KR102370070B1 - 비행체 및 비행 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 비행체는, 비행체의 몸체; 상기 몸체에 틸트 가능하게 부착되어 추진력을 발생시키는 복수의 로터들; 상기 복수의 로터들 중 일 로터의 고장이 발생할 경우, 상기 복수의 로터들 중 다른 로터를 제어하여 상기 몸체의 평행을 유지시키는 제어부;를 포함할 수 있고, 상기 제어부는 비행체의 비행 모드에 따라서 제어되는 로터를 선택한다.

Description

비행체 및 비행 제어 방법{AIR VEHICLE AND FLIGHT CONTROL METHOD}
비행체 및 비행 제어 방법이 개시된다.
항공기 중에 일반적으로 엔진 동력 항공기가 사용되며, 엔진 동력 항공기는 엔진을 이용해서 프로펠러나 로터에 동력을 공급하며, 엔진의 고장이 발생하는 경우에 대비해서 로터 샤프트를 서로 연결하여 운용한다. 이에, 한 쪽 엔진이 고장이 난 경우 정상엔진이 양쪽의 로터에 동력을 공급해서 로터 회전을 지속할 수 있도록 설계된다.
엔진 동력 항공기와 달리, 분산추진 전기동력 항공기(DEP: Distributed Electric Propulsion)의 경우는 동력을 공급하는 모터를 각각의 프로펠러에 독립적으로 연결해서 추진력을 얻는다. 이로 인해 개별 모터의 고장이 발생하는 경우 해당 프로펠러는 멈추게 되며, 나머지 정상 동작하는 모터와 이에 연결된 프로펠러를 이용해서 자세를 유지하거나 착륙하여야 한다.
현재 개발되고 있는 많은 분산추진 전기동력(DEP) 항공기들의 경우 한 개의 모터에 고장이 발생하더라도 안전하게 비행하기 위한 기술들을 개발 중에 있다. 독일의 경우, 추진을 위한 모터의 개수를 획기적으로 증가(18개)시켜 한 개의 고장으로 인한 영향이 크지 않게 설계하였다. 차세대 DEP 항공기의 경우, 모터 내부의 단일 회전자에 다중의 코일과 자석을 장착하여 물리적으로 다중화하는 방안이 연구되고 있다.
수직 이착륙과 고속비행이 가능한 DEP 항공기는 두 가지 방식으로 개발 중이며, 하나는 회전익모드 저속 프로펠러와 고정익 모드 고속 프로펠러를 모두 갖춘 복합형 DEP 항공기와 회전익 프로펠러 일부를 천이시켜 고정익 모드에서 사용할 수 있는 틸트 방식 DEP 항공기로 구분된다.
틸트 방식 DEP 항공기는 회전익 모드와 고정익 모드에 필요한 추진력을 공유해서 사용하므로 저항 및 무게증가 가 크지 않아서 비행효율이 복합형 DEP 항공기보다 더 우수하다. 하지만, 저속구간인 회전익모드와 고속구간인 고정익 모드 및 두 모드를 이어주는 천이모드에서 모터의 고장이 발생하는 경우 각각의 대응 기술에 대한 연구가 더 필요하다.
이와 관련하여, 한국등록특허공보 제10-1849246호는 틸트 프롭 항공기에 대해 개시한다. 상기 발명은 날개에 연결된 로터의 틸트각을 조절하는 틸트 프롭 항공기에 관한 것이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시예에 따른 목적은 하나 이상의 전기 동력 장치를 갖는 비행체에서 임의의 전기 모터에 고장이 발생하는 경우 비행체가 안전한 비행을 할 수 있도록 고장 대응을 위한 비행체 및 비행 제어 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 비행체는, 비행체의 몸체; 상기 몸체에 틸트 가능하게 부착되어 추진력을 발생시키는 복수의 로터들; 상기 복수의 로터들 중 일 로터의 고장이 발생할 경우, 상기 복수의 로터들 중 다른 로터를 제어하여 상기 몸체의 평행을 유지시키는 제어부;를 포함할 수 있고, 상기 제어부는 비행체의 비행 모드에 따라서 제어되는 로터를 선택할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 복수의 로터들은 상기 몸체를 중심으로 점대칭 또는 선대칭으로 배열된 n개로 구성되고, 상기 n은 2의 배수일 수 있다.
