KR102683337B1 - 자율 비행 앰뷸런스 - Google Patents
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Abstract
고정익 및 회전익 항공기의 강점들 및 복잡성들을 활용하는 자동화된 비행 운송 비히클이 개시된다. 공중 운송 비히클은 양력을 생성하도록 공기역학적으로 설계된 본체, 및 복수의 회전자들을 포함하며, 이 복수의 회전자들은 양력뿐만 아니라, 공중 운송 비히클의 고정익 부분이 지속적인 비행을 허용하는 부가적인 양력을 생성하기 시작하는 전방 추력을 생성할 수 있다.
Description
[0001] 본 출원은 일반적으로 자율 비행 비히클(autonomous flying vehicle)들에 관한 것이다. 구체적으로, 본 출원은 도시 환경들을 포함하는 다양한 환경들에서 사람 또는 다른 페이로드(payload)들을 운송할 수 있는 자율 비행 비히클들에 관한 것이다.
[0002] 소형 개인 공중 운송 비히클 시스템들은 오늘날의 사회에서 점점 더 큰 역할을 하고 있다. 설계에서의 신속한 개선들뿐만 아니라 크기 및 비용의 감소들과 함께, 소형 항공 비히클들은 일상 생활의 더 많은 영역들에서 사용되고 있다. 일부 용도들은 작은 패키지들을 운송하는 것, 그리고 군사 작전들에서의 병참 및 전술 지원을 제공하는 것을 포함한다. 일부 상황들에서, 공중 운송 비히클들은 인간 제어 엘리먼트를 제거하기 위해 시스템들에 자율성을 추가하고 있다. 그러나, 다양한 환경들에서 전개될 수 있는 공중 운송의 신속하고 비용 효과적인 전개를 위한 개선된 시스템들 및 방법들이 필요하다.
[0003] 본 발명의 다수의 실시예들에 따른 시스템들 및 방법들은 의료 공중 운송의 분야를 포함하는 다양한 상황들에서 활용될 수 있는 개선된 운송 시스템에 관한 것이다.
[0004] 다수의 실시예들에서, 그러한 시스템들의 신뢰성 및 기능을 개선하는 자동화된 공중 운송 시스템들 및 제어 방법들이 제공된다.
[0005] 다수의 실시예들은 최상부 부분, 최하부 부분, 제1 측 부분 및 제2 측 부분, 및 전방 부분 및 후방 부분을 갖는 외부 표면을 갖는 세장형 본체를 포함하며, 외부 표면은 내부 캐비티를 추가로 정의한다. 본체는 또한 제1 및 제2 측 부분들을 통해 배치되고 본체의 상위 부분 근처에서 본체 내에 포지셔닝된 슬롯형 개구를 갖는다. 슬롯형 개구는 슬롯형 개구 내에 배치되고 비행 동안 양력(lift)을 생성하도록 구성된 에어포일(airfoil)을 수용하도록 구성될 수 있다. 부가적으로, 다수의 실시예들은 회전자 하우징을 각각 갖는 복수의 측면 회전자들을 포함한다. 회전자들 각각은 본체의 대부분이 복수의 회전자들 위에 배치되도록, 본체의 최하부 부분 근처에서 제1 및 제2 측 부분들 각각을 따라 배치된다. 각각의 회전자는 근위 단부 및 원위 단부를 갖는 세장형 측면 샤프트에 연결되고, 근위 단부는 본체에 연결되고 원위 단부는 회전자 하우징에 연결된다. 각각의 회전자는 또한 내부 캐비티 내에 배치된 전력 시스템에 연결될 수 있다. 다수의 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클은 또한 본체의 후방 부분으로부터 미리 결정된 거리에 배치되고 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 세장형 지지 샤프트에 연결된 회전자 하우징을 갖는 제1 후부 회전자를 갖고, 제1 단부는 본체에 연결되고 제2 단부는 회전자 하우징에 연결된다. 후부 회전자는 또한 전력 시스템에 연결된다. 다수의 실시예들에 따른 공중 운송 비히클은 또한, 내부 캐비티 내에 배치되고 복수의 측면 회전자들 및 제1 후부 회전자와 전자 통신하고, 회전자들 각각의 회전 모멘트(rotational moment)를 조정하고 그리하여 운송수단(transport)이 수직 모션 및 수평 모션을 더 포함하도록 대응하는 추력(thrust)을 생성하게 구성된 제어기 시스템을 포함한다. 수직 모션은 적어도 복수의 측면 회전자들에 의해 생성된 수직 추력에 의해 제어될 수 있다. 수평 모션은 제1 후부 회전자 및 복수의 측면 회전자들의 조정된 회전으로 구성된 그룹으로부터 생성된 추력에 의해 제어될 수 있고, 에어포일은 수평 모션 동안 양력을 추가로 생성한다.
[0006] 다른 실시예들에서, 에어포일은 또한 슬롯형 개구 내에 대향하여 배치된 제1 에어포일 및 제2 에어포일로 구성될 수 있고, 제1 에어포일 및 제2 에어포일 각각은 운송수단의 본체에 회전 가능하게 연결되고, 제어기 시스템으로부터 제어 입력들을 수신하고 제어 입력들을 제1 에어포일 및 제2 에어포일 각각의 조정된 회전 움직임으로 변환하여서 에어포일들이 전개된 구성 및 보관된 구성으로 배치될 수 있게 하도록 구성된 기계적 드라이브 시스템에 추가로 연결된다. 전개된 구성의 에어포일들은 에어포일의 단면이 수평 모션 동안 양력을 생성하도록 자세를 취하게(poise) 포지셔닝된다. 보관된 구성의 에어포일들은 에어포일의 단면에 의해 어떠한 양력도 생성되지 않도록 포지셔닝된다.
[0007] 또 다른 실시예들에서, 복수의 측면 회전자들 각각은 본체의 종축(longitudinal axis)에 수직으로 이어지는 고정된 축을 중심으로 회전 가능하고, 이의 회전은 회전자들의 추력 벡터링(thrust vectoring)을 생성할 수 있다.
[0008] 또 다른 실시예들에서, 제1 후부 회전자는 지지 샤프트에 수직인 축을 중심으로 회전 가능하여서, 제1 후부 회전자가 제1 후부 회전자의 원하는 포지션에 따라 추력 벡터링을 생성할 수 있고, 이의 회전은 제어 시스템과 통신하는 회전 모터에 의해 제어되고, 제1 후부 회전자의 포지션은 제어 시스템에 의해 제어된다.
[0009] 또 다른 실시예들에서, 회전 모터는 본체 내에 배치되고 세장형 지지 샤프트의 제2 단부에 로케이팅된 피봇 지점에서 제1 후부 회전자에 연결된다.
[0010] 다른 실시예들에서, 회전 모터는 제2 단부에 배치되고 회전자 하우징 내에 인클로징(enclose)된다.
[0011] 또 다른 실시예들에서, 내부 캐비티는 인간을 수용하도록 구성된다.
[0012] 또 다른 실시예들에서, 공중 운송 비히클은 또한 액세스 도어를 포함하며, 액세스 도어는 운송수단의 전방 부분 상에 배치되고 힌지들 및 슬라이딩 메커니즘들로 구성된 그룹으로부터 선택된 수단에 의해 운송수단의 본체에 연결된다.
[0013] 또 다른 실시예들에서, 공중 운송 비히클은 또한 액세스 패널들을 포함하며, 액세스 패널들은 운송수단의 내부 컴포넌트들에 대한 액세스를 허용하도록 동작한다.
[0014] 다른 실시예들에서, 액세스 패널들은 최하부 부분 및 각각의 측 부분들로 구성된 그룹으로부터 선택된, 본체 상의 포지션에 배치된다.
[0015] 또 다른 실시예들에서, 공중 운송 비히클은 복수의 측면 회전자들 각각 및 제1 후부 회전자 상에 배치된 덕트 슈라우드(ducted shroud)를 포함하며, 덕트 슈라우드는 가변 단면을 가져서, 회전자 팁들에서의 추력의 손실이 최소화되고 회전자들의 공기 흐름의 속도가 최대화된다.
