KR102549149B1 - 측풍 안정성이 향상된 덕트 및 이를 이용한 테일시터형 무인비행체 - Google Patents

측풍 안정성이 향상된 덕트 및 이를 이용한 테일시터형 무인비행체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측풍 발생시 기류의 박리에 의한 동작 특성 저하가 최소화되는 측풍 안정성이 향상된 덕트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무인비행체의 추력을 발생시키는 프로펠러의 효율을 향상시키기 위해 상기 프로펠러를 감싸도록 설치되는 덕트에 있어서, 상기 덕트는 상부 내경이 하부 내경과 비교하여 더 큰 링(RING)의 형상으로 성형되되 내부에는 상기 프로펠러가 회전가능하게 구비되는 덕트몸체 및 상기 덕트몸체 외측으로 일부가 회전에 의해 돌출되는 박리제어부재를 포함하며, 상기 박리제어부재는 호(弧) 형상의 곡면부, 상기 곡면부 하부에 서로 이웃하게 연장형성된 한 쌍의 연장편, 상기 덕트몸체 내부에 구비되되 한 쌍의 상기 연장편 중 적어도 어느 하나와 회전가능하게 결합하여 상기 곡면부가 상기 덕트몸체 외측으로 돌출 또는 상기 덕트몸체 상부 형상과 일체가 될 수 있도록 회전시키는 회전부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

측풍 안정성이 향상된 덕트 및 이를 이용한 테일시터형 무인비행체{Duct with improved crosswind stability and tail seater unmanned aerial vehicle using the duct}
본 발명은 측풍 발생시 기류의 박리에 의한 동작 특성 저하가 최소화되는 측풍 안정성이 향상된 덕트에 관한 것이다.
덕티드 프로펠러는 추력을 발생시키기 위한 프로펠러와 이를 감싸고 있는 덕트로 구성되어 있다. 덕티드 프로펠러는 정지 또는 저속에서 덕트 입구에 의한 추가적인 추력을 발생시킬 수 있고 프로펠러 끝단에 의한 와류를 감소시켜 추진 효율을 개선시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 프로펠러가 덕트에 의해 둘러쌓여 있으므로 프로펠러의 블레이드가 측방으로 노출되지 않아 보다 안전하다.
또한, 프로펠러에서 발생하는 소음 중 프로펠러 끝단에서 발생하는 소음이 가장 큰 비중을 차지하는데, 덕트는 이를 둘러싸고 있어 프로펠러 끝단에서 발생하는 소음을 줄이는데 도움을 준다.
그러나, 덕티드 프로펠러에 대해 측풍이 불면 덕트 입구에서 박리(separation)가 발생하고 이로 인해 추력의 손실, 모멘트 증가, 진동 증가 등 다양한 문제가 발생하는 문제가 있다.
나아가, 상술한 종래의 덕티드 프로펠러가 적용되되 화물을 운반할 수 있는 무인비행체의 경우에 화물의 무게중심이 고정된 상태를 갖고 있기에 수직 및 수평비행이 가능한 무인비행체인 경우, 그 무게중심으로 인한 비행의 안정성에 문제가 발생하는 단점이 존재하게 된다.
국내공개특허공보 제10-2019-0029517호(2019.03.20.)
