KR102622742B1 - Hybrid vertical take-off and landing aircraft with improved flight stability - Google Patents

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KR102622742B1
KR102622742B1 KR1020230059966A KR20230059966A KR102622742B1 KR 102622742 B1 KR102622742 B1 KR 102622742B1 KR 1020230059966 A KR1020230059966 A KR 1020230059966A KR 20230059966 A KR20230059966 A KR 20230059966A KR 102622742 B1 KR102622742 B1 KR 102622742B1
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Abstract

본 발명은 주날개로 이용되는 고정익에 다수의 로터를 배치하되, 그 다수의 로터 중 일부를 틸팅 가능한 형태로 구성하고, 상황에 따라 자세를 제어하여 비행 안정성이 향상될 수 있도록 하는 복합형 수직이착륙기에 관한 것이며,
주날개에 설치되는 일자형의 틸트식 지지대와 그 틸트식 지지대의 양측 말단부에 서로 다른 방향으로 틸팅 가능한 형태로 설치되는 한 쌍의 틸트 로터를 포함하여 구성되는 다수의 반전 틸트부를 동체의 양쪽에 대칭으로 구비하고, 주날개에 설치되는 일자형의 고정식 지지대와 그 고정식 지지대의 양측 말단부에 고정 설치되는 한 쌍의 리프트 로터를 포함하여 구성되는 다수의 고정 로터부를 동체의 양쪽에 대칭으로 구비하며, 반전 틸트부를 구성하는 4개 이상의 틸트 로터와 고정 로터부를 구성하는 4개 이상의 리프트 로터 각각이 주날개의 길이 방향과 동체의 길이 방향으로 상호간 이격 배치되도록 하여 기체의 자세 제어에 필수적인 피칭 모멘트암과 롤링 모멘트암이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
The present invention is a composite vertical takeoff and landing aircraft that arranges a plurality of rotors on fixed wings used as main wings, configures some of the plurality of rotors in a tiltable form, and controls the attitude according to the situation to improve flight stability. It is about,
A plurality of inverted tilt units are installed symmetrically on both sides of the fuselage, including a straight tilt support installed on the main wing and a pair of tilt rotors installed at both ends of the tilt support in a form that can be tilted in different directions. It is provided with a plurality of fixed rotor parts symmetrically on both sides of the fuselage, including a straight fixed support installed on the main wing and a pair of lift rotors fixed to both ends of the fixed support, and an inversion tilt part. Each of the four or more tilt rotors that make up the tilt rotor and the four or more lift rotors that make up the fixed rotor section are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the main wing and the longitudinal direction of the fuselage, so that the pitching moment arm and rolling moment arm, which are essential for controlling the attitude of the aircraft, are installed. It is characterized by being formed.

Description

비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기{Hybrid vertical take-off and landing aircraft with improved flight stability}Hybrid vertical take-off and landing aircraft with improved flight stability}

본 발명은 주날개를 구성하는 고정익과 다수의 로터를 구비하는 복합형 수직이착륙기에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 주날개로 이용되는 고정익에 다수의 로터를 배치하되, 그 다수의 로터 중 일부를 틸팅 가능한 형태로 구성하고, 상황에 따라 자세를 제어하여 비행 안정성이 향상될 수 있도록 하는 복합형 수직이착륙기에 관한 것이다.The present invention relates to a composite vertical takeoff and landing aircraft having fixed wings constituting the main wing and a plurality of rotors. More specifically, a plurality of rotors are arranged on the fixed wing used as the main wing, and some of the plurality of rotors are It relates to a complex vertical takeoff and landing aircraft that is configured in a tiltable form and controls its attitude depending on the situation to improve flight stability.

일반적으로, 인구 과밀화가 문제가 되고 있는 우리나라의 서울과 같은 대도시에서는 극심한 교통정체와 주차난이 큰 문제가 되고 있으나 도로의 확충, 대중교통 노선의 증설과 같은 통상의 방식으로는 더 이상 큰 효과를 보기 어려운 지경에 이르고 있다.In general, in large cities such as Seoul, Korea, where overpopulation is a problem, severe traffic congestion and parking difficulties are becoming major problems, but normal methods such as expanding roads and expanding public transportation lines are no longer having a significant effect. We are reaching a difficult point.

따라서, 최근에는 다수의 로터를 구비하는 전기추진 멀티콥터형 드론에 택시의 개념을 접목한 도심 항공 모빌리티(UAM, Urban Air Mobility)가 교통정체의 문제를 해결할 수 있는 새로운 대안으로 주목받고 있으며, 관련 기술이 상당히 발전함에 따라 머지 않아 상용화가 가능할 것으로 예상되고 있다.Therefore, recently, urban air mobility (UAM, Urban Air Mobility), which combines the concept of a taxi with an electric propulsion multicopter drone equipped with multiple rotors, is attracting attention as a new alternative to solve the problem of traffic congestion. As the technology has advanced considerably, it is expected that commercialization will be possible in the near future.

이처럼 도심 항공 모빌리티의 상용화가 현실화되고, 안전성이 충분하게 입증되어 이용률이 대폭으로 증가하게 된다면 도심에서의 교통정체를 상당 부분 해소할 수 있을 것으로 기대된다.In this way, if the commercialization of urban air mobility becomes a reality, safety is sufficiently proven, and the usage rate increases significantly, it is expected that traffic congestion in the city will be largely resolved.

다만, 도심 항공 모빌리티의 상용화에 있어 전기추진 멀티콥터형 드론의 장시간 운행이나 장거리 비행이 어려운 문제와 비행 안전에 관한 문제는 반드시 해결이 필요한 숙제로 남아있다.However, in the commercialization of urban air mobility, the difficulties of long-term operation or long-distance flight of electric propulsion multicopter-type drones and issues related to flight safety remain issues that must be resolved.

즉, 멀티콥터형 드론의 비행 효율 개선이 필요하며, 이와 관련해서는 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0057057호의 “전기 수직 이착륙 항공기용 윙 틸트 구동 시스템”과 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0088052호의 “수직이착륙 에어 모빌리티” 등의 발명들이 제안되어 공개된 바 있다.In other words, it is necessary to improve the flight efficiency of multicopter-type drones, and in this regard, “Wing Tilt Drive System for Electric Vertical Takeoff and Landing Aircraft” in Korean Patent Publication No. 10-2020-0057057 and Korean Patent Publication No. 10-2021-0088052. Inventions such as Ho’s “vertical takeoff and landing air mobility” have been proposed and made public.

우선, 상기 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0057057호의 “전기 수직 이착륙 항공기용 윙 틸트 구동 시스템”에는 한 쌍의 고정익과 다른 한 쌍의 고정익을 기체의 전방과 후방에 구비하는 형태로 구성되고, 각각의 고정익에 다수의 틸트형 로터를 구비하는 형태로 구성되어 수직으로의 이착륙이 가능하도록 하는 복합형 수직이착륙기에 관한 발명이 제안되어 공개된 바 있다.First, the “Wing Tilt Drive System for Electric Vertical Takeoff and Landing Aircraft” in Korean Patent Publication No. 10-2020-0057057 includes a pair of fixed wings and another pair of fixed wings at the front and rear of the aircraft, An invention has been proposed and disclosed regarding a composite vertical takeoff and landing aircraft, which is configured to have multiple tilt rotors on each fixed wing and enables vertical takeoff and landing.

또한, 상기 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0088052호의 “수직이착륙 에어 모빌리티”에는 틸팅이 가능한 네 개 이상의 틸팅 로터와 고정식인 두 개 이상의 리프팅 로터를 고정익에 설치하는 형태로 구성되어 수직 이착륙이 가능하고, 소음과 진동의 저감이 가능하며, 일부 로터가 고장나는 상황에서도 문제없이 비행할 수 있는 복합형 수직이착륙기에 관한 발명이 제안되어 공개된 바 있다.In addition, the “vertical takeoff and landing air mobility” of Korean Patent Publication No. 10-2021-0088052 consists of four or more tilting rotors capable of tilting and two or more fixed lifting rotors installed on fixed wings, allowing vertical takeoff and landing. In addition, an invention regarding a composite vertical takeoff and landing aircraft that can reduce noise and vibration and can fly without problems even when some rotors are broken has been proposed and disclosed.

즉, 상기한 발명들과 같이, 고정익과 로터를 모두 구비한 형태인 복합형 수직이착륙기가 멀티콥터형 드론에 대한 대안이 될 수 있으며, 미국의 Archer사와 영국의 Vertical Aerospace사 그리고 우리나라의 현대 자동차 등에서도 복합형 수직이착륙기에 대한 컨셉을 공개하거나 개발을 진행하고 있는 상태이다.In other words, like the above-mentioned inventions, a composite vertical takeoff and landing device equipped with both fixed wings and rotors can be an alternative to multicopter-type drones, and has been developed by Archer in the United States, Vertical Aerospace in the United Kingdom, and Hyundai Motor Company in Korea. The concept for a composite vertical take-off and landing aircraft has also been released or is in development.

보다 상세하게는, 상기와 같은 복합형 수직이착륙기는 주날개에 다수의 로터를 배치한 형태(이하, 주날개 배치 방식)와 주날개와 꼬리날개에 다수의 로터를 분산 배치한 형태(이하, 꼬리날개 분산배치 방식)로 구분할 수 있는데, 이 중 주날개 배치 방식은 모든 로터의 틸트가 가능한 형태와 일부 로터만이 틸트 가능한 형태로 다시 구분할 수 있다.More specifically, the above complex vertical takeoff and landing aircraft has a form in which multiple rotors are arranged on the main wing (hereinafter referred to as main wing arrangement method) and a form in which a number of rotors are distributedly arranged in the main wing and tail wing (hereinafter referred to as tail wing). Among these, the main wing arrangement method can be divided into a form in which all rotors can tilt and a form in which only some rotors can tilt.