일 측에 따르면, 비행체가 회전익 모드일 경우, 상기 제어부는 고장이 발생한 일 로터에 대해 비행체의 몸체를 중심으로 점 대칭 위치인 로터를 제어 대상 로터로 선택하여, 상기 제어 대상 로터의 회전을 정지 또는 공회전 시킬 수 있다.
일 측에 따르면, 비행체가 저속 천이 모드, 고속 천이 모드 또는 고정익 모드일 경우, 상기 제어부는 고장이 발생한 일 로터에 대해 비행체의 몸체를 중심으로 선 대칭 위치인 로터를 제어 대상 로터로 선택하여, 상기 제어 대상 로터의 회전을 정지 또는 공회전 시킬 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제어부는 상기 일 로터 및 상기 제어 대상 로터를 제외한 나머지 로터들의 출력을 증가시켜 고장 직전의 비행속도 및 고도를 유지하도록 할 수 있다.
일 실시예에 따른 비행 제어 방법은, 몸체에 틸트 가능하게 부착된 복수의 로터들을 포함하고, 상기 복수의 로터들은 상기 몸체를 중심으로 점대칭 또는 선대칭으로 배열된 비행체를 제어하는 비행 제어 방법에 있어서, 상기 복수의 로터들 중 일 로터의 고장이 감지되는 단계; 상기 일 로터와 다른 제어 대상 로터가 선택되는 단계; 및 상기 몸체의 평형이 유지되도록 상기 제어 대상 로터가 제어되는 단계;를 포함할 수 있고, 비행 모드에 따라서 상기 제어 대상 로터가 선택된다.
일 측에 따르면, 상기 제어 대상 로터가 선택되는 단계는, 상기 비행 모드가 회전익 모드 또는 저속 천이 모드일 때 상기 일 로터에 대해 상기 비행체의 몸체를 중심으로 점 대칭인 로터가 제어 대상 로터로 선택될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제어 대상 로터가 선택되는 단계는, 상기 비행 모드가 천이 모드 또는 고정익 모드일 때 상기 일 로터에 대해 상기 비행체의 몸체를 중심으로 선 대칭인 로터가 제어 대상 로터로 선택될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 비행 제어 방법은 상기 제어 대상 로터가 제어되는 단계 이후에, 고장 직전의 비행 속도 및 고도를 유지하거나 최소한의 변화가 발생하도록 상기 일 로터와 상기 다른 로터를 제외한 나머지 로터들의 출력을 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 비행체 및 비행 제어 방법은 나셀을 틸트하는 분산추진 전기동력 항공기에서 한 개의 모터 고장이 발생한 경우 이에 대응하여 안전하게 비행하고 착륙할 수 있는 고장 대응 제어를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 비행체 및 비행 제어 방법은 저속 회전익모드의 경우와 저속 천이모드, 천이모드 및 고정익 모드에서의 모터고장이 발생하였을 때 가장 안전하게 비행할 수 있도록 하는 고장 대응 제어를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 비행체 및 비행 제어 방법의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 몸체에 틸트 가능하게 부착된 로터들이 배열되어 있는 비행체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 비행체에서 일 로터가 고장 시 나머지 복수의 로터들 중 제어 대상 로터가 선택되는 고장 대응에 대해 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 2는 회전익 모드와 저속 천이모드에서의 로터 고장 대응을 개략적으로 나타낸 도면들이다. 도 2(a) 및 2(b)는 각각 그 예시들을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 천이모드에서의 로터 고장 대응을 개략적으로 나타낸 도면들이다. 도 3(a) 및 3(b)는 각각 그 예시들을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 고속 천이 모드 및 고정익 모드에서의 로터 대응을 개략적으로 나타낸 도면들이다. 도 4(a) 및 4(b)는 각각 그 예시들을 개략적으로 나타낸다.
