KR102506693B1 - 회전날개 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 회전날개 어셈블리는 회전력을 발생하는 회전수단에 연결되어, 상기 회전수단에서 발생된 회전력으로 축회전하는 회전축과, 상기 회전축의 어느 한 지점을 기준으로 상기 회전축에 방사상으로 연결되는 복수 개의 날개살 및 상기 날개살들의 외측단측에 구비되어, 상기 회전축의 회전에 상기 회전축의 중심을 축으로 회동하여, 양력을 발생하는 한 개 이상의 날개깃을 포함하여, 회전축의 중심을 기준으로 회전축과 일정거리를 두고 이격된 날개살의 외측단에 양력발생수단인 날개깃을 배치하여, 양력 발생 부위의 평균 선속도를 종래의 회전날개보다 더 빨라, 속도의 자승에 비례하는 양력의 크기를 효율적으로 증가시킬 수 있는 회전날개 어셈블리를 제공한다.

Description

회전날개 어셈블리{Rotary wing assembly}

본 발명은 회전날개 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드론, 플라잉카, 수직이착륙기 등의 비행체에 구비되어, 상기 비행체가 비행할 수 있도록, 회전수단의 회전력을 전달받아 회전하는 회전축을 기준으로 일정 거리를 두고 복수 개의 날개깃을 배치하여, 상기 회전축의 회전으로 회동하는 날개깃에 의해 발생하는 양력으로 상기 비행체가 수직이착륙(vertical take-off and landing: VTOL)이 가능하게 하는 회전날개 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 회전날개를 사용하는 비행체의 일종인 드론, 헬리콥터, 플라잉카 등 수직 이착륙 비행체의 대다수는 양력 발생 수단으로 회전날개를 가지고 있다. 상기 회전날개를 이루는 각 날개깃은 구동축에서 방사하는 형태를 가지므로 축에서 가까운 날개깃 뿌리 근처의 속도는 날개깃 끝 근처에 비해 상당히 낮아서 양력 발생이 미미하고 공기저항을 크게 받게 된다.

이러한 드론, 플라잉카 등을 포함한 수직이착륙 비행체에 있어서 종래의 회전날개의 각 날개깃은 회전축에 가까운 뿌리 부근의 선속도가 회전축에서 먼 날개깃 끝의 선속도에 비해 너무 느려 속도의 자승에 비례하여 발생하는 양력이 미미하고, 오히려 뿌리 부근에서는 무게와 원심력을 버텨야 하기 때문에 날개깃의 단면적이 굵어져서 공기 저항력을 더 많이 받게 되어 날개의 효율이 떨어지게 되므로 보다 효율적으로 양력 발생이 가능한 날개의 제작이 필요하다.

그리고 드론, 플라잉카 등을 포함한 수직이착륙 비행체에 있어서 종래의 날개깃은 회전 시 칼날같이 작용하므로 사람이나 물체 접근에 대비하여 보호망과 같은 별도의 안전 수단을 갖추어야 하므로, 이에 따라 단가가 상승하고 무게의 증가가 불가피한 바, 별도의 안전 수단이 필요 없는 날개의 제작이 요구된다.

또한, 드론, 플라잉카 등을 포함한 수직이착륙 비행체에 있어서 축에서 방사상으로 펼쳐지는 날개는 구조상 무게 중심이 축에서 비교적 가까운 거리에 있으므로 관성모멘트가 작고 따라서 비행체의 안정된 자세유지에 에너지가 소모되므로, 큰 관성모멘트를 발생시키는 날개를 고안하여 비행시 자세유지에 대한 안정성을 높이면서 에너지 소모를 줄이고, 동력 차단 시에는 관성모멘트에 의한 축방향 유지 성질을 보다 긴 시간 지속하게 하여 안성성을 향상시켜 비상 시 대처 시간을 늘릴 수 있는 방식이 필요하다.

이러한 이유로 종래 다양한 형태의 회전날개를 제공하였으나, 종래에 제공된 회전날개는 양력의 크기를 효율적으로 증가시킬 수 없었고, 회전축을 따라 회전하는 회전 날개살의 공기저항력을 억제할 수 없었으며, 날카로운 날개깃에 의한 사고가 빈번하였고, 회전날개의 무게 중심이 고르지 않아 안정적인 비행을 잘하지 못하는 문제점이 있었다.

종래의 기술로는 공개특허 제10-2018-0116134호(2018.10.24)를 참조할 수 있다.

