KR102485588B1 - Uam 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템 - Google Patents

Uam 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템 Download PDF

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장현영
한승룡
임성호
임헌영
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한국전력기술 주식회사
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Abstract

본 발명은 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타워 형상으로 구성하여 드론으로 대표되는 다수의 UAM(Urban Air Mobility)들이 동시에 이착륙할 수 있도록 하면서도 UAM의 이륙구간과 착륙구간을 분리함으로써 이착륙시 충돌 위험성을 줄일 수 있도록 함과 동시에 전체적인 시스템이 차지하는 면적을 최소화하여 도심지 또는 한정된 공간에 구축이 가능하도록 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템에 관한 것이다.

Description

UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템{Vertiport system for UAM or drone autonomous take-off and landing}
본 발명은 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타워 형상으로 구성하여 드론으로 대표되는 다수의 UAM(Urban Air Mobility)들이 동시에 이착륙할 수 있도록 하면서도 UAM의 이륙구간과 착륙구간을 분리함으로써 이착륙시 충돌 위험성을 줄일 수 있도록 함과 동시에 전체적인 시스템이 차지하는 면적을 최소화하여 도심지 또는 한정된 공간에 구축이 가능하도록 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템에 관한 것이다.
UAM(Urban Air Mobility)은 도심항공모빌리티를 의미하는 것으로, 도심의 혼잡한 교통 정체로 인한 이동 효율성 저하, 물류 운송비용 등 사회적 비용 급증 등을 해결하기 위한 목적으로 개발되고 있는 하늘을 이동 통로로 활용하는 미래의 도시 교통 체계이다.
즉, 가속화되는 도시화로 인해 지상 교통망은 거의 포화상태가 되고 있고, 이러한 문제점을 해결하기 위해 차선을 확장하거나, 지하도, 터널, 고가도로, 신도로 등을 건설하고 있지만, 오히려 도로 위의 차량 수가 점점 증가하게 되어 교통문제를 해결하지 못하고 있다.
또한, 내연기관 차량의 배기가스로 인해 도시의 대기질은 지속적으로 악화되고 있고 그에 따라 지구온난화가 가속화되는 등의 악순환이 반복되고 있는데, 상기 UAM은 이와 같은 악순환을 타개하기 위해 미국 나사(NASA)에서 최초로 제시한 개념으로, 도시 안에서 또는 도시 간에 소수의 탑승객들이 수직이착륙이 가능한 소형 항공기(eVOTOL; electric Vertical Takeoff and Landing), 즉 에어택시를 이용하여 이동하도록 하는 항공교통서비스를 의미하는 것이다.
이러한 UAM은 지상의 교통체증 문제를 해결할 수 있음은 물론, 이동시간을 혁신적으로 단축시킬 수 있으므로 도시와 도시 간의 물리적 경계를 없앨 수 있고, 대기질 오염문제를 개선시킬 수 있으며, 장기적으로는 물류, 환경 등 다양한 사회적 비용을 절감시킬 수 있는 등의 다양한 효과를 보일 수 있으므로, 최근 들어 주요 선진국들을 중심으로 UAM을 실현시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 국내에서도 2025년 UAM 상용서비스 도입을 위해 관련 연구 및 기술개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
상기와 같은 UAM 실현을 위해 가장 핵심적으로 요구되는 시설 중의 하나가 버티포트(Vertiport)인데, 상기 버티포트는 'Vertical Flight'와 'Port'가 결합되어 이루어진 신조어로, 유인 또는 무인 수직 이착륙(VTOL) 항공기의 착륙, 지상 취급 및 이륙을 위한 지원 서비스 및 장비가 있는 기반 시설 또는 시스템을 의미한다.
즉, 상기 버티포트는 드론으로 대표되는 UAM들이 이착륙할 수 있는 UAM 전용 공항의 의미로 사용될 수 있는데, 이러한 버티포트의 설치를 위해서는 교통량, 즉 평상시 교통체증으로 인해 항공교통 서비스의 제공이 필요한지 여부, 예측 수요, 이용가능한 항로 확보 및 수요전력 공급 가능 여부 등을 종합적으로 고려하고, UAM이 도시 내부 또는 인근 도시 간에 신속한 항공교통 서비스를 제공하는 산업이라는 특성을 고려하여 접근성 및 기존 교통시스템과의 연결성을 최우선적으로 고려하여 입지선정이 이루어져야 한다.