도 5는 비행 시 로터 고장 대응에 대한 비행 제어 방법의 순서도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 비행 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 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 실시예에 따른 몸체(110)에 틸트 가능하게 부착된 로터들(200)이 배열되어 있는 비행체(10)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 비행체(10)는 비행체(10)의 몸체(110), 몸체(110)의 날개(120), 상기 날개(120) 상기 몸체(110)에 틸트 가능하게 부착되어 추진력을 발생시키는 복수의 로터들(200), 상기 복수의 로터들(200)을 제어하는 제어부(400)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 로터들(200)은 상기 몸체(10)를 중심으로 날개(120)를 따라 점대칭 또는 선대칭으로 배열된 n개로 구성되고, 상기 n은 2의 배수일 수 있다.
도 1에서와 같이, 일 예로, 상기 복수의 로터들(200)은 상기 몸체(110)를 중심으로 날개(120)를 따라 양 옆 4개(210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280)씩 총 8개로 배열될 수 있다.
각각의 로터들(210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280)은 서로 상기 몸체를 중심으로 점대칭 및 선대칭으로 대응되게 배열될 수 있다.
구체적으로, 제1 로터(210)는 제4 로터(240)와 몸체(110)의 길이 방향으로 대칭되게 배열되고, 제1 로터(210)는 제8 로터(280)와 몸체(110)와 날개(120)가 교차하는 지점을 중심으로 점대칭으로 배열될 수 있다.
상기 제어부(400)는 비행체(10)의 비행 모드에 따라서 복수의 로터들(200) 중 일 로터의 고장이 발생할 경우, 상기 복수의 로터들(200) 중 비행체(10)의 안정성 유지를 위해 제어되어야 할 다른 로터를 선택할 수 있다.
일 로터가 고장으로 정지할 경우, 상기 제어부(400)는 상기 비행체(10)의 세로축, 가로축, 방향축 모멘트 평형을 유지하기 위해서 제어 대상 로터를 정지시키거나 공회전 시킬 수 있다. 또는, 상기 제어부(400)는 고장이 발생한 로터가 더 낮은 속도로 계속 회전할 경우에는, 상기 비행체(10)의 세로축, 가로축, 방향축 모멘트 평형을 유지하기 위해서 제어 대상 로터를 반대방향, 동일한 회전 수로 회전시키도록 제어할 수도 있다.
이와 같이, 상기 제어부(400)는 상기 복수의 로터들(200)의 구동 상태, 틸팅 등을 제어하여 상기 몸체의 평행을 유지시키도록 할 수 있다.
상기 제어부는 상기 일 로터 및 상기 제어 대상 로터를 제외한 나머지 로터들의 출력을 증가시켜 고장 직전의 비행속도 및 고도를 유지하도록 할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 비행체(10)에서 일 로터가 고장 시 비행 모드에 따라 제어 대상 로터가 선택되는 고장 대응에 대해 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 2는 저속 회전익 모드에서 비행하는 모습을 나타내며, 회전익 모드 또는 저속 천이모드에서의 로터 고장 대응을 개략적으로 나타낸 도면들이다. 비행체(10)가 회전익 모드일 경우, 상기 제어부(400)는 고장이 발생한 일 로터에 대해 비행체(10)의 몸체(110)를 중심으로 점 대칭 위치인 로터를 제어 대상 로터로 선택하여, 상기 제어 대상 로터의 회전을 정지시킬 수 있다.
