 저면부에 위치한 전원 프레임에 배열하고, 상기 복수 개의 추진 유닛 중 나머지를 후면부에 위치한 전원 프레임에 배열하는 단계; 및 상기 복수 개의 추진 유닛이 발생시키는 추진력이 비행 방향과 평행하도록 상기 복수 개의 추진 유닛을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비행체의 제어 방법은, 비행체를 수평 방향으로 비행시키는 단계를 더 포함하고, 상기 비행체를 수평 방향으로 비행시키는 단계는, 복수 개의 추진 유닛을 후면부에 위치한 전원 프레임에 배열하는 단계; 및 상기 복수 개의 추진 유닛이 발생시키는 추진력이 지면과 평행하도록 상기 복수 개의 추진 유닛을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예의 분산 전기 추진 장치, 비행체 및 제어 방법에 따르면, 추진 유닛의 위치와 각도를 달리함으로써 추력의 방향 전환이 가능하므로, 수직 비행 및 수평 비행을 수행할 수 있으며, 분산 추진 장치의 성능을 높일 수 있다.
일 실시 예의 분산 전기 추진 장치, 비행체 및 제어 방법에 따르면, 추진 유닛의 위치 및 각도를 점진적으로 변환하여, 전환 비행을 안정적으로 수행할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 비행체의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 비행체의 저면도이다.
도 3는 일 실시 예에 따른 추진 유닛의 사시도이다.
도 4은 일 실시 예에 따른 추진 유닛의 정면도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 전원 프레임을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 비행체의 비행 과정에서의 추진 유닛을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 수직 비행하는 비행체의 측면도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 수직 비행하는 비행체의 사시도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 수직 및 수평 비행하는 비행체의 측면도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 수직 및 수평 비행하는 비행체의 사시도이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 수평 비행하는 비행체의 측면도이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 수평 비행하는 비행체의 사시도이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 비행체의 동체와 추진 유닛 사이의 공기 흐름을 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 추진 유닛 사이의 공기 흐름을 나타내는 도면이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 비행체의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 비행체의 저면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 비행체(1)는 수직 이착륙(taking off and landing) 또는 공중 정지(hovering)할 수 있고, 추력의 방향을 전환하여 전환 비행 또는 수평 방향 비행할 수 있다. 비행체(1)는 별도의 추력 발생 장치를 부가하지 않고도, 추력의 방향을 변환시킴으로써 수직 비행 모드와 수평 비행 모드를 상호 변경할 수 있으므로, 비행 조건 및 비행체 임무 환경에 적합한 비행을 수행할 수 있으며, 효율 및 성능을 높일 수 있다. 예를 들어, 비행체(1)는 동체(11), 분산 전기 추진 장치(12)를 포함할 수 있다.
분산 전기 추진 장치(12)는 동체(11)의 저면부 및/또는 후면부에 걸쳐서 배치될 수 있다. 예를 들어, 분산 전기 추진 장치(12)는 전원 프레임(121) 상에 분산 배치된 복수 개의 추진 유닛(122)을 통하여, 발생되는 추력을 방향을 전환시킬 수 있다. 예를 들어 분산 전기 추진 장치(12)는 전원 프레임(121) 및 추진 유닛(122)을 포함할 수 있다.
도 3는 일 실시 예에 따른 추진 유닛의 사시도이고, 도 4은 일 실시 예에 따른 추진 유닛의 정면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 추진 유닛(122)은 동체(11)에 대하여 이동 가능하고, 동체(11)의 추력을 전기적으로 발생시킬 수 있다. 추진 유닛(122)은 복수 개로 형성될 수 있으며, 각각의 추진 유닛(122)은 추진 유닛은 동체(11)에 대하여 각각 다른 방향으로 추력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 추진 유닛(122)은 2개의 축을 기준으로 회전할 수 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 추력의 방향과 수직한 축을 'y 축'이라 하고, y 축과 수직한 축을 'x 축'이라 할 때, 추진 유닛(122)은 x 축 및 y 축을 기준으로 회전하여, 추진 유닛(122) 자체의 위치가 변하지 않더라도 추력의 방향을 전환시킬 수 있다. 여기서, 전원 프레임(121)과 각 추력 유닛(122)이 이루는 각도를 기준으로 하지 않고, 각 추력 유닛(122)의 추력 방향을 지면과 수직하게 하는 각도를 기준으로 하여, x 축 및 y 축 방향으로 몇 도만큼 회전하였는지를 본다. 예를 들어, 추진 유닛(122)은 팬(1224), 유닛 프레임(1224), 중간 프레임(1223), 탑 프레임(1222) 및 슬라이딩 핀(1221)을 포함할 수 있다.