이때, 주날개 배치 방식에서, 모든 로터의 틸트가 가능한 형태인 복합형 수직이착륙기는 고정익 상태로 비행 중 외란 또는 실속 등으로 비행 자세가 교란될 때 로터를 회전익 상태로 전환하는 시간이 지연되는 문제가 발생하게 된다.At this time, in the main wing arrangement method, a hybrid vertical takeoff and landing aircraft in which all rotors can be tilted has the problem of delaying the time to switch the rotor to the rotary wing state when the flight attitude is disturbed due to a disturbance or stall during flight in the fixed wing state. It happens.

또한, 일부 로터만이 틸트 가능한 형태인 복합형 수직이착륙기는 고정된 로터가 주날개의 길이 방향으로 일자로 배치된 형태 때문에 상기와 같은 비상 상황에서 기체의 기체의 피치 제어가 어렵게 되는 문제가 발생하게 된다.In addition, a hybrid vertical takeoff and landing aircraft in which only some of the rotors are capable of tilting has fixed rotors arranged in a straight line along the length of the main wing, which makes it difficult to control the pitch of the aircraft in emergency situations such as the above. do.

또한, 꼬리날개 분산배치 방식에서는 꼬리날개에 배치된 로터와 모터가 기체에 구조적인 부담을 발생시키고, 기체의 피칭 관성 모멘트가 증가하며, 비행체의 추력선이 동체축의 상방으로 형성되기 때문에 고정익을 이용한 비행을 할 때 기체의 피치 제어가 어려워지게 되는 문제가 발생하게 된다.In addition, in the tail wing distributed arrangement method, the rotor and motor placed on the tail wing create a structural burden on the aircraft, the pitching moment of inertia of the aircraft increases, and the thrust line of the aircraft is formed above the fuselage axis, so the use of fixed wings During flight, a problem arises in which pitch control of the aircraft becomes difficult.

결론적으로, 도심 항공 모빌리티의 상용화를 위해서는 멀티콥터형 드론보다 향상된 비행 효율을 가진 복합형 수직이착륙기를 이용하되, 안전성에 대한 개선이 반드시 필요한 실정이라 할 수 있다.In conclusion, in order to commercialize urban air mobility, a hybrid vertical takeoff and landing aircraft with improved flight efficiency than a multicopter type drone must be used, but improvement in safety is absolutely necessary.

대한민국 공개특허공보 제10-2020-0057057호(2020. 05. 25)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0057057 (May 25, 2020) 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0088052호(2021. 07. 14)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2021-0088052 (July 14, 2021)

본 발명에 의한 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기는 상기한 바와 같은 공지 발명들이 가진 문제점을 해결하고자 하는 목적으로 제안된 발명으로써,The hybrid vertical takeoff and landing device with improved flight stability according to the present invention is an invention proposed for the purpose of solving the problems of the known inventions as described above.

주날개에 틸트 로터를 배치한 형태의 복합형 수직이착륙기에서는 모든 로터가 틸트되는 천이 비행이나 고정익 비행 상태에서 돌풍 등의 외란이나 실속으로 비행 자세가 갑자기 교란된 비상 상황에 처했을 때, 회전익 상태로의 전환에 시간 지연이 발생하여 신속한 자세 복원이 어려운 문제가 발생하고 있고,In a composite vertical takeoff and landing aircraft with tilt rotors placed on the main wings, when an emergency situation occurs in which the flight attitude is suddenly disturbed due to a disturbance such as a gust or stall during transition flight or fixed-wing flight in which all rotors are tilted, the aircraft returns to the rotor-wing state. There is a time delay in the transition, making it difficult to quickly restore posture.

주날개에 틸트 로터와 리프트 로터를 길이 방향으로 일자로 배치한 형태의 복합형 수직이착륙기에서는 로터간 피칭 모멘트암이 확보되지 않아 상기와 같은 비상 상황에서 비행 안전에 필수적인 피칭 제어력을 확보하지 못하게 되는 문제가 발생하고 있으며,In a hybrid vertical takeoff and landing aircraft in which the tilt rotor and lift rotor are arranged in a straight longitudinal direction on the main wing, the pitching moment arm between the rotors is not secured, which is a problem that prevents the pitching control power essential for flight safety in the above emergency situation from being secured. is occurring,

보다 근본적으로는, 주날개의 전방과 후방에 틸트 로터를 직렬로 배치한 형태에서는 고정익 상태의 비행에서 전방 틸트 로터의 후류로 인한 후방 틸트 로터의 추력 저하를 해소하지 못하고 있는 문제가 있다.More fundamentally, in a form where the tilt rotor is arranged in series at the front and rear of the main wing, there is a problem that the decrease in thrust of the rear tilt rotor due to the wake of the front tilt rotor during fixed-wing flight cannot be resolved.

또한, 꼬리날개에 다수의 로터를 분산 배치한 형태의 복합형 수직이착륙기에서는 꼬리날개에 배치된 로터와 모터가 기체에 구조적인 부담을 발생시키고, 기체의 피칭 관성 모멘트가 증가하는 문제와 함께, 꼬리날개에 설치된 틸트 로터에 의해 비행체의 추력선이 동체축의 상방으로 형성됨에 따라 고정익을 이용한 비행을 할 때 기체의 피치 제어가 어려워지게 되는 문제가 발생하고 있기 때문에, 이들에 대한 해결 방안을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, in a hybrid vertical takeoff and landing aircraft with multiple rotors distributed on the tail wings, the rotors and motors placed on the tail wings create a structural burden on the aircraft, increasing the pitching moment of inertia of the aircraft, and causing tail As the thrust line of the aircraft is formed upward of the fuselage axis by the tilt rotor installed on the wing, the problem of controlling the pitch of the aircraft becomes difficult when flying using fixed wings. Therefore, it is important to suggest a solution to this problem. It is for that purpose.

본 발명은 상기와 같은 목적을 실현하고자,The present invention aims to achieve the above object,

주날개를 구성하는 고정익과 다수의 로터를 구비하는 복합형 수직이착륙기에 있어서,In a complex vertical takeoff and landing aircraft having fixed wings constituting the main wing and a plurality of rotors,

주날개에 설치되는 일자형의 틸트식 지지대와 그 틸트식 지지대의 양측 말단부에 서로 다른 방향으로 틸팅 가능한 형태로 설치되는 한 쌍의 틸트 로터를 포함하여 구성되는 다수의 반전 틸트부를 동체의 양쪽에 대칭으로 구비하고, 주날개에 설치되는 일자형의 고정식 지지대와 그 고정식 지지대의 양측 말단부에 고정 설치되는 한 쌍의 리프트 로터를 포함하여 구성되는 다수의 고정 로터부를 동체의 양쪽에 대칭으로 구비하며, 반전 틸트부를 구성하는 4개 이상의 틸트 로터와 고정 로터부를 구성하는 4개 이상의 리프트 로터 각각이 주날개의 길이 방향과 동체의 길이 방향으로 상호간 이격 배치되도록 하여 기체의 자세 제어에 필수적인 피칭 모멘트암과 롤링 모멘트암이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기를 제시한다.A plurality of inverted tilt units are installed symmetrically on both sides of the fuselage, including a straight tilt support installed on the main wing and a pair of tilt rotors installed at both ends of the tilt support in a form that can be tilted in different directions. It is provided with a plurality of fixed rotor parts symmetrically on both sides of the fuselage, including a straight fixed support installed on the main wing and a pair of lift rotors fixed to both ends of the fixed support, and an inversion tilt part. Each of the four or more tilt rotors that make up the tilt rotor and the four or more lift rotors that make up the fixed rotor section are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the main wing and the longitudinal direction of the fuselage, so that the pitching moment arm and rolling moment arm, which are essential for controlling the attitude of the aircraft, are installed. We present a composite vertical takeoff and landing aircraft with improved flight stability, which is characterized in that it is formed.

이때, 상기 반전 틸트부는 후방 틸트 로터의 피치가 전방 틸트 로터의 피치보다 증가하도록 구성되어, 고정익 모드나 천이 비행 모드로 이동 비행할 때 후류의 발생을 원인으로 하여 후방 틸트 로터의 추력이 저하되는 현상의 발생을 방지하는 것을 특징으로 한다.At this time, the reverse tilt unit is configured so that the pitch of the rear tilt rotor increases than the pitch of the front tilt rotor, so that the thrust of the rear tilt rotor decreases due to the generation of wake when moving and flying in fixed-wing mode or transition flight mode. It is characterized by preventing the occurrence of.

또한, 상기 복합형 수직이착륙기는 반전 틸트부를 구성하는 틸트 로터 중 주날개를 기준으로 하는 전방 틸트 로터는 리프트 로터와 동일하게 상공을 향하는 자세에서 추력이 상방으로 형성되도록 회전하고, 후방 틸트 로터는 지면을 향하는 자세에서 추력이 상방으로 형성되도록 회전하되, 인접한 로터가 서로 반대되는 방향으로 회전하는 회전익 모드로 수직 이착륙하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, among the tilt rotors constituting the inversion tilt part of the complex vertical takeoff and landing aircraft, the front tilt rotor based on the main wing rotates in the same upward direction as the lift rotor so that thrust is formed upward, and the rear tilt rotor rotates toward the ground. It rotates so that thrust is formed upward in an attitude facing, but is characterized in that it is configured to take off and land vertically in a rotor mode in which adjacent rotors rotate in opposite directions.

