KR102446225B1 - 수직상승 수평하강 회전날갯짓 비행장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양쪽 날개를 위아래로 저어주는 날갯짓 비행장치에 관한 것으로서; 더욱 상세히는, 비행장치의 동체를 기준으로 양쪽 측면에서 내측중단, 중앙상단, 외측중단, 중앙하단의 순환방향으로 원운동 하는 공전궤도를 따라 공전하며 동시에 자전하는 2중 회전방식으로 날갯짓을 하는 회전날개가; 내측중단을 지날 때에는 거의 수직으로 세워져서 유체의 저항 없이 상승하는 상향 날갯짓을 하고; 중앙상단을 지날 때는 날개 면이 상향 45도로 기울어진 상태로 외측으로 이동하는 외향 날갯짓을 하며 유체를 외측 하방으로 밀어 내리며 부양력을 생성하고; 외측중단을 지날 때는 날개 면이 거의 수평 방향으로 펼쳐진 상태로 수직 하강하는 하향 날갯짓을 하며 유체를 연직 하방으로 밀어 내리며 부양력을 생성하고; 중앙하단을 지날 때는 날개 면이 하향 45도로 기울어진 상태로 내측으로 이동하는 내향 날갯짓을 하며 유체를 내측 하방으로 밀어 내리며 부양력을 생성하고; 다시 상기 내측중단 쪽으로 접근할 때는, 상기 동체 하부의 유체가 양쪽에서 접근하며 압축하는 회전날개에 의해 하방으로 빠르게 압출되며 양의 부양력을 생성하므로;
상기 회전날개가 공전하며 자전하는 회전날갯짓의 360도 전체 공전 위상구간에서 음의 부양력 발생은 거의 없이, 양의 부양력이 효과적으로 생성되는 것을,
특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치

Description

수직상승 수평하강 회전날갯짓 비행장치{Vertically up stroking Ornithopter with rotating wings}

본 발명은 양쪽 날개를 위아래로 저어주는 날갯짓 비행장치에 관한 것으로서; 더욱 상세히는, 비행장치의 동체를 기준으로 양쪽 측면에서 내측중단, 중앙상단, 외측중단, 중앙하단의 순환 방향으로 공전하며 동시에 자전하는 2중 회전방식으로 날갯짓을 하는 회전날개가; 내측중단을 지날 때는 거의 수직으로 세워져서 유체의 저항 없이 상승하는 상향 날갯짓을 하고, 외측중단을 지날 때는 거의 수평으로 펼쳐져서 유체를 수직 하방으로 밀어 내리며 하향 날갯짓을 하는 방식으로; 관성저항 없이 고속 날갯짓을 하면서 효과적으로 부양력을 생성할 수 있는; 유인 또는 무인의 회전 날갯짓 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, 동체의 좌측과 우측에 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 크랭크핀의 공전운동에 따라, 상기 날개가 상기 날갯짓회동축을 중심축으로 회동하는 하향날갯짓을 할 때는 날개폭이 점점 더 길어지다가 최대 점을 지나면서 다시 점점 짧아지게 되고, 상향날갯짓을 할 때는 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 해결 과제는 다음과 같다.

<날갯짓 비행체의 경우>

1. 음의 부양력: 하향날갯짓 보다 상향날갯짓 속도가 빠르고, 양력은 날갯짓 속도의 제곱에 비례하므로, 날갯짓에 의한 부양력 생성효율이 낮다.

왜냐하면, 하향 날갯짓 동안에는 상기 날개크랭크접속부와 상기 힌지결합부가 모두 아래쪽으로 이동하므로 날갯짓의 하향 각속도가 상대적으로 작고, 상행 날갯짓 동안에는, 상기 날개크랭크접속부는 위쪽으로 이동하고 상기 힌지결합부는 아래쪽으로 이동하므로 날갯짓의 상향 각속도가 상대적으로 크기 때문이다.

2. 관성 저항력: 날개가 원호 왕복운동을 할 때, 날갯짓의 방향과 속도가 주기적으로 반전되므로, 관성저항에 의한 에너지손실이 크다.

3. 수직방향 요동: 비행장치 동체가 하향날갯짓 때는 상승하고, 상향날갯짓 때는 하강하므로, 동체가 오르내리는 상하 요동으로 인해, 산업적 실용성이 낮다.

4. 충격과 진동: 날갯짓 방향전환에 따른 관성저항과 동체의 상승하강에 따른 상하요동으로 인해, 비행장치에 다양한 진동과 충격이 발생한다.

5. 과부하 발생: 날갯짓의 상사점과 하사점 부근에서 관성저항이 폭증하며 과부하가 발생하므로, 고출력의 구동원과 동력전달장치가 요구된다.

6. 저속 날갯짓: 날갯짓 방향의 주기적으로 반전에 따른 관성저항으로, 프로펠러처럼 한쪽 회전방향으로 가속되지 못하기 때문에, 날갯짓의 고속화에 한계가 크다.

7. 무거운 중량 : 상기 관성저항과 진동, 충격, 과부하 등을 극복하기 위해, 구동원의 용량을 키우고 날갯짓 비행장치의 골조도 튼튼하고 무겁게 제작해야 하므로, 페이로드가 작아진다.

8. 이착륙 불안 : 하향날갯짓의 하사점이 동체 높이보다 매우 낮아서, 동체를 지지하는 다리가 매우 길고 불안정하게 되므로, 안전한 이착륙이 어렵다.

9. 추진력 미약 : 평평한 날개가 수직 방향으로만 오르내리므로, 동체 부양력 생성은 가능하나, 전방 추진력 생성 기능이 미약하다.

<회전익 비행체의 경우>

1. 비행소음 심각 : 회전익 비행체는, 얇고 긴 프로펠러가 초고속으로 회전해야만 양력을 생성할 수 있으므로, 초고속 회전의 파공음이 너무 커서 도시에서 운용하기 어렵다.

2. 비행효율 낮음 : 활공하는 날개짓(에어포일형) 비행체와 달리, 프로펠러의 회전력만으로 양력을 생성하므로, 에너지효율이 낮고, 장시간 장거리 비행이 어렵다.

3. 추락위험 높음 : 날개짓 비행체는 활이 가능하나, 회전익(쿼드롭터) 비행체는 프로펠러 1개만 약간 고장이 발생해도, 균형과 통제력을 잃고 추락하므로, 운행 위험성이 매우 크다.

그러므로 본 발명의 목적은, 날갯짓 과정에서 음의 부양력이 거의 발생하지 않고, 관성저항 없이 고속 날갯짓이 가능하며, 수직 이착륙도 할 수 있고, 날개로 활공(글라이딩)도 가능하며, 회전익(쿼드롭터 등) 방식의 치명적 단점인 비행소음, 에너지효율, 비행안정성 문제를 동시에 해결할 수 있는 신개념의 날갯짓 비행장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 비행장치는;

구동원에서 구동력을 전달받으면 날개공전축을 중심으로 공전하며, 동시에 날개자전축을 중심으로 자전하는, 2중 회전운동 방식으로 날갯짓을 함으로써 부양력을 발생시키는, 회전날개를 일정한 간격으로 2개 이상 구비한 회전날갯짓기구를, 상기 비행장치의 동체의 좌측과 우측에 각각 1개 이상씩 갖는 회전날갯짓 비행장치에 있어서;

상기 비행장치의 동체에는, 상기 구동원과 각 상기 회전날갯짓기구를 지지해주는 날갯짓기구지지대가 결합되어 있고;

상기 날갯짓기구지지대에는, 상기 구동원의 구동력을 각 상기 회전날갯짓기구의 날개공전축에 전달해 주는 종동기어 또는 체인벨트를 포함하는 구동력전달수단 및, 각 상기 날개공전축이 제자리회전 가능토록 지지해주는 날개공전축받이가 구비되어 있고;

각 상기 날개공전축받이의 측면에는, 상기 날개공전축을 제자리회전 가능토록 둥글게 감싼 외치 톱니바퀴 형상인 공전축받이기어가 고정결합 되어있고;