[0016] 또 다른 실시예들에서, 공중 운송 비히클은 본체의 종축의 대향하는 측 상에서 제1 후부 회전자와 평행하게 배치되는 적어도 제2 후부 회전자를 포함한다.
[0017] 또 다른 실시예들에서, 슈라우드는 양력을 생성하도록 구성된 고정된 단일 날개로 형성된다.
[0018] 다른 실시예들에서, 제1 후부 회전자 및 제2 후부 회전자 각각은 지지 샤프트에 수직인 축을 중심으로 회전 가능하여서, 제1 후부 회전자 및 적어도 제2 후부 회전자는 후부 회전자들의 원하는 포지션에 따라 추력 벡터링을 생성할 수 있고, 제1 후부 회전자 및 적어도 제2 후부 회전자의 회전은 제어 시스템과 통신하는 회전 모터에 의해 제어되고, 후부 회전자들의 포지션은 제어 시스템에 의해 제어된다.
[0019] 다수의 실시예들은 다회전자 고정익 운송 비히클을 포함하는 공중 운송 비히클을 제어하기 위한 방법을 포함한다. 다수의 실시예들은 본원에서 설명된 다양한 실시예들에 따라 다회전자 고정익 운송수단을 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 다회전자 고정익 운송수단을 위한 원하는 포지션 입력은 비행 이전 및/또는 비행 동안 생성될 수 있다. 다회전자 고정익 운송수단에 대한 원하는 자세가 또한 생성될 수 있다. 원하는 포지션이 포지션 제어기에 송신될 수 있으며, 여기서 포지션 제어기는 대응하는 힘 피드백 입력을 생성하기 위해 포지션 입력을 속도 컴포넌트 입력으로 변환한다. 원하는 자세 및 생성된 힘 피드백은 힘 할당 모듈에서 그리고 자세 제어기에 대한 자세 입력을 생성하도록 결합되며, 여기서 자세 제어기는 레이트 제어기로 원하는 렌치 입력을 생성하고; 레이트 제어기는 원하는 렌치를 모멘트 할당 모듈에 대한 힘 모멘트 입력으로 변환한다. 부가적으로, 힘 모멘트 입력 및 힘 할당 모듈로부터의 힘 피드백은 제어 할당 모듈로 결합될 수 있다. 후속적으로 제어 할당 모듈은 복수의 측면 회전자들 및 후부 회전자들에 적절한 힘 생성 전압들을 할당할 수 있다.
[0020] 부가적인 실시예들 및 특징들은 다음의 설명에서 부분적으로 기술되며, 본 명세서를 검토할 때 당업자들에게 부분적으로 명백하게 될 것이거나, 또는 본 개시내용의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 개시내용의 성질 및 이점들의 추가의 이해는 본 개시내용의 부분을 형성하는 도면들 및 명세서의 나머지 부분들을 참조하여 실현될 수 있다.
[0021] 설명은 본 발명의 예시적인 실시예들로서 제시되고 본 발명의 범위의 완전한 열거로서 해석되어선 안 되는 다음의 도면들을 참조하여 보다 완전히 이해될 것이다.
[0022] 도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 공중 운송 비히클의 공기역학적 본체의 평면도를 예시한다.
[0023] 도 1b는 다수의 실시예들에 따른 공기역학적 본체의 측면도를 예시한다.
[0024] 도 1c 및 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 공기역학적 본체의 정면 및 사시도를 예시한다.
[0025] 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 날개들을 갖는 공중 운송 비히클의 측면도 및 평면도를 예시한다.
[0026] 도 2c 및 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 날개들을 갖는 공중 운송 비히클의 정면도 및 사시도를 예시한다.
[0027] 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 날개들 및 추진 시스템들을 갖는 공중 운송 비히클의 측면도를 예시한다.
[0028] 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 날개들 및 추진 시스템들을 갖는 공중 운송 비히클의 평면도를 예시한다.
[0029] 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 날개들 및 추진 시스템을 갖는 공중 운송 비히클의 정면 및 사시도를 예시한다.
[0030] 도 4a 내지 도 4c는 일부 실시예들에 따른 추진 시스템의 일부의 가변 포지셔닝을 예시한다
[0031] 도 5a 및 도 5b는 다수의 실시예들에 따라, 배치에 기초한 후부 회전자의 각각의 추력 능력들을 예시한다.
[0032] 도 6a 내지 도 6d는 덕트 회전자(ducted rotor)들을 갖는 본 발명의 실시예의 다양한 도면들을 예시한다.
[0033] 도 7은 다수의 실시예들에 따른 각각의 양력 능력들을 예시한다.
[0034] 도 8은 다수의 실시예들의 각각의 항력 특성들을 예시한다.
[0035] 도 9는 본 발명의 실시예의 평면도를 예시한다.
[0036] 도 10a 및 도 10b는 다양한 실시예들에 따라, 전개된 날개들을 갖는 공중 운송 비히클의 평면도 및 측면도를 예시한다.
[0037] 도 11a 및 도 11b는 다양한 실시예들에 따라, 넣어진 날개들을 갖는 공중 운송 비히클의 평면도 및 측면도를 예시한다.
[0038] 도 12는 액세스 도어를 갖는 본 발명의 실시예의 사시도를 예시한다.
[0039] 도 13은 다양한 내부 컴포넌트들을 갖는 실시예의 단면도를 예시한다.
[0040] 도 14a 및 도 14b는 공중 운송 비히클의 본체에 대한 터프트 기류(tuft airflow) 테스트를 예시한다.
[0041] 도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제어기 프레임워크를 예시한다.
[0042] 도 16은 본 발명의 다수의 실시예들에 따른 제어기 프레임워크를 예시한다.
[0043] 도 17은 다양한 실시예들에 따른 속도 추적의 그래픽 예시이다.
[0044] 도 18은 다양한 실시예들에 따라 영각 및 그로부터 생성된 대표적인 양력 및 항력의 그래픽 예시이다.
[0022] 도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 공중 운송 비히클의 공기역학적 본체의 평면도를 예시한다.
[0023] 도 1b는 다수의 실시예들에 따른 공기역학적 본체의 측면도를 예시한다.
[0024] 도 1c 및 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 공기역학적 본체의 정면 및 사시도를 예시한다.
[0025] 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 날개들을 갖는 공중 운송 비히클의 측면도 및 평면도를 예시한다.
[0026] 도 2c 및 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 날개들을 갖는 공중 운송 비히클의 정면도 및 사시도를 예시한다.
[0027] 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 날개들 및 추진 시스템들을 갖는 공중 운송 비히클의 측면도를 예시한다.
[0028] 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 날개들 및 추진 시스템들을 갖는 공중 운송 비히클의 평면도를 예시한다.
[0029] 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 날개들 및 추진 시스템을 갖는 공중 운송 비히클의 정면 및 사시도를 예시한다.
[0030] 도 4a 내지 도 4c는 일부 실시예들에 따른 추진 시스템의 일부의 가변 포지셔닝을 예시한다
[0031] 도 5a 및 도 5b는 다수의 실시예들에 따라, 배치에 기초한 후부 회전자의 각각의 추력 능력들을 예시한다.
[0032] 도 6a 내지 도 6d는 덕트 회전자(ducted rotor)들을 갖는 본 발명의 실시예의 다양한 도면들을 예시한다.
[0033] 도 7은 다수의 실시예들에 따른 각각의 양력 능력들을 예시한다.
[0034] 도 8은 다수의 실시예들의 각각의 항력 특성들을 예시한다.
[0035] 도 9는 본 발명의 실시예의 평면도를 예시한다.
[0036] 도 10a 및 도 10b는 다양한 실시예들에 따라, 전개된 날개들을 갖는 공중 운송 비히클의 평면도 및 측면도를 예시한다.
[0037] 도 11a 및 도 11b는 다양한 실시예들에 따라, 넣어진 날개들을 갖는 공중 운송 비히클의 평면도 및 측면도를 예시한다.
[0038] 도 12는 액세스 도어를 갖는 본 발명의 실시예의 사시도를 예시한다.
[0039] 도 13은 다양한 내부 컴포넌트들을 갖는 실시예의 단면도를 예시한다.
[0040] 도 14a 및 도 14b는 공중 운송 비히클의 본체에 대한 터프트 기류(tuft airflow) 테스트를 예시한다.