종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 측풍 발생시 기류의 박리에 의한 동작 특성 저하가 최소화되는 측풍 안정성이 향상된 덕트 및 상기 덕트를 이용한 무인비행체에 수납된 화물의 무게중심이 비행방향에 따라 변경될 수 있는 테일시터형 무인비행체를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 가변형 덕트는 무인비행체의 추력을 발생시키는 프로펠러(120)의 효율을 향상시키기 위해 상기 프로펠러(120)를 감싸도록 설치되는 덕트에 있어서, 상기 덕트는 상부 내경이 하부 내경과 비교하여 더 큰 링(RING)의 형상으로 성형되되 내부에는 상기 프로펠러(120)가 회전가능하게 구비되는 덕트몸체(10) 및 상기 덕트몸체(10) 외측으로 일부가 회전에 의해 돌출되는 박리제어부재(20)를 포함하며, 상기 박리제어부재(20)는 호(弧) 형상의 곡면부(21), 상기 곡면부(21) 하부에 서로 이웃하게 연장형성된 한 쌍의 연장편(23), 상기 덕트몸체(10) 내부에 구비되되 한 쌍의 상기 연장편(23) 중 적어도 어느 하나와 회전가능하게 결합하여 상기 곡면부(21)가 상기 덕트몸체(10) 외측으로 돌출 또는 상기 덕트몸체(10) 상부 형상과 일체가 될 수 있도록 회전시키는 회전부재(30)를 포함하고, 상기 덕트몸체(10)는 상부에서 하부방향으로의 단면을 기준으로 동체(110)와 연결되는 일측단면(11)의 면적이 타측단면(13)의 면적과 대비하여 70% 내지 80% 더 작게 형성되어 상기 일측단면(11) 최상단과 상기 타측단면(13) 최상단 간의 높이차이(H)가 발생하도록 하며, 높이차이(H)는 상기 덕트몸체(10) 입구측 내경 크기와 비교하여 7% 내지 9%의 높이차이(H)를 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 덕트몸체(10)는 모터(121)와 회전가능하게 결합한 상기 프로펠러(120) 임의의 기준축(L1)을 기준으로 하여 동체(110) 외측방향으로 2°내지 10°하방으로 기울어진 기울기를 갖도록 설치되는 것이 바람직하다.
삭제
또한, 상기 회전부재(30)는 한 쌍의 상기 연장편(23) 중 어느 하나와 회전가능하게 결합하도록 상기 덕트몸체(10) 내부에 설치되는 전방부 액추에이터(31) 및 상기 전방부 액추에이터(31)와 결합하지 않은 다른 하나의 상기 연장편(23)과 회전가능하게 결합하도록 상기 덕트몸체(10) 내부에 설치되는 후방부 액추에이터(32)를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 덕트몸체(10) 내면에는 회전에 의해 상기 덕트몸체(10) 출구측 내경을 가변시킬 수 있는 적어도 하나 이상의 회전판재(17)를 포함하되, 상기 회전판재(17)는 상부가 상기 덕트몸체(10)와 회전가능하게 결합하며, 상기 덕트몸체(10) 내부에 구비된 마이크로 액추에이터(17a)에 의해 회전할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
삭제
또한, 상기 덕트몸체(10) 상부 외면 또는 상기 곡면부(21) 외면 중 적어도 어느 하나의 외면에는 한 쌍이 모듈을 이루어 서로 대칭되는 경사각을 갖도록 상기 덕트 외측 방향으로 돌출 형성된 마이크로핀(19)을 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 가변형 덕트를 이용한 테일시터형 무인비행체는 적어도 하나 이상의 날개가 형성된 동체(110), 회전에 의해 상기 동체(110)를 비행시키기 위한 추력을 제공하는 프로펠러(120) 및 상기 프로펠러(120)를 감싸도록 형성되어 상기 프로펠러(120)의 효율을 향상시키기 위한 덕트를 포함하는 테일시터형 무인비행체에 있어서, 상기 동체(110)는 박스(BOX) 형태의 컨테이너(119)가 회전가능하게 삽입되는 삽입홈(111)이 형성되며, 상기 덕트는 상부 내경이 하부 내경과 비교하여 더 큰 링(RING)의 형상으로 성형되되 내부에는 상기 프로펠러(120)가 회전가능하게 구비되는 덕트몸체(10) 및 상기 덕트몸체(10) 외측으로 일부가 회전에 의해 돌출되는 박리제어부재(20)를 