KR102421773B1 - 멀티 로터 항공기 - Google Patents

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KR102421773B1
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앤더스 엘정
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에이씨씨 이노베이션 에이비
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Abstract

멀티 로터 항공기(1, 1', 1", 1"', 1"", 1""', 1""")로서, 각각이 전용 제1, 제2, 및 제3 유압 모터(11, 21, 31)에 의해 회전 가능한 적어도 제1, 제2, 및 제3 로터(10, 20, 30), 동력 유닛(2), 상기 각각의 제1, 제2, 및 제3 유압 모터(11, 21, 31)에 전용되는 적어도 제1, 제2, 및 제3 유압 펌프(12, 22, 32), 여기서, 상기 각 유압 펌프(12, 22, 32)는 유압 모터(11, 21, 31)에 동력을 공급하여 각각의 로터(10, 20, 30)를 회전시키는 각각의 유압 모터(11, 21, 31)에 가압 유체를 제공하도록 배치됨, 상기 멀티 로터 항공기(1, 1', 1", 1"',1"",1""',1""")의 작동을 제어하기 위한 제어 유닛(6)을 포함하고, 상기 멀티 로터 항공기(1, 1', 1", 1"', 1"", 1""', 1""")의 제어는 각각의 유압 모터(11, 21, 31)에 분배된 가압 유체의 흐름을 변경함으로써 수행되도록 배치되고, 상기 각각의 유압 모터(11, 21, 31)에 제공된 가압 유체의 흐름은 각각의 유압 펌프(12, 22, 32)로부터 전용 유압 모터(11, 21, 31)로의 가압 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어 밸브(13, 23, 33)에 의해 각각 제어가능하다.

Description

멀티 로터 항공기{MULTI-ROTOR AERIAL VEHICLE}
본 발명은 제1항의 전제부에 따른 멀티 로터 항공기에 관한 것이다.
멀티 로터 항공기는 오랫동안 알려져 왔다. 제어 시스템이 이들 차량(vehicle) 중 가장 일반적인 쿼드로콥터(quadrocopter)를 개발함에 따라, 최근에 매우 인기가 있었다. 알려진 쿼드로콥터는 배터리에 의해 구동되는 4개의 전기 모터를 사용한다. 전기 모터의 제어는 매우 정확하고, 따라서 알려진 쿼드로콥터는 매우 안정한 비행을 보여준다. 이들은 카메라를 운반하는 사진 플랫폼으로서, 또는 안정한 비행 플랫폼이 요구되는 다른 용도로서 흔히 사용된다.
이러한 쿼드로콥터는 에너지 효율을 논의하고 전기 모터를 사용하는 WO 2014/108459 Al의 문헌으로부터 공지되어 있다.
또 다른 문헌 US 4 456 430은 일반적으로 로터 크래프트(rotor crafts)를 논의하고, 안전상의 이유로 로터의 프리휠링(freewheeling)을 가능하게 하는 것에 관한 것이다. 이 문헌은 가변 피치 프로펠러를 논의하고, 이는 일반적으로 쿼드로콥터의 개념이 아니다.
알려진 쿼드로콥터는 배터리를 전원으로 사용한다. 불행하게도 전원은 제한된 체공 시간을 가지고, 양호한 기능성에도 불구하고 보통의 쿼드로콥터는 15-20분의 일반적인 체공 시간만을 수행할 수 있다. 배터리 용량이 증가되면 차량의 페이로드(payload)가 감소된다. 스포츠 경기 중에 사용하기 위해 체공 시간을 상당히 증가시키려는 요구가 있다.
그러나 알려진 쿼드로콥터보다 더 많은 페이로드를 운반하려는 요구가 있다. 예를 들어, 더 큰 카메라는 특히 낮은 조명 조건에서 멀리서 사진을 찍기 원할 때 사용되는 데 관심이 있다. 무거운 장비를 운반할 필요가 있는 다른 용도의 개념이 고려될 때 더 큰 페이로드가 또한 요구된다. 따라서, 상당히 긴 체공 시간을 제공하고 또한 동시에 더 많은 페이로드를 운반할 수 있는 쿼드로콥터를 구비하려는 요구가 있다. 이는 일반적으로 전기 모터의 모터 동력을 증가시키고 배터리 용량을 증가시킴으로써 수행될 것이다. 하나의 연소 엔진을 단순히 각 프로펠러에 배치함으로써 쿼드 로터 설계에서 연소 엔진의 장점들을 통합하려는 여러 시도가 있었다. 이는 연소 엔진의 스로틀 제어가 일반적으로 느리고 반응이 없다는 사실 때문에 성공적이지 못한 것으로 밝혀졌고, 쿼드로콥터는 제대로 작동하기 위해 로터의 분당 제어에 대해 매우 정확한 회전을 필요로 한다.
종래 기술의 문제점들 중 적어도 하나는 본 발명에 의해 해결되는데, 멀티 로터 항공기는, 각각이 전용 제1, 제2, 및 제3 유압 모터에 의해 회전 가능한 적어도 제1, 제2 및 제3 로터, 적어도 하나의 동력 유닛, 상기 각각의 제1, 제2 및 제3 유압 모터에 전용인 적어도 제1, 제2, 및 제3 유압 펌프, 여기서, 상기 각각의 유압 펌프는 유압 모터에 동력을 공급하여 각 로터를 회전시키기 위해 각각의 유압 모터에 가압 유체를 제공하도록 배치됨, 상기 멀티 로터 항공기의 작동을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하고, 상기 멀티 로터 항공기의 제어는 각각의 유압 모터에 분배된 가압 유체의 흐름을 변경함으로써 수행되도록 배치되며, 상기 각각의 유압 모터에 제공되는 상기 가압 유체의 흐름은 각각의 유압 펌프로부터 전용 가압 모터로의 가압 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어 밸브에 의해 각각 제어 가능하다.