[0041] 도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제어기 프레임워크를 예시한다.
[0042] 도 16은 본 발명의 다수의 실시예들에 따른 제어기 프레임워크를 예시한다.
[0043] 도 17은 다양한 실시예들에 따른 속도 추적의 그래픽 예시이다.
[0044] 도 18은 다양한 실시예들에 따라 영각 및 그로부터 생성된 대표적인 양력 및 항력의 그래픽 예시이다.
[0045] 이제 도면들을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 공중 운송 비히클 시스템들 및 자동화된 공중 운송 비히클 시스템들을 제어하는 방법이 예시된다. 몇몇 실시예들에서, 공중 운송 시스템은 수직 이륙 시나리오에서 양력을 생성하도록 구성된 다수의 측면 회전자들을 포함한다. 부가적으로, 측면 회전자들은 다양한 실시예들에서 전방 비행을 위해 공중 운송 비히클을 전방으로 추진하도록 동작할 수 있다. 다수의 실시예들에서, 공중 운송 비히클은 또한 후부 회전자들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 후부 회전자들은 전방 추력을 제공하도록 동작할 수 있거나 비히클에 양력을 또한 제공하도록 동작할 수 있다. 일부 실시예들에서, 회전자들 중 하나 이상은 기울어지고, 그리하여 공중 운송 비히클을 수직으로 그리고 수평으로 추진하는 것을 돕는 추력 벡터링 능력을 생성하도록 구성될 수 있다. 다수의 실시예들에서, 공중 운송 비히클은 일부 형태의 고정익을 갖는다. 고정익은 공중 운송 비히클이 에어포일의 양력 성질들을 활용하는 것을 도우며, 이는 통상의 고정익 항공기가 더 오랫동안 더 효율적인 지속적인 비행(sustain flight)을 할 수 있게 한다. 다수의 실시예들에서, 고정익 부분은 공중 운송 비히클의 본체의 양 측에 넣어질 수 있도록 설계될 수 있으며, 그리하여 비히클의 풋프린트가 감소될 수 있게 하고 공중 운송 비히클이 다양한 상황들에 진입할 수 있게 한다. 공중 운송 비히클이 다수의 회전자들 및 넣어질 수 있는 고정익 부분 둘 모두를 갖게 하는 것은 긴 활주로들에 대한 필요성을 제거하고, 그렇지 않으면 통상의 항공기에 의해 액세스 가능하지 않은 일부 영역들 내로 비히클이 진입할 수 있게 한다.
[0046] 다수의 실시예들에서, 공중 운송 비히클의 본체는 공중 운송 비히클의 양력 능력들을 개선하고 항력을 감소시키도록 생체 모방(bio inspire)될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 본체는 전방 부분이 뭉툭하고 꼬리는 보다 테이퍼링된 형상을 갖는 박스 피쉬(box fish)와 유사한 형상을 취할 수 있다. 다수의 실시예들에서, 본체의 프로파일은 여러 면에서 에어포일과 유사한 양력 특성들을 나타낼 수 있는 박스 피쉬의 프로파일과 유사할 수 있다. 그러나, 내부 형상의 크기는 인간들을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)하는 다양한 페이로드들을 수용하도록 부합될 수 있다. 비히클의 본체 내부에 페이로드들을 운반하는 능력은 본체의 설계가 페이로드에 상관없이 공기역학적 기능을 위해 최적화될 수 있게 한다. 따라서, 다수의 실시예들은 페이로드가 비히클에 대한 전력 및 제어 시스템에 부담을 거의 부가하지 않고도 더 오랫동안 더 효율적인 비행들을 가능하게 할 수 있다. 부가적으로, 다수의 실시예들은 비히클의 본체 아래에 회전자들을 포지셔닝하여 무게 중심을 변경하고 전체 공중 운송 비히클의 공기역학을 더욱 개선할 수 있다.
[0047] 다수의 실시예들에서, 제어 시스템들은 자율 비행 능력들을 허용하기 위해 하나 이상의 전력 시스템들 및/또는 하나 이상의 센서 시스템들과 함께 활용된다.
[0048] 몇몇 실시예들에서, 공중 운송 비히클 시스템은 의료 공중 운송 비히클 시스템으로서 구성된다. 의료 공중 운송수단은 현장에서 더 높은 레벨의 치료뿐만 아니라 외상 치료 전문 센터(trauma center)들에 대한 시기 적절한 액세스를 제공함으로써 EMS(emergency medical services)의 중환자 치료 능력들을 확장하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 승무원 및 환자를 보호하면서 적절한 레벨의 부상자 분류(triage)를 제공하는 주요 목적과 함께, 고정익 항공기나 의료 장비를 갖춘 헬리콥터 중 어느 하나를 사용하라는 운항관리자의 결정에 다수의 팩터들이 영향을 미친다. 날씨, 공중-트래픽 패턴들, 가장 가까운 외상 치료 전문 센터까지의 거리 및/또는 가장 가까운 외상 치료 전문 센터에 대한 실질적인 액세스(즉, 근처의 비행장 또는 헬기 착륙장에 대한 액세스)는 모두 파견(dispatch)의 가능성 및 유형에 영향을 줄 수 있다.
[0049] 주관적인 프로토콜들 및 트레이닝들은 종종, 승무원 및 환자 둘 모두에 대해 신속한 치료의 필요성과 결과의 심각성, 위험 및 비용의 균형을 맞추면서 공중 EMS의 필요성을 가장 잘 결정하도록 시도하는 데 사용된다. 다수의 경우들에서, 지상-기반 서비스가 부적절하다고 간주될 때(즉, 너무 느리거나 액세스할 수 없거나 둘 모두임) 공중 EMS가 사용된다. 인프라스트럭처(infrastructure)의 비용 및 요건으로 인해, 공중 EMS는 비록 효과적인 옵션이지만 보조적인 것으로 간주된다. 공중 앰뷸런스 클래스 내에 2개의 주요 옵션들: 특별한 장비를 갖춘 헬리콥터(군사 용어로 MEDEVAC) 및 의료적으로-장비를 갖춘 고정익 항공기가 존재한다. 헬리콥터들은 범위가 제한된 반면, 고정익 항공기는 이륙 및 착륙을 위해 적지 않은 인프라스트럭처(예컨대, 비행장)를 요구할 수 있다. 부가적으로, 대부분의 현재 공중운송(airborne) 앰뷸런스 비히클들은 인간이 조작하며, 이는 인간 에러, 인간 피로에 이들을 노출하고 그리고/또는 브리핑 및 탑승 동작들에 대한 부가적인 시간을 요구할 수 있다.
[0050] 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 비행 자동화된 앰뷸런스는, 보다 객관적인 툴세트, 즉 응급상황보다 훨씬 앞서 자신의 능력들을 인식하고 현장 운항관리자 및 파일롯 판단으로부터 자유로운 의료 운송 비히클을 제공함으로써 기존 EMS 프로토콜들을 강화하는 데 도움이 될 수 있다. 이는, 날씨 적응들, 지상 및 공중 트래픽, 가장 가까운 적절한 외상 치료 전문 센터의 위치, 및 외상 현장으로 그리고 외상 현장으로부터의 가장 빠르고 가장 안전한 궤도에 관한 자율적인 "의사 결정"을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)할 수 있다. 또한, 다양한 실시예들은 자동화된 앰뷸런스 또는 공중 운송 비히클이 사용될 수 있는 궁극적인 전개 및 회복 미션들을 보조할 수 있는 비행 안정성을 증가시키기 위해 여분의 추진 시스템들의 사용을 수반할 수 있다.