도 2(a)는 회전익 모드 또는 저속 천이모드에서 제1 로터(210)가 고장난 경우의 일 실시예에 따른 비행체(10)의 로터 제어를 도시하고, 도 2(b)는 회전익 모드 또는 저속 천이모드에서 제2 로터(220)가 고장난 경우의 일 실시예에 따른 비행체(10)의 로터 제어를 도시한다.
도 2(a)에는, 제1 로터(210)의 고장이 발생한 경우 상기 제어부(400)는 비행체(10)의 세로축, 가로축, 방향축 모멘트 평형을 유지하기 위해서 제8 로터(280)를 정지시킬 수 있다. 이 때, 상기 제어부(400)는 고도를 유지하기 위해 나머지 6개의 로터(220, 230, 240, 250, 260, 270)의 정상 모터 추력을 고장 직전의 정상 동작 상황보다 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 정상 모터 추력을 고장 직전의 정상 동작 상황보다 8/6배만큼 증가시킬 수 있다.
도 2(b)에는, 제2 로터(220)의 고장이 발생한 경우 상기 제어부(400)는 비행체(10)의 세로축, 가로축, 방향축 모멘트 평형을 유지하기 위해서 제8 로터(280)를 정지시키거나 공회전시킬 수 있다. 이 때, 상기 제어부(400)는 고도를 유지하기 위해 나머지 6개의 로터(220, 230, 240, 250, 260, 270)의 정상 모터 추력을 고장 직전의 정상 동작 상황보다 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 정상 모터 추력을 고장 직전의 정상 동작 상황보다 8/6배만큼 증가시킬 수 있다.
도 3은 천이 모드에서의 로터 고장 대응을 개략적으로 나타낸 도면들이다. 비행체(10)가 천이 모드일 경우, 상기 제어부(400)는 고장이 발생한 일 로터에 대해 비행체(10)의 몸체(110)를 중심으로 선 대칭 위치인 로터를 제어 대상 로터로 선택하여, 상기 제어 대상 로터의 회전을 정지 또는 공회전 시킬 수 있다.
도 3(a)는 천이 모드에서 제1 로터(210)가 고장난 경우의 일 실시예에 따른 비행체(10)의 로터 제어를 도시하고, 도 3(b)는 천이 모드에서 제2 로터(220)가 고장난 경우의 일 실시예에 따른 비행체(10)의 로터 제어를 도시한다.
도 3(a)에는, 제1 로터(210)의 고장이 발생한 경우 상기 제어부(400)는 비행체(10)의 세로축, 가로축, 방향축 모멘트 평형을 유지하기 위해서 제4 로터(240)를 정지시키거나 공회전시킬 수 있다. 이 때, 상기 제어부(400)는 피치축 모멘트 평형을 위해서 제2 및 제3로터(220, 230)의 모터 추력의 합이 후방의 4개 로터들(250, 260, 270, 280)의 모터 추력의 합과 같은 힘을 발생시키도록 제어할 수 있다.
도 3(b)에는 제2 로터(220)의 고장이 발생한 경우 상기 제어부(400)는 비행체(10)의 세로축, 가로축, 방향축 모멘트 평형을 유지하기 위해서 제3 로터(230)를 정지시킬 수 있다. 이 때, 상기 제어부(400)는 피치축 모멘트 평형을 위해서 제1 및 제4로터(210, 240)의 모터 추력의 합이 후방의 4개 로터들(250, 260, 270, 280)의 모터 추력의 합과 같은 힘을 발생시키도록 제어할 수 있다.
도 4는 고속 천이 모드 및 고정익 모드에서의 로터 대응을 개략적으로 나타낸 도면들이다. 비행체(10)가 고속 천이 모드 및 고정익 모드일 경우, 상기 제어부(400)는 고장이 발생한 일 로터에 대해 비행체(10)의 몸체(110)를 중심으로 선 대칭 위치인 로터를 제어 대상 로터로 선택하여, 상기 제어 대상 로터의 회전을 정지시킬 수 있다. 이 때, 후방의 4개 로터들(250, 260, 270, 280)의 구동이 정지될 수 있다.