포함하며, 상기 박리제어부재(20)는 호(弧) 형상의 곡면부(21), 상기 곡면부(21) 하부에 서로 이웃하게 연장형성된 한 쌍의 연장편(23), 상기 덕트몸체(10) 내부에 구비되되 한 쌍의 상기 연장편(23) 중 적어도 어느 하나와 회전가능하게 결합하여 상기 곡면부(21)가 상기 덕트몸체(10) 외측으로 돌출 또는 상기 덕트몸체(10) 상부 형상과 일체가 될 수 있도록 회전시키는 회전부재(30)를 포함하고, 상기 덕트몸체(10)는 상부에서 하부방향으로 단면을 기준으로 동체(110)와 이어지는 일측단면(11)의 면적과 대비하여 타측단면(13)의 면적이 70% 내지 80% 작게 형성하여 상기 일측단면(11) 최상단과 상기 타측단면(13) 최상단의 높이차이(H)가 발생하도록 하며, 높이차이(H)는 상기 덕트몸체(10) 입구측 내경 크기와 비교하여 7% 내지 9%의 높이차이(H)를 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래와는 차별적으로 본 발명에 따른 덕트는 상부에 구비된 박리제어부재를 통해 프로펠러의 추력 이외에 상기 덕트 내부로 유입되는 유입류로 인한 부가적인 추력을 발생시켜 추력의 효율을 향상시킬 수 있으며, 나아가서는 측풍에 의한 안정성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.
또한, 종래와는 차별적으로 본 발명에 따른 덕트를 이용한 무인비행체를 통하여 수직비행상태일 때, 컨테이너의 무게중심을 낮추고 수평비행일때는 상기 컨테이너의 무게중심이 전방을 향하도록 동체 내에서 회전하는 구조를 만족시켜 수직 및 수평비행에 대한 안정성을 확보하는 효과를 갖게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 덕트와 프로펠러 간의 기울기를 나타낸 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 덕트에 대한 박리제어부재의 작용관계도.
도 5는 도 3에 대한 덕트와 박리제어부재의 내부 결합관계도.
도 6은 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 덕트에 대한 박리제어부재의 다른 실시예.
도 7은 도 6에 대한 박리제어부재의 작용관계도.
도 8은 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 덕트에 대한 다른 실시예.
도 9는 도 8에 대한 회전판패의 작용관계도.
도 10은 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 덕트에 대한 또 다른 실시예.
도 11은 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 덕트를 이용한 테일시터형 무인비행체를 나타낸 도면.
도 12는 도 6에 대한 수직비행상태에서의 컨테이너를 나타낸 도면.
도 13은 도 7에 대한 수평비행상태에서의 회전 이후의 컨테이너를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 덕트(이하, 간략하게 '덕트'라 한다)에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 덕트(1)는 크게 덕트몸체(10) 및 박리제어부재(20)를 포함한다.
더욱 상세하게 설명하면, 상기 덕트몸체(10)는 도시한 바와 같이, 모터(121)에 의해 회전가능하게 설치되는 프로펠러(120) 외면을 감싸도록 동체(110)에 설치되어 상기 동체(110)를 비행시키기 위한 추력의 효율을 향상시키기 위한 구성이다.
이를 위해, 덕트(1)는 합성수지재 등의 재질을 이용하여 내부에 구비된 프로펠러(120)의 회전이 가능하도록 전체적으로 링(RING)의 형상을 갖도록 성형되되 바람직하게는 상부의 내경이 하부의 내경부다 크게 형성되어 프로펠러(120)의 회전력에 의해 발생하는 추력의 손실을 방지할 수 있도록 한다.
덕트(1) 일측은 동체(110)와 고정되게 연결되는 구조를 가지며, 도시한 바와 같이, 내부에 구비된 프로펠러(120) 임의의 기준축(L1)을 기준으로 약 3°내지 10°타측이 하방으로 덕트중심축(L2)이 기울어지게 상기 동체(110)에 설치된다.