상기 멀티 로터 항공기의 장점은 특히 양호하게 기능하는 멀티 로터 항공기를 달성할 수 있다는 것이다. 추가 장점은, 압력의 블리딩(bleeding)이 압력을 제한하는 것보다 상당히 적은 양의 열을 발생시킨다는 것이다. 그렇게 함으로써 유체 냉각기의 크기가 감소될 수 있고, 유체 체적이 감소될 수 있다. 또한 유체 냉각기는 유압 회로의 팽창 용기와 결합될 수 있다. 상기 차량은 제작이 특히 간단하며 작은 변형이 있는 표준 부품이 사용될 수 있다. 또한 전기 모터를 사용하지 않음으로써 체공 시간이 연장될 수 있다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기 차량의 추가 실시예에서, 멀티 로터 항공기의 원격 제어 명령을 수신하기 위한 송신기/수신기 유닛이 더 포함된다.
이의 장점은 멀티 로터 항공기가 UAV일 수 있다는 것이다. 따라서, UAV는 멀리서 제어될 수 있으므로 임의의 유인 차량에 위험할 수 있는 지역에 진입할 수 있다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 적어도 하나의 동력 유닛은 가연성 연료를 사용한다.
이의 장점은 가연성 연료가 배터리와 같은, 현대식 멀티 로터 항공기에 사용되는 대체 에너지원보다 더 큰 에너지 밀도를 가진다는 것이다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 연료는 멀티 로터 항공기 상에 포함된 연료 공급부로부터 동력 유닛에 제공된다.
이의 장점은 멀티 로터 항공기가 지면과의 임의의 물리적 연결 없이 작동할 수 있다는 것이다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 동력 유닛에 의해 사용되는 연료는 외부 연료 공급부로부터 공급되고, 바람직하게는 외부 공급부는 지면에 위치되고, 연료는 연료 라인을 통해 지면에서 위로의 펌핑을 통해 공급된다.
이의 장점은 체공 시간이 상당히 연장될 수 있으며 또한 내부 연료 공급부가 필요하지 않거나, 또는 매우 작은 내부 연료 공급부가 필요할 때 페이로드가 또한 증가될 수 있다는 것이다. 또한 외부 연료 공급부가 지면에 위치되어 있는 경우 복잡한 항공 재급유 차량에 대한 필요성이 없다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 적어도 하나의 동력 유닛은 가스 터빈이다.
가스 터빈을 사용하는 장점은 매우 신뢰할 수 있다는 것이다. 또 다른 장점은 다수의 연료를 사용(run)할 수 있다는 것이다. 가스 터빈은 매우 높은 동력 대 중량비, 낮은 중량의 낮은 진동 및 중질 연료를 사용할 수 있는 능력을 가진다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 제어 유닛과 관련된 적어도 하나의 자이로 유닛이 추가로 구비되며, 적어도 하나의 자이로 유닛으로부터 수신된 입력에 의한 제어 유닛은 독립적으로 안정하게 멀티 로터 항공기를 제어할 수 있다.
이의 장점은 멀티 로터 항공기의 제어가 상당히 단순화된다는 것이다. 추가로 덜 숙련된 사람은 특별한 훈련 없이 멀티 로터 항공기를 작동할 수 있다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 각각의 유압 펌프는 각각의 전용 유압 모터에 대해 공급 라인을 가지며, 각각의 공급 라인 상의 전용 제어 밸브의 제어를 통해, 각각의 유압 모터로의 유체 흐름은 제어되고, 제어 밸브는 제어 유닛과 관련되며, 각각의 제어 밸브는 각각의 공급 라인으로부터 유체 흐름을 블리드하도록 배치된다.
이의 장점은 각 밸브가 정확하고 정밀하게 독립적으로 제어될 수 있으므로 제어가 특히 간단하다는 것이다. 또한 다른 제어 모드에 비해 열 발생 측면에서 유리하다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 멀티 로터 항공기는 4개의 로터를 가지며, 각각의 로터는 상기의 청구항 중 어느 한 항에 따른 기재된 로터들 중 하나에 따라 동력이 공급되고 제어된다.
이의 장점은 매우 안정적이고 구성하기 쉬운 멀티 로터 항공기를 제공한다는 것이다.
상기의 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 각각의 유압 모터 및 각각의 로터는 별도의 아암에 배치된다.
이는, 로터의 레버 아암을 다운포스(downforce)로 변경함으로써, 아암의 길이를 조정함으로써 멀티 로터 항공기의 상이한 제어가 달성될 수 있다는 장점을 가진다. 또한 멀티 로터 항공기의 모듈성이 증가된다는 장점을 가진다. 아암은 쉽게 분리될 수 있다. 따라서, 멀티 로터 항공기는 로터 및 유압 모터를 포함하는 아암을 제거함으로써 이송을 위해 분해될 수 있다. 또한 손상된 아암에 대한 용이한 유지보수에 대한 큰 가능성을 제공하고, 로터 및 유압 모터는 아암 로터 유압 패키지의 교체에 의해 쉽게 변경될 수 있다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가의 실시예에서, 로터는 쌍으로 결합되어 2개 또는 4개의 로터가 동일한 크기 및 구조를 가진다.
이의 장점은 멀티 로터 항공기를 설계할 때 부품의 간단한 재사용이 달성된다는 것이다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가의 실시예에서, 각각의 로터의 회전 방향은 멀티 로터 항공기의 제로 회전 이동을 달성할 수 있도록 배치된다.
이의 장점은 리프트(lift) 목적으로 사용되지 않는 임의의 로터가 필요없다는 것이다. 이는 예를 들어 헬리콥터와는 반대다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 각각의 로터 및 유압 모터의 회전축은 동축이다.