유닛 프레임(1224)은 팬(1225)을 지지하는 부분으로, 유닛 프레임(1224)이 지향하는 방향이 변경되면 팬(1225)에 의해 생성된 추력의 반향이 변경될 수 있다. 예를 들어, 유닛 프레임(1224)은, 팬(1225)을 둘러싸는 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 유닛 프레임(1224)은, 추진 유닛(122)이 발생시키는 추력의 방향에 수직한 단면이 사각형 또는 둥근 모서리를 갖는 사각형일 수 있다.
중간 프레임(1223)은 추진 유닛(122)이 발생시키는 추력의 방향과 수직한 y 축을 기준으로 유닛 프레임(1224)을 회전시킬 수 있다. 예를 들면, 중간 프레임(1223)은 유닛 프레임(1224)에 회전 가능하게 결합되어 있어서, 수직 비행 비행체(1)의 좌회전 또는 우회전 방향 제어를 할 수 있다.
탑 프레임(1222)은 y 축과 수직한 x 축을 기준으로 중간 프레임(1223)을 회전시킬 수 있다. 예를 들면, 탑 프레임(1222)은 중간 프레임(1223)에 회전 가능하게 결합되어 있어서, 비행체(1)의 비행 고도를 제어할 수 있다.
슬라이딩 핀(1221)은, 탑 프레임(1222)과 연결되고, 전원 프레임(121)의 홈 내에 장착되어, 전원 프레임(121)의 길이를 따라 슬라이딩할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 전원 프레임을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 전원 프레임(121)은 동체(11) 및 복수 개의 추진 유닛(122) 사이에 배치되어, 동체(11)에 구비된 전원을 복수 개의 추진 유닛(122)에 전달하고, 복수 개의 추진 유닛(122)이 슬라이딩 가능하도록 결합될 수 있다. 전원 프레임(121)은 동체의 저면부 및 후면부에 걸쳐서 배치될 수 있다. 예를 들어, 전원 프레임(121)은 복수 개의 추진 유닛(122)이 배치될 수 있는 지점을 미리 예정할 수 있다. 예를 들어, 전원 프레임(121)은, 제 1 트랙, 제 2 트랙, 제 3 트랙 및 복수 개의 고정 지점을 포함할 수 있다. 한편, 아래에 설명할 트랙 기준은 예시적인 것으로서 반드시 도 5에 도시된 형상으로 국한되는 것은 아니며, 비행 환경이나 조건에 따라서 설계 변경이 가능하다는 점을 밝혀 둔다.
복수 개의 고정 지점은, 추진 유닛(122)이 고정된 상태로 배치될 수 있는 부분으로서, 제 1 트랙, 상기 제 2 트랙 및 상기 제 3 트랙 상에 배치될 수 있다. 고정 지점은 전원 프레임의 전원 장치와 추진 유닛(122)을 전기적으로 연결할 수 있으며, 고정 지점을 통하여 추진 유닛(122)에 전원이 공급될 수 있다. 한편, 복수 개의 고정 지점 외에도 전원 프레임(121)의 모든 지점에서 추진 유닛(122)에 전원이 공급되도록 할 수도 있음을 밝혀 둔다.
제 1 트랙은 동체(11)의 길이 방향으로 연장될 수 있고, 동체(11)의 저면부 및 동체(11)의 후면부에 걸쳐서 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 트랙 상에는, 복수 개의 고정 지점(a, a', b, b', c, c', d, d', e, e', g, g')이 배치될 수 있다.
제 2 트랙은 동체(11)의 한 쌍의 주익 방향으로, 제 1 트랙을 기준으로 좌우로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제 2 트랙 상에는, 복수 개의 고정 지점(i, i', j, j', k, k', l, l', m, m', n, n')이 배치될 수 있다. 제 2 트랙은, 동체(11)의 길이 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 서브 트랙을 포함할 수 있다.