각 상기 회전날갯짓기구에는, 지면에 평행한 방향으로 뻗은 날개공전축과, 서로 같은 공전거리와 공전간격으로 상기 날개공전축에 평행하게 뻗은 2개 이상의 날개자전축 및, 상기 날개공전축과 각 상기 날개자전축을 연결해주는 날개공전팔들이 서로 같은 설치 간격으로 구비되어 있고;

각 상기 날개공전팔에는, 상기 날개공전축이 제자리회전을 할 때, 상기 공전축받이기어와 맞물려 회동하며, 각 상기 날개자전축에 회전력을 전달해 주는 종동기어 또는 체인벨트를 포함하는 회전력전달수단 및, 각 상기 날개자전축을 제자리회전 가능토록 지지해주는 날개자전축받이가 구비되어 있고;

각 상기 날개자전축에는, 크기가 같은 2개의 얇은 곡면체가 상기 날개자전축을 중심으로 서로 대칭을 이루도록 고정결합 된 형상인 1개의 회전날개 및, 상기 날개자전축을 둥글게 감싼 외치 톱니바퀴 형상인 1개 이상의 날개자전축기어가 고정결합 되어있고;

각 상기 회전력전달수단은, 상기 날개자전축의 자전방향이 공전방향의 반대가 되고 자전각속도는 공전각속도의 0.5배가 되도록, 상기 날개공전축의 회전력을 변속하여 각 상기 날개자전축기어에 전달해 주는, 각종 기어들의 조합 또는 각종 기어들과 체인벨트의 조합을 구비하고 있으며;

상기 회전날개의 공전방향 및, 공전위상과 자전위상의 상호관계는,

각 상기 날개자전축이 상기 동체에서 가장 먼 지점을 통과하는 공전위상에서 상기 회전날개의 자전위상은 수평방향이 된 상태로 수직 하강하는 하향날갯짓을 하고, 상기 동체에서 가장 가까운 지점을 통과하는 공전위상에서 상기 회전날개의 자전위상은 연직방향이 된 상태로 수직 상승하는, 상향날갯짓을 하도록 설정(setting)되어 있어서;

상기 동체 쪽에서 볼 때, 상기 날개공전축을 중심으로 내측중단, 중앙상단, 외측중단, 중앙하단의 순환 방향으로 공전운동을 하는 각 상기 회전날개가,

상기 내측중단을 지날 때는, 날개 면이 연직방향으로 세워진 상태로 주변 유체의 저항 없이 수직 상승하는 상향 날갯짓을 하므로, 음의 부양력이 생성되지 않고;

상기 중앙상단을 지날 때는, 날개 면이 상향 45도로 기울어진 상태로 외측으로 이동하는 외향 날갯짓을 하므로, 주변 유체가 경사진 날개 면을 따라 외측 하방으로 밀려 내려가며 양의 부양력이 생성되고;

상기 외측중단을 지날 때는, 날개 면이 수평 방향으로 펼쳐진 상태로 수직 하강하는 하향 날갯짓을 하므로, 주변 유체가 연직 하방으로 밀어 내려가며 양의 부양력이 생성되고;

상기 중앙하단을 지날 때는, 날개 면이 하향 45도로 기울어진 상태로 내측으로 이동하는 내향 날갯짓을 하므로, 주변 유체가 경사진 날개 면을 따라 내측 하방으로 밀려 내려가며 양의 부양력이 생성되고;

다시 상기 내측중단 쪽으로 접근할 때는, 상기 동체 하부의 유체가 양쪽에서 접근하며 압축하는 회전날개에 의해 하방으로 빠르게 압출되며 양의 부양력을 생성하므로;

상기 회전날개가 공전하며 자전하는 회전 날갯짓 과정에서 음의 부양력은 발생하지 않고, 360도 전체 공전위상에서 양의 부양력이 효과적으로 생성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 회전날개의 형상은; 비행장치의 전진속도에 의한 동체 부양력이 생성될 수 있도록, 상기 날개자전축을 기준으로 좌우의 날개 면이 선대칭을 이루며, 동체에서 먼 반쪽 날개 면은 위쪽으로 볼록한 곡면형(유선형 등)이고, 동체에서 가까운 반쪽의 날개 면은 아래쪽으로 볼록한 곡면형(유선형 등)으로 형성될 수도 있으며;

회전날갯짓에 의해 동체 부양력뿐 아니라 전방 추진력이 함께 생성되도록, 상기 회전날개의 날개 면이 상기 날개자전축을 따라 선대칭을 이루며 나선형으로 길고 완만하게 비틀어진 프로펠러 형상으로 형성될 수도 있으며, 상기 곡면형과 상기 프로펠러형이 복합된, 나선형으로 완만하게 비틀어진 곡면형상으로 형성될 수도 있다.

한편, 회전날갯짓 과정에서 회전날개의 양쪽 날개 면이 번갈아 가며 유체의 상향 압력을 받으면, 회전날개의 양쪽의 전체 날개 면이 번갈아 가며 위쪽으로 볼록한 곡면 형상으로 펼쳐지도록;

회전날개의 날개외곽프레임은 강성 재질로 형성되고, 날개 면은 트램펄린처럼 고신축성, 고탄성의 섬유재질이나 고무재질의 날개막과 고탄성의 연결부재로 형성될 수도 있으며;

또는, 상기 회전날개의 날개외곽프레임은 강성 재질로 형성되고, 날개 면은 둥글고 유연한 곡면형 날개막으로 형성되며, 상기 날개외곽프레임을 구성하는 앞쪽 외곽프레임과 뒤쪽 외곽프레임 사이에는, 상기 날개막과 결합된, 둥근 곡선 형상인, 2개 이상의 원운동곡선봉이 구비되며, 상기 원운동곡선봉의 앞쪽과 뒤쪽의 말단부위가 상기 앞쪽과 뒤쪽의 외곽프레임에 상하방향으로 원운동이 가능토록 각각 적정 간격으로 힌지결합 될 수도 있다. 이 경우, 회전날갯짓에 의해 상기 회전날개의 양쪽 날개 면이 번갈아 가며 유체의 상향 압력을 받으면, 상기 각 원운동곡선봉이 한쪽 방향으로 원운동하면서, 상기 회전날개의 양쪽 날개 면 전체가 번갈아 가며 위쪽으로 볼록한 곡면형상으로 펼쳐지게 된다.

한편, 각 상기 회전날갯짓기구는 개별적으로 구동원을 구비하거나, 서로 독립적으로 제어될 수도 있고, 복수의 회전날갯짓기구들이 1개의 구동원을 공유하거나 서로 연계되어 공전속도가 서로 다르게 제어될 수도 있다. 여기서, 1개의 회전날개갯짓 비행장치에 각각 독립적으로 제어되는 회전날갯짓기구가 4개 이상 설치되는 경우에는, 기존의 쿼드롭터 처럼 각 회전날개별 회전속도를 상호 연계하여 제어하는 방식으로 간단하게 비행조종을 할 수 있다.

1. 음의부양력 해소: 기존의 날갯짓 방식과 달리, 날개가 거의 수직으로 세워진 상태로 상승하므로, 상향 날갯짓 과정에서 음(-)의 부양력이 거의 발생하지 않는다.

2. 관성저항력 해소: 날개공전축을 중심으로, 같은 중량의 회전날개가 같은 공전거리, 같은 회전 방향으로 공전하므로, 관성저항이 거의 발생하지 않는다.

3. 상하 요동 해소 : 똑같은 형상과 중량인 2개 이상의 회전날개가 똑같은 시차로 번갈아 가며 빠르게 하향 날갯짓을 하므로, 동체의 상하요동이 발생하지 않는다.