또한, 버티포트의 설계시에는 수익성과 상업성 또한 고려되어야 하는데, 대표적인 것으로는 버티포트에 착륙한 후 탑승객들이 내리고, 충전 및 점검한 후 다음 탑승객과 수하물 등을 탑승시키는데 소요되는 시간을 의미하는 턴어라운드 타임(Turnaround Time) 단축 등이 고려될 수 있다.
이와 같이, UAM을 이용한 항공고통 서비스의 제공이 점점 가시화되면서, 전세계적으로 UAM 및 버티포트에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있는데, 아직까지 입지선정이 용이하고 수익성과 상업성을 동시에 만족시킬 수 있도록 하는 버티포트에 대한 구체화된 시스템은 개발되고 있지 않은 실정이다.
1. 미국 공개특허공보 US2021/0032820 A1(2021. 02. 04. 공개)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 타워 형상으로 구성하여 드론으로 대표되는 다수의 UAM(Urban Air Mobility)들이 동시에 이착륙할 수 있도록 하면서도 UAM의 이륙구간과 착륙구간을 분리함으로써 이착륙시 충돌 위험성을 줄일 수 있도록 함과 동시에 전체적인 시스템이 차지하는 면적을 최소화하여 도심지 또는 한정된 공간에 구축이 가능하도록 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템에 있어서, 타워 형상의 다층 구조를 갖는 본체와, 상기 본체의 외측에 승강 가능하도록 구비되어 드론이 이착륙할 수 있도록 하는 이착륙 모듈을 포함할 수 있다.
이때, 상기 본체는 기 설정된 높이를 기준으로 하여 드론의 이륙구간과 착륙구간이 구분될 수 있다.
또한, 상기 이륙구간과 착륙구간을 구분하기 위한 기준 높이는 기 설정된 조건에 따라 변경될 수 있다.
그리고, 상기 이착륙 모듈은 본체의 외측에 방사상으로 다수 개가 구비될 수 있다.
또한, 상기 이착륙 모듈은 하나의 승강라인에 두 개 이상 구비될 수 있다.
그리고, 상기 본체의 각 층에는 승강이 완료된 상태의 이착륙 모듈을 지지하기 위한 지지수단이 출몰 가능한 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 본체의 하부 주변에는 이착륙 모듈에 착륙을 준비 중인 드론의 추락을 방지하기 위한 추락안전장치가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 본체의 최상층에는 드론의 이착륙 관제 및 버티포트 시스템의 통합 관리를 위한 관제실이 구비될 수 있다.
한편, 상기 이착륙 모듈은 내측에 드론이 수용될 수 있는 폐쇄된 공간으로 구성되는 격납실과, 상기 격납실의 천장에 구비되는 제1도어와, 상기 격납실에 구비되어 제1도어를 통해 승강 가능하도록 구성되는 TLOF 수단 및 상기 격납실의 본체 방향 단부에 구비되어 격납실과 본체 사이의 통로를 개폐시키는 제2도어를 포함할 수 있다.
이때, 상기 격납실의 내부에는 드론의 충전 및 연료 주입을 위한 전원공급장치와, 드론의 점검을 위한 점검장치 및 드론의 보수 또는 정비를 위한 정비장치가 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면, 드론이 이착륙하는 이착륙 모듈을 상,하로 승강 가능하도록 구성하고, 지상으로부터의 높이를 기준으로 하여 이륙구간과 착륙구간을 분리함으로써 충돌 위험성 감소를 통한 이착륙 시스템 전체의 안전성을 향상시킬 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 이륙구간과 착륙구간의 분리를 통해 드론의 이륙과 착륙이 동시에 이루어질 수 있도록 함으로써 전반적인 소티(Sortie) 수를 증가시킬 수 있고 그에 따라 버티포트 시스템의 운영 효율성을 향상시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 이륙구간과 착륙구간을 고도로 분리함으로써, 버티포트 시스템이 차지하는 면적이 감소하여 도심지 및 한정된 공간에서의 구축이 가능하고, 우수한 접근성으로 인해 타워형 본체의 넓은 잉여 공간을 멀티플렉스 공간으로 활용할 수 있으므로 경제성 측면에서도 우수한 효과를 보일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템을 나타낸 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템의 횡단면을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4 내지 도 7는 도 1에 나타낸 본 발명 중 이착륙 모듈의 다양한 실시예들을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템의 다른 실시예를 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명에 따른 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템의 횡단면을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 4 내지 도 7는 도 1에 나타낸 본 발명 중 이착륙 모듈의 다양한 실시예들을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 타워 형상으로 구성하여 드론으로 대표되는 다수의 UAM들이 동시에 이착륙할 수 있도록 하면서도 드론의 이륙구간과 착륙구간을 분리함으로써 이착륙시 충돌 위험성을 줄일 수 있도록 함과 동시에 전체적인 시스템이 차지하는 면적을 최소화하여 도심지 또는 한정된 공간에 구축이 가능하도록 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템(10)(이하, '버티포트 시스템(10)'이라 한다)에 관한 것으로, 상기 UAM(Urban Air Mobility)으로는 에어택시, 택배용 드론 등 수직 이착륙이 가능한 다양한 목적의 무인 소형 비행체가 해당될 수 있으나, 이하에서는 상기 UAM 또는 드론을 '드론(1)'으로 통칭하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 버티포트 시스템(10)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 본체(100)와 이착륙 모듈(200)을 포함할 수 있다.