이의 장점은 멀티 로터 항공기의 기계적 구조가, 예를 들어 작동시키기 위해 복잡한 스와시 플레이트(swash plate)를 필요로 하는 기존의 헬리콥터와 비교하여 매우 간단하다는 것이다. 이의 장점은, 구조가 또한 유지하기가 더 쉽다는 것이다. 또한 사용된 로터가 표준 구조일 수 있고 임의의 특별한 장점이 필요하지 않다는 장점이 있다. 그리고 추가의 장점은, 멀티 로터 항공기의 중량이 더 복잡한 시스템과 비교하여 좋아질 수 있다는 것이다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 적어도 하나의 로터는 틸트가능하다.
이는 멀티 로터 항공기의 특정 방향으로 증가된 속도가 요구되는 경우에 특별한 장점이다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 자가 밀봉성 연료 탱크를 포함한다.
이의 장점은 연료 탱크가 외부 물체에 의해 손상되면 연료가 많은 양으로 누출되지 않으며 또한 화재의 위험이 상당히 감소된다는 것이다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가의 실시예에서, 멀티 로터 항공기가 유체 매체에서 전방으로 이동하는 경우에 리프트를 부가하기 위한 고정익이 추가로 포함된다.
이의 장점은, 멀티 로터 항공기가 매우 증가된 체공 시간과 증가된 범위로 작동할 수 있다는 것이다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 상기 적어도 3개의 유압 펌프 모두는 동일한 회전 입력을 수신한다.
이의 장점은 모든 유압 펌프가 동력 유닛으로부터 동일한 양의 회전 입력을 정확히 수신한다는 것이다. 이는 각 유압 펌프에서 유압 유체의 흐름 출력이 항상 동일할 때 특히 쉽게 각 유압 모터에 대한 유체 흐름을 제어한다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에서, 동력 유닛은, 바람직하게는 각각의 유압 펌프가 동일한 회전 입력을 수신하도록 기어를 통해 각각의 유압 펌프에 동력을 전달한다.
기어를 사용하는 장점은 동력 유닛으로부터의 회전 출력이 유압 펌프의 원하는 회전 입력에 맞추어 변경될 수 있다는 것이다. 이는 결국 더 효율적인 멀티 로터 항공기를 야기할 것이다. 기어는 추가의 로드가 운반되어야 함을 의미한다.
상기의 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에 따르면, 유압 펌프는 동력 유닛의 단일 출력 샤프트 상에 배치된다.
이는 각 유압 펌프에 정확히 동일한 회전 출력을 제공하는 특히 쉬운 방법이다. 이러한 유압 펌프의 동기화의 기계적 제어는 특히 경량이며 유압 펌프들의 동기화에 대한 고장 안전 제어를 제공한다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에 따르면, 멀티 로터 항공기는 적어도 5개의 로터를 가지며, 각각의 로터는 상술된 것 중 어느 하나에 따른 기재된 로터들 중 하나에 따라 동력이 공급되고 제어된다.
더 많은 로터를 구비하는 것은 안정된 비행을 제공하며 하나의 로터 또는 유압 모터가 고장나면 멀티 로터 항공기를 여전히 작동시킬 수 있어야 한다. 그 개수는, 제한적으로 해석되어서는 안 되며, 5개, 6개 및 그 이상의 로터가 비행 제어를 위한 더 많은 가능성을 제공하기 때문이다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에 따르면, 각각의 유압 펌프에 대해 하나의 전용 동력 유닛을 포함하고, 전용 동력 유닛은 제어 유닛에 의해 동기화되어, 각각의 유압 펌프가 동일한 회전 입력을 수신한다.
이는 멀티 로터 항공기를 무겁게 만드는 대안의 개발이다. 더 작은 동력 유닛을 사용하고 제어 유닛에 의해 동기화시킴으로써, 멀티 로터 항공기의 리프트 및 불균형에 대한 적응을 위한 추가의 가능성이 있다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에 따르면, 로터는 고정된 피치를 가진다.
이의 장점은 로터가 특히 간단하다는 것이다. 로터는 또한 제조에 있어 매우 비용 효율적일 수 있다. 그리고 로터는 매우 견고한다.
상기에 따른 적용 가능한 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에 따르면, 로터는 멀티 로터 항공기가 작동하지 않을 때 수동으로 조정 가능한 피치를 가진다.
이의 장점은 작동 조건을 포함하는 이유로 로터가 조정될 수 있다는 것이다. 공기의 습도, 공기 온도 또는 작동 높이가 상이할 수 있다.
상기에 따른 멀티 로터 항공기의 추가 실시예에 따르면, 상기 로터가 비행 중에 조정 가능한 피치를 가진다.
이의 장점은 피치의 조정이 매우 신속히 될 수 있다는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티 로터 항공기의 실시예를 개시한다.
도 2는 3개의 로터를 갖는 본 발명에 따른 멀티 로터 항공기의 실시예를 개시한다.
도 3은 4개의 로터를 갖는 본 발명에 따른 멀티 로터 항공기의 실시예를 개시한다.
도 4는 본 발명에 따른 멀티 로터 항공기의 섹션의 설계를 상세하게 개시한다.
도 5는 내부 연료 공급부가 없거나 매우 작은 본 발명의 실시예를 개시한다.
도 6은 전방 비행에서 리프트를 제공하기 위해 추가로 고정익이 로터에 또한 구비된 추가로 본 발명의 실시예를 개시한다.
도 7은 작동 중인 도 5의 실시예를 개시한다.
도 8은 기어가 유압 펌프들 앞에 구비된 본 발명에 따른 멀티 로터 항공기의 실시예를 개시한다.
도 9는 유압 펌프들 앞에 구비된 기어를 포함하는 본 발명에 따른 멀티 로터 항공기의 실시예를 개시한다.