4. 엔진과부하 해소: 2개 이상의 회전날개가, 관성저항이 발생하는 왕복운동 없이, 일정한 방향과 속도로 회전운동을 하므로, 구동원에 주기적이 과부하가 걸리지 않는다,

2개 이상의 회전날개가, 왕복운동의 관성저항에 의한 과부하 없이, 일정한 방향과 속도로 회전하므로, 구동원에 주기적 과부하가 걸리지 않는다,

5. 고속날갯짓 가능: 날갯짓 과정에서 진동과 충격 및 관성저항이 거의 발생하지 않으므로, 회전익(프로펠러)처럼 급가감속 및 고속 날갯짓이 가능하다.

6. 압출부양력 생성: 하향 날갯짓을 하며 양쪽에서 접근하는 회전날개에 의해, 동체의 아래쪽으로 밀려들던 유체가 하방으로 빠르게 압출되며 추가적 부양력을 제공한다.

7. 기체경량화 가능: 날갯짓의 진동과 충격 및 관성저항이 거의 발생하지 않으므로, 엔진의 용량과 골조의 강도를 기존 방식보다 대폭 줄일 수 있어서, 기체의 무게도 줄어든다.

8. 에너지효율 제고: 회전날갯짓의 거의 모든 공전위상에서 부양력이 생성되고, 진동과 관성저항 없이 고속 날갯짓이 가능하고, 기체 경량화도 가능하므로, 에너지효율이 극대화된다.

9. 수직이착륙 가능: 기존 날갯짓 방식과 달리, 2개 이상의 회전날개가 효과적으로 부양력을 생성하므로, 좁은 공간에서도 수직 이착륙과 정지비행(호버링)이 가능하다.

10. 기체대형화 가능: 날갯죽지에 관성저항에 의한 응력이 집중되던 왕복운동 날갯짓 방식과 달리, 회전날갯짓 방식은 응력집중이 없으므로, 초대형 비행체로 제작될 수 있다.

11. 활공부양력 생성 : 동체에서 먼 반쪽 날개는 위로 볼록한 유선형이고, 가까운 반쪽 날개는 날갯짓기구지지대에 가려지므로, 전진속도를 이용한 활공 부양력 생성이 가능하다

12. 전방추진력 생성: 회전날개가 프로펠러처럼 앞쪽에서 뒤쪽으로 갈수록 회전날개 자전의 반대 방향으로 편향되는 비틀린 형상을 갖추면, 회전날개가 공전하며 자전할 때에 유체를 후방으로 밀어내게 되므로, 동체 부양력과 함께 전방 추진력이 생성된다.

13. 규격모듈화 가능: 날갯짓생성장치를 규격화, 모듈화 하여 동체에 다수 개 결합하고 연동시키면, 넓거나 긴 다양한 형대와 크기의 비행장치를 조립식으로 만들 수 있다.

14. 날개파공음 해소: 날개의 면적이 기존 프로펠러 방식보다 10배 이상 넓으므로, 날갯짓 속도를 대폭 줄일 수 있어서, 날갯짓에 의한 파공음 소음피해가 발생하지 않는다.

15. 추락안전성 높음: 멀티로터 방식은 1개의 로터에 작은 고장만 발생해도 통제 불능이 되어 추락하지만, 본 발명은 넓은 날개로 활공하므로 추락과 충돌 안전성이 높다.

16. 조종편리성 제고: 2개 이상의 날갯짓생성장치와 구동원을 모듈화하여 동체에 결합시키고, 상호 연계하여 쿼드롭터 처럼 제어하면, 비행의 속도, 방향, 승강을 쉽게 조종할 수 있다.

17. 공간활용성 제고: 회전날갯짓기구마다 2개 이상의 회전날개가 번갈아 부양력을 생성하지만, 주기장의 면적은 1개 회전날개에 소요면적 보다 50% 이상 증가하지 않는다.

18. 산업적 활용가치: 상하요동이 거의 없고, 조종이 편리하고 안전하며, 대형화가 가능하고, 에너지효율도 높으므로, 각종 계측, 물자운송, 유인비행 등 산업적 활용성이 높다.

도 1은 본 발명인이 특허를 취득한 인용발명인 "날개폭이 변하는 날갯짓 비행장치"의 사시도이다.
도 2는 도 1의 비행장치에 있어서, 날갯짓운동의 메커니즘과 순서의 개요를 나타내는 정면도이다.
도 3은 평기어로 구동력이 전달되는 회전날개 2개를 갖춘 회전날갯짓기구가 동체의 좌우에 각각 1개씩 배치된, 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 4는 도 3의 실시 예의 비행장치를 위쪽에서 바라본 평면도이다.
도 5는 도 3의 실시 예에 있어서, 구동원의 구동력이 날개공전축의 회전력으로 변환 및 전달되는, 구동력전달 체계를 보여주는 개요도이다.
도 6은 도 3의 실시 예에 있어서, 날개공전축의 회전 방향과 각속도가 날개자전축의 회전 방향과 각속도로 변환 및 전달되는, 회전력전달 체계를 보여주는 개요도이다.
도 7은 도 3의 실시 예에 있어서, 날갯짓 운동의 방법과 순서를 보여주는 개요도이다.
도 8은 도 3의 실시 예에 있어서, 날개공전팔의 공전위상각과 회전날개의 자전위상각 및 회전날개에 부딪치는 유체흐름 사이의 상호관계를 보여주는 개요도이다.
도 9은 도 3의 실시 예에 있어서, 날갯짓 운동에 따른 유체 흐름의 방향 변화 및 이에 따른 소요 구동력과 생성 부양력에 대한 유체역학적 상호관계를 보여주는 개요도이다.
도 10은 도 3의 실시 예에 있어서, 회전날개가 날개외곽프레임과 날개막으로 형성되는 사례를 보여주는 예시도로서, 도 10a는 왕복 원호운동이 가능한 곡선형상의 프레임을 이용하는 방식이고, 도 10b는 트램펄린처럼 고탄성 소재를 이용하는 방식을 보여준다.
도 11은 바벨기어로 구동력이 전달되는 회전날개 3개를 구비한 회전날갯짓기구 2개가 동체의 좌우에 배치된, 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 12은 도 11의 실시 예의 비행장치를 위쪽에서 바라본 평면도이다.
도 13은 1개의 회전력전달체인벨트로 3개의 회전날개에 회전력이 전달되는, 회전날갯짓기구 2개를 구비한, 본 발명에 의한 1인용 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 14은 도 13의 실시예의 비행장치가 날아가는 모습을 위쪽에서 바라본 평면도이다.
도 15는 도 13의 실시 예에 있어서, 비행사가 연직방향으로 선채로, 비행장치가 이륙하거나 착륙하는 모습을 사선 방향에서 바라본 사시도이다.
도 16은 도 13의 실시 예에 있어서, 비행사가 연직방향으로 선채로 비행장치가 이륙하거나 착륙하는 방법과 형상을 뒤쪽에서 바라본 사시도이다.
도 17은 도 13의 실시 예에 있어서, 비행사가 연직방향으로 선채로 비행장치가 이륙하거나 착륙하는 방법과 형상을 옆쪽에서 바라본 측면도이다.
도 18은 도 13의 실시 예에 있어서, 복수 개의 평기어와 1개의 회전력전달체인벨트로 날개공전축의 회전력이 3개의 회전날개로 전달되는 메커니즘을 보여주는 상세도이다.
도 19는 3개의 회전날개별로 회전력전달체인벨트를 구비한, 회전날갯짓기구 4개가 동체의 앞뒤좌우에 각각 설치된, 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 20은 도 19의 실시 예에 있어서, 날개공전축의 회전력이 3개의 회전력전달체인벨트에 의해 3개의 회전날개로 각각 전달되는 메커니즘을 보여주는 상세도이다.
도 21은 각각 개별적인 구동원을 구비한, 회전날갯짓기구 4개가 동체의 앞뒤 좌우에 각각 배치된 형상인; 본 발명에 의한 비행장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 22는 도 21의 실시 예의 비행장치를 앞쪽에서 바라본 정면도이다.
도 23은 도 21의 실시 예의 비행장치를 위쪽에서 바라본 평면도이다.
도 24는 도 21의 실시 예의 비행장치에서 상부의 고정익을 제거한 형상의 평면도이다.
도 25은 도 21의 실시 예의 비행장치를 옆쪽에서 바라본 측면도이다.
도 26는 유체의 압력에 의해 원운동곡선봉이 회전하며 날개막이 펼쳐고 접히는 원리를 보여주는, 회전날개짓기구의 일 실시예의 사시도이다.
도 27은 날개공전축의 회전력이 동일 평면상의 1개의 회전력전달체인벨트를 통해 다수의 회전날개들로 전달되는 메커니즘을 보여주는, 도 18을 개선한 실시예의 사시도이다.
도 28은 날개공전축의 회전력이 동일 평면상의 3개 회전력전달체인벨트에 의해 다수의 회전날개들로 전달되는 메커니즘을 보여주는, 도 20을 개선한 실시예의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 동일구성에 의해 동일기능을 가지는 부분은, 도면이 달라지더라도 동일부호를 유지함으로써, 그 상세한 설명을 생략하는 경우가 있다.