[0051] 또한, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 비행 자동화된 앰뷸런스들은 하나의 실행 가능한 비히클에 헬리콥터 및 고정익 항공기의 강점들 : 각각, 액세스 및 범위를 결합함으로써 통상의 항공기의 단점들을 회피하는 것을 도울 수 있다. 예컨대, 고정익 항공기는 넓은 면적의 토지를 소비할 수 있는 지리적 풋프린트를 요구한다. 마찬가지로, 헬리콥터들은 더 긴 지속되는 비행을 할 수 없는 단점 및 감소된 고도 제한들이라는 단점을 갖는다. 그러나 두 시스템들의 강점들을 결합하는 것은 여러 제한들을 극복하는 데 도움이 될 수 있다. 본 발명의 다수의 실시예들에 따른 공중 운송 비히클은, 기존의 의료 헬기 착륙장 인프라스트럭처에서 이륙 및 착륙할 수 있으면서, 공중 운송 비히클은 고정익 항공기와 같이, 속도 및 범위에서 더 큰 잠재력을 제공할 수 있다. 본 발명의 다수의 실시예들에 따른 공중 운송 비히클은 고정익 및 회전익 항공기의 장점들을 단일의 잘 갖추어진 하이브리드-비히클에 효율적으로 패키징할 수 있으며, 그 보완적인 설계는 공중 EMS의 사용을 확장시킬 수 있다. 하나의 큰 회전자 대신에, 다수의 더 작은 회전자들과 결합되는 변형된 형상(morphing shape)은 작은 풋프린트를 생성하는 데 도움을 줄 수 있으며, 이는 그렇지 않으면, 도달하기 어려웠을 수 있는 영역들에서 공중 운송 비히클이 동작할 수 있게 할 수 있다.
[0052] 이제 도면들을 참조하면, 본원에서 설명된 다수의 실시예들은 공중 운송 비히클들의 잠재적 용도들 및 능력들을 확장시키기 위해 고정익 및 회전익 항공기의 이점들을 그에 대한 개선사항들과 결합하는 다양한 공중 운송 비히클들에 관한 것이다. 예컨대, 도 1a 내지 도 1d는 공중 운송 비히클(100)의 공기역학적으로 성형된 본체를 예시한다. 다수의 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클의 본체는 생체 모방된 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 도 1b에 예시된 프로파일은 뭉툭할 수 있는 전방 부분(120)을 갖는 본체를 도시하고 최상부 부분(125)은 둥글며 테이퍼링된 후부 부분(140)을 가질 수 있다. 이러한 프로파일은 박스 피쉬 또는 임의의 수의 생체 관련 객체들의 프로파일과 유사할 수 있다. 측면도는 날개들이 보관되고 공중 운송 비히클의 비행 동안 그로부터 후속적으로 전개될 수 있는 인서트(110) 또는 개구의 모습을 제공한다. 예시된 날개들은 넣어질 수 있는 것으로서 도시되지만, 본 발명의 다수의 실시예들에 따른 공중 운송 비히클들은 영구적으로 고정된 날개들 또는 영구적으로 전개된 날개들을 포함하고 그리고/또는 주어진 애플리케이션의 요건들에 적절하게 날개들이 없을 수 있다. 날개들이라는 용어와 관련하여, 다수의 실시예들은 에어포일(airfoil)로서 작용하도록 성형된 본체에 관한 것이다. 다양한 날개 구성의 설명은 다수의 후속 도면들을 참조하여 아래에서 논의된다.
[0053] 도 1b는 또한 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 다양한 추진 시스템들이 설치될 수 있는 다양한 장착부들(130)을 예시한다. 다수의 실시예들에 따라, 측면 회전자들의 수는 적게는 4개부터 본체(100)의 각각의 크기에 대해 바람직할 수 있는 한 더 많을 수 있다. 예컨대, 본원에서 예시된 실시예들은 공중 운송 비히클의 측면들을 따라 배치된 적어도 6개의 측면 회전자들을 도시한다. 다수의 실시예들에 따라, 다양한 회전자들의 간격은 또한 모듈식일 수 있다. 예컨대, 장착 포지션들(130)은 균일하게 이격되지 않는다. 최후부 포지션은 전방 두 포지션들과 동일하게 이격되지 않는다. 다양한 실시예들에 따라, 회전자 장착의 모듈성은 회전자의 기능이 고정익의 기능 또는 양력을 방해하지 않도록 회전자들이 장착될 수 있게 한다.
[0054] 본체(100)의 형상은 공중 운송 비히클의 전방 움직임 동안 생성된 양력을 개선할 수 있다. 예컨대, 공중 운송 비히클 본체(100)의 급강하(swooped) 프로파일은 박스 피쉬의 프로파일 또는 심지어 날개의 프로파일과 유사할 수 있다. 뭉툭한 전방 부분(120) 및 테이퍼링된 후방 부분(140)은 페이로드를 운반하기 위한 상당한 내부 공간을 제공하면서 공중 운송 비히클의 본체 위의 개선된 공기역학적 흐름을 허용할 수 있다. 본체가 공중 운송 비히클의 전체 양력을 증가시키고 항력을 감소시킬 수 있다는 것이 본원에서 추가로 예시될 것이다. 임의의 공중 비히클에 대한 개선된 양력 및 감소된 항력은 임의의 설계의 원하는 엘리먼트들일 수 있다는 것이 당업자에 의해 잘 이해될 것이다.
[0055] 본 발명의 다수의 실시예들에 따른 공중 운송 비히클은 모듈성을 제공할 수 있다. 예컨대, 도 1b, 도 1d 및 도 2a는 본체(100)의 길이를 따라 로케이팅된 다양한 장착 포지션들(130)을 예시한다. 예컨대, 장착 포지션들은 공중 운송 비히클의 비행에 양력 및 추력을 제공하도록 추진 시스템을 장착하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 다수의 실시예들에 따라 공중 운송 비히클에 의해 활용될 수 있는 다양한 추진 시스템들이 아래에서 추가로 논의된다.
[0056] 이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 고정익 부분(210)을 갖는 공중 운송 비히클이 예시된다. 종래의 항공기에 따른 고정익은 비행 동안 날개(들)가 고정된 포지션에 있는 것이다. 날개는 그러한 고정익 항공기의 부분이며, 이는 지속된 비행을 위한 양력을 생성하도록 작용한다. 고정익은 날개가 축을 중심으로 회전하여 비행에 필요한 양력을 생성하는 회전익 항공기와 대조적이고; 헬리콥터와 유사하다. 도 2a 내지 도 2d에 도시된 실시예는 양력을 생성할 수 있는 고정익(210)을 갖는 공기역학적으로 설계된 본체(100)이다. 다수의 실시예들에 따라, 날개 부분(210)은 축(220)을 중심으로 회전 가능하여서, 날개는 다양한 포지션들을 가질 수 있으며, 그 회전은 전력 시스템(도시되지 않음) 및 제어 시스템(도시되지 않음)에 연결된 모터(도시되지 않음)에 의해 동작될 수 있다. 예컨대, 도 2b는 날개들(210)이 공중 운송 비히클의 본체(100)의 종축에 거의 수직으로 포지셔닝되도록 전개된 포지션에 있는 날개들(210)을 예시한다. 다양한 실시예들에 따라, 날개들의 전개된 포지션은 장기적인 지속된 비행을 보조할 수 있는 공중 운송 비히클의 양력 용량을 증가시키는 것을 보조할 수 있다. 이러한 실시예들은 다양한 애플리케이션들에 대한 비행의 효율을 개선할 수 있다. 도 2c 및 도 2d는 전개된 포지션에서 날개들(210)의 부가적인 도면들을 예시한다.
[0057] 임의의 항공기와 마찬가지로, 본 발명의 다수의 실시예들에 따른 공중 운송 비히클들은 복수의 추진 시스템들을 가질 수 있다. 예컨대, 도 3a 내지 도 3d는 고정익 및 회전익 컴포넌트들 둘 모두를 갖는 공중 운송 비히클의 예시적인 실시예를 예시한다. 도 3a에서, 공중 운송 비히클의 본체는, 본체의 후부에 로케이팅된 후부 회전자들(310), 모터(320) 및 지지 샤프트(340)를 포함하는 후부 추진 시스템을 가질 수 있다는 것이 예시될 수 있다. 부가적으로, 본체에는 수평으로 배향된 측면 회전자들(330)을 갖는 수직 추진 시스템이 장착될 수 있다. 본체의 길이를 따라 포지셔닝된 다수의 측면 회전자들(330)이 존재할 수 있다. 이러한 추진 시스템들은 공중 운송 비히클의 전체적인 비행 특성들을 개선하기 위해 고정익 부분(210)의 양력 효과들과 함께 작용하도록 구성될 수 있다.