도 4(a)는 고속 천이 모드 및 고정익 모드에서 제1 로터(210)가 고장난 경우의 일 실시예에 따른 비행체(10)의 로터 제어를 도시하고, 도 4(b)는 고속 천이 모드 및 고정익 모드에서 제2 로터(220)가 고장난 경우의 일 실시예에 따른 비행체(10)의 로터 제어를 도시한다.
도 4(a)에는 제1 로터(210)의 고장이 발생한 경우 상기 제어부(400)는 비행체(10)의 세로축, 가로축, 방향축 모멘트 평형을 유지하기 위해서 제4 로터(240)를 정지시킬 수 있다. 이 때, 피치축 모멘트 평형을 위해서 승강키 변위가 이용될 수 있다.
도 4(b)에는 제2 로터(220)의 고장이 발생한 경우 상기 제어부(400)는 비행체(10)의 세로축, 가로축, 방향축 모멘트 평형을 유지하기 위해서 제3 로터(230)를 정지시킬 수 있다. 이 때, 피치축 모멘트 평형을 위해서 승강키 변위가 이용될 수 있다.
비행체(10)에는 속도 영역에 따라서 로터(혹은 로터의 모터) 한 개의 고장에 대응하기 위해 동력을 정지해야 하는 모터가 달라지므로, 속도가 감속하거나 가속할 때 순차적으로 모터가 on/off될 수 있다.
일 예로, 고속 천이 모드 또는 고정익 모드에서 비행체(10)는 제1 로터(210)의 고장 시 도 4(a)에서와 같이 운용되다가 감소하는 경우 도 3(a)에서와 같이 후방 로터들(250, 260, 270, 280)이 자동으로 회전하여 천이 모드에서 줄어든 날개의 양력만큼 프로펠러 양력(prop lift)을 발생시킬 수 있다. 이후 비행체(10)의 속도가 더 감소하여 저속 천이모드와 회전익 모드로 비행 시 도 2(a)와 같이 제4 로터(240)가 on됨과 동시에 제8 로터(280)가 off되어 저속 천이모드와 회전익 모드에서의 모멘트 평형을 이루게 될 수 있다.
한편, 다른 예로, 고속 천이모드 또는 고정익 모드에서 비행체(10)는 제2 로터(220)의 고장 시 도 4(b)에서와 같이 운용되다가 감소하는 경우 도 3(b)에서와 같이 후방 로터들(250, 260, 270, 280)이 자동으로 회전하여 천이모드에서 줄어든 날개의 양력만큼 프로펠러 양력(prop lift)을 발생시킬 수 있다. 이후 비행체(10)의 속도가 더 감소하여 저속 천이모드와 회전익 모드로 비행 시 도 2(b)와 같이 제3 로터(230)가 on됨과 동시에 제7 로터(270)가 off되어 회전익 모드에서의 모멘트 평형을 이루게 될 수 있다.
비행체(10)의 속도가 증가하는 경우에는 전술한 절차와 반대로 모터의 on/off가 진행하게 된다.
만약 비행체(10)에서 나셀 틸트 작동기가 모터 1개와 동시에 고장나는 경우에는, 현재의 비행 속도를 유지하면서 활주 착륙하여야 하며, 정상적인 나셀틸트 작동기의 변위가 고장난 나셀틸트 작동기의 고정된 위치를 기준으로 최소한의 오차 범위 내에서 틸트각이 유지되도록 제어될 수 있다.
고장난 나셀의 대칭 위치에 있는 나셀은 고장난 나셀과 같은 각도로 고정되고, 정상 틸트 작동기만 틸트되어 비행체(10)가 최대한 저속으로 착륙하도록 제어될 수 있다.
일 실시예에 따른 비행체(10)가 높은 비행효율을 가지기 위해서는 프로펠러의 추진력으로만 비행할 수 있는 저속구간의 비행시간이 최소한으로 줄여지고, 비행체에 장착된 고정날개의 양력을 이용할 수 있는 고속구간의 비행시간이 증가될 수 있다.