먼저, 상기 본체(100)는 드론(1)을 이용하기 위한 탑승객들이 드론(1)이 이착륙하는 이착륙 모듈(200)까지 이동할 수 있도록 하는 역사(驛舍,station) 역할을 하는 것으로, 다층 구조를 갖는 타워 형상으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 본체(100)의 외형은 원기둥 형상이나, 다각 기둥의 형상으로 형성될 수 있으며, 본체(100)의 외측면에는 후술할 이착륙 모듈(200)의 승강 구동을 위한 승강라인 또는 승강레일(110)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 본체(100)에는 탑승객들이 이착륙 모듈(200)까지 이동할 수 있도록 하는 하나 이상의 엘리베이터(150)가 구비될 수 있는데, 상기 엘리베이터(150)는 이착륙 모듈(200)이 이동하는 각 승강라인 마다 구비되어 탑승객들이 엘리베이터(150)의 하차와 동시에 이착륙 모듈(200)로 이동할 수 있도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 본체(100)의 최상층에는 관제실(130)이 구비될 수 있는데, 상기 관제실(130)은 이착륙 모듈(200)로의 드론(1)의 이착륙을 관제함은 물론 본 발명에 따른 버티포트 시스템(10)을 통합적으로 관리하는 역할을 하는 것으로, 탑승객들의 예약, 발권, 탑승수속 등의 업무와, 후술할 이착륙 모듈(200)의 승강 구동 및 이착륙 모듈(200)에 구비되는 TLOF 수단(230), 전원공급장치(250) 등을 포함하는 다양한 장치들의 작동 또는 사용을 모니터링 및 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 본체(100)의 최상층 하부에 위치되는 나머지 공간들은 탑승객들이 쇼핑, 엔터테인먼트, 레저, 외식 등 다양한 여가와 문화생활을 즐길 수 있도록 하는 멀티플렉스 공간으로 활용될 수 있고, 다양한 물류들을 보관하는 다수의 창고들이 구비되어 본 발명에 따른 버티포트 시스템(10)이 도심지의 물류 허브로서의 기능을 담당하도록 구성될 수도 있으므로, 경제성 측면에서도 우수한 효과를 보일 수 있다.
다음, 상기 이착륙 모듈(200)은 본체(100)의 외측에 구비되어 드론(1)이 이착륙할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 본체(100)의 외측면을 따라 상,하 방향으로 승강 구동이 가능하도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 본체(100)의 외측면에는 이착륙 모듈(200)의 승강 구동을 가이드하는 승강라인 또는 승강레일(110)이 상,하 방향으로 구비되고, 상기 이착륙 모듈(200)은 승강장치(미도시)의 구동에 의해 승강라인 또는 승강레일(110)을 따라 이동하도록 구성될 수 있는데, 상기 승강장치로는 랙과 피니언 구조와 모터가 결합된 형태, 권상기와 와이어로프를 이용한 구조 등의 공지의 승강장치가 사용될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 버티포트 시스템(10)은 높이를 기준으로 하여 드론(1)의 이륙구간과 착륙구간이 구분되도록 한 것에 그 특징이 있는데, 이는 드론(1)의 이륙과 착륙이 동시에 이루어질 수 있도록 하여 전반적인 소티(Sortie) 수, 즉 드론(1)의 이착륙 횟수를 증가시킬 수 있도록 하면서도 드론(1)의 이착륙시 발생될 수 있는 충돌 위험성을 줄임으로써 버티포트 시스템(10)의 운영 효율성을 향상시킬 수 있도록 하기 위함이다.