제 3 트랙은 동체(11)의 꼬리 날개 방향으로, 제 1 트랙을 기준으로 좌우로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제 3 트랙은, 동체(11)의 후면부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 3 트랙 상에는, 복수 개의 고정 지점(f, f', h, h')이 배치될 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 비행체의 비행 과정에서의 추진 유닛을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 추진 유닛(122)은, 전원 프레임(121)을 따라서 슬라이딩 함으로써 이동하여, 하나의 고정 지점에서 다른 고정 지점으로 위치를 변경할 수 있다. 또한, 앞서 검토한 바와 같이, 추진 유닛(122) 자체가 2개의 축으로 회전 가능하므로, 회전 유닛(122)이 발생시키는 추력의 방향은 높은 자유도를 가질 수 있다.
비행체(1)의 제어 방법은, 복수 개의 추진 유닛(122)을 전원 프레임(121)을 따라 이동시키거나, 추진 유닛(122) 자체를 회전시킴으로써, 비행 조건에 따라 동체(11)에 대한 추력의 방향을 다르게 조절할 수 있는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 비행체(1)의 비행 고도를 제어하기 위해서는 동체(11)의 저면부 및 후면부 사이에서 추진 유닛(122)의 위치를 전환시킬 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 것처럼, x 축을 기준으로 탑 프레임(1222)에 대한 중간 프레임(1223)의 회전 각도를 달리함으로써 추진 유닛(122)의 회전 각도를 변경시킬 수 있다. 비행체(1)의 제어 방법에 따르면, "수직 비행", "전환 비행" 또는 "수평 비행"하도록 비행체(1)를 제어할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 지면으로부터 비행체(1)가 수직 이륙하여 수평 방향 비행하기 위해서, 비행체(1)는 수직 비행, 전환 비행, 그리고 수평 비행 모드 순으로 연속적으로 상태가 전환되도록 제어될 수 있다. 반대로 수평 비행하는 비행체(1)를 수직 착륙시키기 위해서, 비행체(1)는 수평 비행, 전환 비행, 그리고 수직 비행 모드 순으로 연속적으로 상태가 전환되도록 제어될 수 있다. 이와 같은 모드의 변경은, 추진 유닛의 위치 및 각도를 점진적으로 변환함으로써 달성되는 것이므로, 비행체(1)의 제어 방법에 의하여 전환 비행을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
한편, 비행체(1)가 좌회전 또는 우회전하도록 제어하기 위해서는, 도 3과 같이 중간 프레임(1223)에 대한 유닛 프레임(1224)의 회전 각도를 y 축을 기준으로 회전시킴으로써 추력의 방향을 변경시킬 수 있다.
즉, x 축 및 y 축을 기준으로 한 각 회전은 독립적으로 제어될 수 있으며, 추진 유닛의 위치 조정과 병행하는 방식을 통해, 비행체(1)의 비행 고도와 좌우 방향을 정밀하게 변경시킬 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 수직 비행하는 비행체의 측면도이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 수직 비행하는 비행체의 사시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 비행체(1)의 제어 방법은, 비행체(1)를 수직 비행시키는 단계(수직 비행 모드)를 더 포함할 수 있다. 수직 비행 모드에서는, 제 1 트랙 및 제 3 트랙 사이에서 슬라이딩 가능한 복수 개의 추진 유닛(122)을 모두 동체(11)의 저면부에 배치시킴으로써, 수직 비행 모드를 수행할 수 있다. 비행체(1)가 수직 비행 모드일 때, 복수 개의 서브 트랙마다 적어도 하나 이상의 추진 유닛(122)이 배치될 수 있다. 또한 복수 개의 서브 트랙 중 비행체(1)의 꼬리 날개 방향에 가장 가까운 서브트랙에만 추진 유닛(122)이 배치될 수도 있다.