도 10은 동력 유닛이 각각의 유압 펌프에 구비된 본 발명에 따른 멀티 로터 항공기의 실시예를 개시한다.
이 특허 출원에 따르면, 다음의 정의가 사용된다:
멀티 로터 항공기: 수직으로 이륙 및 착륙할 수 있고, 로터를 방지하는 특정 회전식 이동을 필요로 하지 않는 항공기. 추가로, 멀티 로터 항공기는 로터 축 상에 헬리콥터 스와시 플레이트를 포함하지 않는다. 따라서 로터는 로터를 구동하는 모터의 회전축에 대하여 로터 면(rotor plane)을 변경할 수 없어야 한다. 이는 로터가 일반적으로 일반 비행기의 프로펠러와 비슷하다는 것을 의미한다. 따라서 필수적으로 본 발명에 따른 멀티 로터 항공기는 수직으로 호버(hover), 착륙 및 이륙할 수 있어야 한다.
로터의 수는 하기 개시된 실시예에 한정되지 않는다. 로터의 수는 3개 내지 임의의 원하는 수일 수 있고, 가장 바람직하게는 4개의 로터임을 이해해야 한다.
현재의 맥락에서의 로터는 프로펠러, 상이한 블레이드 형상의 로터 및 팬형 로터를 포함한다.
고정된 피치 로터: 로터는 각각의 회전익(rotor wing), 즉 로터 블레이드의 피치를 변경할 수 없다. 이는 로터 윙/블레이드의 회전이 그 종방향 축으로 수행될 수 없음을 의미한다. 이하의 모든 실시예에 대해, 고정된 피치 로터가 바람직하다.
수동으로 조정 가능한 로터 피치: 이는 멀티 로터 항공기가 작동하지 않을 때 로터 윙/블레이드 각도가 지면에서 조정될 수 있음을 의미한다. 본질적으로 이는 차량이 작동 준비가 되었을 때 실제로 피치가 고정되지만, 작동하기 전에 각 회전익/블레이드의 각도가 조정될 수 있음을 의미한다.
비행 중에 조정 가능한 로터 피치: 이는 각 로터 윙/블레이드의 피치가 피치 각도의 조정에 의해 비행 중에 조정될 수 있음을 의미한다. 이는 멀티 로터 항공기를 작동시키는 바람직한 방법은 아니지만 여전히 가능하다.
연료 공급부: 연료의 공급은 일반적으로 액체 연료의 용기를 의미하지만, 전기를 생산하기 위해 분해될 수 있는 적절한 물질을 갖는, 가스 용기, 강력한 배터리 또는 연료 전지와 같은 다른 적합한 전원이 될 수 있음을 이해해야 한다.
동력 유닛: 동력 유닛은 일반적으로 가연성 연료의 연소에 의해 작동하는 동력 유닛이다. 일반적으로 가스 터빈이지만, 유사하게는 오토 모터, 디젤 모터, 전기 모터 또는 임의의 다른 적합한 모터일 수 있다.
연료 라인: 일반적으로 액체 연료를 동력 유닛에 전달할 수 있는 파이프를 의미한다. 그러나 동력 유닛이 전기 모터인 경우 연료 라인은 전기 케이블로 해석되어야 한다.
제어 유닛: 제어 유닛은 일반적으로 프로세서, 메모리 회로 및 일반적으로 제어 유닛과 관련된 모든 다른 공통 기능을 포함하는, CPU라고도 알려진 프로그램 가능 컴퓨터 유닛이다. 모든 실시예는 제어 유닛을 가진다.
아래의 모든 실시예에 있어서, 본체가 있다.
기재된 모든 실시예에 있어서, 동일한 세부 사항, 요소 또는 다른 특징들은 동일한 참조 번호로 표시된다.
제1 실시예는 쿼드로콥터 형태의 멀티 로터 항공기(1)가 기재되어 있는 도 1에 개시된다. 멀티 로터 항공기(1)는 본체(65)를 가진다. 멀티 로터 항공기(1)의 각각의 로터(10, 20, 30, 40)는 도 4에 따라 동력이 공급된다. 동력 유닛(2)이 개시되어 있다. 동력 유닛(2)은 바람직하게는 가스 터빈이지만, 상기에 따른 임의의 회전 모터일 수도 있다. 동력 유닛(2)으로부터 회전 샤프트(3)가 연장된다. 이 샤프트(3)에는 유압 펌프(12)가 배치된다. 펌프는 샤프트(3)에 의해 이동 가능한 내부의 회전 요소를 가진다. 유압 펌프(12)로부터 유체 라인(14)은 유압 모터(11)에 가압 유체를 제공한다. 유압 모터(11)는 로터(10)가 장착되는 샤프트 형태의 회전 가능한 축(7)을 가진다. 유체 라인(14)에는 제어 밸브(13)가 장착된 블리드 라인(17)이 구비된다. 블리드 라인(17)은 제어 밸브(13)에 의해 유체 흐름을 팽창 용기(4)로 블리드할 수 있도록 배치된다. 제어 밸브(13)는 제어 라인(6a)에 의해 제어 유닛(6)에 의해 제어된다. 따라서, 제어 밸브(13)를 조정함으로써 유압 모터(11)로의 유체의 흐름이 제어될 수 있다. 이렇게 함으로써 로터(10)에 대한 회전 속도 및 동력이 정확하게 제어될 수 있다. 프로펠러(10)의 분당 회전수 제어는 제어 유닛(6)에 의해 제어 라인(6c)을 통해 실행된다. 