또한, 리프트 로터의 회전은 정지하되, 주날개를 기준으로 하는 전방 틸트 로터는 전방을 향해 틸팅된 상태에서 회전하고, 후방 틸트 로터는 후방을 향해 틸팅된 상태에서 반대 방향으로 회전하여 모든 틸트 로터가 전방으로 추력이 발생하도록 하는 고정익 모드로 이동 비행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the rotation of the lift rotor is stopped, but the front tilt rotor based on the main wing rotates while tilted toward the front, and the rear tilt rotor rotates in the opposite direction while tilted toward the rear, so that all tilt rotors It is characterized in that it is configured to move and fly in a fixed-wing mode that generates forward thrust.

또한, 전방 틸트 로터와 후방 틸트 로터가 회전하는 상태에서 전방과 후방으로 각각 동일한 속도로 틸팅되고, 리프트 로터도 회전하는 제1 천이 비행 모드로 회전익 모드에서 고정익 모드로 전환하고, 전방 틸트 로터와 후방 틸트 로터가 회전하는 상태에서 상방과 하방으로 각각 동일한 속도로 틸팅되고, 리프트 로터도 회전하는 제2 천이 비행 모드로 고정익 모드에서 회전익 모드로 전환하여, 비행 안정성이 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, with the front tilt rotor and rear tilt rotor rotating, the first transition flight mode is tilted forward and backward at the same speed, and the lift rotor also rotates, switching from rotary wing mode to fixed wing mode, and the front tilt rotor and rear The second transition flight mode, in which the tilt rotor rotates upward and downward at the same speed, and the lift rotor also rotates, switches from the fixed wing mode to the rotary wing mode, thereby maintaining flight stability.

이에 더하여, 상기 복합형 수직이착륙기는 고정익 모드로 이동 비행하는 상태에서 외란이 작용하여 기준값 이상의 동체 기울기가 감지될 때나 양력의 저하에 따른 비행 고도의 저하가 기준값 이상으로 감지될 때, 리프트 로터의 회전이 추가로 발생하는 비상시 모드로 전환하여 자세 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, when the composite vertical take-off and landing aircraft is moving and flying in fixed-wing mode and a disturbance acts on it and a fuselage inclination above the standard value is detected or a decrease in flight altitude due to a decrease in lift is detected above the standard value, the lift rotor rotates. It is characterized by being configured to switch to a mode and control the posture in the event of an additional emergency.

본 발명에 의한 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기는,A composite vertical takeoff and landing aircraft with improved flight stability according to the present invention,

주날개를 구성하는 고정익에 다수의 모든 로터를 4각의 형태로 분산 배치함으로써, 꼬리날개에 로터를 설치하는 경우와 달리, 꼬리 날개와 후방 동체에 중량 부담이 발생하지 않도록 하는 효과와 동체축 대비 추력선의 상향 형성을 방지함과 아울러, 날개 길이 방향으로 일자형으로만 배치된 고정로터를 갖는 경우와 모든 로터를 틸트형으로 구성하는 경우 등과 대비하여, 결과적으로는 공지 발명들에서 발견되고 있는 문제인 피치 제어의 난도 향상을 방지할 수 있는 효과가 발생한다.By distributing all the rotors in a square shape on the fixed wings that make up the main wing, unlike the case where rotors are installed on the tail wing, the effect is to prevent the weight burden from occurring on the tail wing and rear fuselage and to reduce the weight burden compared to the fuselage axis. In addition to preventing the upward formation of the thrust line, in contrast to the case of having a fixed rotor arranged only in a straight direction in the direction of the wing length and the case of having all rotors configured in a tilt type, as a result, the pitch problem, which is found in known inventions, is reduced. This has the effect of preventing an increase in the difficulty of control.

또한, 다수의 로터를 구성하는 틸팅 로터와 리프트 로터 각각에 대한 맞춤형의 제어를 각 상황별로 실시하여 수직이착륙기의 자세 제어가 용이하게 될 뿐만 아니라 실속이나 외란에 의한 비상 상황에서도 신속하게 비행체의 자세를 안정화할 수 있는 효과가 발생한다.In addition, by implementing customized control for each tilting rotor and lift rotor that make up multiple rotors for each situation, not only is it easy to control the attitude of the vertical takeoff and landing aircraft, but it is also possible to quickly change the attitude of the aircraft even in emergency situations due to stall or disturbance. A stabilizing effect occurs.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 복합형 수직이착륙기의 외형을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 복합형 수직이착륙기의 외형을 나타낸 사시도.
도 3은 피칭 모멘트암(X1, X2)과 롤링 모멘트암(Y1, Y2)의 형성을 위한 틸트 로터와 리프트 로터의 배치 형태를 나타난 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기를 구성하는 반전 로터부가 교체 장착이 가능한 모듈화된 상태로 주날개에 설치된 모습을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기가 회전익 모드로 수직 이륙하는 모습을 나타낸 예시도.
도 6은 상기 복합형 수직이착륙기가 제1 천이 비행 모드로 회전익 모드에서 고정익 모드로 전환되는 과정을 나타낸 예시도.
도 7은 상기 복합형 수직이착륙기가 고정익 모드로 이동 비행하는 모습을 나타낸 예시도.
도 8은 상기 복합형 수직이착륙기가 비상시 모드로 전환하여 자세 제어하는 모습을 나타낸 예시도.
Figure 1 is a perspective view showing the external appearance of a composite vertical takeoff and landing aircraft according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view showing the external appearance of a composite vertical takeoff and landing aircraft according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is an example diagram showing the arrangement of a tilt rotor and a lift rotor for forming pitching moment arms (X1, X2) and rolling moment arms (Y1, Y2).
Figure 4 is an example showing the inverted rotor part, which constitutes a composite vertical take-off and landing aircraft with improved flight stability according to the present invention, installed on the main wing in a modular state that can be replaced.
Figure 5 is an example diagram showing a vertical takeoff and landing in a rotary wing mode of a composite vertical takeoff and landing aircraft with improved flight stability according to the present invention.
Figure 6 is an example diagram showing the process of converting the hybrid vertical takeoff and landing aircraft from rotary wing mode to fixed wing mode in the first transition flight mode.
Figure 7 is an example diagram showing the composite vertical takeoff and landing aircraft moving and flying in fixed-wing mode.
Figure 8 is an example diagram showing the posture control of the composite vertical takeoff and landing aircraft by switching to an emergency mode.

본 발명은 주날개를 구성하는 고정익과 다수의 로터를 구비하는 복합형 수직이착륙기(100)에 관한 것으로써,The present invention relates to a composite vertical takeoff and landing aircraft (100) having fixed wings constituting the main wing and a plurality of rotors,

주날개에 설치되는 일자형의 틸트식 지지대(111)와 그 틸트식 지지대(111)의 양측 말단부에 서로 다른 방향으로 틸팅 가능한 형태로 설치되는 한 쌍의 틸트 로터(112, 113)를 포함하여 구성되는 다수의 반전 틸트부(110)를 동체의 양쪽에 대칭으로 구비하고, 주날개에 설치되는 일자형의 고정식 지지대(121)와 그 고정식 지지대(121)의 양측 말단부에 고정 설치되는 한 쌍의 리프트 로터(122)를 포함하여 구성되는 다수의 고정 로터부(120)를 동체의 양쪽에 대칭으로 구비하며,It consists of a straight tilt support 111 installed on the main wing and a pair of tilt rotors 112 and 113 installed at both ends of the tilt support 111 in a form that can be tilted in different directions. A plurality of inversion tilt units 110 are symmetrically provided on both sides of the fuselage, and a straight fixed support 121 installed on the main wing and a pair of lift rotors fixed to both end portions of the fixed support 121 ( A plurality of fixed rotor units 120 including 122) are symmetrically provided on both sides of the fuselage,

반전 틸트부(110)를 구성하는 4개 이상의 틸트 로터(112, 113)와 고정 로터부(120)를 구성하는 4개 이상의 리프트 로터(122) 각각이 주날개의 길이 방향과 동체의 길이 방향으로 상호간 이격 배치되도록 하여 기체의 자세 제어에 필수적인 피칭 모멘트암과 롤링 모멘트암이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.Each of the four or more tilt rotors 112, 113 constituting the inversion tilt unit 110 and the four or more lift rotors 122 constituting the fixed rotor unit 120 are aligned in the longitudinal direction of the main wing and the longitudinal direction of the fuselage. It is characterized in that the pitching moment arm and the rolling moment arm, which are essential for controlling the attitude of the aircraft, are formed by being spaced apart from each other.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 주날개를 구성하는 한 쌍의 고정익과 꼬리날개를 구성하는 다수의 다른 고정익을 포함하는 형상으로 구성되고, 다수의 로터가 동체의 양쪽 주날개에 대칭으로 배치되는 형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.First, as shown in FIG. 1, the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 is configured in a shape including a pair of fixed wings constituting the main wing and a plurality of other fixed wings constituting the tail wing, and a plurality of rotors It is characterized by being symmetrically arranged on both main wings of the fuselage.

즉, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 주날개와 꼬리 날개를 이용하여 이동 비행하되 다수의 로터를 이용하여 수직으로 이착륙할 수 있도록 구성되는 공지의 VTOL(Vertical take-off and landing) 타입이다.That is, the composite vertical take-off and landing aircraft 100 is a known VTOL (Vertical take-off and landing) type that is configured to move and fly using the main wings and tail wings, but can take off and land vertically using a plurality of rotors.

보다 구체적으로, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 주날개에 설치되는 일자형의 틸트식 지지대(111)와 그 틸트식 지지대(111)의 양측 말단부에 서로 다른 방향으로 틸팅 가능한 형태로 설치되는 한 쌍의 틸트 로터(112, 113)를 포함하여 구성되는 다수의 반전 틸트부(110)를 동체의 양쪽에 대칭으로 구비하도록 구성된다.More specifically, the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 includes a straight tilt support 111 installed on the main wing and a pair of tiltable supports 111 installed at both ends of the tilt support 111 in a form that can be tilted in different directions. A plurality of inversion tilt units 110 including tilt rotors 112 and 113 are configured to be symmetrically provided on both sides of the fuselage.