본 발명의 회전날갯짓 비행장치는, 도 3, 도 11, 도 13, 도 19, 도 21등에 도시된 바와 같이, 구동원(2)에서 구동력을 전달받으면 날개공전축(4)을 중심으로 공전하며 동시에 날개자전축(6)을 중심으로 자전하는 2중 회전운동 방식으로 날갯짓을 하여 부양력을 발생시키는 회전날개(7)를 일정한 간격으로 2개 이상 구비한 회전날갯짓기구(9)를; 상기 비행장치 동체(1)의 좌측과 우측에 각각 1개 이상씩 갖는 회전날갯짓 비행장치이다.

본 발명에 의한 상기의 회전날갯짓 비행장치를 도 3과 도 8의 예시도를 기반으로 설명하면 다음과 같다.

<부품구성>

1. 상기 비행장치의 동체(1)에는, 상기 구동원(2)과 각 상기 회전날갯짓기구(9)를 지지해주는 날갯짓기구지지대(3)가 구비되어 있다. 한편 상기 구동원(2)은 필요에 따라서 상기 동체(1) 위에 설치될 수도 있고, 상기 날갯짓기구지지대(3) 위에 설치될 수도 있다.

2. 상기 날갯짓기구지지대(3)에는, 상기 구동원(2)의 구동력을 각 상기 회전날갯짓기구(9)의 날개공전축기어(41)에 전달해 주는 종동기어 또는 체인벨트를 포함하는 구동력전달수단(32) 및; 각 상기 날개공전축(4)이 제자리회전 가능토록 지지해 주는, 날개공전축받이(31)가 구비되어 있다.

3. 각 상기 날개공전축받이(31)의 측면에는, 상기 날개공전축(4)을 제자리회전 가능토록 둥글게 감싼 외치 톱니바퀴 형상인 공전축받이기어(311)가 고정결합 되어있다.

4. 각 상기 회전날갯짓기구(9)에는, 거의 지면에 평행한 방향으로 뻗은 상기 날개공전축(4)과, 상기 날개공전축(4)에 평행한 방향으로 뻗은 2개 이상의 상기 날개자전축(6) 및; 상기 날개공전축(4)과 각 상기 날개자전축(6)을 연결해주는 날개공전팔(5)들이 서로 같은 설치 간격으로 구비되어 있다.

5. 각 상기 날개공전팔(5)에는, 상기 날개공전축(4)이 제자리회전을 할 때, 상기 공전축받이기어(311)와 맞물려 회동하며 각 상기 날개자전축(6)에 회전력을 전달해 주는, 종동기어 또는 체인벨트를 포함하는 회전력전달수단(52) 및; 각 상기 날개자전축(6)을 제자리회전 가능토록 지지해주는 날개자전축받이(51)가 구비되어 있다.

6. 각 상기 날개자전축(6)에는, 크기가 같은 2개의 얇은 곡면체가 상기 날개자전축(6)을 중심으로 서로 대칭을 이루도록 고정결합 된 형상인, 1개의 회전날개(7) 및; 상기 날개자전축(6)을 둥글게 감싼 외치 톱니바퀴 형상인 1개 이상의 날개자전축기어(61)가 고정결합 되어있다.

7. 상기 회전력전달수단(52)은, 상기 날개자전축(6)의 자전방향이 공전방향의 반대가 되고 자전각속도는 공전각속도의 0.5배가 되도록, 상기 날개공전축(4)의 회전력을 변속하여 각 상기 날개자전축(6)에 전달해 주는, 각종 기어들의 조합 또는 각종 기어들과 체인(또는 벨트)의 조합을 구비하고 있다.

8. 각 상기 회전날개(7)의 공전방향 및, 공전위상과 자전위상의 상호관계는; 각 상기 날개자전축(6)이 동체(1)에서 가장 먼 지점을 통과하는 공전위상에서, 상기 회전날개(7)의 자전위상은 거의 수평방향이 된 상태로 수직 하강하는, 하향날갯짓을 하고; 상기 동체에서 가장 가까운 지점을 통과하는 공전위상에서 상기 회전날개(7)의 자전위상은 거의 연직방향이 된 상태로 수직 상승하는, 상향날갯짓을 하도록 설정되어 있다.

9. 한편, 상기 회전날개(7)의 날개 면은, 상기 날개자전축(6)을 중심으로 좌우의 날개 면이 대칭을 이루며, 동체(1)에서 먼 반쪽의 날개 면은 위쪽으로 볼록한 형상이고, 동체에서 가까운 반쪽의 날개 면은 아래쪽으로 볼록한 형상으로 형성될 수도 있다.

10. 한편, 상기 회전날개(7)의 날개 면은, 회전날갯짓 과정에서 동체 부양력 뿐만 아니라 전방 추진력이 함께 생성될 수 있도록, 상기 날개자전축(6)을 따라 나선형으로 길고 완만하게 비틀어진 프로펠러 형상으로 제작되는 것도 가능하다.

11. 상기 구동원(1)은, 도 3이나 도 11처럼 1개의 구동원(2)을 동체(1)의 좌측과 우측의 회전날갯짓기구(9)가 공동으로 활용할 수도 있으며, 도 21처럼 각 회전날갯짓기구별로 1개 이상의 구동원(2)이 각각 구비할 수도 있다.

12. 상기 비행징치의 동체(1)에는 도 20처럼 별도의 고정익(12)이 설치될 수도 있으며, 이 경우 상기 고정익(12)의 좌우 방향각과 상하 고저각을 변경하는 방식으로 비행장치의 속도와, 고도 및 진행방향이 조종될 수도 있다.

<작동원리>

도3 등에서 보듯이;

1. 구동원(2)이 구동력을 제공하면, 구동력전달수단(32)에 의하여 날개공전축기어(41)와 날개공전축(4)에 구동력이 전달되며, 이에 따라 날개공전팔(5)과 날개자전축(6) 및 회전날개(7)가 날개공전축(4)을 중심으로 공전운동을 한다.

2. 이때, 날개공전팔(5)에 결합되어 공전하며, 정지 상태인 날개공전축받이기어(311)와 맞물려서 자전하는, 회전력전달평기어(521)는, 공전운동과 동일한 회전방향으로 자전운동을 하게 된다.

3. 한편, 날개공전축기어(41)의 회전력을 날개자전축기어(61)로 전달하는 상기 회전력전달평기어(521)가 홀수 개인 경우, 날개자전축기어(61)의 자전방향이 공전방향과 반대가 된다.

4. 또한, 상기 공전축받이기어(311)와 상기 날개자전축기어(61)의 기어비를 1:2 설정하면, 회전날개(7)가 1회 공전할 때 반대방향으로 0.5회 자전하게 된다.

5. 이러한 조건하에서, 상기 회전날개(7)가, 동체에서 가장 먼 지점을 통과하는 공전위상에서, 수평방향으로 펼쳐지도록 초기 자전위상을 설정하면, 상기 회전날개(7)가 하강할 때는 수평방향으로 누여지고, 상승할 때는 수직방향으로 세워지는 회전날갯짓 방식으로 공전운동과 자전운동을 병행하게 된다.