비행체(1)를 수직 비행시키는 단계에서는, 복수 개의 추진 유닛(122)은 동체(1)의 저면부에 위치한 전원 프레임에 배열하고, 복수개의 추진 유닛이 발생시키는 추진력이 지면과 수직할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 추진 유닛(122)은 제 1 트랙의 복수 개의 고정 지점(a, a', b, b', c, c', d, d') 및 제 2 트랙의 복수 개의 고정 지점(i, i', j, j', k, k', l, l')에 위치되고, x 축을 기준으로 회전 변위가 없는 상태로 배열될 수 있다. 여기서, 요구되는 수직 비행 추력에 적합하도록 복수 개의 추진 유닛 중 일부에 선택적으로 전압이 공급될 수 있다. 또한 복수 개의 추진 유닛(122)이 모두 동체의 저면부에 위치한 전원 프레임(121)에만 배열되어야 하는 것은 아니고, 일부 추진 유닛(122)은 비행체(1)의 무게 중심을 고려하여 후면부에 위치한 전원 프레임(121)에 배열되고, x 축 및 y 축 방향으로의 회전 변위가 없는 상태로 배열될 수도 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 수직 및 수평 비행하는 비행체의 측면도이고, 도 10은 일 실시 예에 따른 수직 및 수평 비행하는 비행체의 사시도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 비행체(1)의 제어 방법은, 비행체(1)를 수직 및 수평 비행시키는 단계(전환 비행 모드)를 더 포함할 수 있다. 전환 비행 모드에서는, 제 1 트랙 및 제 3 트랙 사이에서 슬라이딩 가능한 복수 개의 추진 유닛(122) 중 적어도 일부는 동체(11)의 저면부에 배치되고, 나머지 일부는 동체(11)의 후면부에 배치시킴으로써, 전환 비행 모드를 수행할 수 있다.
비행체(1)를 수직 및 수평 방향으로 비행시키는 단계에서는, (i)복수 개의 추진 유닛(122) 중 일부를 저면부에 위치한 전원 프레임(121)에 배열하고, 복수 개의 추진 유닛(122) 중 나머지를 후면부에 위치한 전원 프레임(121)에 배열하는 단계와, (ii) 복수 개의 추진 유닛(122)이 발생시키는 추진력이 비행 방향과 평행하도록 복수 개의 추진 유닛(122)을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 추진 유닛(122)은 제 1 트랙의 복수 개의 고정 지점(c, c', d, d', e, e', g, g') 및 제 2 트랙의 복수 개의 고정 지점(i, i', j, j', m, m', n, n')에 위치되고, x 축을 기준으로 한 회전 변위(θ1)는, 90°에서 비행체의 비행 각도를 뺀 각도로 결정될 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 복수 개의 추진 유닛(122)이 발생시키는 추력의 방향이 비행 방향과 일치할 수 있다. 여기서, 요구되는 전환 비행 추력에 적합하도록 복수 개의 추진 유닛 중 일부에 선택적으로 전압이 공급될 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따른 수평 비행하는 비행체의 측면도이고, 도 12는 일 실시 예에 따른 수평 비행하는 비행체의 사시도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 비행체(1)의 제어 방법은, 비행체(1)를 수평 비행시키는 단계(수평 비행 모드)를 더 포함할 수 있다. 수평 비행 모드에서는 제 1 트랙 및 제 3 트랙 사이에서 슬라이딩 가능한 복수 개의 추진 유닛(122)을 모두 동체(11)의 후면부에 배치시킴으로써, 수평 비행 모드를 수행하게 할 수 있다. 이 때, 복수 개의 추진 유닛(122) 중 적어도 일부는 제 1 트랙에 대하여 외측 방향으로 슬라이딩 되어 제 3 트랙에 위치할 수 있다.
비행체(1)를 수평 방향으로 비행시키는 단계는, (i)복수 개의 추진 유닛(122)을 후면부에 위치한 전원 프레임(121)에 배열하는 단계와, 복수 개의 추진 유닛(122)이 발생시키는 추진력이 지면과 평행하도록 복수 개의 추진 유닛(122)을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 추진 유닛(122)은 제 1 트랙의 복수 개의 고정 지점(e, e', g, g'), 제 2 트랙의 복수 개의 고정 지점(k, k', l, l', m, m', n, n') 및 제 3 트랙의 복수 개의 고정 지점(f, f', h, h')에 위치되고, x 축을 기준으로 한 회전 변위(θ2)는, 90°에서 비행체의 비행 각도를 뺀 각도로 결정될 수 있다. 즉, 비행 각도가 0°인 수평 비행 모드에서 회전 변위(θ2)는 90°일 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 복수 개의 추진 유닛(122)이 발생시키는 추력의 방향이 지면에 대하여 수직할 수 있다.
비행체(1)의 제어 방법은, 비행체(1)를 수평 비행시키면서 좌회전 또는 우회전시키는 단계(호버링 비행 모드, hovering flight mode)를 더 포함할 수 있다. 즉, 수평 비행 모드에서, 복수 개의 추진 유닛(122)이 y 축을 기준으로 하여 회전할 경우, 비행 고도의 변화 없이 비행체(1)가 제자리에서 맴도는 호버링을 할 수 있다.