이를 통해, 덕트(1) 타측으로 유입되는 측풍(C/WCross Wind)에 대한 유입류를 균일하게 유지할 수 있는 장점을 갖게 되며, 이러한 측풍의 유입을 통해 추력의 향상 효과를 갖게 된다.
한편, 본 발명에서의 덕트중심축(L2)은 다른 실시예로 도 2에 도시한 바와 같이, 프로펠러(120)의 기준축(L1)과 대비하여 약 2°내지 5°의 기울기를 갖도록 성형되는 것도 가능하며, 이 경우에 덕트(1)가 기울어진 방향으로 측풍의 유입류가 균일하게 유지될 수 있도록 일측단면(11)과 타측단면(13) 간의 면적을 달리할 수 있다.
즉, 상부에서 하부방향으로 단면을 기준으로 동체(110)와 이어지는 일측단면(11)의 면적과 대비하여 타측단면(13)의 면적이 70% 내지 80% 작게 형성하여 상기 일측단면(11) 최상단과 상기 타측단면(13) 최상단의 높이차이(H)를 갖도록 형성한다.
하여, 제1실시예에서와 같이, 덕트(1)의 기울기를 최대 10°까지 기울이지 않고 제2실시예에서와 같이, 상기 덕트(1)가 최대 5°의 기울기에서 일측단면(11)과 타측단면(13) 간의 높이차이(H)를 갖도록 유지하여 해당 제1실시예에서의 측풍 유입류에 대한 보상이 이루어지도록 하는 것이다.
이때, 높이차이(H)는 덕트(1) 내경(예를 들어, 측풍이 유입되는 입구측 내경)과 대비하여 약 7% 내지 9%의 높이차이를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명에서의 덕트(1)는 상술한 구성 이외에 부가적으로 회전판재(17) 또는 마이크로핀(19) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
여기서, 회전판재(17)는 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 덕트몸체(10) 내면을 따라 적어도 하나 이상이 회전가능하게 힌지 결합되어 있으며, 회전에 필요한 구동력은 상기 덕트몸체(10) 내부에 별도 구비된 마이크로 액추에이터(17a)에 의해 회전에 필요한 동력을 전달받는다.
이때, 회전판재(17)는 덕트몸체(10)의 입구측과 대비하여 내경이 좁은 출구측의 내경을 가변시킬 수 있도록 상기 덕트몸체(10) 내측으로 회전할 수 있는 구조를 가지며, 회전각도는 5°내지 10°의 회전각도를 갖는 것이 바람직하다.
이를 통해, 무인비행체(100)가 정지 또는 수직비행시에 덕트(1) 출구측의 내경이 일시적으로 좁아지게 형성하여 단면적의 감소율(약 10%)을 불러와 추력의 향상을 높일 수 있게 된다.
아울러, 회전부재(17)는 후에 설명하는 박리제어부재(20)의 존재 여부와 상관없이 덕트몸체(10) 내면에 형성될 수 있으며, 이는 후에 설명하는 마이크로핀(19)도 동일하게 적용된다.
또한, 마이크로핀(19)은 도 10에 도시한 바와 같이, 덕트몸체(10) 상부 둘레면이나 후에 설명하는 박리제어부재(20)를 구성하는 곡면부(21) 외면에 한 쌍이 하나의 모듈을 이루도록 적어도 하나 이상의 모듈이 덕트(1) 외측 방향으로 돌출되게 형성되어 상기 덕트몸체(10) 내부로 유입되는 유입류에 와류(vortex)를 발생시키는 구성이다.