본 발명은 회전축의 중심을 기준으로 회전축과 일정거리를 두고 양력발생수단인 날개깃을 날개살의 외측단에 배치하여, 양력 발생 부위의 평균 선속도를 종래의 회전날개보다 더 빠르게 하면, 속도의 자승에 비례하는 양력의 크기를 효율적으로 증가시킬 수 있고, 상기 회전축의 어느 한 지점에 날개살의 일부를 포함하고, 회전축과 동축인 디스크를 구비하여, 날개깃의 양력이 증가함에 따라 회전축에 연결된 날개살이 위로 굴곡되는 변형을 완화 시킬 수 있고, 상기 디스크가 날개살의 일부를 중첩함에 따라 회전 속도에 관계없이 공기저항력을 억제할 수 있으며, 상기 회전축의 상단을 기준으로 방사상으로 연결된 날개살의 외측단들을 연결하는 환상의 링을 구비하여, 회전날개의 전체적인 구조를 견고하게 하고, 상기 링이 날개깃의 바깥 가장자리에 위치하게 되면 일종의 안전망 역할도 하므로 별도의 안전망이 필요 없어 경제성이 향상되고 안전망의 무게가 상당부분 상쇄될 수 있는 회전날개 어셈블리를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 디스크는 상면은 굽은 형태이고, 하면은 상기 상면보다 덜 굽은 형태로 중심에서 외주방향으로 갈수록 얇아지는 원판형으로 이루어져, 디스크의 이동시 디스크로도 양력을 얻을 수 있는 회전날개 어셈블리를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 회전날개 어셈블리는 회전력을 발생하는 회전수단에 연결되어, 상기 회전수단에서 발생된 회전력으로 축회전하는 회전축과, 상기 회전축의 어느 한 지점을 기준으로 상기 회전축에 방사상으로 연결되는 복수 개의 날개살, 및 상기 날개살들의 외측단측에 구비되어, 상기 회전축의 회전에 상기 회전축의 중심을 축으로 회동하여, 양력을 발생하는 한 개 이상의 날개깃을 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 회전축의 어느 한 지점에 구비되어, 상기 날개살들이 회전함에 따라 상기 날개살들에서 발생하는 공기저항력을 억제하는 디스크를 구비한다.

그리고 본 발명에 따른 회전날개 어셈블리는 상기 회전축을 중심으로 상기 회전축과 상기 날개깃의 내측단과 외측단 사이의 어느 한 지점 사이의 거리를 반경으로 하는 환상의 링부재를 더 구비한다.

본 발명에 따른 회전날개 어셈블리에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.

첫째, 회전축의 중심을 기준으로 회전축과 일정거리를 두고 이격된 날개살의 외측단에 양력발생수단인 날개깃을 배치하여, 양력 발생 부위의 평균 선속도를 종래의 회전날개보다 더 빨라지게 하여, 속도의 자승에 비례하는 양력의 크기를 효율적으로 증가시킬 수 있다.

둘째, 상기 회전축의 어느 한 지점에 디스크를 구비하여, 날개깃의 양력이 증가함에 따라 회전축과 내측단이 연결된 날개살이 위로 굴곡되는 변형을 완화 시킬 수 있고, 상기 디스크가 날개살의 일부를 중첩함에 따라 회전 속도에 관계없이 공기저항력을 억제할 수 있다.

셋째, 상기 회전축을 기준으로 방사상으로 연결된 날개살의 외측단들을 연결하는 환상의 링을 구비하여, 회전날개의 전체적인 구조를 견고하게 하고, 상기 링이 날개깃의 바깥 가장자리에 위치하게 되면 일종의 안전망 역할도 하므로 별도의 안전망이 필요 없어 경제성이 향상되고 안전망의 무게가 상당부분 상쇄될 수 있다.

넷째, 종래의 회전날개에 비하여 날개깃이 회전축과 이격 배치되어, 회전날개의 무게 중심이 회전축에서 회전축의 주변으로 분산되므로, 비행체의 비행 시 자세 유지에 대한 안정성이 높아지고, 동력 차단 시에도 회전을 보다 긴 시간 지속할 수 있어, 자세의 안정성이 향상되고 비상 시 대처 시간을 늘릴 수 있다.
다섯째. 디스크는 상면은 굽은 형태이고, 하면은 상기 상면보다 덜 굽은 형태로 중심에서 외주방향으로 갈수록 얇아지는 원판형으로 이루어져, 디스크의 이동시 양력을 추가로 얻을 수 있다.