상기 이착륙 모듈(200)을 승강 가능한 형태로 구성하는 경우, 필요에 따라 드론(1)의 이륙 또는 착륙 위치를 변경시킬 수 있고, 보다 많은 수의 이착륙 모듈(200)의 동시 운영이 가능하므로 이착륙시 드론(1)의 충돌 위험성을 줄이면서도 버티포트 시스템(10)의 운영 효율성을 극대화시킬 수 있다.
한편, 상기 이륙구간과 착륙구간을 구분하기 위한 기준 높이는 이착륙 모듈(200)이 설치될 수 있는 본체(100)의 전체적인 높이를 고려하여 기 설정될 수 있고, 이와 같이 기 설정된 기준 높이는 풍속, 풍향 등의 주변 기상조건이나 시간대에 따른 드론(1)의 이착륙 횟수 등을 포함하는 기 설정된 조건에 따라 변경이 가능하다.
이때, 상기와 같은 기 설정된 조건에 따른 기준 높이의 변경이나 그에 따른 이착륙 모듈(200)의 승강 구동의 제어는 본체(100)의 최상층에 구비된 관제실(130)에서 이루어질 수 있다.
여기서, 기준 높이 보다 초과하는 영역은 이륙구간으로 설정하고, 기준 높이 미만의 영역은 착륙구간으로 설정할 수 있다.
착륙구간에 위치하는 이착륙 모듈(200)에 착륙한 드론(1)이 이륙하는 경우, 이착륙 모듈(200)을 이륙구간의 상부 또는 최상부로 이동시킨 후 드론(1)을 이륙시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 이착륙 모듈(200)이 승강라인 또는 승강레일(100)을 따라 승강 가능하므로 자신 보다 상층에 위치하는 이착륙 모듈(200)에 간섭받지 않고 이륙구간으로 이착륙 모듈(200)을 상승시킨 후 드론(1)을 이륙시킬 수 있고, 그에 따라 동시에 많은 수의 드론(1)을 운행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 드론(1)의 이륙 후에는 이착륙 모듈(200)을 착륙구간으로 하강시킨 후 다른 드론(1)의 착륙을 위하여 대기할 수 있다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 이착륙 모듈(200)은 본체(100)의 외측면에 방사상으로 다수 개가 구비될 수 있는데, 동일한 높이에 구비될 수 있는 이착륙 모듈(200)의 개수, 즉 본체(100)의 외측면에 설치될 수 있는 승강라인 또는 승강레일(110)의 개수는 본체(100)의 형상이나 단면적 등에 따라 달라질 수 있으며 탑승객이나 물류 운송에 대한 예측 수요결과 등을 고려하여 결정될 수 있다.
즉, 상기 이착륙 모듈(200)은 본체(100)의 외측면에 방사상으로 다수 개가 구비될 수 있으므로 방위각에 영향을 받지 않고 가장 이착륙이 용이한 방향의 이착륙 모듈(200)을 이용할 수 있으므로 전반적인 소티(Sortie) 수를 증가시킬 수 있으며, 그에 따라 버티포트 시스템(10)의 운영 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 이착륙 모듈(200)은 승강라인 또는 승강레일(110) 별로 다수 개가 설치될 수 있는데, 이러한 경우 각 이착륙 모듈(200)별로 승강장치를 구비하여 이착륙 모듈(200)들이 개별적으로 승강라인 또는 승강레일(110)을 따라 승강 구동하도록 구성될 수 있다.
그리고, 다층 구조로 이루어지는 상기 본체(100)의 각 층에는 승강이 완료된 상태의 이착륙 모듈(200)의 하부를 지지하기 위한 지지수단(120)이 구비될 수 있는데, 상기 지지수단(120)은 본체(100)의 내측에서 외측으로 출몰이 가능한 형태로 구비될 수 있다.