[0058] 본 발명의 실시예에 따른 공중 운송 비히클의 측면 회전자의 물리적 레이아웃이 도 3b에 예시된다. 측면 회전자들(330) 각각은 공중 운송 비히클의 본체의 길이를 따라 상이한 위치들에 포지셔닝될 수 있다는 것을 알 수 있다. 측면 회전자들(330)의 포지셔닝은 날개들(210) 및 본체(100)의 전체 설계에 의존하여 변동될 수 있다. 예컨대, 도 3b에 예시된 실시예는 본체의 길이를 따라 상이한 위치들에 포지셔닝된 적어도 6개의 측면 회전자들(330)을 도시한다. 전방 측면 회전자들(330A) 및 후방 측면 회전자들(330B) 사이의 거리는 전개된 날개들을 수용하도록 변동될 수 있다. 예컨대, 측면 회전자들의 포지셔닝은 최후부 측면 회전자들(330B)이 비행 동안 날개들(210)의 양력 성질들을 방해하지 않도록 구성될 수 있다. 추후에 예시될 바와 같이, 측면 회전자들은, 유의미한 동작 상태에 있을 때, 날개들 아래의 기류 패턴들을 방해하고 이에 따라 공중 운송 비히클의 전체 양력 능력들을 감소시킬 수 있다. 따라서, 측면 회전자들(330)의 모듈성은 회전익 부분과 함께 고정익 부분의 적용을 수용할 수 있다.
[0059] 다수의 실시예들에 따라, 측면 회전자들은 공중 운송 비히클의 두 가지 핵심 기능들을 수행할 수 있다. 제1 기능은 수직 이륙 및 착륙이다. 측면 회전자들은 통상의 헬리콥터 상의 단일 회전자 또는 쿼드콥터 상에서 볼 수 있는 바와 같은 복수의 회전자들과 유사하게 수행될 수 있다. 측면 회전자들의 회전은 수평 비행을 준비하기 위해 양력을 생성하고 공중 운송 비히클을 수직으로 공중으로 추진하도록 작용할 수 있다. 부가적으로, 회전자들은 공중 운송 비히클의 피치, 요 및 롤을 변경하도록 독립적으로 작용하게 구성될 수 있다. 다수의 실시예들에서, 측면 회전자들은 수직 이륙, 수평 비행, 비행 기동성 및 수직 착륙의 기능들을 수행하기 위해 제어 유닛(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 수직 추진 시스템들의 이용은, 공중 운송 비히클이 전개 위치의 풋프린트를 감소시킴으로써 헬리콥터의 강점들을 이용할 수 있게 한다. 다수의 실시예들에 따라, 측면 회전자들(330) 중 하나 이상은 도 3a의 회전 화살표들에 의해 표시된 바와 같이 회전자들 각각의 지지 샤프트에 평행한 축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 공중 운송 비히클은 보다 지속된 그리고 안정적인 비행을 보조하도록 공중 운송 비히클의 양력 및 추력 능력들을 변경하기 위해 측면 회전자들(330)을 회전시키기 위한 부가적인 드라이브 메커니즘을 갖도록 구성될 수 있다.
[0060] 다수의 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클은 비히클의 후부에 포지셔닝된 부가적인 세트의 회전자들을 가질 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이, 후부 회전자들(310)은 공중 운송 비히클의 후부에 포지셔닝될 수 있다. 후부 회전자 포지셔닝은 공중 운송 비히클에 대한 전체 추력 요건들에 의존하여 변동될 수 있다. 후부 회전자들은 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이, 회전자들의 회전축이 본체(100)의 종축에 평행하도록 포지셔닝될 수 있다. 이러한 포지셔닝은 후부 회전자들이 전방 추력 또는 후방 추력을 제공할 수 있게 할 것이다. 도 3a 및 도 3b에서 포지셔닝된 바와 같이, 후부 회전자들은 수평 비행을 위한 측면 회전자들의 기능을 보조하거나 대체하도록 구성될 수 있다. 후부 회전자들(310)은, 일단 동작하면, 수평 비행 동안 측면 회전자들에 대한 전력이 감소되거나 제거되고 따라서 고정익들의 양력 성질들을 충분히 이용할 수 있는 충분한 추력을 제공하도록 구성될 수 있다. 단 2개의 후부 회전자들이 예시되지만, 공중 운송 비히클에 필요한 원하는 힘을 생성하기 위해 임의의 수의 후부 회전자들이 사용될 수 있다는 것이 이해할 수 있다. 소정의 회전자 구성이 도 3a 내지 도 3d에 예시되지만, 회전자들의 포지션 및 이들의 상대적 추력 벡터들은 원하는 비행 특성들에 의존하여 조정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 회전자들의 회전 속도의 변화는 수직 비행으로부터 수평 비행으로의 트랜지션을 허용할 수 있는 비히클의 피치, 요 및/또는 롤을 조정할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 비히클의 본체의 종축에 대한 회전자들 중 하나 이상의 각도는 수평 비행을 위한 부가적인 수평 추력을 제공하도록 조정 또는 회전될 수 있고, 그리하여 날개들 및 공기역학적으로 성형된 본체의 양력 능력들을 증가시킨다.
[0061] 다수의 실시예들에 따라, 후부 회전자들은 또한 조정 가능할 수 있다. 예컨대, 도 4a 내지 도 4c는 공중 운송 비히클의 실시예들의 전체 비행 능력들을 개선하기 위해 후부 회전자들(310)이 취할 수 있는 여러 포지션들을 예시한다. 예컨대, 도 4a는 공중 운송 비히클에 대한 수평 추력을 생성하도록 자세를 취한 수직 포지션의 후부 회전자들(310)을 예시한다. 이러한 구성은 이전에 설명된 바와 같이, 수평 비행 동안 측면 회전자들과 함께 또는 이와 완전히 독립적으로 사용될 수 있다.
[0062] 도 4b는 추력 벡터링에 사용될 수 있는 후부 회전자(310)의 트랜지션 상태를 예시한다. 추력 벡터링은 다양한 포지션들에서 공중 운송 비히클을 제어하거나 조종하는 데 사용될 수 있다. 이러한 추력 벡터링은 그러한 공중 운송 비히클들이 활용될 수 있는 다양한 환경들에 대한 개선된 비행 특성들 및 능력들을 보조할 수 있다. 예컨대, 고정된 장애물들뿐만 아니라 다른 이동하는 비히클들 및 인간들로 인해 지속적으로 변하는 풍경을 가질 수 있는 도시 환경은 추력 벡터링의 사용을 통한 개선된 비행 능력들을 요구할 수 있다. 추력 벡터링은 또한 공중 운송 비히클을 임의의 상황에서 원하는 속도로 단순히 늦추기 위해 사용될 수 있다.
[0063] 도 4c는 측면 회전자들의 것과 유사한 수평 포지션으로 배향된 후부 회전자를 예시한다. 측면 회전자의 수평 포지션은, 예컨대 비행 동안 회전자 고장의 경우와 같은 다양한 상황들에서 바람직할 수 있다. 다수의 실시예들에 따라, 수평으로 포지셔닝된 후부 회전자들은 수직 이륙 및 착륙을 위한 수직 추력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이러한 시스템들의 제어는 아래에서 추가로 설명된다.
[0064] 도면들을 다시 참조하면, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 공중 운송 비히클의 후부 회전자들에 의해 생성될 수 있는 상대적 추력을 예시한다. 후부 회전자들(310)로부터 추력 특성들을 개선시키는 것은 임의의 수의 상황들에서 바람직할 수 있다. 따라서, 이러한 회전자들에 대한 최상의 배치를 결정하는 것은 다수의 실시예들에서 변동될 수 있다. 예컨대, 도 5a 및 도 5b의 수치 값들은 공중 운송 비히클의 후부 근처의 물리적 포지션에 대한 후부 회전자의 추력 능력들을 나타낸다. 도 5a는 "자유 형태" 구성 또는 전방 움직임에 있는 동안 후부 회전자들의 각각의 정규화된 추력 값들을 도시한다. 도 5b는 공중 운송 비히클이 "호버" 포지션에 있는 동안 각각의 추력 값들을 예시한다. 다수의 실시예들에 따라, 후부 회전자들(310)은 공중 운송 비히클의 전체 추력 능력들을 개선하기 위해 공중 운송 비히클의 후부에서 더 멀리 떨어지기 보다는, 더 근접하게 포지셔닝될 수 있다. 공중 운송 비히클의 다수의 실시예들은 회전자들의 전체 추력 성능을 증가시키기 위해 본체 후류(wake)에 포지셔닝된 후부 회전자들(310)을 가질 수 있다.