도 5는 비행 시 로터 고장 대응에 대한 비행 제어 방법의 순서도이다.
몸체(110)에 틸트 가능하게 부착된 복수의 로터들(200)을 포함하고, 상기 복수의 로터들(200)은 상기 몸체를 중심으로 점대칭 또는 선대칭으로 배열된 비행체(10)를 제어하는 비행 제어 방법에 있어서, 상기 비행 제어 방법은 상기 복수의 로터들(200) 중 일 로터의 고장이 감지되는 단계(S10), 상기 일 로터와 다른 제어 대상 로터가 선택되는 단계(S20), 및 상기 몸체의 평형이 유지되도록 상기 제어 대상 로터가 제어되는 단계(S30)를 포함할 수 있고, 비행 모드에 따라서 상기 제어 대상 로터가 선택될 수 있다.
상기 일 로터와 다른 제어 대상 로터가 선택되는 단계(S30)는 상기 비행 모드가 회전익 모드 또는 저속 천이모드일 때 상기 일 로터에 대해 상기 비행체(10)의 몸체를 중심으로 점 대칭인 로터가 제어 대상 로터로 선택될 수 있다(S31).
상기 일 로터와 다른 제어 대상 로터가 선택되는 단계(S30)는 상기 비행 모드가 천이 모드, 고속 천이 모드 또는 고정익 모드일 때 상기 일 로터에 대해 상기 비행체(10)의 몸체를 중심으로 선 대칭인 로터가 제어 대상 로터로 선택될 수 있다(S31).
도 6은 일 실시예에 따른 비행 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.
상기 비행 제어 시스템은 몸체(110)에 설치된 제어부(300) 및 복수의 로터들(200)의 고장을 감지하는 감지부(400)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어부(300)는 상기 감지부(400)의 데이터를 바탕으로 복수의 로터들(200)을 전술한 절차에 따라 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 비행체(10) 및 비행 제어 방법은 방법은 나셀을 틸트하는 분산추진 전기동력 항공기에서 한 개의 모터 고장이 발생한 경우 비행 모드에 따라 고장 대응하여 안전하게 비행하고 착륙할 수 있다.
이러한 효과는 틸트 방식 DEP 항공기의 저항 및 무게의 감소로 인한 비행 효율의 유익점을 누리는 동시에 다중 모터의 고장에 대한 효과적인 대응을 가져올 것으로 기대될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
10: 비행체
110: 몸체
120: 날개
200: 로터
210: 제1 로터
220: 제2 로터
230: 제3 로터
240: 제4 로터
250: 제5 로터
260: 제6 로터
270: 제7 로터
280: 제8로터
300: 제어부
400: 감지부

Claims (9)

  1. 비행체의 몸체;
    상기 몸체에 틸트 가능하게 부착되어 추진력을 발생시키는 복수의 로터들;
    상기 복수의 로터들 중 일 로터의 고장이 발생할 경우, 상기 복수의 로터들 중 다른 로터를 제어하여 상기 몸체의 평행을 유지시키는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는 비행체의 비행 모드에 따라서 제어되는 로터를 선택하고,
    비행체가 회전익 모드이거나 저속 천이모드일 경우, 상기 제어부는 고장이 발생한 일 로터에 대해 비행체의 몸체를 중심으로 점 대칭 위치인 로터를 제어 대상 로터로 선택하여, 상기 제어 대상 로터의 회전을 정지시키거나 공회전시키고,
    비행체가 천이 모드, 고속 천이 모드 또는 고정익 모드일 경우, 상기 제어부는 고장이 발생한 일 로터에 대해 비행체의 몸체를 중심으로 선 대칭 위치인 로터를 제어 대상 로터로 선택하여, 상기 제어 대상 로터의 회전을 정지시키거나 공회전시키는,
    비행체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 로터들은 상기 몸체를 중심으로 점대칭 또는 선대칭으로 배열된 n개로 구성되고, 상기 n은 2의 배수인,
    비행체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 일 로터 및 상기 제어 대상 로터를 제외한 나머지 로터들의 출력을 증가시켜 고장 직전의 비행속도 및 고도를 유지하도록 하거나 변화를 최소화시키는,
    비행체.