또한, 주날개에 설치되는 일자형의 고정식 지지대(121)와 그 고정식 지지대(121)의 양측 말단부에 고정 설치되는 한 쌍의 리프트 로터(122)를 포함하여 구성되는 다수의 고정 로터부(120)를 동체의 양쪽에 대칭으로 구비하도록 구성된다.In addition, a plurality of fixed rotor units 120 including a straight fixed support 121 installed on the main wing and a pair of lift rotors 122 fixed to both end portions of the fixed support 121. It is configured to be symmetrically provided on both sides of the fuselage.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 다수의 틸트 로터(112, 113)가 2열 횡대 대형의 내측에 위치하고, 나머지 다수의 리프트 로터(122)가 2열 횡대 대형의 외측에 위치하게 되는 형태로 구성될 수 있다.That is, as shown in FIG. 1, in the composite vertical takeoff and landing aircraft 100, a plurality of tilt rotors 112 and 113 are located inside a two-row transverse formation, and the remaining plurality of lift rotors 122 are located in a two-row transverse formation. It may be configured to be located on the outside of a large structure.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 다수의 틸트 로터(112, 113)가 2열 횡대 대형의 내측에 위치하게 되는 대신 외측에 위치하게 될 수 있으며, 이 경우에 있어서는 나머지 다수의 리프트 로터(122)가 2열 횡대 대형의 내측에 위치하게 된다.In addition, as shown in FIG. 2, the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 may have a plurality of tilt rotors 112 and 113 located on the outside of the two-row transverse formation instead of being located on the inside. In this case, In this case, the remaining plurality of lift rotors 122 are located inside the two-row horizontal band.

즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 다수의 틸트 로터(112, 113)가 2열 횡대 대형의 내측에 위치하게 되고 다수의 리프트 로터(122)가 외측에 위치하게 되는 제1 형태와 반대로 다수의 틸트 로터(112, 113)가 2열 횡대 대형의 외측에 위치하게 되고 다수의 리프트 로터(122)가 내측에 위치하게 되는 제2 형태로의 구성이 가능하다That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 has a plurality of tilt rotors 112 and 113 located inside a two-row horizontal band and a plurality of lift rotors 122. Contrary to the first form, which is located on the outside, a plurality of tilt rotors (112, 113) are located on the outside of the two-row horizontal band and a number of lift rotors (122) are located on the inside. possible

다시 말해, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 반전 틸트부(110)를 구성하는 4개 이상의 틸트 로터(112, 113)와 고정 로터부(120)를 구성하는 4개 이상의 리프트 로터(122) 각각이 주날개의 길이 방향과 동체의 길이 방향으로 상호간 이격 배치되는 형태로 구성됨으로써 기체의 자세 제어에 필수적인 피칭 모멘트암과 롤링 모멘트암이 형성될 수 있도록 한다.In other words, the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 includes four or more tilt rotors 112 and 113 constituting the inversion tilt unit 110 and four or more lift rotors 122 constituting the fixed rotor unit 120. It is configured to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the main wing and the longitudinal direction of the fuselage, allowing the formation of a pitching moment arm and a rolling moment arm that are essential for controlling the aircraft's attitude.

이때, 다수의 틸트 로터와 다수의 리프트 로터는 각각 동체의 양쪽에 대칭으로 배치되되, 서로 등간격으로 배치될 필요는 없으며, 도 3에 도시된 바와 같이 동체의 길이 방향(X 방향)과 주날개의 길이 방향(Y 방향)으로 상호간의 간격을 유지하여 로터의 추력에 의한 피칭 모멘트암(X1, X2)과 롤링 모멘트암(Y1, Y2)이 형성될 수 있도록 한다.At this time, the plurality of tilt rotors and the plurality of lift rotors are arranged symmetrically on both sides of the fuselage, but do not need to be arranged at equal intervals from each other. As shown in Figure 3, the longitudinal direction (X direction) of the fuselage and the main wing By maintaining the distance between them in the longitudinal direction (Y direction), pitching moment arms (X1, X2) and rolling moment arms (Y1, Y2) can be formed by the thrust of the rotor.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 틸트 로터(112, 113)는 복합형 수직이착륙기(100)의 주날개를 기준으로 하는 전방의 한 쌍의 틸트 로터(112)가 상공을 향하게 되는 정자세로 설치되고, 후방의 한 쌍의 틸트 로터(113)는 지면을 향하게 되는 역자세로 설치되나, 그 자세에서 로터의 추력 방향은 모든 틸트 로터가 동일하게 상방으로 형성하게 된다.In addition, as shown in FIGS. 1 and 2, the plurality of tilt rotors 112 and 113 are a pair of tilt rotors 112 at the front based on the main wing of the composite vertical takeoff and landing aircraft 100. It is installed in a vertical posture facing, and the rear pair of tilt rotors 113 are installed in a reverse posture facing the ground. However, in that posture, the thrust direction of the rotors is the same for all tilt rotors upward.

그리고 상기 반전 틸트부(110)를 구성하는 한 쌍의 틸트 로터(112, 113)와 상기 고정 로터부(120)를 구성하는 한 쌍의 리프트 로터(122)는 복합형 수직이착륙기(100)의 중량에 맞는 로터 직경과 사양을 가져야 한다.And the pair of tilt rotors 112 and 113 constituting the inversion tilt unit 110 and the pair of lift rotors 122 constituting the fixed rotor unit 120 have the weight of the composite vertical takeoff and landing aircraft 100. It must have a rotor diameter and specification suitable for the rotor.

따라서, 상기 반전 틸트부(110)와 상기 고정 로터부(120)는 복합형 수직이착륙기(100)의 임무 변경 또는 유상하중을 포함한 탑재물의 변경 등에 기인한 중량 변화에 대응하는 적정 직경과 사양을 가진 로터로의 교체 장착이 가능하도록 도 4에 도시된 바와 같이 모듈화될 수 있다.Therefore, the inversion tilt unit 110 and the fixed rotor unit 120 have appropriate diameters and specifications corresponding to weight changes due to changes in the mission of the hybrid vertical takeoff and landing aircraft 100 or changes in payload including payload. It can be modularized as shown in FIG. 4 to enable replacement installation on the rotor.

이때, 상기 반전 틸트부(110)를 구성하는 틸트식 지지대(111)의 중앙측과 상기 고정 로터부(120)를 구성하는 고정식 지지대(121)의 중앙측에는 각각 주날개로의 고정 체결을 위한 체결용구가 구비될 수 있고, 주날개의 하단에도 상기 체결용구에 대응하는 구조의 체결용구가 구비될 수 있다.At this time, the central side of the tilt support 111 constituting the inversion tilt unit 110 and the central side of the fixed support 121 constituting the fixed rotor unit 120 are respectively fastened to the main wing. A tool may be provided, and a fastening tool with a structure corresponding to the fastening tool may be provided at the bottom of the main wing.

따라서, 상기 체결용구들은 볼트 체결 방식 등의 공지의 방식으로 견고하게 서로 체결될 수 있으며, 다시 간편하게 분리되어 다른 직경을 가진 로터로의 교체 장착이 가능하도록 한다.Accordingly, the fastening tools can be firmly fastened to each other using a known method such as a bolt fastening method, and can be easily separated to enable replacement and installation with a rotor having a different diameter.

이후, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 반전 틸트부(110)를 구성하는 틸트 로터(112, 113) 중 주날개를 기준으로 하는 전방 틸트 로터(112)는 리프트 로터(122)와 동일하게 상공을 향하는 자세에서 추력이 상방으로 형성되도록 회전하고, 후방 틸트 로터(113)는 지면을 향하는 자세에서 추력이 상방으로 형성되도록 회전하되, 인접한 로터가 서로 반대되는 방향으로 회전하는 회전익 모드로 수직 이착륙할 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 5, the forward tilt rotor 112 based on the main wing among the tilt rotors 112 and 113 constituting the inversion tilt unit 110 of the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 is used for lift. In the same way as the rotor 122, it rotates so that thrust is formed upward in an attitude facing the sky, and the rear tilt rotor 113 rotates so that thrust is formed upward in an attitude facing the ground, but adjacent rotors rotate in opposite directions. It can take off and land vertically in rotating rotor mode.

즉, 상기 복합형 수직이착륙기(100)의 주날개에 배치되는 로터 중 한 쌍의 전방 틸트 로터(112)와 모든 리프트 로터(122)는 추력선이 상방으로 형성되는 자세, 다시 말해 로터가 상공을 향하게 되는 정자세로 배치되는 것을 기본으로 한다.That is, among the rotors disposed on the main wing of the composite vertical takeoff and landing aircraft 100, one pair of forward tilt rotors 112 and all lift rotors 122 are in an attitude in which the thrust line is formed upward, that is, the rotors are in the sky. It is based on being placed in a facing posture.

그러나 한 쌍의 후방 틸트 로터(113)는 로터가 지면을 향하게 되는 역자세로 배치되는 것을 기본으로 하며, 전체가 동시에 회전하게 됨으로써 복합형 수직이착륙기(100)의 이륙을 위한 충분한 정도의 양력이 형성되게 할 수 있다.However, the pair of rear tilt rotors 113 are basically arranged in a reverse attitude with the rotors facing the ground, and the entire rotor rotates simultaneously to form a sufficient degree of lift for takeoff of the composite vertical takeoff and landing aircraft 100. can do.