즉, 드론(1)의 이착륙시 발생되는 하중에 의해 이착륙 모듈(200)이 흔들리거나 고정 상태가 약화되는 등의 문제가 발생될 수 있으므로, 이착륙 모듈(200)의 승하강이 완료되어 위치가 고정된 상태에서 지지수단(120)을 본체(100)로부터 돌출시켜 이착륙 모듈(200)의 하부를 지지하도록 함으로써 드론(1)의 이착륙시 발생되는 하중에 대한 지지력을 향상시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
이때, 드론(1)의 이착륙이 완료된 후에는 다시 지지수단(120)을 본체(100) 내측으로 이동시켜 이착륙 모듈(200)이 상,하로 승강 가능한 상태가 되도록 할 수 있고, 이와 같은 지지수단(120)의 구동은 관제실(130)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 바람 등의 기상상황이나, 이착륙하는 드론(1)의 부피 등에 따라 상기 지지수단(120)의 구동 여부를 달리할 수도 있다.
한편, 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 버티포트 시스템(10)은 다수 개의 이착륙 모듈(200)이 구비된 두 개 이상의 본체(100)를 포함할 수 있는데, 이와 같은 시스템(10)은 버티허브(Vertihub)로서의 기능을 담당할 수 있다.
또한, 상기 본체(100)는 2단 이상으로 분리 구성될 수 있는데, 이러한 경우 하부에 위치되는 본체(100) 및 이착륙 모듈(200)은 착륙구간으로 활용하고, 상부에 위치되는 본체(100) 및 이착륙 모듈(200)은 이륙구간으로 활용할 수 있고, 상기 이착륙 모듈(200)의 승강 이동은 이륙구간 또는 착륙구간 내에서만 이루어지도록 구성될 수 있다.
그리고, 도시하지는 않았으나, 상기 본체(100)가 3단 이상으로 분리 구성된 경우에도 각각의 본체(100)가 이륙구간 또는 착륙구간 중 어느 하나로 활용될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 본체(100)가 복수 개로 분리구성된 경우 본체(100) 마다 기준 높이를 설정하고 각각의 본체(100)를 기준으로 기준 높이의 상하를 이륙구간 또는 착륙구간으로 분할하여 택배용 드론과 같은 사고 위험성이 덜 취약한 드론의 운용시에 적용할 수 있다.
다음, 상기 이착륙 모듈(200)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 격납실(210), 제1도어(220), TLOF 수단(230) 및 제2도어(240)를 포함할 수 있는데, 먼저 상기 격납실(210)은 이착륙 모듈(200)의 내부에 형성되는 공간으로 내측에 드론(1)이 수용될 수 있는 폐쇄된 공간으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 격납실(210)의 내부에는 드론(1)에 구비되는 배터리를 충전하거나, 드론(1)에 연료를 주입할 수 있도록 하는 전원공급장치(250)와, 드론(1)의 상태 즉, 이상 유무를 점검하기 위한 점검장치(260) 및 이상이 발생된 드론(1)을 보수 또는 정비하기 위한 장비들을 포함하는 정비장치(270)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 전원공급장치(250), 점검장치(260) 및 정비장치(270)를 이용한 드론(1)의 전원공급, 점검 및 정비는 상기 관제실(130)의 제어에 의해 자동으로 이루어지도록 구성될 수 있다.
다음, 상기 제1도어(220)는 격납실(210)의 천장에 개폐 가능하도록 구비되는 구성으로, 상기 제1도어(220)를 통해 드론(1)이 격납실(210)로 출입할 수 있다.
이때, 상기 제1도어(220)는 여닫이 형태 또는 슬라이드 형태로 개폐될 수 있으며, 관제실(130)의 제어에 의해 자동으로 개폐되도록 구성될 수 있다.
다음, 상기 TLOF(Touchdown and Liftoff) 수단(230)은 드론(1)의 이착륙이 이루어질 수 있도록 하기 위한 구성으로, 상기 격납실(210)의 내부에 승강 가능한 형태로 설치될 수 있다.
즉, 상기 격납실(210)의 내부에서 드론(1)은 TLOF 수단(230)의 상부에 위치되며, 드론(1)을 이륙시키자 하는 경우에는 먼저 제1도어(220)를 열고 TLOF 수단(230)을 상승시켜 드론(1)이 격납실(210)의 천장 상부에 위치되도록 한 상태에서 이륙하도록 할 수 있다.