이는 또한 멀티 로터 항공기의 유체 정역학적 구동이라 지칭되며, 각각의 로터(10)의 분당 회전수는 비행 제어 시스템에 의해 제어되는 정밀 제어 밸브(13)를 사용하여 압력 라인(14)으로부터 리턴 라인(16)으로의 유압 오일과 같은 유체의 블리딩에 의해 제어된다. 리졸버(resolver)(미도시)는 제어 라인(6c)을 통해 로터 블레이드 위치뿐만 아니라 분당 로터 회전수에 대한 정보를 제공한다. 압력 측에 압력 조절기를 장착하는 것과는 반대로, 이의 장점은 압력의 블리딩이 압력을 제한하는 것보다 상당히 적은 열을 발생시킨다는 것이다. 이렇게 함으로써 유체 냉각기 및 유체 체적의 필요성이 감소되고 유체 냉각기가 유압 회로의 팽창 용기(4)와 결합될 수 있다. 하나의 로터(10)의 기능만이 도 4에 제시되어 있고, 이는 동력 전달에 대해 모든 로터가 동일하기 때문이다. 각각의 로터는 별도의 아암(18, 28, 38, 48) 상에 배치된다. 아암(18, 28, 38, 48)은 본체(65)로부터 연장된다. 이는 아암의 길이를 조절함으로써 로터의 레버 아암을 다운포스로 변형시킴으로써 멀티 로터 항공기의 상이한 제어가 달성될 수 있다는 장점을 가진다. 또한 멀티 로터 항공기의 모듈성이 증가된다는 장점을 가진다. 아암은 쉽게 분리할 수 있다. 따라서, 멀티 로터 항공기는 로터 및 유압 모터를 포함하는 아암을 제거함으로써 이송을 위해 분해될 수 있다. 또한 손상된 아암, 로터 및 유압 모터가 아암 로터 유압 패키지의 교체에 의해 쉽게 변경될 수 있으므로 용이한 유지보수에 대한 많은 가능성을 제공한다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 로터(10, 20, 30, 40)에 대한 회전축(7)은 각각의 유압 모터(11, 21, 31, 41)의 회전축과 동일하다. 도 8, 도 9, 도 10에 따른 기재된 멀티-로터 항공기는 상기 논의된 바와 같이 4개의 로터, 유압 모터 및 유압 펌프 등을 포함할 수 있다.
도 2에 따르면, 3개의 로터(10, 20, 30), 결과적으로 3개의 유압 펌프(12, 22, 32) 및 3개의 유압 모터(11, 21, 31)를 갖는 멀티 로터 항공기(")가 기재된다. 멀티 로터 항공기(")는 또한 제어 유닛(6)을 가진다. 송신기-방출기 유닛(8) 및 연료 공급부(50)가 또한 구비된다. 도 4의 주요 특징은 이 실시예에도 존재하는 것으로 이해되어야 한다. 모든 유압 모터들(12, 22, 32)은 동일한 샤프트(3) 상에 장착된다. 따라서 모든 유압 모터(12, 22, 32)는 샤프트(3)로부터 동일한 기계적 전달을 수용한다. 공급 라인(14, 24, 34)의 블리드 라인(17, 27, 37) 및/또는 모터로부터의 리턴된 유체를 수용하기 위한 용기(4)와 결합된 냉각기가 또한 개시된다. 용기(4)로부터 모든 유압 모터(12, 22, 32)는 각 모터(12, 22, 32)에서 가압을 위한 유체를 제공하는 유압 유체(16, 26, 36)의 공급 라인을 가진다. 각각의 모터(11, 21, 31)로부터 유체 라인(15, 25, 35)은 결합된 냉각기 및 용기(4)로 리턴된다. 바람직하게는 제어 유닛(6)에 대한 제어 정보를 추가하기 위한 자이로 유닛(9)이 포함된다. 바람직한 실시예에서, 자이로 유닛(9)은 제어 유닛(6) 내에 포함된다. 자이로 유닛(9)은 또한 멀티 로터 항공기(1) 상에 배치된 별도의 유닛일 수 있다. 자이로 유닛(9)는 바람직하게는 멀티 로터 항공기의 요(yaw) 및 피치 운동 모두를 감지할 수 있어야 한다.
도 3에 따르면, 도 1 및 도 5 중 하나와 같이 4개의 로터를 갖는 멀티 로터 항공기(1)가 기재된다. 모든 다른 것들은 동력 유닛(2), 제어 유닛(6), 자이로 유닛(9) 등과 같이 도 2 및 도 4와 공통이다. 이 차량의 로터(10, 20, 30, 40)는 2개의 다른 방향으로 회전하고, 로터(10, 40)는 동일한 방향으로 회전한다. 로터(20, 30)는 동일한 방향으로 회전한다. 이는 동일한 동력 출력이 각각의 로터(10, 20, 30, 40)로 전달될 때 멀티 로터 항공기(1)가 회전하는 것을 방지한다. 동일한 유압 모터(11, 21, 31, 41)가 적용되고, 모든 로터(10, 20, 30, 40)가 동일한 경우, 전달되는 동력 출력은 각 유압 모터(11, 21, 31, 41)로의 가압 유체의 흐름과 동일하다는 것으로 이해해야 한다.