따라서, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 지면 등으로부터 수직으로 이륙하여 일정 높이의 상공에서 호버링하는 상태가 될 수 있으며, 그 상태에서 천이 비행할 수 있도록 다수의 틸트 로터(112, 113)가 동시에 틸팅될 수 있다.Therefore, the complex vertical takeoff and landing aircraft 100 can take off vertically from the ground and hover at a certain height, and in that state, a plurality of tilt rotors 112 and 113 are simultaneously operated to enable transition. It can be tilted.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 전방 틸트 로터(112)와 후방 틸트 로터(113)가 회전하는 상태에서 전방과 후방으로 각각 동일한 속도로 틸팅되고, 리프트 로터(122)도 회전하는 제1 천이 비행 모드로 회전익 모드에서 고정익 모드로 전환될 수 있다.That is, as shown in FIG. 6, the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 tilts forward and backward at the same speed, respectively, with the front tilt rotor 112 and the rear tilt rotor 113 rotating, and the lift rotor (122) can also be switched from rotary wing mode to fixed wing mode with the first transition flight mode rotating.

이때, 상기 제1 천이 비행 모드는 복합형 수직이착륙기(100)의 비행 안정성을 유지하는 상태로 이동 비행을 위한 충분한 추력이 형성될 수 있도록 하는 것이며, 복합형 수직이착륙기(100)가 호버링하는 상태 또는 회전익 모드로 전진 비행하는 상태에서 전방으로 추진하여 실속 속도의 1.2배 이상의 속도가 될 때까지 가속이 발생할 수 있도록 한다.At this time, the first transition flight mode is to generate sufficient thrust for mobile flight while maintaining the flight stability of the hybrid vertical takeoff and landing aircraft 100, and is a state in which the hybrid vertical takeoff and landing aircraft 100 is hovering, or Propel forward while flying forward in rotary wing mode to allow acceleration to occur until the speed reaches 1.2 times or more than the stall speed.

그리고 상기 제1 천이 비행 모드에서 복합형 수직이착륙기(100)의 주날개에 배치된 모든 전방 틸트 로터(112)가 전방을 향해 틸팅되고, 모든 후방 틸트 로터(113)가 후방을 향해 틸팅된 상태에서 서로 반대 방향으로 회전하여 모든 틸트 로터(112, 113)가 전방으로 추력을 형성함에 따라 각 틸트 로터(112, 113)의 탄성축을 기준으로 하는 서로 다른 방향으로의 토션 모멘트(Torsion Moment)가 상쇄되어 그 복합형 수직이착륙기(100)의 전체의 무게가 틸트 로터를 직렬로 배치하지 않을 때보다 경량화된 것과 같은 효과가 발생하게 된다.And in the first transition flight mode, all front tilt rotors 112 disposed on the main wings of the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 are tilted forward, and all rear tilt rotors 113 are tilted rearward. As all the tilt rotors (112, 113) rotate in opposite directions to form a forward thrust, the torsion moments in different directions based on the elastic axes of each tilt rotor (112, 113) are canceled out. An effect similar to that of the overall weight of the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 being lighter than when the tilt rotors are not arranged in series occurs.

이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 리프트 로터(122)의 회전은 정지하되, 주날개를 기준으로 하는 전방 틸트 로터(112)는 전방을 향해 틸팅된 상태에서 회전하고, 후방 틸트 로터(113)는 후방을 향해 틸팅된 상태에서 반대 방향으로 회전하여 모든 틸트 로터(112, 113)가 전방으로 추력이 발생하도록 하는 고정익 모드로 이동 비행할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 7, the combined vertical takeoff and landing aircraft 100 stops rotating the lift rotor 122, but the front tilt rotor 112 based on the main wing is tilted forward. It rotates, and the rear tilt rotor 113 rotates in the opposite direction while tilted toward the rear, so that all tilt rotors 112 and 113 can move and fly in a fixed-wing mode in which thrust is generated forward.

즉, 상기 다수의 리프트 로터(122)는 복합형 수직이착륙기(100)가 고정익을 이용하여 이동 비행할 수 있도록 하는 충분한 추력이 형성될 때까지 계속 회전하는 상태를 유지하며 양력이 형성될 수 있도록 하나, 충분한 추력이 형성된 이후로는 회전을 정지하게 됨으로써 에너지 소모를 줄일 수 있다.In other words, the plurality of lift rotors 122 maintain a rotating state until sufficient thrust is generated to enable the hybrid vertical takeoff and landing aircraft 100 to move and fly using fixed wings, thereby generating lift. , energy consumption can be reduced by stopping rotation after sufficient thrust is formed.

그리고 상기 고정익 모드와 연관하여, 상기 반전 틸트부(110)는 주날개를 기준으로 하는 전방 틸트 로터(112)에 의한 후류의 속도(V)를 후방 틸트 로터(113)의 초당 회전수(n)로 나눈값 만큼, 후방 틸트 로터(113)의 피치가 전방 틸트 로터(112)의 피치보다 증가하도록 구성되어, 고정익 모드나 천이 비행 모드로 이동 비행할 때 후류의 발생을 원인으로 하여 후방 틸트 로터(113)의 추력이 저하되는 현상의 발생을 방지할 수 있다.And in relation to the fixed wing mode, the inverted tilt unit 110 divides the speed (V) of the wake by the front tilt rotor 112 based on the main wing into the number of revolutions per second (n) of the rear tilt rotor 113. The pitch of the rear tilt rotor 113 is configured to increase than the pitch of the front tilt rotor 112 by the value divided by , causing the rear tilt rotor ( 113), the occurrence of a decrease in thrust can be prevented.

즉, 상기 다수의 틸트 로터(112, 113)를 직렬로 구성한 상태에서는 전방 틸트 로터(112)에 의한 후류 형성과 후방 틸트 로터(113)의 받음각 축소를 원인으로 하여 그 후방 틸트 로터(113)가 형성하는 추력이 저하되는 현상이 발생하게 된다.That is, in a state where the plurality of tilt rotors 112 and 113 are configured in series, the rear tilt rotor 113 is caused by the wake formation by the front tilt rotor 112 and the reduction of the angle of attack of the rear tilt rotor 113. A phenomenon occurs in which the formed thrust decreases.

이때, 전방 틸트 로터(112)에 의한 후류의 발생에도 불구하고, 후방 틸트 로터(113)의 추력 저하를 방지하기 위해서는 후류에 의해 발생하는 유입각 만큼 후방 틸트 로터(113)의 피치각을 증가시키거나 분당 회전수(RPM)를 증가시키면 된다.At this time, despite the generation of wake by the front tilt rotor 112, in order to prevent a decrease in thrust of the rear tilt rotor 113, the pitch angle of the rear tilt rotor 113 must be increased by the inflow angle generated by the wake. Alternatively, you can increase the revolutions per minute (RPM).

그러나 후방 틸트 로터(113)의 분당 회전수를 증가시켜서 유입각을 해소하는 방법은 그 후방 틸터 로터(113)를 회전시키는 모터가 갖는 회전수의 한계와 과도한 에너지 소모를 초래하게 되는 문제가 있기 때문에, 피치각을 증가시키는 방법이 보다 유용하며, 이는 깃의 장착각을 변화시키는 것이기 때문에 보다 직접적인 효과를 기대할 수 있다.However, the method of resolving the inflow angle by increasing the number of revolutions per minute of the rear tilt rotor 113 has the problem of limiting the number of revolutions of the motor that rotates the rear tilt rotor 113 and causing excessive energy consumption. , the method of increasing the pitch angle is more useful, and since it changes the installation angle of the blade, a more direct effect can be expected.

상기와 같은 구성의 검증을 위해, RC Benchmark Series 1780 프로펠러 추력 시험장치를 이용하여, 전방과 후방의 틸트 로터(112, 113)를 직경 15인치, 피치 8인치로 동일하게 구성한 상태(실험 1)와, 전방 틸트 로터(112)를 직경 15인치, 피치 8인치로 구성하고 후방 틸트 로터(113)를 직경 15인치, 피치 10인치로 구성한 상태(실험 2)의 비교 실험을 실시하였으며, 그 결과는 아래와 같다.To verify the above configuration, using an RC Benchmark Series 1780 propeller thrust test device, the front and rear tilt rotors 112 and 113 were configured to have the same diameter of 15 inches and a pitch of 8 inches (Experiment 1). , A comparative experiment was conducted (Experiment 2) in which the front tilt rotor (112) was configured with a diameter of 15 inches and a pitch of 8 inches and the rear tilt rotor (113) was configured with a diameter of 15 inches and a pitch of 10 inches (Experiment 2). The results are as follows. same.

※ 실험 1, 전방 틸트 로터(직경 15인치, 피치 8인치)※ Experiment 1, front tilt rotor (diameter 15 inches, pitch 8 inches)

※ 실험 1, 후방 틸트 로터(직경 15인치, 피치 8인치)※ Experiment 1, rear tilt rotor (diameter 15 inches, pitch 8 inches)

※ 실험 2, 전방 틸트 로터(직경 15인치, 피치 8인치)※ Experiment 2, front tilt rotor (diameter 15 inches, pitch 8 inches)

※ 실험 2, 후방 틸트 로터(직경 15인치, 피치 10인치)※ Experiment 2, rear tilt rotor (diameter 15 inches, pitch 10 inches)

[그래프 1] -실험 1과 2의 후방 틸트 로터 추력 변화 그래프[Graph 1] - Rear tilt rotor thrust change graph of experiments 1 and 2

즉, 그래프 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전방 틸트 로터(112) 보다 후방 틸트 로터(113)의 피치가 클 때, 그 후방 틸트 로터(113)의 추력의 감소가 방지되고, 오히려 전방 틸트 로터(112)보다 큰 추력을 형성할 수도 있다는 것을 확인할 수 있다.That is, as can be seen in Graph 1, when the pitch of the rear tilt rotor 113 is larger than that of the front tilt rotor 112, a decrease in the thrust of the rear tilt rotor 113 is prevented, and rather the front tilt rotor ( It can be confirmed that it is possible to form a thrust larger than 112).