  6. 몸체에 틸트 가능하게 부착된 복수의 로터들을 포함하고, 상기 복수의 로터들은 상기 몸체를 중심으로 점대칭 또는 선대칭으로 배열된 비행체를 제어하는 비행 제어 방법에 있어서,
    상기 복수의 로터들 중 일 로터의 고장이 감지되는 단계;
    상기 일 로터와 다른 제어 대상 로터가 선택되는 단계; 및
    상기 몸체의 평형이 유지되도록 상기 제어 대상 로터가 제어되는 단계;
    를 포함하고,
    상기 일 로터와 다른 제어 대상 로터가 선택되는 단계에서,
    비행 모드에 따라서 상기 제어 대상 로터가 선택되며,
    비행체가 회전익 모드이거나 저속 천이모드일 경우, 상기 제어부는 고장이 발생한 일 로터에 대해 비행체의 몸체를 중심으로 점 대칭 위치인 로터를 제어 대상 로터로 선택하여, 상기 제어 대상 로터의 회전을 정지시키거나 공회전시키고,
    비행체가 천이 모드, 고속 천이 모드 또는 고정익 모드일 경우, 상기 제어부는 고장이 발생한 일 로터에 대해 비행체의 몸체를 중심으로 선 대칭 위치인 로터를 제어 대상 로터로 선택하여, 상기 제어 대상 로터의 회전을 정지시키거나 공회전시키는,
    비행 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어 대상 로터가 제어되는 단계 이후에,
    고장 직전의 비행 속도 및 고도를 유지하도록 상기 일 로터와 상기 다른 로터를 제외한 나머지 로터들의 출력을 증가시키는 단계
    를 더 포함하는,
    비행 제어 방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117360772B (zh) * 2023-12-07 2024-02-06 四川沃飞长空科技发展有限公司 垂直起降飞行器及控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180025498A1 (en) 2016-07-21 2018-01-25 Gopro, Inc. Subject Tracking Systems for a Movable Imaging System
US20180162525A1 (en) * 2016-12-08 2018-06-14 Aurora Flight Sciences Corporation Double-Blown Wing Vertical Takeoff and Landing Aircraft
CN109476366A (zh) * 2016-05-18 2019-03-15 空中客车A^3有限责任公司 具有倾斜翼配置的垂直起降飞机
WO2019204688A1 (en) 2018-04-19 2019-10-24 Hi-Lite Aircraft Vertical take off and landing fixed wing aircraft

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102218586B1 (ko) * 2018-11-19 2021-02-22 한국항공우주연구원 복합형 삼중 날개 분산추진 수직이착륙 항공기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109476366A (zh) * 2016-05-18 2019-03-15 空中客车A^3有限责任公司 具有倾斜翼配置的垂直起降飞机
US20180025498A1 (en) 2016-07-21 2018-01-25 Gopro, Inc. Subject Tracking Systems for a Movable Imaging System
US20180162525A1 (en) * 2016-12-08 2018-06-14 Aurora Flight Sciences Corporation Double-Blown Wing Vertical Takeoff and Landing Aircraft
WO2019204688A1 (en) 2018-04-19 2019-10-24 Hi-Lite Aircraft Vertical take off and landing fixed wing aircraft

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240028760A (ko) 2022-08-25 2024-03-05 엘아이지넥스원 주식회사 정찰임무와 타격임무 수행이 가능한 복합 드론의 통신 두절 대응 비행경로 수정 장치 및 방법

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