도 5에 따르면, 본 발명의 실시예가 개시되어 있다. 도 3 및 도 4, 또는 도 8, 9 및 10과 관련하여 기재된 것과 동일한 구성이 적용가능하다. 멀티 로터 항공기(1')는 본체(65)를 가진다. 그러나 큰 차이가 있다. 이 실시예는 멀티 로터 항공기 자체 상에 위치하지 않는 주 연료 공급부(60)를 가질 수 있도록 배치된다. 대신에 외부 연료 공급부가 구비된다. 그러나 도 4에 따르면, 연료의 완충을 위해 멀티 로터 항공기 상에 더 작은 연료 공급부(50)를 가질 수 있거나, 외부 연료 공급부가 절단되는 경우, 소형 내부 연료 공급부는 비상 작동 및 착륙을 위해 사용될 수 있다. 내부 연료 공급부는 일반적으로 5-15분의 체공 시간, 일반적으로 본질적으로 10분의 체공 시간을 제공한다. 도 5의 실시예는 구조 작업 또는 소방용으로 장착될 수 있다. 작동의 일례를 도 7에서 볼 수 있다. 연료는 파이프(59)를 통해, 또는 동력 라인을 통해 전기가 공급되는 경우에 펌핑된다. 외부 연료 공급부(60)의 위치는 지면 상에 있을 수 있다. 외부 연료 공급부의 위치는 멀티 로터 항공기를 따라 작동할 수 있고, 항공기 재급유 또는 재충전을 수행할 수 있는 다른 항공기에 있을 수 있다. 이 실시예의 체공 시간은 광범위하고 실질적으로 무제한적이다. 멀티 로터 항공기 상의 연료 공급부(50)는 이전의 실시예들에 대해 매우 감소된 크기 및 용량, 즉 훨씬 더 작은 중량을 가질 수 있기 때문에, 멀티 로터 항공기에 대한 페이로드는 대응하는 중량만큼 증가될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 와이어 제어된 송신기-방출기(8) 유닛을 사용할 수도 있다. 이 차량에 대한 제어 명령이 와이어로 전송된다. 이는, 와이어가 외부 교란으로부터 보호될 수 있고, 따라서 멀티 로터 항공기의 안전성이 향상되기 때문에 특별한 장점이다. 도 5의 멀티 로터 항공기뿐만 아니라 도 1, 도 2, 도 3 및 도 6의 실시예 중 어느 것과도 동등하게 추가될 수 있는 또 다른 특징은 보호 실드(51)이다. 이들 실드(51)는 무게를 갖지만, 빌딩(61)과 같은 외부 물체에 가까이 작동할 때 특별한 장점을 가질 수 있다. 도 5에는 임의의 워터 캐논(water canon)(52)도 도시되어 있다. 워터 캐논(52)은 본질적으로 예를 들어 물, 폼(foam) 또는 임의의 다른 소화액을 화재에 제공하기 위한 노즐이다. 소화액은 바람직하게는 멀티 로터 항공기 상에 운반되지 않지만, 작동함에 따라 라인을 통해 멀티 로터 항공기에 공급된다. 또한, 도 5의 실시예는 대신에 구조 작업을 위한 호이스트 시스템을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 추가로, 이 실시예는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 별도의 아암(18, 28, 38, 48) 상에 배치된 로터(10, 20, 30, 40) 및 유압 모터(11, 21, 31, 41)를 가진다. 이 구조는 도 1에 따른 실시예에 기재된 상기 언급된 장점들을 제공한다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 로터(10, 20, 30, 40)에 대한 회전축(7)은 각각의 유압 모터(11, 21, 31, 40)의 회전축과 동일하다. 호이스트, 워터 캐논(52)은 물론 임의의 실시예에 적용될 수 있다.
도 6에서, 본 발명의 제3 실시예(1 ")가 개시된다. 이전의 실시예들에 대해, 이들 도면과 관련하여 논의된 도 1, 2, 3 및 4 또는 두 가지의 큰 차이가 있다. 멀티 로터 항공기(1)에는 고정익(53, 54)이 구비된다. 또한, 핀(55, 56) 및 러더(57, 58)가 구비된다. 이 멀티 로터 항공기(1 ")의 하나의 추가 특징은 두 개의 로터(20, 30)가 두 개의 본질적으로 평행한 평면으로 틸트가능하다는 것이다. 공통 평면은 본질적으로 윙 팁으로부터 윙 연장부에 수직하게 연장되고 멀티 로터 항공기(1 ")의 종축과 평행하다. 로터(20, 30)를 틸트시킴으로써, 멀티 로터 항공기는 본질적으로 고정익 항공기의 전방 이동으로 변형할 수 있다. 각 유압 모터(21, 31)는 로터(20, 30)와 함께 틸트할 것이다. 이 범위는 다른 실시예와 비교하여 상당히 연장될 것이다. 이 모드에서의 연료 소비도 상당히 감소될 것이다. 로터(10) 및 로터(40) 모두는 본질적으로 차량의 주 리프트를 제공하기 위해 윙(53, 54)을 사용할 때 본질적으로 정지될 수 있다. 멀티 로터 항공기(1'')가 호버링으로 변함에 따라, 전방 로터(10) 및 후방 로터(40) 모두는, 완전 호버링에 도달할 때까지, 각 유압 모터(11, 41)를 통해 더 많은 동력이 제공된다. 이는 모든 실시예에 대해 제어 유닛(6)을 통해 제어된다. 추가로, 이 실시예는 바람직하게는, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 별도의 아암(18, 28, 38, 48) 상에 배치된 로터(10, 20, 30, 40) 및 유압 모터(11, 21, 31, 41)를 가진다. 이러한 구조는 도 1, 2, 3 및 4에 따른 실시예로 기재된 이미 언급된 장점을 제공한다. 그러나, 이 실시예의 모듈성을 증가시키기 위해서 또한 윙(53, 54)은 증가된 이송 가능성으로 도 6의 멀티 로터 항공기(1")로부터 제거될 수 있다. 일반적으로 전방에 배치된 로터(10) 및 유압 모터(11)는 아암 상에 배치되지 않는 대신 특히 자기 지지 본체(65)가 사용되는 경우 멀티 로터 항공기(1" ) 몸체(65)에 고정되도록 배치된다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 로터(10, 20, 30, 40)에 대한 회전축(7)은 각각의 유압 모터(11, 21, 31, 41)의 회전축과 동일하다.