상기한 효과를 통해 드론 산업, 중단거리 항공 산업, 수직 이착륙기 산업 및 나르는 자동차 산업 등에 쓰이는 날개의 효율을 근본적으로 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전날개 어셈블리를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스크를 더 구비한 회전날개 어셈블리를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 링부재를 더 구비한 회전날개 어셈블리를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 링부재를 더 구비한 회전날개 어셈블리의 다른 예시를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 링부재에 날개깃을 더 구비한 회전날개 어셈블리를 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 링부재에 날개깃을 더 구비한 회전날개 어셈블리의 다른 예시를 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 드론, 플라잉카, 수직이착륙기 등의 비행체에 구비되어, 상기 비행체가 비행할 수 있도록, 회전수단의 회전력을 전달받아 회전하는 회전축을 기준으로 일정 거리를 두고 한 개 이상 또는 복수 개의 날개깃을 배치하여, 상기 회전축의 회전으로 회동하는 날개깃에 의해 발생하는 양력으로 상기 비행체가 수직이착륙(vertical take-off and landing: VTOL)이 가능하게 하는 회전날개 어셈블리에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 1 내지 도 6을 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전날개 어셈블리(100)는 회전축(110)과, 한 개 이상의 날개살(120)과, 한 개 이상의 날개깃(130), 디스크(140) 및, 링부재(150)를 포함하는데, 먼저 상기 회전축(110)은 상하 수직선상으로 배치되고, 회전력을 발생하는 회전수단(도시하지 않음)에 연결되어, 상기 회전수단에서 발생된 회전력으로 축 회전한다.

이때 상기 회전축(110)은 통상의 회전축과 같이 원기둥 형태를 이루는 것이 바람직하고, 상하 수직선상으로 배치되며, 상기 회전축(110)의 하단은 회전수단과 기어 등과 같은 동력전달수단으로 상기 회전수단과 연결되거나, 상기 회전수단과 직결되어, 상기 회전수단에서 발생한 회전력을 전달받아 그 회전력으로 축 회전한다.

그리고 상기 회전축(110)의 상단을 기준으로 상기 회전축(110)의 상단에는 복수 개의 날개살(120)들이 방사상으로 연결된다.

이때 상기 복수 개의 날개살(120)은 수평선상으로 배치하되, 상기 회전축(110)의 상단 중심을 향하는 내측이 상기 회전축(110)의 상단에 연결되어, 방사상으로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 일 실시 예를 보인 도면에서는 2개의 날개살(120)이 서로 대향진 위치에 각각 배치되어, 상기 날개살(120)들의 내측이 상기 회전축(110)의 상단에 일체로 연결된다.

여기서 본 발명의 일 실시 예에서는 상기 날개살(120)을 2개로 한정하여 기재하나, 이에 한정하지 않고, 비행체의 설계 조건에 대응하여 2개 이상 3개, 4개, 5개 등 다양한 개수로 구비할 수도 있다.

그리고 상기 날개살(120)들 각각의 끝단인 외측단에는 날개깃(130)을 구비하는데, 상기 날개깃(130)은 상기 회전축(110)과 일정 거리를 두고 이격 배치되어, 상기 회전축(110)의 회전에 의해 상기 회전축(110)의 중심을 기준으로 회동하여 양력을 발생한다.

이때 상기 날개깃(130)은 그 단면 형상이 일반적인 에어포일과 같이 상면은 활처럼 둥글게 휘어지고 하면은 덜 휘어진 모양으로 상면의 공기가 하면의 공기보다 빠르게 흘러가게 형성하여, 상기 날개깃(130)이 상기 회전축(110)을 중심으로 회동하게 되면, 상기 날개깃(130) 상면의 압력은 낮고 하면의 압력은 높아져 여기서 생긴 압력 차이에 의해 양력이 발생한다.

따라서 상기한 구조의 회전날개 어셈블리(100)는 드론, 플라잉카, 수직이착륙기 등의 비행체에 구비되어, 회전수단의 회전력을 전달받아 회전축(110)이 회전하면, 상기 회전축(110)을 기준으로 일정 거리를 두고 이격 구비된 한 개 이상의 날개깃(130)이 상기 회전축(110)의 회전으로 회동하게 되고, 회동하는 날개깃(130)에 의해 발생하는 양력으로 상기 비행체가 수직이착륙(vertical take-off and landing: VTOL)이 가능하게 된다.

또한, 도 2를 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전날개 어셈블리(100)는 상기 회전축(110)의 상단에 디스크(140)를 구비하는데, 상기 디스크(140)는 상기 날개살(120)들이 회전함에 따라 상기 날개살(120)들에서 발생하는 공기저항력을 억제시킨다.

이때 상기 디스크(140)는 원판형으로 상면은 활처럼 굽은 형태이고 하면은 평평하거나, 상면보다 덜 굽은 형태이고, 상기 디스크(140)의 두께는 중심에서 외주방향으로 갈수록 점점 얇아지는 형태를 이룬다.