[0065] 본체 후류의 회전자들의 배치는 압력 및 회전자들이 추력을 생성하는데 있어 발생하는 압력 차이(pressure differential)의 원리에 따라 동작한다. 제어 볼륨의 다양한 스테이션들을 통해 압력들을 추적하는 것은, 알려진 영역의 디스크에 걸친 압력 차이가, 그것이 생성하는 추력(그 양들은 입구 및 후류 조건들에 기인하여 세팅됨)과 직접 관련이 있다는 것을 나타낸다. 회전자의 추력은 회전자 그 자체에 걸친 압력 차이에 의존한다. 다수의 실시예들에 따라, 본체의 윤곽은 본체의 후류에서의 압력을 감소시킬 수 있고, 따라서 후류에 후부 회전자들(310)을 배치하는 것은 회전자에 걸쳐 더 큰 압력 차이를 허용하고 이에 따라 그의 추력 능력들을 증가시킬 수 있다. 쉽게 인지될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공중 운송 비히클 상의 후부 회전자들의 특정 배치는 통상적으로 주어진 애플리케이션의 요건들에 의존한다.
[0066] 공기역학은 비행 효율을 개선하고 이에 따라 비행 수명을 증가시키는 데 도움을 주기 위해 임의의 공중 운송 비히클 설계에서 핵심 엘리먼트 역할을 한다. 일부 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클의 날개들은 도 6a 및 도 6b에 예시된 바와 같이 보다 후퇴익 구성(620)으로 전개될 수 있다. 완전히 연장되지 않았지만, 후퇴익 설계는 또한 공중 운송 비히클의 전개 동안 지속된 전방 비행을 위한 양력을 생성할 수 있을 수 있고, 이에 따라 측면 회전자들 상의 변형을 감소시키고 궁극적으로 전력 시스템의 수명을 증가시킨다.
[0067] 다른 실시예들에서, 회전자들(310 및 330)은 슈라우드(shroud)들(610)을 갖도록 구성될 수 있다. 슈라우드들(610)은 회전자들로부터의 방향성 흐름을 보조하도록 설계될 수 있다. 다시 말해서, 슈라우드들은 덕트 회전자(ducted rotor) 구성을 효과적으로 생성하며, 이는 노이즈를 감소시킬 뿐만 아니라 회전자들의 추력 능력들을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 덕트 회전자는 회전자들의 노출된 팁들로부터 추력의 손실을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 부가적으로, 다수의 실시예들은 회전자를 통한 기류의 속도 및 압력을 개선하고 이에 따라 회전자들의 추력 능력들을 개선하는 데 도움이 되기 위해 가변 단면들을 갖는 덕트들을 가질 수 있다. 다수의 실시예들에 따라, 덕트들의 가변 단면은 또한, 항력을 감소시키는 데 도움이 되도록 설계를 보다 공기역학적으로 순응(compliant)하게 할 수 있으며, 이는 덕트를 회전자들에 추가함으로써 자연스럽게 나타날 수 있다.
[0068] 도 7 및 도 8에 도시된 그래프들은, 공중 운송 비히클의 다양한 실시예들에 따른 공중 운송 비히클들이 비행 동안 경험되는 전체 양력 및 항력에 영향을 줄 수 있음을 예시한다. 예컨대, 도 7은 본체만이 전체 비행 능력들을 궁극적으로 보조할 수 있는 일부 양력을 생성하도록 설계될 수 있음을 예시한다. 또한, 슈라우드들의 추가(SC-T WD S)는 공중 운송 비히클의 양력 능력들에 악영향을 미치지 않는다. 그러나 대조적으로, 도 8의 그래프는 슈라우드의 포함이 공중 운송 비히클의 항력의 양을 극적으로 증가시킬 수 있음을 예시한다.
[0069] 일부 실시예들에 따라, 슈라우드들은 도 9에 예시된 바와 같이 보조 날개 구조(910)로 둘러싸일 수 있다. 다수의 실시예들에 따라, 보조 날개(910)는 회전자들을 슈라우딩(shroud)하고 따라서 그의 추력을 개선할 뿐만 아니라, 적절한 등고선을 갖는 양력을 생성하고 슈라우딩된 회전자들로부터의 항력 효과를 감소시키도록 구성될 수 있다. 다수의 실시예들에 따라, 날개(910)는 공중 운송 비히클의 전방 비행을 보조하기 위해 회전자들이 지지 샤프트들에 대해 여전히 회전할 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 따라, 보조 날개(910)는 비히클의 유일한 날개일 수 있다. 다시 말해서, 일부 실시예들은 날개의 양력 성질들을 이용하는데 필요한 수직 이륙 및 수평 추력을 생성할 수 있는 복수의 회전자들을 동시에 하우징하면서, 수직 양력을 생성하도록 구성되는 고정익을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 날개는 비히클의 본체의 확장으로 간주될 수 있다.
[0070] 비행 능력들을 개선하도록 공중 운송 비히클의 개선된 공기역학을 증진시키기 위해, 본 발명의 다수의 실시예들에 따른 공중 운송 비히클들은 꼬리 날개(1030)를 갖도록 구성된다. 일부 실시예들에 따라, 도 10a 내지 도 11b에 예시된 바와 같은 꼬리 날개(1030)는 본체의 후부 부분에 부착될 수 있다. 공중 운송 비히클의 비행 동안, 공중 운송 비히클의 비행에 의해 자연적으로 생성되는 렌치 및 모멘트들을 유지하는 것이 중요하다. 렌치는 힘 벡터 및 커플 또는 토크 벡터의 병렬 결합(이는 렌치 공간을 생성함)을 지칭한다. 렌치 공간의 제어는 궁극적으로 비행 동안 공중 운송 비히클의 전체 피치, 요 및 롤을 유지함으로써 관리된다. 다수의 실시예들에 따라, 비행 특성들, 특히 공중 운송 비히클의 피치는 꼬리 날개로 더 양호하게 유지될 수 있다. 꼬리 날개의 추가는 피치 모멘트들 및 요 안정성의 약화를 개선하도록 허용할 수 있고 이에 따라 공중 운송 비히클이 그의 속도 능력을 증가시킬 수 있게 한다. 다수의 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클은 25m/s의 속도로 순항을 할 수 있을 수 있다. 소정의 꼬리 날개 구성이 예시되지만, 공중 운송 비히클의 원하는 제어를 제공하는 임의의 구성이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0071] 다수의 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클의 메인 본체(100)는 화물창 영역(1010)을 갖도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 따른 화물창 영역은 인간 대상(도시되지 않음)을 공중 운송 비히클에 수용하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 화물창 영역은 소형 또는 중형 패키지들, 로봇공학 또는 다른 기계적 컴포넌트들, 의료 용품들, 랩톱과 같은 개인 배달을 위한 개인 아이템들, 또는 원하는 애플리케이션에 적합할 수 있는 임의의 다른 패키지를 포함(그러나 이에 제한되지 않음)하는 다양한 페이로드들을 수용하도록 구성될 수 있다.