이때, 후방 틸트 로터(113)의 피치를 8인치인 전방 틸트 로터(112)의 피치보다 2인치 크게 하는 이유는 다음의 이론식에 기인한다. At this time, the reason why the pitch of the rear tilt rotor 113 is 2 inches larger than the pitch of the front tilt rotor 112, which is 8 inches, is due to the following theoretical equation.

즉, 전방 로터와 후방 로터가 직렬로 구성되는 비행체 로터의 추진 시스템에서 전방 로터의 후류로 인한 후방 로터의 추력 저하를 초래하는 것은 로터 깃의 회전면을 기준으로 볼 때, 후방 로터로 유입되는 전방 로터의 후류 속도와 로터 깃의 회전에 의한 선속도로 형성되는 유입각이 로터 깃의 받음각을 축소시키기 때문으로 해석할 수 있다.In other words, in the propulsion system of an aircraft rotor in which the front rotor and the rear rotor are configured in series, the decrease in thrust of the rear rotor due to the wake of the front rotor is caused by the front rotor flowing into the rear rotor when viewed based on the rotation surface of the rotor blades. This can be interpreted as the fact that the inflow angle formed by the wake speed of and the linear speed caused by the rotation of the rotor blades reduces the angle of attack of the rotor blades.

따라서, 이 유입각 만큼 후방 로터 깃의 피치각을 증가시키면 후방 로터는 전방 로터의 후류가 없을 때의 받음각을 갖게 되므로 추력 저하가 발생하는 문제를 해결할 수 있다.Therefore, if the pitch angle of the rear rotor blade is increased by this inflow angle, the rear rotor will have the angle of attack when there is no wake of the front rotor, thereby solving the problem of reduced thrust.

또한, 후방로터의 중심으로부터 거리 r 지점에서, 유입각 ø는 다음 식으로 나타낼 수 있다.Additionally, at a distance r from the center of the rear rotor, the inflow angle ø can be expressed by the following equation.

(V : 전방 로터에 의한 후류속도, V1 : 로터 깃의 회전에 의한 선속도, n : 로터의 초당 회전수)(V: Wake velocity due to the front rotor, V 1: Linear velocity due to rotation of the rotor blades, n: Rotation per second of the rotor)

이때, 상기 유입각 ø는 후방 로터에서 증가시킬 피치 각도와 같으며, 이를 피치 거리로 전환하여 후방 로터에서 증가시켜야 할 이론적 피치거리 ΔXp는 다음과 같이 유도될 수 있다.At this time, the inflow angle ø is equal to the pitch angle to be increased in the rear rotor, and by converting this to a pitch distance, the theoretical pitch distance ΔXp to be increased in the rear rotor can be derived as follows.

한편, 로터 제품에서는 로터의 깃각과 깃폭, 그리고 깃에 주어지는 후류속도는 깃 허브에서 깃 끝단까지 변화하며, 로터 제작사의 제품번호로 특정되는 피치는 보통 깃의 허브로부터 75% 지점에서의 깃각을 기준으로 호칭되기 때문에, 상기 이론적으로 도출된 이론적 피치 증가량, ΔXp 를 직접 적용하는 것 보다, 다음 분포특성값, DF(Distribution Factor)를 이용하여, 다음과 식과 같이 실제 제품 호칭 피치의 증가량인 ΔP를 예측하는 것이 유용하다.Meanwhile, in rotor products, the blade angle and width of the rotor, and the wake speed given to the blade change from the blade hub to the tip of the blade, and the pitch specified by the rotor manufacturer's product number is usually based on the blade angle at 75% from the blade hub. Since it is called , rather than directly applying the theoretically derived theoretical pitch increase amount, Δ It is useful to do

또한, 분포특성값, DF는 로터 제조사와 전후방 로터의 종류에 따라 특정의 값을 가지며, 상기 (실험2)에 구성된 APC사 15x8과 15x10 틸트 로터의 경우, 후방 틸트 로터(113)의 DF는 다음 표 5(실험 2, 후방 틸트 로터의 DF 분석)와 같이, 후방 틸트 로터(113)의 RPM과 후류속도에 따라, 0.33 에서 0.40의 상호 유사한 값으로 분포되고, 평균 0.37의 값을 갖는다. 따라서, 실험 2의 경우, 후방 틸트 로터(113)의 DF는 0.37로 정할 수 있다. In addition, the distribution characteristic value, DF, has a specific value depending on the rotor manufacturer and the type of front and rear rotors. In the case of the APC 15x8 and 15x10 tilt rotors configured in (Experiment 2) above, the DF of the rear tilt rotor 113 is as follows As shown in Table 5 (Experiment 2, DF analysis of the rear tilt rotor), depending on the RPM and wake speed of the rear tilt rotor 113, they are distributed with similar values of 0.33 to 0.40, with an average value of 0.37. Therefore, in the case of Experiment 2, the DF of the rear tilt rotor 113 can be set to 0.37.

전방로터(15x8)Front rotor (15x8) 후류속도Wake speed 후방로터(15x10)Rear rotor (15x10) APC
피치증가
APC
Pitch increase
이론적
피치증가
theoretical
Pitch increase
DFDF
RPMRPM Thrust(Kgf)Thrust(Kgf) V(m/s)V(m/s) RPMRPM Thrust(Kgf)Thrust(Kgf) ΔP (inch)ΔP (inch) V/n (inch)V/n (inch) 15321532 0.130.13 3.93.9 15271527 0.110.11 22 6.036.03 0.330.33 20052005 0.220.22 5.05.0 20202020 0.20.2 22 5.855.85 0.340.34 25012501 0.340.34 6.16.1 25182518 0.330.33 22 5.725.72 0.350.35 30173017 0.500.50 7.37.3 30173017 0.480.48 22 5.725.72 0.350.35 34983498 0.670.67 8.08.0 34893489 0.660.66 22 5.425.42 0.370.37 40064006 0.880.88 9.19.1 40074007 0.870.87 22 5.365.36 0.370.37 45024502 1.121.12 9.79.7 45164516 1.131.13 22 5.075.07 0.390.39 49924992 1.371.37 11.511.5 50285028 1.431.43 22 5.405.40 0.370.37 54985498 1.681.68 12.312.3 52405240 1.721.72 22 5.545.54 0.360.36 60016001 1.991.99 13.213.2 60136013 2.092.09 22 5.195.19 0.390.39 65036503 2.372.37 13.813.8 65166516 2.52.5 22 5.005.00 0.400.40 70177017 2.712.71 15.915.9 69926992 2.932.93 22 5.375.37 0.370.37 74907490 3.103.10 15.915.9 75007500 3.383.38 22 5.015.01 0.400.40

※ 실험 2, 후방 틸트 로터의 DF 분석※ Experiment 2, DF analysis of rear tilt rotor

한편, 로터가 회전하는 디스크에서의 공기 흐름의 속도인 유도속도는 디스크면의 전체에서 수직으로 일정한 속도로 발생하고, 회전하지 않는 이상적인 흐름을 가정할 경우, 모멘텀 이론에 의해 다음 v1와 같이 결정되고, 로터로부터 충분히 이격된 영역인 far field에서의 후류 속도인 v2는 다음과 같다.On the other hand, the induced speed, which is the speed of the air flow in the disk where the rotor rotates, occurs at a constant speed vertically throughout the disk surface, and assuming an ideal flow that does not rotate, it is determined by momentum theory as follows v 1 And v 2 , the wake velocity in the far field, an area sufficiently spaced from the rotor, is as follows.

여기서, T는 로터가 발생시키는 추력, A는 로터의 디스크 면적, ρ는 공기밀도이다.Here, T is the thrust generated by the rotor, A is the disk area of the rotor, and ρ is the air density.

이때, 로터에 의한 회전흐름 등이 동반되는 실제 흐름에서의 후류 속도는 0.6 내지 0.8 사이의 값을 가지는 교정계수 CF(Correction Factor)를 도입하여 다음과 같이 정할 수 있다.At this time, the wake speed in the actual flow accompanied by the rotational flow by the rotor, etc. can be determined as follows by introducing a correction factor CF (Correction Factor) with a value between 0.6 and 0.8.

이때, 로터의 후류 속도는 로터의 추력인 T에 따라 달라지게 되나, 설계점을 순항 비행 조건 또는 천이 가속 비행시의 최대 추력조건 등으로 대별하여 후류 속도를 정할 수 있다.At this time, the wake speed of the rotor varies depending on the rotor's thrust, T, but the wake speed can be determined by broadly dividing the design point into cruising flight conditions or maximum thrust conditions during transition acceleration flight.

여기서, 설계점을 순항 비행인 등속 수평 비행 조건으로 할 경우, 복합형 수직이착륙기(100)의 추력인 T는 항력인 D에 대응한 요구추력인 TR과 같고, 복합형 수직이착륙기(100)의 속도를 V로 할 때, 유해 항력과 유도항력 관계식으로부터 다음과 같이 결정할 수 있다.Here, when the design point is set to the constant speed horizontal flight condition of cruising flight, the thrust T of the hybrid vertical takeoff and landing aircraft (100) is equal to the required thrust T R corresponding to the drag force D, and the hybrid vertical takeoff and landing aircraft (100) When the speed is V, it can be determined from the harmful drag and induced drag equations as follows.

이때, 고려 대상인 전방 틸트 로터(112)의 추력인 Tf는 복합형 수직이착륙기(100)의 요구 추력에 대한 전방 틸트로터의 추력 분담율인 SR(Share Ratio)을 도입하면, Tf = SR*TR이며, 지지대에 의해 직렬로 연결된 상태인 후방 틸트 로터(113)의 이론적 피치 증가량인 ΔXp 는 다음과 같이 결정될 수 있다.At this time, T f , which is the thrust of the front tilt rotor 112 under consideration, is calculated by introducing SR (Share Ratio), which is the thrust sharing ratio of the front tilt rotor with respect to the required thrust of the combined vertical takeoff and landing aircraft 100, T f = SR*T R , and ΔXp, the theoretical pitch increase amount of the rear tilt rotor 113 connected in series by a support, can be determined as follows.