여기서, 요구되는 전환 비행 또는 호버링 비행 모드의 추력에 적합하도록 복수 개의 추진 유닛 중 일부에 선택적으로 전압이 공급될 수 있다.
도 13은 일 실시 예에 따른 비행체의 동체와 추진 유닛 사이의 공기 흐름을 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 비행체(1)가 비행하는 과정에서, 동체(11) 및 추진 유닛(122) 사이에서 공기가 유동할 수 있다. 추진 유닛(122)이 일정 거리만큼 동체(11)로부터 이격되어 있어서, 팬이 구동함에 따라 발생한 음압에 의하여 외부로부터 공기가 이격된 공간으로 유입될 수 있다. 유입된 공기는 추진 유닛(122)을 통과하여 추력을 발생시킬 수 있다.
도 14는 일 실시 예에 따른 추진 유닛 사이의 공기 흐름을 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 인접한 추진 유닛(122)의 유닛 프레임(1224)간의 거리를 좁혀서 유닛 프레임(1224) 사이에서 발생할 수 있는 난기류를 줄일 수 있다. 예를 들어, 유닛 프레임(1224)의 추력 방향과 수직한 단면적을 사각형이나, 모서리가 둥근 사각형으로 형성할 경우, 공기가 통과하는 사이의 거리가 크게 변하지 않으므로, 공기의 흐름이 층류(laminar flow)로 될 수 있어, 난기류 발생을 줄이는데 도움이 된다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (22)

  1. 동체에 대하여 이동 가능하고, 상기 동체의 추력을 전기적으로 발생시키는 복수 개의 추진 유닛; 및
    상기 동체 및 상기 복수 개의 추진 유닛 사이에 배치되어, 상기 동체에 구비된 전원을 상기 복수 개의 추진 유닛에 전달하고, 상기 복수 개의 추진 유닛이 슬라이딩 가능하도록 결합되는 전원 프레임을 포함하고,
    상기 전원 프레임은,
    복수 개의 고정 지점;
    상기 동체의 길이 방향으로 연장되는 제 1 트랙;
    상기 동체의 한 쌍의 주익 방향으로, 상기 제 1 트랙을 기준으로 좌우로 연장되는 제 2 트랙; 및
    상기 동체의 꼬리 날개 방향으로, 상기 제 1 트랙을 기준으로 좌우로 연장되는 제 3 트랙을 포함하고,
    상기 복수 개의 고정 지점은,
    상기 제 1 트랙, 상기 제 2 트랙 및 상기 제 3 트랙 상에 배치되고,
    상기 추진 유닛은,
    상기 전원 프레임을 따라서 슬라이딩 함으로써 이동하여, 하나의 고정 지점에서 다른 고정 지점으로 위치를 변경하는 것을 특징으로 하는 분산 전기 추진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 추진 유닛은, 상기 동체에 대하여 각각 다른 방향으로 추력을 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 분산 전기 추진 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 추진 유닛은,
    팬을 지지하는 유닛 프레임; 및
    상기 추진 유닛이 발생시키는 추력의 방향과 수직한 y 축을 기준으로 상기 유닛 프레임을 회전시키는 중간 프레임을 포함하는 분산 전기 추진 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 추진 유닛은,
    상기 y 축과 수직한 x 축을 기준으로 상기 중간 프레임을 회전시키는 탑 프레임을 더 포함하는 분산 전기 추진 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 트랙은,
    한 쌍의 전원 프레임이고,
    상기 제 1 트랙 상에 배치된 복수 개의 고정 지점 간 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분산 전기 추진 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 트랙은,
    한 쌍의 전원 프레임이고,
    상기 제 2 트랙 상에 배치된 복수 개의 고정 지점 간 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분산 전기 추진 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 트랙은,
    한 쌍의 전원 프레임이고,
    상기 제 1 트랙 상에 배치된 복수 개의 고정 지점 간 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분산 전기 추진 장치.