[0072] 명시적으로 도시되지는 않았지만, 화물창 영역은 공중 운송 비히클의 본체의 내부 공간의 길이를 따라 이어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 공간은 다친 환자에게 치료를 제공하기 위해 활용될 수 있는 다양한 부상자 분류 컴포넌트들을 갖도록 구성될 수 있다. 다수의 실시예들에 따른 그리고 도 10 내지 도 12b에 도시된 바와 같은 화물창 영역(1010)은 액세스 도어(1020)를 갖도록 구성될 수 있다. 다수의 실시예들에서, 액세스 도어(1020)는 공중 운송 비히클의 전방 근처에 로케이팅될 수 있고 본체(100)의 전체 형상에 따르게 공기역학적으로 윤곽이 만들어지도록 구성될 수 있다. 다수의 실시예들에서, 액세스 도어는 힌지들 또는 슬라이딩 메커니즘에 의해 본체에 연결될 수 있다. 이러한 힌지들 및/또는 슬라이딩 메커니즘은 화물; 인간 또는 기타의 용이한 액세스를 허용하기 위해 액세스 도어가 화물창 영역(1010)을 완전히 노출할 수 있도록 하는 데 사용될 수 있다. 다수의 실시예들에 따라, 화물창 영역(1010)은 화물이 공중 운송 비히클의 비행 동안 화물창 영역 내에 안전하게 포지셔닝될 수 있도록 구속 시스템을 갖게 구성될 수 있다.
[0073] 다수의 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클의 본체(100)는 도 12에 예시된 바와 같이 공중 운송 비히클의 내부 컴포넌트들에 대한 액세스를 허용할 수 있는 액세스 패널들(1210)을 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 액세스 패널들(1210)은 공중 운송 비히클의 유지보수를 허용하는 데 중요할 수 있다. 일부 실시예들에서, 액세스 패널들(1210)은 본체의 측 상에 로케이팅될 수 있는 반면에, 다른 실시예들에서, 액세스 패널들은 본체의 하부측 상에 로케이팅될 수 있다. 액세스 패널들은 사용자에게 적절한 액세스를 제공하는 임의의 위치에 포지셔닝될 수 있다.
[0074] 인간 대상을 운반하는 것에 더하여, 공중 운송 비히클의 다수의 실시예들은, 전력 시스템, 제어 시스템, 및 전력 및 제어 시스템들을 다양한 외부 컴포넌트들 이를테면, 전개 가능한 날개들, 측면 회전자들, 후부 회전자들 및/또는 꼬리 날개에 연결하는 기계적 및/또는 전기적 링키지들과 같은 소정의 필수 내부 컴포넌트들을 하우징하도록 구성될 것이다. 실시예에 따른 공중 운송 비히클의 단면도가 도 13에 예시된다. 다수의 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클의 내부 구획은 메인 컴퓨터(1355)뿐만 아니라 전자 속도 제어기들(1325), 비행 제어기들(1335), 배터리들(1345), 전력 관리 모듈은 물론, 공중 운송 비히클의 자율 비행 제어들을 보조하기 위한 다양한 다른 비행 이미징 시스템들을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)하는 수많은 컴포넌트들을 하우징할 수 있다.
[0075] 공중 운송 비히클을 자율적으로 동작하게 하는 것이 바람직할 수 있으므로, 다수의 실시예들은 GPS 유닛(1310)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따라, GPS 유닛(1310)은 공중 운송 비히클의 본체 내에 로케이팅될 수 있거나, 또는 GPS 유닛(1310)이 공중 운송 비히클에 대한 안내를 제공하도록 의도된 대로 기능할 수 있게 하는 임의의 수의 위치들에 로케이팅될 수 있다.
[0076] GPS 유닛(1310)에 더하여, 다수의 실시예들은 GPS 유닛(1310)뿐만 아니라 기내의 다른 제어 시스템들과 함께 작동할 수 있는 다양한 이미징 시스템들 및 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들은 비행 중에 있는 동안 또는 비히클이 사용중인 동안 언제라도 원격 사용자가 공중 운송 비히클의 경로 뷰를 시각적으로 볼 수 있게 할 수 있는 제1 사람 뷰 카메라(1315)를 포함할 수 있다. 다른 시스템들은 스테레오 카메라(1320) 및/또는 LIDAR 시스템(1340)을 포함할 수 있다. 스테레오 카메라(1320)는 사람의 양안 뷰를 시뮬레이팅하도록 동작할 수 있다. 다시 말해서, 스테레오 카메라는 주변 지형의 3차원 이미지를 생성하는 것을 보조하고, 공중 운송 비히클의 비행 경로를 조정하기 위해 메인 컴퓨터(1355) 및 비행 제어기(1335)와 같은 다른 제어 컴포넌트들로 이미지를 조정할 수 있다.
[0077] LIDAR 시스템(1340)은 마찬가지로, 특정 타겟의 3차원 이미지들을 생성하도록 동작할 수 있다. 예컨대, 자율 비행 시에, 공중 운송 비히클은 특정 위치에 있는 특정 사람의 타겟 명령들을 수신할 수 있다. LIDAR 시스템(1340)은 메인 컴퓨터(1355), 스테레오 카메라(1320), 비행 제어기(1335) 및 다른 제어기들과 통신하여 타겟에 대한 비행 경로를 생성하고 운송을 위한 타겟을 정확하게 식별할 수 있다. 다수의 실시예들에 따라, 타겟은 인간 또는 다른 페이로드 이를테면, 패키지일 수 있다. 다른 실시예들은 공중 운송 비히클의 자율 비행을 보조하기 위해 단안 카메라(1330)를 포함할 수 있다.
[0078] 다양한 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클은 도 13의 실시예에 예시된 바와 같이 전자 배터리(1345)에 의해 전력이 공급될 수 있다. 배터리는 모든 전자 제어 시스템들뿐만 아니라 비행에 필요한 다양한 회전자들을 동작시키기에 충분할 수 있다. 부가적으로, 배터리는 전술한 바와 같이 전개된 포지션으로부터 비-전개 포지션으로 조정 가능할 수 있는 공중 운송 비히클의 날개들(210)에 연결된 기계적 제어 시스템들을 동작시키기에 충분할 수 있다.
[0079] 자율 주행 비히클은 다수의 실시예들에 따라, 다양한 지형들 및 환경들을 통한 비히클의 비행을 적절히 관리하기 위해 복잡한 제어 소프트웨어를 요구할 수 있다. 따라서, 메인 컴퓨터(1355)는 GPS 유닛(1310) 및 다양한 이메진(imagine) 시스템들(1315, 1320, 1330 및 1340)을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)하는 다양한 입력 시스템들 각각으로부터 입력을 수신하고 그 입력을 회전자들을 위한 제어들의 세트로 변환하도록 동작할 수 있다. 예컨대, 메인 컴퓨터(1355)는 공중 운송 비히클의 피치, 롤 및 요를 조정함으로써 안정성을 유지하기 위해 회전자들 각각에 필요한 필수적인 전력 및 속도를 비행 제어기(1335)와 통신할 수 있다. 후속적으로, 전력 제어 모듈(1350) 및 전자 속도 제어기들(1325)은 필요에 따라 비행을 조정하기 위해 요구된 출력들을 회전자들에 통신 및/또는 분배할 수 있다. 공중 운송 비히클에는 또한, 컴포넌트들에 대한 열 변형을 감소시키고 효율적인 동작을 허용하기 위해 다양한 냉각 시스템들(도시되지 않음)이 장착될 수 있다.
[0080] 다수의 실시예들은 비히클의 비행을 적절히 제어하기 위해 다양한 제어 방법들을 구현할 수 있다. 메인 컴퓨터 및 다른 제어 시스템들 내에서 사용되는 제어 방법들 및 알고리즘들 중 일부가 본원에서 추가로 예시될 수 있다.
제어들의 실시예들
[0081] 이제, 공중 운송 비히클의 공기역학적 성능 및 제어를 참조한다. 다수의 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클은 호버 및 지속된 전방 비행 동작들 둘 모두를 위해 설계될 수 있으며, 이는 다양한 상황들에서 공중 운송 비히클의 기능 및 능력들을 증가시킨다. 공중 운송 비히클의 제어성을 유지하는 것은, 특히 공중 운송 비히클이 귀중한 화물을 이동시키는 데 사용될 때 공중 운송 비히클의 중요한 양상일 수 있다.