6. 한편, 회전날개(7)가 위와 같이; 공전운동과 자전운동을 병행토록 하기 위해, 도 11, 도 18, 도 20 등에 도시된 것처럼 바벨기어나 체인 또는 벨트를 회전력전달수단으로 사용하는 것도 가능하다.

7. 또한, 회전력전달수단으로 체인벨트를 사용하는 경우에는 도 20과 도 28처럼 각 날개자전축기어(61)마다 별개의 회전력전달체인벨트(524)를 사용할 수도 있고, 도 18과 도 27처럼 전체 3개의 날개자전축기어(61)들이 1개의 회전력전달체인벨트(524)를 공동으로 사용할 수도 있다.

<부양력 생성의 원리 및 효율>

도 6과 도7에 도시한 운동방향으로 회전날개(7)가 공전과 자전을 하면서, 매우 효과적으로 동체(1) 부양력을 발생시키며, 이를 도 8과 도 9의 개요도를 이용하여 유체역학적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 회전날개(7)의 공전반지름을 R, 공전위상각을 θ, 자전위상각을 α, 공전각속도를 ω, 공전속도를 Vo, 회전날개폭(wing span)을 S, 유체의 밀도를 ρ, 날개공전축의 위치를 O, 공전위상각이 0(zero)인 공전기점의 날개자전축(6)의 위치를 B, 공전위상각이 θ일 때의 날개자전축(6)의 위치를 C, 공전하는 1개의 회전날개(7)에 부딪치는 유량을 Qo, 회전날개(7)에 부딪친 후의 유량 중 회전날개 날개면을 따라 하방으로 흐르는 유속을 V1, 유량을 Q1, 회전날개 날개면을 따라 상방으로 흐르는 유속을 V2, 유량을 Q2, 날개자전축(6)을 중심으로 회전날개(7)의 날개 면 방향의 좌표체계(x'축, y'축)는 날개면 방향을 x'축, 이에 수직방향을 y'축; 회전날개(7) 공전궤도 방향의 좌표체계(s축, r축)는 접선방향을 s축, 반지름방향을 r축; 수평면 방향의 좌표체계(x축, y축)는 수평방향을 x축, 연직방향을 y축으로 놓으면;

공전속도 Vo는 유체가 회전날개(7)에 부딪치는 속도와 같으며, Vo = R*ω가 되고, 공전위상각 θ = ω*t, 회전날개(7)의 자전 위상각은 α = θ/2 = (ω/2)*t가 된다.

이에 따라, 회전날개(7)는 어떠한 공전 위상에 위치하더라도, 회전날개(7) 날개 면의 연장선은 항상, 도 4의 A 지점을 향하게 된다.

한편, 날개공전축(4)인 O 지점을 중심으로, 반시계방향을 회전각(θ)의 증가 방향이라고 가정하고, 서로 반대쪽에 있는 2개의 회전날개(7)가 일정한 속도(Vo)로 공전할 때 요구되는 구동력과 이로 인해 생성되는 부양력을 각각 산출하면 다음과 같다.

(1) Qo의 단위시간당 운동량(Fo)은 Qo = S*Cos(θ/2)*Vo 이므로

Fo = ρ*Qo*Vo = ρ*S*Cos(θ/2)*Vo*Vo

(2) Qo의 x'- y'축 방향의 유속은

Vox' = Vo*Sin(θ/2), Voy'= Vo*Cos(θ/2)

(3) ΣFx' = 0 에서,

ρ*Qo*Vo*Sin(θ/2) = ρ*Q1*V1 -ρ*Q2*V2

(4) C점에서 y'방향의 중력과 압력 차이는 없으므로 Vo = V1 = V2이며

질량보존의 법칙에 의해 Qo = Q1 + Q2 이므로

Qo*Sin(θ/2) = Q1-(Qo-Q1) 로 놓고 Q1, Q2를 구하면,

Q1 = 0.5*Qo*{1+Sin(θ/2)}

Q2 = 0.5*Qo*{1-Sin(θ/2)}

(5) 공전궤도에 접선방향 소요 구동력(Fs)은

Fs = Δ(m*V)s = ρ*Qo*Vo - ρ*Q1*V1s + ρ*Q2*V2s 이며

V1s = Vo*Sin(θ/2), V2s = Vo*Sin(θ/2) 이므로,

ρ*Q1*V1s = 0.5*ρ*Qo*V*{1+Sin(θ/2)}*{Sin(θ/2)}

ρ*Q2*V2s = 0.5*ρ*Qo*V*{1-Sin(θ/2)}*{Sin(θ/2)} 가 되며

Qo = V*S*Cos(θ/2) 이므로

Fs = ρ*S*(Vo^2)*Cos(θ/2)*[1-{Sin(θ/2)}^2]

여기서 {Sin(θ/2)}^2 = 0.5*{1-Cos(θ)} 이므로

Fs = 0.5*ρ*S*(Vo^2)*Cos(θ/2)*{1+Cos(θ)}

(6) 회전 날갯짓에 의한 부양력(Fy)는

Fy = Δ(m*V)y = ρ*Qo*Voy + ρ*Q1*V1y - ρ*Q2*V2y 이며

Voy = Vo*cos(θ), V1y = Vo*sin(θ/2), V2y = Vo*sin(θ/2) 이고

Qo = V*S*Cos(θ/2), Q1 = 0.5*Qo*{1+Sin(θ/2)}, Q2 = 0.5*Qo*{1-Sin(θ/2)} 이므로

Fy = ρ*S*(Vo^2)*Cos(θ/2)*[Cos(θ) + {Sin(θ/2)}^2]

여기서 {Sin(θ/2)}^2 = 0.5*{1-Cos(θ)} 이므로

Fy = 0.5*ρ*S*(Vo^2)*Cos(θ/2)*{1+Cos(θ)}

(7) 상기 (5)와 (6)의 공식 내용에서 보듯이, 소요 구동력(Fs) = 생성 부양력(Fy) 이므로 서로 동일한 크기가 된다.

한편, 회전날개(7) 자전반경이 날개자전축(6)의 공전반경과 동일하다고 가정할 경우, 회전날개(7)가 수평으로 펼쳐진 시점에서, 날개자전축(6)의 하강속도 대비 동체(1)에서 가장 먼 회전날개 끝단의 하강속도는 1.5배가 되고 가장 가까운 회전날개 끝단의 하강속도는 0.5배가 되므로, 가장 바깥쪽의 부양력은 상기 부양력(Fy)의 1.5^2 = 2.25배, 가장 안쪽은 0.5^2 = 0.25배가 되며, 평균적으로 약 10%의 추가적 부양력 증강효과가 발생한다.

이와 같이 동일한 날개면적임에도 부양력이 약 10% 증가하면, 회전날개 및 지지구조물의 크기와 중량도 10% 줄일 수 있게 되므로, 에너지효율이 그만큼 높아진다.

이에 더하여, 하향 회전날갯짓의 마지막 단계에서, 좌우에서 접근하는 회전날개에 의해 좌우에서 압력을 받는 유체가 위쪽과 옆쪽은 동체(1) 등에 막혀있기 때문에 아래쪽으로 빠르게 압출되며, 그 반작용으로 추가적 부양력이 생성된다.

한편, 1개의 회전날개짓기구(9)에 2～4개의 회전날개가 구비되므로, 1개의 회전날개(7)만 갖는 경우보다 소요 구동력(Fs)과 생성 부양력(Fy)이 2배 이상 증가한다.

이와 같이 본 발명에 의한 비행장치는 구동원(2)에 의한 구동력(Fs)이 거의 100% 부양력(Fy) 으로 전환되므로, 회전익 방식보다 우수하며 가장 에너지효율이 높은 부양력 생성방식이라 할 수 있다.