  10. 동체; 및
    상기 동체의 저면부 및 후면부에 걸쳐서 배치되는 분산 전기 추진 장치를 포함하고,
    상기 분산 전기 추진 장치는,
    동체에 대하여 이동 가능하고, 상기 동체의 추력을 전기적으로 발생시키는 복수 개의 추진 유닛; 및
    상기 동체 및 상기 복수 개의 추진 유닛 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 추진 유닛이 슬라이딩 가능하도록 결합되는 전원 프레임을 포함하고,
    상기 전원 프레임은,
    상기 동체의 저면부 및 후면부에 걸쳐서 배치되고,
    상기 동체의 길이 방향으로 연장되는 제 1 트랙;
    상기 동체의 한 쌍의 주익 방향으로, 상기 제 1 트랙을 기준으로 좌우로 연장되는 제 2 트랙; 및
    상기 동체의 꼬리 날개 방향으로, 상기 제 1 트랙을 기준으로 좌우로 연장되는 제 3 트랙을 포함하는 비행체.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 트랙은, 상기 동체의 저면부 및 상기 동체의 후면부에 걸쳐서 배치되고, 상기 제 3 트랙은, 상기 동체의 후면부에 배치되고, 상기 복수 개의 추진 유닛은 상기 제 1 트랙 및 상기 제 3 트랙 사이에서 위치 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 비행체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 트랙 및 상기 제 3 트랙 사이에서 슬라이딩 가능한 상기 복수 개의 추진 유닛 중 (i) 적어도 일부는 상기 동체의 저면부에 배치되고, (ii) 나머지 일부는 상기 동체의 후면부에 배치시킴으로써, 전환 비행 모드를 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 비행체.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 트랙 및 상기 제 3 트랙 사이에서 슬라이딩 가능한 상기 복수 개의 추진 유닛을 모두 (i) 상기 동체의 저면부에 배치시킴으로써, 수직 비행 모드를 수행하게 하거나, (ii) 상기 동체의 후면부에 배치시킴으로써, 수평 비행 모드를 수행하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 비행체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 수평 비행 모드에서,
    상기 복수 개의 추진 유닛 중 적어도 일부는 상기 제 1 트랙에 대하여 외측 방향으로 슬라이딩 되어 상기 제 3 트랙에 위치하는 것을 특징으로 하는 비행체.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 트랙은, 상기 동체의 길이 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 서브 트랙을 포함하고,
    상기 비행체가 수직 비행 모드일 때, 상기 복수 개의 서브 트랙마다 적어도 하나 이상의 추진 유닛이 배치되고,
    상기 비행체가 수평 비행 모드일 때에는, 상기 복수 개의 서브 트랙 중 상기 비행체의 꼬리 날개 방향에 가장 가까운 서브트랙에만 추진 유닛이 배치되는 것을 특징으로 하는 비행체.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 동체 및 상기 추진 유닛 사이에서 공기가 유동 가능한 것을 특징으로 하는 비행체.
  19. 제 10 항에 기재된 비행체를 제어하는 비행체의 제어 방법에 있어서,
    상기 복수 개의 추진 유닛을 전원 프레임을 따라 이동시키거나 상기 추진 유닛 자체를 회전시킴으로써, 비행 조건에 따라 상기 동체에 대한 추력의 방향을 다르게 조절할 수 있는 단계를 포함하는 비행체의 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    비행체를 수직 비행시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 비행체를 수직 비행시키는 단계는,
    복수 개의 추진 유닛을 동체의 저면부에 위치한 전원 프레임에 배열하고, 상기 복수 개의 추진 유닛이 발생시키는 추진력이 지면과 수직한 것을 특징으로 하는 비행체의 제어 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    비행체를 수직 방향 및 수평 방향으로 비행시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 비행체를 수직 방향 및 수평 방향으로 비행시키는 단계는,
    복수 개의 추진 유닛 중 일부를 저면부에 위치한 전원 프레임에 배열하고, 상기 복수 개의 추진 유닛 중 나머지를 후면부에 위치한 전원 프레임에 배열하는 단계; 및
    상기 복수 개의 추진 유닛이 발생시키는 추진력이 비행 방향과 평행하도록 상기 복수 개의 추진 유닛을 회전시키는 단계를 포함하는 비행체의 제어 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    비행체를 수평 방향으로 비행시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 비행체를 수평 방향으로 비행시키는 단계는,
    복수 개의 추진 유닛을 후면부에 위치한 전원 프레임에 배열하는 단계; 및
    상기 복수 개의 추진 유닛이 발생시키는 추진력이 지면과 평행하도록 상기 복수 개의 추진 유닛을 회전시키는 단계를 포함하는 비행체의 제어 방법.
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