여기서 상기 디스크(140)는 회전날개의 전체적인 중량을 줄이기기 위해 속인 빈 것이 바람직하고, 상기 회전축(110)의 상단과 내측단이 연결된 날개살(120)의 일부를 중첩하고 있어, 상기 회전축(110)의 회전 시, 각운동 방향으로는 공기를 가르지 않기 때문에 공기저항력이 발생하지 않으므로 비행체의 에너지 절감에 기여한다.

또한, 상기 디스크(140)의 하면의 돌출 정도를 상면보다 작게 하면, 비행체가 이동할 때 상기 디스크(140)의 단면 형상에 의해 양력을 얻을 수 있다.

더불어 도 3 내지 도 6을 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전날개 어셈블리(100)는 상기 한 개 이상의 날개깃(130)의 외측단 끝을 연결하는 링부재(150)를 구비하는데, 상기 링부재(150)는 원형 고리인 환 형태로, 상기 회전축(110)의 상단을 기준으로 방사상으로 배열된 날개깃(130)들의 외측단을 서로 연결하면서, 회전날개의 외주연을 이룬다.

상기 링부재(150)는 날개깃(130)의 중앙에서 외측 가장자리 또는 날개깃(130)의 몸체에 중첩하여 결합할 수 있다.

상기 링부재(150)는 회전날개 어셈블리(100)를 구조적으로 견고함을 제공하여 빠른 회전 속도에도 견딜 수 있게 하며, 날개살(120)의 뒤틀림 등의 갑작스러운 변형을 방지하고, 여러 개의 날개깃(130)을 장착할 수 있어, 보다 넓은 양력 발생 면적의 수용이 가능하므로 날개깃(130)만을 구비할 때보다 더 큰 양력 발생이 가능하다.

상기한 링부재(150)는 날개깃(130)의 가장 바깥 가장자리로 위치하게 되면 링(301)은 길고 칼날 같은 날개깃(130)의 끝을 막아주는 보호망의 역할을 제공할 수 있게 된다.

또한, 상기한 링부재(150)가 날개깃(130)의 다른 부위를 관통하더라도 링부재(150)의 바깥으로 노출되는 날개깃(130)의 길이가 날개깃 뿌리부터 노출되는 방식보다 상당히 짧으므로 인명 또는 물체의 손상을 효과적으로 완화할 수 있게 된다.

일례로, 상기 여러 회전날개 어셈블리(100)은 종래의 회전날개에 비하여 무게 중심이 멀리 분산되어 회전 시 발생하는 관성모멘트가 더 커지는 바, 관성모멘트가 커지면 회전체는 축방향을 유지하려는 성질이 더 크게 되고, 이에 따라 비행 시 자세 유지에 대한 안정성이 높아지게 되며 동력 차단 시에도 관성모멘트에 의한 축방향 유지 성질을 보다 긴 시간 지속하여 자세의 안정성이 향상되고 비상 시 대처 시간을 늘릴 수 있게 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 회전날개 어셈블리
110: 회전축
120: 날개살
130: 날개깃
140: 디스크
150: 링부재

Claims (3)

1. 회전에 의해 발생하는 양력으로 비행체가 수직이착륙을 수행하도록 하는 회전날개 어셈블리로서,
   회전력을 발생하는 회전수단에 연결되어, 상기 회전수단에서 발생된 회전력으로 축회전하는 회전축;
   상면은 굽은 형태이고, 하면은 상기 상면보다 덜 굽은 형태로 중심에서 외주방향으로 갈수록 얇아지는 원판형으로 이루어지고, 중심이 상기 회전축의 단부에 연결되고, 상기 회전수단에 의해 회전하는 디스크;
   내측단측이 상기 디스크의 외주측에 연결되되, 상기 회전축을 기준으로 방사상으로 연결되는 복수 개의 날개살;
   상기 날개살들의 외측단측에 구비되어, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 회전축의 중심을 축으로 회동하여, 양력을 발생하는 날개깃; 및
   상기 회전축을 중심으로 상기 회전축과 상기 날개깃의 내측단과 외측단 사이의 어느 한 지점 사이의 거리를 반경으로 하고, 상기 날개깃의 중앙에서 외측 가장자리 또는 상기 날개깃의 몸체에 중첩하여 결합하는 환상의 링부재; 를 포함하고,
   상기 디스크는 상기 날개살들이 회전함에 따라 상기 날개살들에서 발생하는 공기저항력을 억제하고,
   상기 디스크 하면의 돌출 정도는 상면의 돌출 정도보다 작게 이루어져, 상기 디스크의 이동에 의해 양력을 얻는 회전날개 어셈블리.
   
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