이때, 각각의 마이크로핀(19)은 약 8°내지 10°의 경사각을 갖도록 삼각형 또는 사다리꼴 형상을 갖는 판의 형태로 돌출 형성되며, 한 쌍이 모듈을 이루는 상기 마이크로핀(19)은 각각 서로 대칭되는 각도를 갖도록 돌출 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 박리제어부재(20)는 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 호(弧) 형상을 갖는 덕트(1)에 위치되어 상기 덕트(1)의 상부 외측에서 발생되는 기류(A/C:air current)의 박리(separation) 상태를 조절하기 위한 구성으로 곡면부(21), 연장편(23) 및 회전부재(30)를 포함한다.
설명에 앞서, 박리제어부재(20)는 덕트(1)의 외경지름 크기에 따라 적어도 하나 이상 제공될 수 있으며, 하기에는 상기 박리제어부재(20)의 요지를 명확하게 전달하기 위해 하나의 상기 박리제어부재(20)가 상기 덕트(1) 상부에 설치된 것을 일예로 하여 설명하도록 한다.
이때, 하나의 덕트몸체(10)의 둘레면을 따라 다수의 박리제어부재(20)가 형성된 경우, 각각의 상기 박리제어부재(20) 사이에는 띠 형상으로 고정 설치되는 이음체(25)가 더 구비되어 상기 박리제어부재(20)가 회전한 이후에 상기 덕트몸체(10) 내부의 절개된 부분이 폐쇄되어 보상이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다(도 6 및 도 7 참조).
예컨대 곡면부(21)는 도시한 바와 같이, 덕트(1) 상부와 동일하게 호(弧) 형상을 갖도록 형성되며, 평상시(덕트 외측으로 회전하기 이전)에는 상기 덕트(1) 상부와 동일형상을 갖도록 배치되며, 회전 이후에 상기 덕트(1) 외측으로 돌출된 형상을 갖도록 하여 측풍의 유입이 용이할 수 있도록 한다.
이때, 곡면부(21)가 덕트(1) 외측으로 돌출되기 위한 회전은 수직비행상태인 경우에만 적용되며, 수평비행상태에서는 상기 덕트(1)와 일체화되게 접혀진 상태로 동작하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 곡면부(21)는 하부가 개구된 '∩'자 형상으로 성형되며, 상기 곡면부(21)의 회전각도는 약 40°내지 45°내에서 왕복 회전이 이루어진다.
또한, 연장편(23)은 도시한 바와 같이, 곡면부(21) 하단에서 하방으로 서로 이웃하게 한 쌍으로 연장형성되며, 어느 하나의 상기 연장편(23)은 전방부 액추에이터(31)와 회전가능하게 결합하며, 다른 하나는 후방부 액추에이터(32)와 회전가능하게 결합한다.
또한, 회전부재(30)는 덕트(1)를 구성하는 타측단면(13) 내에서 한 쌍의 연장편(23)과 각각 회전가능하게 결합하여 한 쌍의 상기 연장편(23)과 이어지는 곡면부(21)의 왕복 회전이 가능하도록 하기 위한 구성으로 전방부 액추에이터(31) 및 후방부 액추에이터(32)를 포함하며, 상기 회전부재(30)에 사용되는 구동수단(38)은 마이크로 액추에이터를 의미한다.
전방부 액추에이터(31)는 도시한 바와 같이, 제1회전축(33) 및 상기 제1회전축(33) 양측에 형성된 제1연결링크(35)를 포함하며, 상기 전방부 액추에이터(31)는 덕트(1) 내부에 소정의 기울기를 갖도록 연장형성된 가이드플레이트(15) 하면에 회전가능하게 설치된다.
이때, 가이드플레이트(15)는 전방부 액추에이터(31)와 회전가능하게 결합하는 연장편(23)이 회전시에 덕트(1) 내면에 공간(cavity)이 형성되지 않도록 차단할 수 있게 상기 연장편(23) 하단과 서로 면접하여 이동할 수 있도록 하며, 필요에 따라 상기 연장편(23)은 탄성력을 갖는 재질의 것을 사용하는 것도 바람직하다.