또한, 상기 드론(1)이 착륙하는 경우에는 마찬가지로 먼저 제1도어(220)를 열고 TLOF 수단(230)을 상승시켜 TLOF 수단(230)이 격납실(210)의 천장 상부에 위치되도록 한 상태에서 드론(1)이 TLOF 수단(230)의 상부에 착륙할 수 있도록 하고, 드론(1)의 착륙이 완료된 후에는 다시 TLOF 수단(230)을 하강시켜 격납실(210)의 내측으로 드론(1)을 이동시킨 후 제1도어(220)를 닫을 수 있다.
이때, 상기 TLOF 수단(230)의 상부면은 제1도어(220)에 의해 개방되는 격납실(210) 천장의 단면적과 동일한 단면적을 갖도록 형성되거나, 상층부가 제1도어(220)에 의해 개방된 부분을 통해 천장의 상부로 돌출되고 하층부는 제1도어(220)에 의해 개방된 부분의 단면적 보다 넓은 단면적을 갖는 2단 구조로 형성될 수 있으며, 이와 같은 구조를 통해 상기 TLOF 수단(230)에 의해 제1도어(220)에 의해 개방되는 격납실(210) 천장이 밀폐되도록 할 수 있으므로 드론(1)의 이착륙시 발생되는 공기의 흐름이 격납실(210) 내부로 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
상기와 같이, TLOF 수단(230)을 승강시키기 위한 구동장치로는 유압 등을 이용한 공지의 다양한 구동장치가 사용될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음, 상기 제2도어(240)는 격납실(210)의 본체(100) 방향 단부에 구비되어 격납실(210)과 본체(100) 사이의 통로를 개폐시키는 역할을 하는 것으로, 드론(1)을 탑승하기 위한 탑승객들은 상기 제2도어(240)를 통해 격납실(210) 내부로 이동하여 TLOF 수단(230)의 상부에서 대기 중인 드론(1)에 탑승할 수 있다.
이때, 상기 제2도어(240)는 격납실(210)과 본체(100)에 각각 구비되는 이중 구조의 도어로 구성될 수 있으며, 격납실(210) 외부에서의 탑승권 확인 절차 후 제2도어(240)가 자동으로 개방될 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 드론(1)에의 탑승 및 하차가 이착륙 모듈(200)의 상부면에서 이루어지도록 구성될 수도 있는데, 상기 본체(100)의 외측면에는 탑승객들이 이착륙 모듈(200)의 상부면으로 이동할 수 있도록 하는 제3도어(140)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 이착륙 모듈(200)의 상부면 가장자리에는 탑승객들의 추락을 방지하기 위한 안전펜스(212)가 설치될 수 있으며, 상기 안전펜스(212)는 외측으로 절첩되거나 이착륙 모듈(200)의 상부면으로부터 출몰 가능한 형태로 구비되어 드론(1)의 이착륙시에는 안전펜스(212)가 도 7에 나타낸 바와 같이, 외측으로 절첩되도록 하거나 이착륙 모듈(200)의 상부면 내측 수용된 상태에서 드론(1)의 이착륙이 이루어지도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 TLOF 수단(230)의 주변에는 날씨가 흐리거나 야간에 드론(1)이 이착륙하는 경우 가동될 수 있는 하나 이상의 조명장치(280)들이 설치될 수 있고, 상기 격납실(210) 상부에는 이착륙 모듈(200)의 위치 정보를 드론(1)에 전송하기 위한 목적으로 비콘 신호를 발생시키는 하나 이상의 비콘장치(290)가 설치될 수 있다.
이에 따라, 상기 이착륙 모듈(200)에 착륙하기 위한 드론(1)은 관제실(130)의 제어에 의해 공역에 접근한 드론(1)이 착륙구간에 해당하는 저고도에서 호버링(hovering)을 통한 수평 이동 후에 TLOF 수단(230)의 상부에 정확히 착륙할 수 있게 된다.
또한, 상기 제2도어(240)와 제3도어(140)가 구비됨으로써 이륙하고자 하는 승객과 드론(1)으로부터 하차하는 승객들을 분리할 수 있고, 그에 따라 탑승객들의 동선 및 보안 절차 등을 보다 효율적으로 관리할 수 있다.