도 8 및 도 9에 따르면, 멀티 로터 항공기(1"", 1""')에는, 동력 유닛(2)의 출력 샤프트와 유압 펌프(12, 22, 32) 사이에 기어(70)가 있을 수 있다. 기어(70)는 유압 펌프(12, 22, 32)의 작동에 적합하도록 동력 유닛(2)의 샤프트로부터 분당 회전수를 변경할 수 있다. 대부분의 어플리케이션에서, 동력 유닛 출력의 분당 회전수는 기어(70)에 의해 감소된다. 원한다면 기어(70)에 의해, 원하는 경우, 시간 단위당 회전수를 증가시키는 것을 당연히 생각할 수 있다. 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 특정 기어를 사용함으로써, 펌프(12, 22, 32)는 상이한 회전 샤프트(3', 3") 상에 배치될 수 있다. 그러나, 펌프(12, 22, 32)는 항상 동일한 회전 출력을 수신하는 것이 바람직하다. 도 8 및 도 9의 다른 특징들에 대한 개시의 다른 모든 양태들에 대해서, 특징들은 동일하다. 또한 로터들, 유압 펌프들 및 유압 모터들 등의 개수는 임의의 수로 선택될 수 있음을 이해해야 한다. 도 9는 가압된 유압 유체 라인(14') 및 유압 공급 라인(16)과 관련하여 변경된 개시를 가지며, 이는 도면의 간소화를 위해서만 만들어졌다. 기어(70)는 물론 기재된 모든 실시예 및 도 1-7에 적용 가능하다. 도 10의 구조에서, 각각의 동력 유닛(2a, 2b, 2c)에 대한 기어가 적용 가능하다.
도 10에 기재된 바와 같이 멀티 로터 항공기 i"""t가 각각의 유압 펌프(12, 22, 32)를 위한 전용 동력 유닛(2)을 가지는 것이 또한 가능하다. 이전의 실시예와 같이, 각각의 유압 펌프(12, 22, 32)는 동일한 회전 입력을 수신한다. 회전 입력은 각 동력 유닛(2a, 2b, 2c)이 다른 동력 유닛(2a, 2b, 2c)과 동기화도록 하는 제어 유닛에 의해 제어된다. 동력 유닛들(2a, 2b, 2c)에 대해 공통으로 연료 탱크(50)가 개시된다. 로터의 개수는 이전에 기재된 실시예들과 같이 유압 모터들, 밸브들 등의 유사한 수의 임의의 수로 선택될 수 있다. 각각의 유압 펌프(12, 22, 32)는 각각의 전용 동력 유닛(2a, 2b, 2c)으로부터 별도의 샤프트(3a, 3b, 3c)에 의해 동력이 공급된다.
동력 유닛(2)은 바람직하게는 모든 실시예에 대해 가스 터빈이다. 가스 터빈을 사용하는 장점은 매우 신뢰성이 있다는 것이다. 또 다른 장점은 다수의 연료를 사용할 수 있다는 것이다. 가스 터빈은 매우 높은 동력 대 중량비, 낮은 중량의 낮은 진동 및 중질 연료를 사용할 수 있는 능력을 가진다.
본 발명의 해결하고자 하는 문제점을 해결하기 위해, 전기 연료 공급을 사용하는 실시예들에 있어서, 고용량 중량비를 갖는 전기 에너지원을 제공할 필요가 있음을 이해해야 한다. 한 가지 방법은 현재 배터리에 비해 용량이 큰 배터리 또는 연료 전지를 사용하는 것일 수 있다. 또는, 제2 멀티 로터 항공기, 바람직하게는 멀티 로터 항공기로부터의 공간 재충전을 통해 더 많은 용량을 제공할 수 있다.
위의 모든 실시예에 있어서, 멀티 로터 항공기는 소위 무인 항공기, UAV 또는 유인 항공기 모두인 것으로 이해되어야 한다. 멀티 로터 항공기가 조종사를 탑승할 수 있도록 배치되는 경우, 물론 멀티 로터 항공기의 작동을 위한 제어가 제공되어야 한다. 또한, 멀티 로터 항공기는 승객, 기술자, 구조 요원 등이 유인하는 멀티 로터 항공기가, 여전히 멀티 로터 항공기 기내에 존재하지 않는 조종사에 의해 제어될 수 있음을 이해해야 한다.
모든 실시예에서, 개념은 3개 또는 4개의 멀티 로터 항공기에 제한되지 않고, 어플리케이션에 따라 5개, 6개, 7개, 8개 등과 같은 임의의 수의 로터를 사용하는 것을 생각할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 이는, 도 1, 도 2, 도 3, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9, 도 10 중 하나를 포함하여 기재된 모든 실시예에 대해 유효하다.
도 1, 도 2, 도 3, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9, 도 10을 포함한 모든 실시예에 있어서, 유압 펌프가 동일한 회전 입력을 수신한다는 정의는 유압 펌프가 유사하게 구성된다는 것에 의존한다. 예를 들어, 상이한 크기의 유압 펌프가 상이한 로터에 사용되는 경우, 회전 입력은 각 유압 펌프로부터의 출력으로서의 유압 유체의 흐름이 동일하도록 적응되어야 한다. 물론 다양한 크기의 로터가 서로 다른 크기의 유압 펌프와 함께 사용되면 전체 시스템은, 각 로터가 다른 모든 로터와 동일한 리프트를 제공할 수 있도록 조정되어야 한다. 이는 숙련된 사람의 상식 내에 있다는 것을 제시한다.