이를 위해, 소정길이를 갖는 제1회전축(33)은 길이방향으로 중앙부가 가이드플레이트(15)에 형성된 턱부와 회전가능하게 관통 삽입되며, 상기 제1회전축(33) 양측에 구비된 한 쌍의 제1연결링크(35)는 연장편(23)과 회전가능하게 결합한다.
후방부 액추에이터(32)는 도시한 바와 같이, 상술한 전방부 액추에이터(31)와 대칭되게 덕트(1) 내면에 형성되되 제2회전축(34), 제2연결링크(36) 및 구동수단(38)을 포함한다.
소정길이를 갖는 제2회전축(34)은 길이방향으로 중앙부가 덕트(1) 내면에 고정 구비된 구동수단(38)과 회전가능하게 관통 삽입되며, 양측에는 연장편(23) 하단과 회전가능하게 결합하는 제2연결링크(36)가 구비된다.
이때, 구동수단(38)은 후에 설명하는 무인비행체(100)를 제어할 수 있게 동체(110) 내부에 구비된 제어부(미도시)에서 필요전원을 인가받아 제2회전축(34)을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 것이 바람직하다.
아울러, 제2연결링크(36)는 회전하는 과정에서 덕트몸체(10) 외면에 형성된 슬릿(S)을 관통하여 박리제어부재(20)의 회전에 간섭이 일어나지 않도록 한다.
하여, 무인비행체(100)가 수직비행시(수직으로 착지된 상태 포함)에 제어부의 제어를 통해 구동수단(38)에 필요전원을 인가하면 상기 구동수단(38)은 제2회전축(34)을 회전시켜 한 쌍의 제2연결링크(36)와 연결된 한 쌍의 연장편(23) 중 어느 하나가 후방부 액추에이터(32)에 의해 회전하게 되고, 그 회전력은 곡면부(21)는 물론, 전방부 액추에이터(31)와 회전가능하게 연결된 다른 하나의 연장편(23)이 덕트(1) 외측으로 돌출되게 회전할 수 있는 동력을 갖게 된다.
이와 같이, 박리제어부재(20)가 덕트(1) 외측으로 돌출되게 회전이 이루어지게 되면, 측풍은 도시한 바와 같이, 용이하게 상기 덕트(1) 내측으로 유입되는 유입류를 갖게 되며, 이러한 유입류는 측풍에 의한 추력손실방지는 물론, 프로펠러(120)의 회전과 함께 무인비행체(100)를 비행시키기 위한 추력의 상승효과를 구현하게 된다.
한편, 도 11 내지 도 13에 도시한 바와 같이, 상술한 덕트(1)의 구성 및 구조를 활용한 본 발명에서의 무인비행체(100)는 양측에 한 쌍의 주날개(113)를 갖는 동체(110) 및 프로펠러(120)를 포함한다.
예컨대 동체(110)는 도시한 바와 같이, 몸체 내부에 화물이 수납된 개폐 가능한 컨테이너(119)가 회전가능하게 수납되는 삽입홈(111)이 형성되어 있으며, 양측에는 각각 적어도 하나 이상의 덕트(1)가 형성된다.
도시된 도면을 기준으로 동체(110) 하부에는 한 쌍의 수직꼬리날개(115)가 서로 이웃하게 형성되어 추력에 의한 수직비행시에 기류를 타고 비행할 수 있도록 하며, 한 쌍의 상기 수직꼬리날개(115) 사이에는 수평방향으로 길이를 갖는 수평꼬리날개(117)가 형성된다.
여기서, 삽입홈(111)에 수납된 컨테이너(119)는 무인비행체(100)가 수직비행에서 수평비행으로 전환시에 상기 컨테이너(119)의 무게중심이 전방으로 이동할 수 있도록 회전되어 수평비행시에 안정성을 유지할 수 있도록 한다.