즉, 전술한 바와 같이, 버티포트 시스템(10)을 통해 이륙하고자 하는 탑승객들은 상기 제2도어(240)를 통해 본체(100)로부터 격납실(210) 내부로 진입하여 격납실(210) 내에 수용된 상태의 드론(1)에 탑승할 수 있고, 상기 이착륙 모듈(200)의 상부면에 착륙한 드론(1)으로부터 하차하는 탑승객들은 이착륙 모듈(200)의 상부면과 연통되는 제3도어(140)를 통해 본체(100) 내부로 진입할 수 있으므로 이,착륙하는 탑승객들의 동선을 확실하게 분리할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 버티포트 시스템(10)은 추락안전장치(300)를 더 포함할 수 있는데, 상기 추락안전장치(300)는 본체(100)의 하부 주변에 설치되어 이착륙 모듈(200)로의 착륙 과정, 즉 저고도에서의 호버링 대기 시 바람 등의 영향에 의해 지면에 추락하는 것을 방지하기 위한 구성으로, 안전망 또는 에어 매트리스 형태의 추락안전장치(300)가 설치될 수 있다.
본 발명은 다음과 같이 작동한다. 먼저 드론(1)이 착륙하는 경우, 드론(1)은 착륙구간에 위치하는 이착륙 모듈(200) 중 자신의 방위각에 가장 근접한 이착륙 모듈(200)에 착륙한다. 드론(1)에서 하차한 탑승객은 도어(140,240)를 지나 엘리베이터(150)를 이용하여 본체(100)의 최하부로 이동한 후 다음 목적지로 이동한다.
다음, 드론(1)이 이륙하는 경우, 탑승객은 본체(100) 내부로 진입한 후 엘리베이터(150)를 이용하여 착륙구간에 위치하는 이착륙 모듈(200) 중 드론(1)이 수용된 이착륙 모듈(200)까지 이동한다. 탑승객이 도어(140,240)를 지나 드론(1)에 전부 탑승하면 이착륙 모듈(200)은 승강라인 또는 승강레일(110)을 따라 이륙구간으로 이동하고, 이후 드론(1)은 목적지를 향하여 비행한다. 이착륙 모듈(200)은 승강라인 또는 승강레일(110)을 따라 착륙구간으로 이동한 후 다음 드론(1)의 착륙 및 탑승객의 탑승을 위하여 대기한다.
상기와 같이, 드론(1)이 착륙할 수 있는 착륙구간을 저고도로 한정하고, 착륙구간에 착륙한 드론(1)을 이착륙 모듈(200)에 구비된 격납실(210) 내부로 격납시킬 수 있으므로, 드론(1)의 착륙시 발생되는 강풍 등의 외부환경에 의한 영향을 최소화하고, 외부환경에 노출된 드론(1)의 기체를 보호할 수 있다.
또한, 격납실(210) 내부에서의 점검 및 충전을 마치지 못한 드론(1)이 수용된 이착륙 모듈(200)이 이륙구간으로 상승하는 것을 관제실(130)에서 제어함으로써 드론(1)의 이착륙시 발생될 수 있는 안전문제를 구조적으로 제어할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템(10)에 의하면, 드론(1)이 이착륙하는 이착륙 모듈(200)을 상,하로 승강 가능하도록 구성하고, 지상으로부터의 높이를 기준으로 하여 이륙구간과 착륙구간을 분리함으로써 충돌 위험성 감소를 통한 이착륙 시스템 전체의 안전성을 향상시킬 수 있고, 이륙구간과 착륙구간의 분리를 통해 드론(1)의 이륙과 착륙이 동시에 이루어질 수 있도록 함으로써 전반적인 소티(Sortie) 수를 증가시킬 수 있으며, 그에 따라 버티포트 시스템(10)의 운영 효율성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이륙구간과 착륙구간을 고도로 분리함으로써 버티포트 시스템(10)이 차지하는 면적이 감소하여 도심지 및 한정된 공간에서의 구축이 가능하고, 우수한 접근성으로 인해 타워형 본체(100)의 넓은 잉여 공간을 멀티플렉스 공간으로 활용할 수 있으므로 경제성 측면에서도 우수한 효과를 보일 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 착륙 접근 공역 및 이륙 이탈 공역과 이착륙 모듈(200)을 매칭시키기 위하여 승강 구동이 완료된 상태의 이착륙 모듈(200)을 좌,우 방향으로 일정 범위 내에서 회전시킬 수 있도록 하거나, 본체(100) 전체를 회전시킬 수 있는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
본 발명은 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타워 형상으로 구성하여 드론으로 대표되는 다수의 UAM(Urban Air Mobility)들이 동시에 이착륙할 수 있도록 하면서도 UAM의 이륙구간과 착륙구간을 분리함으로써 이착륙시 충돌 위험성을 줄일 수 있도록 함과 동시에 전체적인 시스템이 차지하는 면적을 최소화하여 도심지 또는 한정된 공간에 구축이 가능하도록 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템에 관한 것이다.