Claims (25)

  1. 멀티 로터 항공기로서,
    각각이 전용 제1, 제2, 및 제3 유압 모터(11, 21, 31)에 의해 회전 가능한 적어도 제1, 제2, 및 제3 로터(10, 20, 30), 적어도 하나의 동력 유닛(2), 상기 각각의 제1, 제2 및 제3 유압 모터(11, 21, 31)에 전용되며, 각각 유압 모터(11, 21, 31)에 동력을 공급하여 각각의 로터(10, 20, 30)를 회전시키는 각각의 유압 모터(11, 21, 31)에 가압 유체를 제공하도록 배치되는 적어도 제1, 제2, 및 제3 유압 펌프(12, 22, 32),
    상기 멀티 로터 항공기의 작동을 제어하기 위한 제어 유닛(6)을 포함하고,
    상기 멀티 로터 항공기의 제어는 각각의 유압 모터(11, 21, 31)에 분배된 가압 유체의 흐름을 변경함으로써 수행되도록 배치되고,
    상기 유압 펌프(12, 22, 32, 42)들은 동력 유닛(2)의 단일 출력 샤프트(3) 상에 배치되고, 상기 각각의 유압 모터(11, 21, 31)에 제공되는 가압 유체의 흐름은 각각의 유압 펌프(12, 22, 32)로부터 전용 유체 모터(11, 21, 31)로의 가압 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어 밸브(13, 23, 33)에 의해 각각 제어가능한 것을 특징으로 하는, 멀티 로터 항공기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 로터 항공기의 원격 제어 명령을 수신하기 위한 송신기/수신기 유닛(8)이 추가로 포함되는, 멀티 로터 항공기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 동력 유닛(2)은 가연성 연료를 사용하는, 멀티 로터 항공기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연료는 멀티 로터 항공기에 포함되는 연료 공급부(50)로부터 동력 유닛(2)에 제공되는, 멀티 로터 항공기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 동력 유닛(2)에 의해 사용되는 연료는 외부 연료 공급부(60)로부터 공급되는, 멀티 로터 항공기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외부 연료 공급부(60)는 지면 상에 위치하며, 상기 연료는 연료 라인(59)을 통해 지면에서부터 위로 펌핑을 통해 공급되는, 멀티 로터 항공기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 동력 유닛(2)은 가스 터빈인, 멀티 로터 항공기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛(6)과 관련된 적어도 하나의 자이로 유닛(9)이 추가로 구비되고, 상기 적어도 하나의 자이로 유닛(9)으로부터 수신된 입력에 의한 상기 제어 유닛(6)은 상기 멀티 로터 항공기를 독립적으로 안정하게 제어할 수 있는, 멀티 로터 항공기.
  9. 제1항에 있어서,
    각각의 유압 펌프(12, 22, 32, 42)는 각각의 전용 유압 모터(11, 21, 31, 41)에 공급 라인(14, 24, 34, 44)을 가지며, 상기 각각의 공급 라인(14, 24, 34, 44) 상의 전용 제어 밸브(13, 23, 33, 43)의 제어를 통해, 상기 각 유압 모터(11, 21, 31, 41)에 대한 유체 흐름이 제어되고, 상기 제어 밸브(13, 23, 33, 43)는 제어 유닛(6)과 관련되고, 상기 각각의 제어 밸브(13, 23, 33, 43)는 각 공급 라인(14, 24, 34, 44)으로부터의 유체 흐름을 블리딩하도록 배치된, 멀티 로터 항공기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 로터 항공기는 4개의 로터를 가지며, 각각의 로터는 제1항에 기재된 로터들(10, 20, 30) 중 하나에 따라 동력이 공급되고 제어되는, 멀티 로터 항공기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 유압 모터(11, 21, 31, 41) 및 각각의 로터(10, 20, 30)는 별도의 아암(18, 28, 38, 48) 상에 배치되는, 멀티 로터 항공기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 4개의 로터들은 2개 또는 4개의 로터가 동일한 크기 및 구조를 가지도록 쌍으로 결합되는, 멀티 로터 항공기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 로터(10, 20, 30)의 회전 방향은 상기 멀티 로터 항공기의 제로 회전 이동을 달성할 수 있도록 배치되고, 리프트 목적으로 사용되지 않는 임의의 로터가 필요없는, 멀티 로터 항공기.
  14. 제1항에 있어서,
    각각의 로터(10, 20, 30)및 유압 모터(11, 21, 31, 41)의 회전축(7)은 동축인, 멀티 로터 항공기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 로터(10, 20, 30) 중 적어도 하나는 틸트가능한, 멀티 로터 항공기(1").
  16. 제1항에 있어서,
    자가 밀봉성 연료 탱크(50)를 포함하는, 멀티 로터 항공기.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 로터 항공기가 유체 매체에서 전방으로 이동할 때, 리프트를 부가하기 위한 고정익(53, 54)이 추가로 포함되는, 멀티 로터 항공기.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 유압 펌프들(12, 22, 32, 42) 모두는 동일한 회전 입력을 수신하는, 멀티 로터 항공기.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 동력 유닛(2)은, 기어(70)를 통해 동력을 각각의 유압 펌프(12, 22, 32, 42)에 전달하는, 멀티 로터 항공기.
  20. 제19항에 있어서,
    각각의 유압 펌프가 동일한 회전 입력을 수신하는, 멀티 로터 항공기.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 로터 항공기는 적어도 5개의 로터를 갖고, 상기 각 로터는 제1항에 기재된 로터들(10, 20, 30) 중 하나에 따라 동력이 공급되고 제어되는, 멀티 로터 항공기.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 유압 펌프(10, 20, 30)를 위한 하나의 전용 동력 유닛(2a, 2b, 2c)을 포함하고, 상기 전용 동력 유닛(2a, 2b, 2c)은 각각의 유압 펌프(12, 22, 32, 42)가 동일한 회전 입력을 수신하도록 제어 유닛(6)에 의해 동기화되는, 멀티 로터 항공기.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 고정된 피치를 갖는 멀티 로터 항공기.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 로터(10, 20, 30)는 멀티 로터 항공기가 작동하지 않을 때 수동으로 조정 가능한 피치를 갖는, 멀티 로터 항공기.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 로터(10, 20, 30)는 비행 중에 조정 가능한 피치를 갖는, 멀티 로터 항공기.
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