또한, 회전날개(7)별 무게중심에 날개자전축(6)이 위치하고, 2개 이상의 회전날개(7)가 결합된 구조의 무게중심에 날개공전축(4)이 위치하며, 상기 회전날개(7)들은 한쪽 방향으로만 회전하므로, 상기 회전날개(7)들이 공전운동과 자전운동을 할 때, 편심하중에 의한 진동과 충격이나 회전 방향이나 속도의 급격한 변화로 인한 관성저항이 전혀 발생하지 않으므로, 상기 회전날개(7)가 날갯짓의 상사점과 하사점을 지나며, 날갯짓의 방향이 변하더라도, 진동, 충격, 소음 등의 문제가 거의 발생하지 않으며, 부드러운 가속과 초고속 회전 날갯짓을 통한 부양력 극대화가 가능하다.

<다양한 비행장치 형상에 대한 상세설명>

도 11과 도 12은 바벨기어에 의해 구동력이 전달되는 비행장치의 예시도로서, 구동원(2)의 구동력은 구동력전달축(33)과 구동력전달바벨기어(322)를 거쳐, 공전축바벨기어(412)로 전달된다.

상기 공전축바벨기어(412)가 회전함에 따라 날개공전축(4)과 날개공전팔(5)은 함께 회전하지만, 날개공전축받이(31)에 고정 결합된 공전축받이기어(311)는 회전하지 않으므로, 도 11의 우측하단의 그림에서 보듯이 3개의 회전력수용바벨기어(522a)가 1개의 공전축받이기어(311)와 맞물려서 회전한다.

상기 회전력수용바벨기어(522a)에 전달된 구동력은 회전력전달축(53), 회전력전달바벨기어(522b), 자전축바벨기어(612), 날개자전축(6)의 순으로 전달되며, 이에 따라 날개자전축(6)에 고정 결합된 회전날개(7)가 공전각속도의 0.5배의 각속도로 공전방향의 반대쪽으로 자전하는 회전날갯짓을 하게 된다.

여기서 회전날개(7)의 공전반경이 R인 경우; 도 3처럼 회전날개가 2개면 최대 날개폭이 약 2*2^0.5*R가 되며, 도 11처럼 회전날개가 3개면 최대 날개폭이 약 2*R이 된다.

한편 비행장치의 진행방향 조종은; 비행사가 전후좌우로 몸을 이동시키면(무게중심 변경), 몸이 이동된 방향으로 비행장치 동체(1)와 회전날개(7)가 기울이지며, 이렇게 기울어진 방향으로 비행장치가 전진하게 된다.

도 13내지 도 18은 비행사가 등 쪽에 걸머지는 형상의 1인용 회전날갯짓 비행장치에 대한 예시도이며 주요 특징은 다음과 같다.

1. 1개의 회전력전달체인벨트(524)가 3개의 자전축체인기어(613)에 모두 회전력을 전달한다.

도 18에서 보듯이, 회전력 전달 과정은, 공전축받이기어(311), 회전력전달평기어(521); 회전력전달체인기어(523), 회전력전달체인벨트(524), 자전축체인기어(613), 날개자전축(6), 회전날개(7) 순으로 진행된다. 한편, 도 27처럼 상기 회전력전달체인벨트(524)와 회전력전달체인기어(523)간의 접촉면적을 늘려서 맞물림 회전이 강화되도록, 회력전달보조기어(525)가 추가로 설치될 수도 있다.

2. 회전날개(7)의 받음각을 비행사가 수동으로 변경하며 직관적으로 비행조종을 할 수 있다.

도 14와 도 17에서 보듯이, 상기 동체의 좌측과 우측에 각각 위치한 회전날갯짓기구(9)들은 앞뒤방향 무게중심에 가로 방향으로 뻗은 날개받음각회동축(80)에 의해 상호 결합되며, 상기 날개받음각회동축(80)은 상기 동체(1)를 기준으로 상하방향으로 원호를 그리는 상대운동이 가능토록 상기 동체(1)에 힌지 결합되고;

도 16과 도 17에서 보듯이, 서 있는 비행사의 무게중심이 날개받음각회동축(80)보다 아래쪽에 위치하며, 비행조종손잡이(81)를 이용하여, 날개받음각회동축(80)의 고저각을 제어할 수 있으므로, 지면에서 이륙과 착륙을 할 때는 몸을 바로 세우고 다리를 곧게 뻗어서 무게중심을 낮춘 후, 회전날개(7)의 받음각과 회전날갯짓의 회전속도를 직관적으로 제어함으로써 천천히 부드럽게 오르내릴 수 있다.

또한, 수직 상승 후에는, 회전날개(7)의 받음각을 앞쪽 또는 뒤쪽으로 기울어지게 하고; 날갯짓 속도는 더욱 빨라지도록 액셀러레이터로 가속하는 방식으로 비행장치의 전진과 후진 및 상승과 하강을 자유자재로 조종할 수 있다. 한편 진행방향의 조종은; 날갯짓 곤충들처럼, 비행사가 몸이나 팔다리의 방향을 빠르게 비틀어서 반동을 주거나, 몸이나 팔다리의 무게중심을 좌우전후로 천천히 이동시키면, 순간적 방향전환이나 점진적 선회비행 등의 비행조종도 직관적으로 간단하게 수행하는 것이 가능하다. 한편, 상기 비행장치의 배터리(11)는, 상기 비행사가 몸의 무게중심을 변경시키며 수평자세로 고속 비행을 할 수 있도록, 비행사의 신장 방향을 따라 전후로 쉽게 이동시킬 수 있도록 설치하는 것이 바람직하다.

3. 프로펠러처럼 휘어있는 회전날개(7)가 부양력과 함께 추진력을 제공한다.

도 13, 도 21 등에서 보듯이, 회전날개(7)가 날개자전축(6)을 따라 좌우 선대칭을 이루며 나선형으로 길고 완만하게 비틀어진 프로펠러 형상인 경우에는, 상하 방향으로 오르내리는 회전날갯짓 과정에서 부양력뿐 아니라 추진력도 생성된다. 따라서 회전날개(7)의 받음각을 앞쪽으로 기울이지 않아도 비행장치가 효과적으로 가속되며 고속으로 비행할 수 있다. 즉 기존 회전익 방식의 장점인 추진력 생성기능과 기존 날갯짓 방식의 장점인 부양력 생성기능을 복합적으로 구현한 신개념의 회전날갯짓 방식이라 할 수 있다.

이에 더하여, 도 13처럼 날개공전축(4)을 기준으로 외측 반쪽의 회전날개 부위는 날개 면의 중앙부위가 에어포일처럼 위로 볼록하게 솟아 있는 형상이라면; 회전날개(7)의 공전속도를 대폭 줄여도, 전진속도를 이용한 부양력 생성에 따른 글라이딩 기능이 발생하여 비행 에너지효율이 대폭 증가한다.

한편, 도 10a처럼 상기 회전날개(7)의 날개외곽프레임(76)은 강성 재질로 형성하고, 날개 면은 트램펄린처럼 고신축성, 고탄성의 날개막(75)으로 형성한 후 고탄성연결부재(78)로 상기 날개외곽프레임(76)에 결합시키거나; 도 10b 또는 도 26처럼 상기 회전날개(7)의 날개외곽프레임(76)은 강성 재질로 형성하고, 날개 면은 둥글고 유연한 곡면형 날개막(75)으로 형성한 후, 상기 날개외곽프레임(76)의 앞쪽프레임과 뒤쪽 프레임이 사이에는 상기 날개막(75)과 결합된 둥근 곡선 막대 형상인 원호운동곡선봉(77) 또는 원운동곡선봉(79)을 2개 이상 구비하여, 양쪽 말단부위를 적정 간격으로 상기 앞쪽프레임과 뒤쪽 프레임에 상하방향으로 원운동이 가능토록 각각 힌지결합 시키면; 상기 각 원호운동곡선봉(77) 또는 원운동곡선봉이 회동하면서, 상기 회전날개(7)의 양쪽 날개 면 전체가 번갈아 가며 위쪽으로 볼록한 곡면형상으로 펼쳐지기 때문에 패러글라이딩 기구처럼 글라이딩 하며, 전진 속도를 이용한 부양력 생성의 에너지효율이 더욱 높일 수 있다. 특히, 도 26처럼 원운동곡선봉(79)을 사용하면, 상기 원운동곡선봉(79)이 거의 일정한 속도로 한쪽 방향으로만 회전하므로, 관성저항이나 진동소음 없이 적기에 최적의 각도로 날개막(75)이 펼쳐지며, 에너지효율이 더욱 높아진다.