이때, 무인비행체(100)가 수직비행상태 즉, 컨테이너(119)가 회전하기 이전의 상태에서는 상기 컨테이너(119)의 무게 중심을 최대한 낮게 유지될 수 있도록 하여 수직비행에 대한 안정성이 향상될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 프로펠러(120)는 모터(121)와 결합할 수 있게 상술한 각각의 덕트(1) 내부에 설치되되 제어부에서 인가되는 필요전원을 통해 상기 모터(121)가 회전하여 비행에 필요한 추력이 발생될 수 있게 프로펠러(120)를 회전시킨다.
전술한 바와 같이, 종래와는 차별적으로 본 발명에 따른 덕트(1)는 상부에 구비된 박리제어부재(20)를 통해 프로펠러(120)의 추력 이외에 상기 덕트(1) 내부로 유입되는 유입류로 인한 부가적인 추력을 발생시켜 추력의 효율을 향상시킬 수 있으며, 나아가서는 측풍에 의한 안정성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.
또한, 종래와는 차별적으로 본 발명에 따른 덕트(1)를 이용한 무인비행체(100)를 통하여 수직비행상태일 때, 컨테이너(119)의 무게중심을 낮추고 수평비행일때는 상기 컨테이너(119)의 무게중심이 전방을 향하도록 동체(110) 내에서 회전하는 구조를 만족시켜 수직 및 수평비행에 대한 안정성을 확보하는 효과를 갖게 된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1; 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 덕트
10: 덕트몸체 11: 일측단면
13: 타측단면 15: 가이드플레이트
17: 회전판재 19: 마이크로핀
20: 박리제어부재 21: 곡면부
23: 연장편 30: 회전부재
31: 전방부 액추에이터 32: 후방부 액추에이터
33: 제1회전축 34: 제2회전축
35: 제1연결링크 36: 제2연결링크
38: 구동수단
100: 본 발명에 따른 측풍 안정성이 향상된 덕트를 이용한 무인비행체
110: 동체 111: 삽입홈
113: 주날개 115: 수직꼬리날개
117: 수평꼬리날개 119: 컨테이너
120: 프로펠러 121: 모터
L1: 프로펠러 임의의 기준축
L2: 덕트몸체에 대한 임의의 기준축
H: 일측단면과 타측단면 최상단부 간의 높이차이

Claims (7)

  1. 무인비행체의 추력을 발생시키는 프로펠러(120)의 효율을 향상시키기 위해 상기 프로펠러(120)를 감싸도록 설치되는 덕트에 있어서,
    상기 덕트는
    상부 내경이 하부 내경과 비교하여 더 큰 링(RING)의 형상으로 성형되되 내부에는 상기 프로펠러(120)가 회전가능하게 구비되는 덕트몸체(10); 및
    상기 덕트몸체(10) 외측으로 일부가 회전에 의해 돌출되는 박리제어부재(20);를 포함하며,
    상기 박리제어부재(20)는 호(弧) 형상의 곡면부(21), 상기 곡면부(21) 하부에 서로 이웃하게 연장형성된 한 쌍의 연장편(23), 상기 덕트몸체(10) 내부에 구비되되 한 쌍의 상기 연장편(23) 중 적어도 어느 하나와 회전가능하게 결합하여 상기 곡면부(21)가 상기 덕트몸체(10) 외측으로 돌출 또는 상기 덕트몸체(10) 상부 형상과 일체가 될 수 있도록 회전시키는 회전부재(30)를 포함하고,
    상기 덕트몸체(10)는 상부에서 하부방향으로의 단면을 기준으로 동체(110)와 연결되는 일측단면(11)의 면적이 타측단면(13)의 면적과 대비하여 70% 내지 80% 더 작게 형성되어 상기 일측단면(11) 최상단과 상기 타측단면(13) 최상단 간의 높이차이(H)가 발생하도록 하며, 높이차이(H)는 상기 덕트몸체(10) 입구측 내경 크기와 비교하여 7% 내지 9%의 높이차이(H)를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 측풍 안정성이 향상된 가변형 덕트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 덕트몸체(10)는