(v2 : 전방 틸트 로터(112)의 후류 속도, n : 후방 틸트 로터(113)의 초당 회전수, CF : 교정계수, Tf : 전방 로터의 추력, SR : 전방 로터의 추력 분담율, Α : 전방 로터의 디스크 면적, ρ : 공기밀도, CDp: 복합형 수직이착륙기(100)의 유해항력, S : 고정익의 면적, V : 복합형 수직이착륙기(100)의 속도, W : 복합형 수직이착륙기(100)의 중량, e: 날개 효율계수, AR : 고정익의 종횡비)(v 2 : wake speed of the front tilt rotor 112, n: revolutions per second of the rear tilt rotor 113, CF: correction coefficient, T f : thrust of the front rotor, SR: thrust sharing ratio of the front rotor, Α: Disk area of the front rotor, ρ: Air density, C Dp : Harmful drag of the hybrid vertical takeoff and landing aircraft (100), S: Area of the fixed wing, V: Speed of the hybrid vertical takeoff and landing aircraft (100), W: Complex vertical takeoff and landing aircraft ( 100) weight, e: wing efficiency coefficient, AR: aspect ratio of fixed wing)

또한, 설계점을 천이 가속 비행 조건으로 할 경우에는 전방 틸트 로터(112)에 의한 가속 추력을 acc Tf(최대 추력의 70% 정도)로 할 때, 후방 틸트 로터(113)의 이론적 피치 증가량인 ΔXp 는 다음과 같이 결정될 수 있다.In addition, when the design point is set to a transition acceleration flight condition, when the acceleration thrust by the front tilt rotor 112 is set to acc T f (about 70% of the maximum thrust), the theoretical pitch increase amount of the rear tilt rotor 113 is ΔXp can be determined as follows.

(v2 : 전방 틸트 로터(112)의 후류 속도, n : 후방 틸트 로터(113)의 초당 회전수, CF : 교정계수, accTf : 전방 틸트 로터(112)의 가속 추력, A : 전방 틸트 로터(112)의 디스크 면적, ρ : 공기밀도)(v 2 : wake speed of the front tilt rotor 112, n: revolutions per second of the rear tilt rotor 113, CF: correction coefficient, accT f : acceleration thrust of the front tilt rotor 112, A: front tilt rotor (112) disk area, ρ: air density)

결론적으로, 상기에서 유도된 식에 근거하여, 후방 틸트 로터(113)의 피치를 전방 틸트 로터(112)의 피치보다 이론적 피치를 기준으로 할 때 ΔXp 인치 증가시키고, 제품 호칭 피치를 기준으로 할 때 ΔP 인치 증가시킴으로써, 후방 틸트 로터(113)의 추력이 저하되는 현상의 발생을 방지할 수 있다.In conclusion, based on the equation derived above, the pitch of the rear tilt rotor 113 is increased by ΔXp inches when based on the theoretical pitch compared to the pitch of the front tilt rotor 112, and when based on the product nominal pitch By increasing ΔP inches, it is possible to prevent the occurrence of a phenomenon in which the thrust of the rear tilt rotor 113 decreases.

또한, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 전방 틸트 로터(112)와 후방 틸트 로터(113)가 회전하는 상태에서 상방과 하방으로 각각 동일한 속도로 틸팅되고, 리프트 로터(122)도 회전하는 제2 천이 비행 모드로 비행 안정성을 유지하며 고정익 모드에서 회전익 모드로 전환될 수 있다.In addition, the composite vertical take-off and landing aircraft 100 tilts upward and downward at the same speed with the front tilt rotor 112 and the rear tilt rotor 113 rotating, and the lift rotor 122 also rotates. The transition flight mode maintains flight stability and can be switched from fixed-wing mode to rotary-wing mode.

즉, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 고정익 모드에서 비행중 회전익 모드로 전환하여 정지 비행 등의 회전익 비행을 필요로 하는 임무를 수행하거나 수직 하방으로 착륙할 수 있다.That is, the hybrid vertical takeoff and landing aircraft 100 can switch from fixed wing mode to rotary wing mode during flight to perform missions requiring rotary wing flight such as stationary flight or land vertically downward.

그리고 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 회전익 모드로 착륙이 완료된 후에는 모든 후방 틸트 로터(113)가 상방으로 틸트되도록 구성됨으로써 지면을 향하는 상태인 후방 틸트 로터(113)에 의한 사고의 발생이 방지되도록 할 수 있다.In addition, the composite vertical take-off and landing aircraft 100 is configured so that all rear tilt rotors 113 are tilted upward after landing in rotary wing mode is completed, thereby preventing accidents caused by the rear tilt rotor 113 facing the ground. It can be done as much as possible.

한편, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 고정익 모드로 이동 비행하는 상태에서 돌풍 등의 외란이 작용하여 기준값 이상의 동체 기울기가 감지될 때나 양력의 저하에 따른 비행 고도의 저하가 기준값 이상으로 감지되는 비상 상황에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 리프트 로터(122)의 회전이 추가로 발생하는 비상시 모드로 전환하여 신속하게 기체의 자세를 제어하도록 구성될 수 있다.On the other hand, the composite vertical take-off and landing aircraft 100 is operated in fixed-wing mode when a disturbance such as a gust of wind is applied and a fuselage inclination above the standard value is detected or a decrease in flight altitude due to a decrease in lift is detected above the standard value. In a situation, as shown in FIG. 8, it can be configured to quickly control the attitude of the aircraft by switching to an emergency mode in which additional rotation of the lift rotor 122 occurs.

즉, 상기한 바와 같이, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 고정익의 전방에 배치된 한 쌍의 전방 틸트 로터(112)가 전방을 향해 틸팅된 상태, 후방에 배치된 다른 한 쌍의 후방 틸트 로터(113)가 후방을 향해 틸팅된 상태 그리고 모든 리프트 로터(122)의 회전은 정지한 상태인 고정익 모드로 이동 비행하게 되는데, 이동 비행하는 상태에서 실속이 발생하거나 돌풍 등의 외란이 작용할 때에는 기준값 이상의 동체 기울기가 발생하게 될 수 있다.That is, as described above, the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 has a pair of front tilt rotors 112 disposed in front of the fixed wing tilted toward the front, and another pair of rear tilt rotors disposed at the rear. (113) is tilted toward the rear and the rotation of all lift rotors (122) is stopped. It moves and flies in fixed-wing mode. When a stall occurs or a disturbance such as a gust of wind acts during mobile flight, the flight exceeds the standard value. Fuselage tilt may occur.

그 불안정한 상태가 지속되게 되면 복합형 수직이착륙기(100)에 탑승한 상태인 승객들의 불안이 가중될 수 있고, 추락 사고의 발생 가능성이 높아지기 때문에 본 발명은 기준값 이상의 동체 기울기가 발생하는 즉시 동체의 자세 제어를 위한 리프트 로터(122)의 회전이 발생하도록 함으로써 기체의 상태가 안정한 상태로 복구될 수 있도록 하고 있다.If the unstable state continues, the anxiety of passengers on board the composite vertical take-off and landing aircraft 100 may increase, and the possibility of a crash accident increases. Therefore, the present invention By allowing rotation of the lift rotor 122 for control, the state of the aircraft can be restored to a stable state.

즉, 기준값 이상의 동체 기울기가 감지되는 상황에서 전체의 리프트 로터(122)가 동시에 회전하게 되면, 복합형 수직이착륙기(100)에 대한 양력이 보충되고 피칭 및 롤링 회전 모멘트암을 갖도록 배치된 리프트 로터(122)의 특성으로 인하여 전후좌우 균형 즉, 피칭, 롤링, 요잉의 3축 자세 제어가 즉각적으로 발생하게 됨으로써 안정한 상태로의 자세 복원이 가능해진다.That is, when the entire lift rotor 122 rotates simultaneously in a situation where the fuselage inclination above the reference value is detected, the lift force for the composite vertical takeoff and landing aircraft 100 is supplemented and the lift rotor arranged to have pitching and rolling rotation moment arms ( Due to the characteristics of 122), 3-axis posture control of front, rear, left and right balance, that is, pitching, rolling, and yawing, occurs immediately, making it possible to restore the posture to a stable state.

이로써, 피칭 모멘트암을 갖지 못하는 주날개의 길이 방향으로만 일자형으로 배치된 리트프 로터를 갖는 복합형 수직이착륙기나 고정익 모드로 비행시 모든 로터가 전방으로 틸팅되어 회전익 모드로 전환하는데 시간 지연이 발생하는 수직이착륙기가 갖는 불안정성 요인을 해소하게 될 수 있다.As a result, when flying in fixed-wing mode or a complex vertical takeoff and landing aircraft with lift rotors arranged in a straight line only in the longitudinal direction of the main wing without a pitching moment arm, all rotors are tilted forward, causing a time delay in switching to rotary wing mode. The instability factor of vertical takeoff and landing aircraft can be resolved.

결과적으로, 상기 복합형 수직이착륙기(100)는 멀티콥터형 드론과 동일하게 수직으로의 이착륙이 가능하고, 멀티콥터형 드론보다 비행 효율이 향상된 고정익 모드로의 이동 비행이 가능하여 도심 항공 모빌리티에 적합할 뿐만 아니라, 기존에 공지된 복합 형태의 수직이착륙기들이 가진 비행 안정성의 문제와 구조적 부담까지 모두 해결이 가능한 효과가 발생하게 된다.As a result, the complex vertical take-off and landing aircraft 100 is capable of vertical takeoff and landing in the same way as a multicopter-type drone, and is capable of moving in a fixed-wing mode with improved flight efficiency than a multicopter-type drone, making it suitable for urban air mobility. In addition, it has the effect of solving both the flight stability problems and the structural burden of previously known complex vertical takeoff and landing aircraft.