4. 바람막이(83)가 양력을 강화하며, 다리걸이(82)가 비행을 보조한다.

동체(1) 측면에 위치한 바람막이(83)는 회전날개(7)로부터 비행사를 보호하는 기능과 함께, 회전날갯짓에 의해 동체(1)의 좌우측에서 중앙 쪽으로 밀려드는 바람을 수직하방으로 밀어내며 부양력을 증강시키는 기능을 한다. 다리걸이(82)는 엎드린 자세로 고속 비행할 때, 비행사가 허벅지를 올려놓고 비행하거나, 다리를 상하좌우앞뒤로 움직이며 무게중심을 변경시키는 방식으로 간단히 비행 조종을 할 수 있게 해준다.

도 19는 오토바이 형상인 본 발명의 비행장치에 대한 예시도이며, 주요 특징은 다음과 같다.

1. 자전축체인기어(613)별로 서로 다른 회전력전달체인벨트(524)가 각각 회전력을 전달한다. 도 20에서 보듯이, 공전축받이기어(311)가 회전력전달체인기어(523) 기능을 병행하며, 각각의 자전축체인기어(613)를 통해 날개자전축(6)으로 회전력을 전달할 수 있다. 한편, 도 28처럼 회전력 전달 과정이 공전축받이기어(311), 회전력전달보조기어(525), 회전력전달평기어(521), 회전력전달체인기어(523), 회전력전달체인벨트(524), 자전축체인기어(613) 순서로 진행되는 경우에는 다수의 회전력전달체인벨트(524)가 1개의 평면 위에 설치되므로, 회전날갯짓기구(9)의 날개공전축(4) 방향 소요길이를 효과적으로 줄일 수 있다.

2. 탑승자 앞쪽의 좌우 1쌍과 뒤쪽의 좌우 1쌍의 회전날갯짓기구(9)들 간의 회전날개짓 속도가 서로 차이나도록 제어하는 방식으로, 비행장치의 기울기와 진행방향 및 전진속도를 조종할 수 있다. 즉, 탑승자 좌측과 우측의 비행조종손잡이(81)에 설치되는 액셀러레이터로 각각 탑승자의 앞쪽과 뒤쪽의 각 1쌍의 회전날갯짓기구(9)별 회전날갯짓 속도를 제어하면서, 탑승자가 몸을 이동시키는 방식 등으로 비행장치의 무게중심을 좌우앞뒤로 이동시키면, 오토바이처럼 간단하게 전후좌우상하 방향의 비행조종을 할 수 있다. 한편 비행장치의 무게중심을 낮추기 위해 배터리(11)는 중앙하부의 적정 높이에 배치하는 것이 안정적 운행을 위해 바람직하다.

도 21내지 도25는 대형 비행장치의 예시도이며, 주요 특징은 다음과 같다.

1. 동체(1)의 좌우앞뒤에 각각 설치된 4개의 회전날갯짓기구(9)가 개별적으로 구동원(2)을 구비하고 있으므로; 쿼드롭터식 드론처럼 회전날갯짓기구(9)별 회전날갯짓 속도를 독립적으로 제어하며, 상승, 하강, 전진, 후진, 방향전환 등 비행조종을 할 수 있다.

2. 동체(1)의 위쪽에 고저각과 방향각을 제어할 수 있는 고정익(12)을 설치하면 양력생성 기능, 글라이딩 기능, 방향조종 기능 및 에너지효율 제고를 구현할 수 있다.

특히 상기 고정익(12)을 양쪽 날개의 끝단(wing-tip)이 약간 위쪽으로 향하는 V자 형태로 설치하면, 비행장치가 전진하며 동체(1)가 한쪽으로 기울어질 때에 기울어진 방향의 날개부위는 가로방향 길이가 늘어나며 부양력이 증가하고 반대쪽 날개부위는 부양력이 감소하기 때문에 원위치로 회귀하려는 복원력이 발생되어, 비행 안정성이 높아진다.

3. 상기 고정익(12)은 도 23처럼 설치될 수도 있고, 도 24처럼 미설치될 수도 있으며, 회전날개(7)에 구동력이 전달되는 원리와 방법은 도 18, 도27, 도 20 또는 도 28에서 예시한 방법들과 동일하다.

한편, 위에서 도 3 내지 도 28을 통해 설명한 구동원(2)이 구동력을 제공하는 회전날개(7)의 날갯짓 방식은 공기뿐만 아니라 물이나 기름 등 각종 유체의 흐름(유속, 유량, 유향 등)을 변경시킬 수 있으므로, 수중운행에도 사용될 수 있다. 상기 날갯짓 방식에 따른 날갯짓을 하면 주변 유체의 흐름의 방향(유향)과 유속이 바뀌고, 흐름의 방향에 대한 유량도 함께 바뀌게 된다. 이에 따라, 공기와 같은 유체로서의 성질을 가지는 물에서도 상기 날갯짓 방식에 따른 날갯짓을 통해 물의 흐름(유속, 유량, 유향 등)이 변경될 수 있어 수중에서의 운행이 가능할 수 있다.

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

본 발명은 비행장치 산업에 이용될 수 있다.

1: 동체
11: 배터리
12: 고정익
2: 구동원
21: 원동기어
211: 원동평기어
3. 날갯짓기구지지대
31: 날개공전축받이
311: 공전축받이기어
32: 구동력전달수단
321: 구동력전달평기어
322: 구동력전달바벨기어
33: 구동력전달축
4: 날개공전축
41: 날개공전축기어
411: 공전축평기어
412: 공전축바벨기어
5: 날개공전팔
51: 날개자전축받이
52: 회전력전달수단
521: 회전력전달평기어
522a: 회전력수용바벨기어
522b: 회전력전달바벨기어
523: 회전력전달체인기어
524: 회전력전달체인벨트
525: 회전력전달보조기어
53: 회전력전달축
6: 날개자전축
61: 날개자전축기어
611: 자전축평기어
612: 자전축바벨기어
613: 자전축체인기어
7: 회전날개
71: 평면형회전날개
72: 곡면형회전날개
73: 비틀린평면형날개
74: 비틀린곡면형날개
75: 날개막
76: 날개외곽프레임
77: 원호운동곡선봉
78: 고탄성연결부재
79: 원운동곡선봉
80: 날개받음각회동축
81: 비행조종손잡이
82: 다리걸이
83: 바람막이
9: 회전날갯짓기구

Claims (12)