1 : 드론 10 : 버티포트 시스템
100 : 본체 110 : 승강라인(승강레일)
120 : 지지수단 130 : 관제실
140 : 제3도어 150 : 엘리베이터
200 : 이착륙 모듈 210 : 격납실
212 : 안전펜스 220 : 제1도어
230 : TLOF 수단 240 : 제2도어
250 : 전원공급장치 260 : 점검장치
270 : 정비장치 280 : 조명장치
290 : 비콘장치 300 : 추락안전장치

Claims (10)

  1. UAM(Urban Air Mobility) 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템에 있어서,
    타워 형상의 다층 구조를 갖는 본체와,
    상기 본체의 외측에 승강 가능하도록 구비되어 드론이 이착륙할 수 있도록 하는 이착륙 모듈을 포함하고,
    상기 본체는 기 설정된 기준 높이를 기준으로 하여 드론의 이륙구간과 착륙구간이 구분되고,
    상기 기준 높이를 초과하는 영역은 이륙구간으로 설정하고, 상기 기준 높이 미만의 영역은 착륙구간으로 설정하고,
    상기 착륙구간에 위치하는 상기 이착륙 모듈에 착륙한 드론이 이륙하는 경우, 상기 이착륙 모듈을 상기 이륙구간의 상부 또는 최상부로 이동시킨 후 상기 드론을 이륙시키는,
    UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이착륙모듈은 내측에 드론이 수용될 수 있는 폐쇄된 공간으로 구성되는 격납실과, 상기 격납실의 본체 방향 단부에 구비되어 격납실과 본체 사이의 통로를 개폐시키는 제2도어를 포함하고,
    상기 본체의 외측면에는 탑승객들이 이착륙 모듈의 상부면으로 이동할 수 있도록 하는 제3도어가 구비되어,
    이륙하고자 하는 탑승객들은 상기 제2도어를 통해 본체로부터 격납실 내부로 진입하여 드론에 탑승하고, 이착륙 모듈의 상부면에 착륙한 드론으로부터 하차하는 탑승객들은 상기 제3도어를 통해 본체 내부로 진입할 수 있도록 하여 이착륙하는 탑승객들의 동선을 분리할 수 있는,
    UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이륙구간과 착륙구간을 구분하기 위한 기준 높이는 기 설정된 조건에 따라 변경 가능한 것을 특징으로 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이착륙 모듈은 본체의 외측에 방사상으로 다수 개가 구비된 것을 특징으로 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 이착륙 모듈은 하나의 승강라인에 두 개 이상 구비된 것을 특징으로 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 본체의 각 층에는 승강이 완료된 상태의 이착륙 모듈을 지지하기 위한 지지수단이 출몰 가능한 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 본체의 하부 주변에는 이착륙 모듈에 착륙을 준비 중인 드론의 추락을 방지하기 위한 추락안전장치가 구비된 것을 특징으로 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 본체의 최상층에는 드론의 이착륙 관제 및 버티포트 시스템의 통합 관리를 위한 관제실이 구비된 것을 특징으로 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 이착륙 모듈은 내측에 드론이 수용될 수 있는 폐쇄된 공간으로 구성되는 격납실과,
    상기 격납실의 천장에 구비되는 제1도어와,
    상기 격납실에 구비되어 제1도어를 통해 승강 가능하도록 구성되는 TLOF(Touchdown and Liftoff) 수단 및
    상기 격납실의 본체 방향 단부에 구비되어 격납실과 본체 사이의 통로를 개폐시키는 제2도어를 포함하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 격납실의 내부에는 드론의 충전 및 연료 주입을 위한 전원공급장치와, 드론의 점검을 위한 점검장치 및 드론의 보수 또는 정비를 위한 정비장치가 구비된 것을 특징으로 하는 UAM 또는 드론 자율 이착륙을 위한 버티포트 시스템.
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