    모터(121)와 회전가능하게 결합한 상기 프로펠러(120) 임의의 기준축(L1)을 기준으로 하여 동체(110) 외측방향으로 2°내지 10°하방으로 기울어진 기울기를 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 측풍 안정성이 향상된 가변형 덕트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전부재(30)는
    한 쌍의 상기 연장편(23) 중 어느 하나와 회전가능하게 결합하도록 상기 덕트몸체(10) 내부에 설치되는 전방부 액추에이터(31); 및
    상기 전방부 액추에이터(31)와 결합하지 않은 다른 하나의 상기 연장편(23)과 회전가능하게 결합하도록 상기 덕트몸체(10) 내부에 설치되는 후방부 액추에이터(32);를 포함하는 것을 특징으로 하는 측풍 안정성이 향상된 가변형 덕트.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 덕트몸체(10) 내면에는 회전에 의해 상기 덕트몸체(10) 출구측 내경을 가변시킬 수 있는 적어도 하나 이상의 회전판재(17);를 포함하되,
    상기 회전판재(17)는 상부가 상기 덕트몸체(10)와 회전가능하게 결합하며, 상기 덕트몸체(10) 내부에 구비된 마이크로 액추에이터(17a)에 의해 회전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 측풍 안정성이 향상된 가변형 덕트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 덕트몸체(10) 상부 외면 또는 상기 곡면부(21) 외면 중 적어도 어느 하나의 외면에는 한 쌍이 모듈을 이루어 서로 대칭되는 경사각을 갖도록 상기 덕트 외측 방향으로 돌출 형성된 마이크로핀(19);을 포함하는 것을 특징으로 하는 측풍 안정성이 향상된 가변형 덕트.
  7. 적어도 하나 이상의 날개가 형성된 동체(110), 회전에 의해 상기 동체(110)를 비행시키기 위한 추력을 제공하는 프로펠러(120) 및 상기 프로펠러(120)를 감싸도록 형성되어 상기 프로펠러(120)의 효율을 향상시키기 위한 덕트를 포함하는 테일시터형 무인비행체에 있어서,
    상기 동체(110)는 박스(BOX) 형태의 컨테이너(119)가 회전가능하게 삽입되는 삽입홈(111)이 형성되며,
    상기 덕트는 상부 내경이 하부 내경과 비교하여 더 큰 링(RING)의 형상으로 성형되되 내부에는 상기 프로펠러(120)가 회전가능하게 구비되는 덕트몸체(10) 및 상기 덕트몸체(10) 외측으로 일부가 회전에 의해 돌출되는 박리제어부재(20)를 포함하며,
    상기 박리제어부재(20)는 호(弧) 형상의 곡면부(21), 상기 곡면부(21) 하부에 서로 이웃하게 연장형성된 한 쌍의 연장편(23), 상기 덕트몸체(10) 내부에 구비되되 한 쌍의 상기 연장편(23) 중 적어도 어느 하나와 회전가능하게 결합하여 상기 곡면부(21)가 상기 덕트몸체(10) 외측으로 돌출 또는 상기 덕트몸체(10) 상부 형상과 일체가 될 수 있도록 회전시키는 회전부재(30)를 포함하고,
    상기 덕트몸체(10)는 상부에서 하부방향으로 단면을 기준으로 동체(110)와 이어지는 일측단면(11)의 면적과 대비하여 타측단면(13)의 면적이 70% 내지 80% 작게 형성하여 상기 일측단면(11) 최상단과 상기 타측단면(13) 최상단의 높이차이(H)가 발생하도록 하며, 높이차이(H)는 상기 덕트몸체(10) 입구측 내경 크기와 비교하여 7% 내지 9%의 높이차이(H)를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 측풍 안정성이 향상된 덕트를 이용한 테일시터형 무인비행체.
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