1. 구동원으로부터 구동력을 전달받으면 날개공전축을 중심으로 공전하며, 동시에 날개자전축을 중심으로 자전하는 2중 회전운동 방식으로 날갯짓을 함으로써 부양력을 발생시키는, 회전날개를 일정한 간격으로 2개 이상 구비한 회전날갯짓기구를, 비행장치 동체의 좌측과 우측에 각각 1개 이상씩 갖는 회전날갯짓 비행장치에 있어서;
   상기 비행장치 동체에는 상기 구동원과 각 상기 회전날갯짓기구를 지지해주는 날갯짓기구지지대가 결합되어 있고;
   상기 날갯짓기구지지대에는 상기 구동원의 구동력을 각 상기 회전날갯짓기구의 날개공전축에 전달해 주는 종동기어 또는 체인벨트를 포함하는 구동력전달수단 및; 각 상기 날개공전축이 제자리회전 가능토록 지지해 주는 날개공전축받이가 구비되어 있고,
   각 상기 날개공전축받이의 측면에는 상기 날개공전축을 제자리회전 가능토록 둥글게 감싼 외치 톱니바퀴 형상인 공전축받이기어가 고정결합 되어있고;
   각 상기 회전날갯짓기구에는, 지면에 평행한 방향으로 뻗은 날개공전축과, 서로 같은 공전거리와 공전간격으로 상기 날개공전축에 평행하게 뻗은, 2개 이상의 날개자전축 및, 상기 날개공전축과 각 상기 날개자전축을 연결해주는 날개공전팔들이 서로 같은 설치 간격으로 구비되어 있고;
   각 상기 날개공전팔에는, 상기 날개공전축이 제자리회전을 할 때, 상기 공전축받이기어와 맞물려 회동하며, 각 상기 날개자전축에 회전력을 전달해 주는, 종동기어 또는 체인벨트를 포함하는 회전력전달수단 및, 각 상기 날개자전축을 제자리회전 가능토록 지지해주는 날개자전축받이가 구비되어 있고;
   각 상기 날개자전축에는, 크기가 같은 2개의 얇은 곡면체가 상기 날개자전축을 중심으로 서로 대칭을 이루도록 고정결합 된 형상인 1개의 회전날개 및, 상기 날개자전축을 둥글게 감싼 외치 톱니바퀴 형상인 1개 이상의 날개자전축기어가 고정결합 되어있고;
   각 상기 회전력전달수단은, 상기 날개자전축의 자전방향이 공전방향의 반대가 되고 자전각속도는 공전각속도의 0.5배가 되도록; 상기 날개공전축의 회전력을 변속하여 각 상기 날개자전축기어에 전달해 주는, 각종 기어들의 조합 또는 각종 기어들과 체인벨트의 조합을 구비하고 있으며;
   상기 회전날개의 공전방향 및, 공전위상과 자전위상의 상호관계는,
   각 상기 날개자전축이 상기 동체에서 가장 먼 지점을 통과하는 공전위상에서 상기 회전날개의 자전위상은 수평방향이 된 상태로 수직 하강하는, 하향날갯짓을 하고, 상기 동체에서 가장 가까운 지점을 통과하는 공전위상에서 상기 회전날개의 자전위상은 연직방향이 된 상태로 수직 상승하는, 상향날갯짓을 하도록 설정되어 있어서;
   상기 동체 쪽에서 볼 때, 상기 날개공전축을 중심으로 내측중단, 중앙상단, 외측중단, 중앙하단의 순환 방향으로 공전운동을 하는 각 상기 회전날개가,
   상기 내측중단을 지날 때는, 날개 면이 연직방향으로 세워진 상태로 주변 유체의 저항 없이 수직 상승하는 상향 날갯짓을 하므로, 음의 부양력이 생성되지 않고;
   상기 중앙상단을 지날 때는, 날개 면이 상향 45도로 기울어진 상태로 외측으로 이동하는 외향 날갯짓을 하므로, 주변 유체가 경사진 날개 면을 따라 외측 하방으로 밀려 내려가며 양의 부양력을 생성하고;
   상기 외측중단을 지날 때는 날개 면이 수평 방향으로 펼쳐진 상태로 수직 하강하는 하향 날갯짓을 하므로, 주변 유체가 연직 하방으로 밀어 내려가며 양의 부양력을 생성하고;
   상기 중앙하단을 지날 때는 날개 면이 하향 45도로 기울어진 상태로 내측으로 이동하는 내향 날갯짓을 하므로, 주변의 유체가 경사진 날개 면을 따라 내측 하방으로 밀려 내려가며 양의 부양력을 생성하고;
   다시 상기 내측중단 쪽으로 접근할 때는, 상기 동체 하부의 유체가 양쪽에서 접근하며 압축하는 회전날개에 의해 하방으로 빠르게 압출되며 양의 부양력을 생성하게 되므로;
   상기 회전날개가 공전하며 자전하는 회전날갯짓의 360도 전체 공전 위상구간에서 음의 부양력 발생은 없이, 양의 부양력이 효과적으로 생성되는 것을
   특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동력전달수단 또는 상기 회전력전달수단에는 서로 맞물려 회동하는 바벨기어들의 조합이 구비되어 있는 것을
   특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동력전달수단 또는 상기 회전력전달수단에는 다수의 기어들과 체인벨트의 조합이 구비되어 있는 것을
   특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전날개의 날개 면은, 날개자전축을 중심으로 좌우의 날개 면이 선대칭을 이루며, 동체에서 먼 반쪽의 날개 면은 위쪽으로 볼록한 곡면형이고, 동체에서 가까운 반쪽의 날개 면은 아래쪽으로 볼록한 곡면형인 것을
   특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전날개의 날개외곽프레임은 강성 재질로 형성되고, 날개 면은 트램펄린처럼 고신축성, 고탄성의 날개막으로 형성되고, 고탄성의 연결부재로 상기 날개외곽프레임에 결합되어 있어서, 상기 회전날개의 양쪽 날개 면이 번갈아 가며 유체의 상향 압력을 받으면, 회전날개의 양쪽 날개 면 전체가 번갈아 가며 위쪽으로 볼록한 곡면형상으로 펼쳐지는 것을,
   특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전날개의 날개외곽프레임은 강성 재질로 형성되고, 날개 면은 둥글고 유연한 곡면형 날개막으로 형성되며, 상기 날개외곽프레임을 구성하는 앞쪽 외곽프레임과 뒤쪽 외곽프레임 사이에는, 상기 날개막과 결합된 둥근 곡선 막대 형상인 2개 이상의 원운동곡선봉의 앞쪽과 뒤쪽의 말단부위가, 적정 간격으로, 상기 앞쪽과 뒤쪽의 외곽프레임에 상하방향으로 원운동이 가능토록 각각 힌지결합 되어있어서, 상기 회전날개의 양쪽 날개 면이 번갈아 가며 유체의 상향 압력을 받으면, 상기 각 원운동곡선봉이 회동하면서, 상기 회전날개의 양쪽 날개 면 전체가 번갈아 가며 위쪽으로 볼록한 곡면형상으로 펼쳐지는 것을,
   특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전날개는 회전날갯짓에 의해 동체의 상향 부양력뿐 아니라 전방 추진력이 함께 생성될 수 있도록, 상기 회전날개의 날개 면은 날개자전축을 중심으로 좌우의 날개 면이 선대칭을 이루며, 상기 날개자전축의 축 방향을 따라 나선형으로 길고 완만하게 비틀어진 프로펠러 형상으로 형성되는 것을
   특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
8. 청구항 1에 있어서,
   복수 개의 상기 회전날갯짓기구가 개별적으로 1개 이상의 구동원을 구비하거나, 복수 개의 회전날갯짓기구별 회전날개의 공전속도가 서로 다르게 제어될 수 있는 것을
   특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전날갯짓 비행장치는 비행사가 등 쪽에 걸머질 수 있으며, 상기 비행장치 동체의 좌측과 우측에 각각 위치한 회전날갯짓기구들은 상기 동체의 가로 방향으로 뻗은 날개받음각회동축에 의해 상호 결합되며, 상기 날개받음각회동축은 상기 동체를 기준으로 상하방향으로 원호운동이 가능토록 상기 동체에 힌지 결합되는 것을
   특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전날갯짓 비행장치는, 4개 이상의 회전날갯짓기구가 앞, 뒤,좌, 우에 각각 배치된, 오토바이 또는 비행장치 형상인 것을
    특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전날갯짓 비행장치는 상기 구동원이 구동력을 제공하는 회전날개의 날갯짓 방식을 통해 물의 흐름을 변경시켜 수중운행이 가능한, 운송수단인 것을
    특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
12. 청구항 4 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 회전날갯짓 비행장치는 비행사가 등 쪽에 걸머질 수 있으며, 상기 비행장치 동체의 좌측과 우측에 각각 위치한 회전날갯짓기구들은 상기 동체의 가로 방향으로 뻗은 날개받음각회동축에 의해 상호 결합되며, 상기 날개받음각회동축은 상기 동체를 기준으로 상하방향으로 원호운동이 가능토록 상기 동체에 힌지 결합되는 것을
    특징으로 하는 회전날갯짓 비행장치
    

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