따라서, 본 발명에서 제안하고 있는 복합형 수직이착륙기(100)를 통해 도심 항공 모빌리티의 성공적인 상용화 시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대할 수 있다.Therefore, it can be expected that the successful commercialization of urban air mobility can be accelerated through the hybrid vertical takeoff and landing aircraft 100 proposed in the present invention.

위에서 소개된 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해, 예로써 제공되는 것이며, 본 발명은 위에서 설명된 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화 될 수도 있다.The embodiments introduced above are provided as examples so that the technical idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art to which the present invention pertains, and the present invention is limited to the embodiments described above. It is not limited and may be embodied in other forms.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장 또는 축소되어 표현될 수 있다. In order to clearly explain the present invention, parts not related to the description are omitted from the drawings, and in the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated or reduced for convenience.

또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Additionally, like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

100 : 복합형 수직이착륙기
110 : 반전 틸트부
→ 111 : 틸트식 지지대
→ 112 : 전방 틸트 로터
→ 113 : 후방 틸트 로터
120 : 고정 로터부
→ 121 : 고정식 지지대
→ 122 : 리프트 로터
100: Complex vertical takeoff and landing aircraft
110: reverse tilt unit
→ 111: Tilt support
→ 112: Front tilt rotor
→ 113: Rear tilt rotor
120: fixed rotor part
→ 121: Fixed support
→ 122: Lift rotor

Claims (7)

주날개를 구성하는 고정익과 다수의 로터를 구비하여 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기(100)에 있어서,
주날개에 설치되는 일자형의 틸트식 지지대(111)와 그 틸트식 지지대(111)의 양측 말단부에 서로 다른 방향으로 틸팅 가능한 형태로 설치되는 한 쌍의 틸트 로터(112, 113)를 포함하여 구성되는 다수의 반전 틸트부(110)를 동체의 양쪽에 대칭으로 구비하고,
주날개에 설치되는 일자형의 고정식 지지대(121)와 그 고정식 지지대(121)의 양측 말단부에 고정 설치되는 한 쌍의 리프트 로터(122)를 포함하여 구성되는 다수의 고정 로터부(120)를 동체의 양쪽에 대칭으로 구비하며,
반전 틸트부(110)를 구성하는 4개 이상의 틸트 로터(112, 113)와 고정 로터부(120)를 구성하는 4개 이상의 리프트 로터(122) 각각이 주날개의 길이 방향과 동체의 길이 방향으로 상호간 이격 배치되도록 하여 기체의 자세 제어에 필수적인 피칭 모멘트암과 롤링 모멘트암이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하고,
상기 반전 틸트부(110)는,
후방 틸트 로터(113)의 피치가 전방 틸트 로터(112)의 피치보다 증가하도록 구성되어, 고정익 모드나 천이 비행 모드로 이동 비행할 때 후류의 발생을 원인으로 하여 후방 틸트 로터(113)의 추력이 저하되는 현상의 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기.
In the complex vertical takeoff and landing aircraft (100), which has improved flight stability by having fixed wings constituting the main wings and a plurality of rotors,
It consists of a straight tilt support 111 installed on the main wing and a pair of tilt rotors 112 and 113 installed at both ends of the tilt support 111 in a form that can be tilted in different directions. A plurality of inversion tilt units 110 are symmetrically provided on both sides of the fuselage,
A plurality of fixed rotor units 120 consisting of a straight fixed support 121 installed on the main wing and a pair of lift rotors 122 fixed to both end portions of the fixed support 121 are installed on the fuselage. Equipped symmetrically on both sides,
Each of the four or more tilt rotors 112, 113 constituting the inversion tilt unit 110 and the four or more lift rotors 122 constituting the fixed rotor unit 120 are installed in the longitudinal direction of the main wing and the longitudinal direction of the fuselage. It is characterized in that the pitching moment arm and the rolling moment arm, which are essential for controlling the attitude of the aircraft, are formed by being spaced apart from each other,
The inversion tilt unit 110,
The pitch of the rear tilt rotor 113 is configured to increase than the pitch of the front tilt rotor 112, so that the thrust of the rear tilt rotor 113 is increased due to the generation of wake when moving and flying in fixed-wing mode or transition flight mode. A composite vertical takeoff and landing aircraft with improved flight stability, characterized by preventing the occurrence of deterioration phenomenon.
제1항에 있어서,
상기 반전 틸트부(110)와 상기 고정 로터부(120)는,
상기 복합형 수직이착륙기(100)의 중량 변화에 대응하는 직경을 가진 로터로의 교체 장착이 가능하도록 모듈화되는 것을 특징으로 하는 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기.
According to paragraph 1,
The inversion tilt unit 110 and the fixed rotor unit 120,
A hybrid vertical takeoff and landing aircraft with improved flight stability, characterized in that it is modularized to enable replacement and installation of rotors with a diameter corresponding to changes in the weight of the hybrid vertical takeoff and landing aircraft (100).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복합형 수직이착륙기(100)는,
반전 틸트부(110)를 구성하는 틸트 로터(112, 113) 중 주날개를 기준으로 하는 전방 틸트 로터(112)는 리프트 로터(122)와 동일하게 상공을 향하는 자세에서 추력이 상방으로 형성되도록 회전하고, 후방 틸트 로터(113)는 지면을 향하는 자세에서 추력이 상방으로 형성되도록 회전하되, 인접한 로터가 서로 반대되는 방향으로 회전하는 회전익 모드로 수직 이착륙하도록 구성되고,
리프트 로터(122)의 회전은 정지하되, 전방 틸트 로터(112)는 전방을 향해 틸팅된 상태에서 회전하고, 후방 틸트 로터(113)는 후방을 향해 틸팅된 상태에서 반대 방향으로 회전하여 모든 틸트 로터(112, 113)가 전방으로 추력이 발생하도록 하는 고정익 모드로 이동 비행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기.
According to paragraph 1,
The composite vertical takeoff and landing aircraft (100),
Among the tilt rotors 112 and 113 constituting the inversion tilt unit 110, the front tilt rotor 112 based on the main wing rotates in the same upward direction as the lift rotor 122 so that thrust is formed upward. The rear tilt rotor 113 rotates so that thrust is generated upward in an attitude toward the ground, but is configured to vertically take off and land in a rotor mode in which adjacent rotors rotate in opposite directions,
The rotation of the lift rotor 122 is stopped, but the front tilt rotor 112 rotates while tilted toward the front, and the rear tilt rotor 113 rotates in the opposite direction while tilted toward the rear, so that all tilt rotors (112, 113) A composite vertical takeoff and landing aircraft with improved flight stability, characterized in that it is configured to move and fly in a fixed-wing mode that generates forward thrust.
제4항에 있어서,
상기 복합형 수직이착륙기(100)는,
전방 틸트 로터(112)와 후방 틸트 로터(113)가 회전하는 상태에서 전방과 후방으로 각각 동일한 속도로 틸팅되고, 리프트 로터(122)도 회전하는 제1 천이 비행 모드로 회전익 모드에서 고정익 모드로 전환하고,
전방 틸트 로터(112)와 후방 틸트 로터(113)가 회전하는 상태에서 상방과 하방으로 각각 동일한 속도로 틸팅되고, 리프트 로터(122)도 회전하는 제2 천이 비행 모드로 고정익 모드에서 회전익 모드로 전환하여,
비행 안정성이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기.
According to paragraph 4,
The composite vertical takeoff and landing aircraft (100),
With the front tilt rotor 112 and the rear tilt rotor 113 rotating, the first transition flight mode tilts forward and backward at the same speed, and the lift rotor 122 also rotates, switching from rotary wing mode to fixed wing mode. do,
A second transition flight mode in which the front tilt rotor 112 and the rear tilt rotor 113 are rotated, tilting upward and downward at the same speed, and the lift rotor 122 is also rotating, switching from fixed wing mode to rotary wing mode. So,
A composite vertical takeoff and landing aircraft with improved flight stability, characterized in that flight stability is maintained.
제4항에 있어서,
상기 복합형 수직이착륙기(100)는,
고정익 모드로 이동 비행하는 상태에서 외란이 작용하여 기준값 이상의 동체 기울기가 감지될 때나 양력의 저하에 따른 비행 고도의 저하가 기준값 이상으로 감지될 때, 리프트 로터(122)의 회전이 추가로 발생하는 비상시 모드로 전환하여 자세 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기.
According to paragraph 4,
The composite vertical takeoff and landing aircraft (100),
In case of an emergency in which additional rotation of the lift rotor 122 occurs when a fuselage tilt greater than the standard value is detected due to a disturbance while flying in fixed-wing mode, or when a decrease in flight altitude due to a decrease in lift is detected greater than the standard value, A composite vertical takeoff and landing aircraft with improved flight stability, characterized in that it is configured to control attitude by switching modes.
제4항에 있어서,
상기 복합형 수직이착륙기(100)는,
회전익 모드로 착륙이 완료된 후 사고 방지를 위한 목적으로 모든 후방 틸트 로터(113)가 상방으로 틸트되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비행 안정성이 향상되는 복합형 수직이착륙기.
According to paragraph 4,
The composite vertical takeoff and landing aircraft (100),
A composite vertical takeoff and landing aircraft with improved flight stability, characterized in that all rear tilt rotors (113) are configured to tilt upward for the purpose of preventing accidents after landing in rotary wing mode is completed.
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