[0082] 다수의 실시예들에서, 공기역학적 성능을 최대화하고 이에 따라 지속된 비행의 능력들을 증가시키는 것이 중요하다. 이러한 양상들은 공중 운송 비히클의 범위 및 효율을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 예컨대, 다수의 실시예들에서, 공중 운송 비히클은 도 1a 내지 도 6b에 예시된 바와 같이 다수의 측면 회전자들(330)을 갖도록 구성될 수 있다. 측면 회전자들의 이러한 구성은, 예컨대 날개들(210)이 전개된 구성에 있을 때와 같이 지속된 전방 비행 구성에 있는 동안 기류 특성들의 붕괴로 이어질 수 있다. 도 14a 및 도 14b에 예시된 바와 같이, 날개들(210) 아래의 기류 역학 및 이에 따라 날개들에 의해 생성된 양력은 비행 동안 측면 회전자들의 작동에 의해 부정적인 영향을 받을 수 있다. 측면 회전자들이 정적인 동안 날개 아래의 양력이 유지되는 것이 도 14a의 방향성 흐름 라인들(1410)에 의해 예시될 수 있다. 그러나, 도 14b에서, 전방 비행 동안 작동(이에 따라 잠재적으로, 공중 운송 비히클 상에서 양력을 감소시키고 항력을 증가시킴)될 때, 회전자들을 향한 방향성 흐름 라인들(1410)의 움직임이 예시된다. 따라서, 지속된 그리고 호버 비행 동안 회전자들의 적절한 제어가 다수의 실시예들에서 필요할 수 있다.
[0083] 업계에서 사용된 통상적인 드론 또는 다회전자 비히클들은 전통적으로 과잉 작동된다(over actuate). 이는 일반적으로 회전자 장애의 경우에 비히클의 견고성을 어느 정도까지 증가시킨다. 핵심적인 질문은 비히클이 어느 정도까지 제어 가능한 채로 유지되는냐이다. 공중 비히클의 제어성은 본질적으로 설계와 관련이 있기 때문에, 제어를 유지할 수 있는 시스템을 설계하는 것이 중요하다. 예컨대, 제어 시스템은 회전자 장애의 경우에 계속된 비행을 허용하기 위해 피치 및 롤에 우선하여 요를 희생시킬 수 있다. 회전자 장애가 있는 통상의 비행에서, 요 제어는 비히클의 피치 및 롤 제어에 우선하여 희생되어 비히클이 안전한 착륙을 위한 정적 호버가 될 수 있게 한다. 비히클의 정적 호버 또는 널(null) 제어성은 회전자 장애의 경우에 비히클에 대한 전체 제어를 회복하는 능력뿐만 아니라 안전한 비상 착륙의 가능성을 증가시키기 위해 바람직하다.
[0084] 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 다회전자 비히클을 위한 제어 시스템을 예시한다. 시스템은 두 가지 주요 컴포넌트들; 외부 루프 포지션 제어기(1515) 및 내부 루프 자세 제어기(1516)(이는 외부 루프보다 빨리 실행됨)를 포함할 수 있다. 통상의 다회전자 비히클들에서, 공선적(collinear) 다회전자 비히클의 포지션 역학(1560)은 자세에 의해 통제된다. 도 15의 제어 시스템 하에서, 포지션 제어기(1510)는 원하는 추력들 및 자세(1520)를 컴퓨팅하고, 자세 제어기(1530)는 원하는 자세(1520)에 기초하여 원하는 모멘트들(1540)을 컴퓨팅한다. 궁극적으로, 원하는 힘들 및 모멘트들을 개별적으로 고려할 때, 모터 속도(1560)는 비히클 역학(1560)을 제어하기 위해 추후에 생성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따른 공중 운송 비히클의 전체 설계는 작업 공간 내에서 렌치, 힘 또는 모멘트의 원하는 특성들 또는 시스템의 미션 요건들에 의해 정의된 변하는 경계들을 고려하면서, 도 15에 설명된 제어 시스템을 활용할 수 있다.
[0085] 다수의 실시예들에 따라, 공중 운송 비히클의 전체 설계는 비히클의 자세 역학을 최적화하고 안정화시키는 것을 목표로 한다. 도 15에 예시된 제어 방법의 통상적인 응용은 회전 모터 속도들로 변환되는 모터 전압들인 미가공 제어 입력들을 활용하고, 이에 따라 각각의 모터에 의해 생성된 모멘트는 그의 회전 속도의 제곱에 정비례한다. 도 15의 제어 시스템이 모멘트를 제어 입력으로서 취급하지만, 이러한 입력은 비히클 기동을 제어할 수 있게 되도록 실제 모터 속도들에 매핑될 수 있고 이에 따라, 궁극적인 제어는 모터들의 속도의 물리적 경계에 기초하며, 궁극적인 목표는 공중 운송 비히클의 원하는 렌치를 생성하기 위한 최적 속도를 결정하는 것이다. 다수의 실시예들에서, 도 15의 제어 시스템의 응용은 회전자 장애 동안 공중 운송 비히클의 제어성을 가능하게 하는 데 사용될 수 있다. 회전자 장애가 발생할 때, 수직 추력 시나리오에서 후부 회전자들과 결합하는 능력은 동일 또는 반대 회전의 두 회전자들 중 어느 하나가 고장날 때 방향 제어 및 안정성의 손실을 처리할 수 있다.
[0086] 그러나 회전자 장애의 경우에 다양한 회전자들을 제어하더라도, 고정익 및 다회전자 수직 추력 시스템으로부터 양력을 생성하는 시스템의 공기역학을 고려하는 것이 필요할 수 있다. 본원에서 설명된 다수의 실시예들은 효율적인 비행 능력들을 생성하기 위해 신규한 제어 시스템 아키텍처들을 활용하는 복잡한 시스템들이다. 다수의 실시예들에 따라, 도 16에 예시된 것과 유사한 제어 시스템이 본원에서 설명된 공중 운송 비히클의 복잡한 공기역학을 처리하기 위해 사용될 수 있다.
[0087] 도 16은 최종 비히클 역학을 제어하기 위해 분할 방법을 활용하는 제어 시스템을 예시한다. 예컨대, 제어 시스템은 알짜힘들 및 모멘트들을 입력으로서 사용하여 포지션/속도(1620 및 1630) 및 자세/레이트(1640 및 1650)를 설계하는 것으로 시작할 수 있다. 다음에, 다수의 실시예들에 따른 시스템은 원하는 렌치를 생성하기 위해 힘(1660), 모멘트(1670) 및 제어(1680) 할당들을 사용할 수 있다. 다수의 실시예들에 따라, 궤도 플래너(1610)는 공중 운송 비히클의 원하는 자세(1616) 및 포지션(1615)을 생성하고 이러한 입력들을 힘 할당 모듈 및 포지션 제어기에 각각 지향시킬 수 있다. 후속적으로, 힘 할당 모듈(1660)은 속도 제어기(1630)로부터 원하는 힘 입력을 수신할 수 있다. 힘 할당 제어기는 원하는 기준 자세(1668)뿐만 아니라 원하는 힘 출력(1665)을 생성할 수 있다. 모멘트 할당(1670)은 그 후, 제어 할당 모듈(1680)에 대한 입력의 생성을 위해 레이트 제어기(1650)로부터 자세 입력을 수신할 수 있다. 궁극적으로, 다수의 실시예들에 따른 도 16의 제어 시스템은 회전자 추진 방향들의 능동 제어를 제공할 수 있으며, 이는 고레벨 제어기들에 의해 제공되는 요건들에 기초하여 도달 가능한 힘 및 모멘트의 공간들을 적응적으로 변경함으로써 비히클의 비행 성능을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 다수의 실시예들에서, 비히클은 제어기들로부터의 적절한 힘 및 모멘트를 보장하면서 회전자들의 과포화를 회피할 수 있다.
[0088] 이제 도 17 및 도 18을 참조하면, 다양한 비행 특성들을 도시하는 도 17 및 도 18의 그래픽 예시들을 통해 도 15의 제어 시스템의 사용이 예시될 수 있다. 예컨대, 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 공중 운송 비히클의 속도 추적을 예시하며, 여기서 공중 운송 비히클은 먼저 순 상승 비행의 커맨드를 수신하고 안정 레벨 전방 비행으로 트랜지션한다. 전방 비행을 위한 커맨드가 주어질 때, 공중 운송 비히클은 다회전자 항공기의 것과 유사하게 기울어지고 그 후 고정익이 양력을 생성하기 시작할 때 편평한 궤도로 트랜지션한다는 것을 도 17b의 최하부 부분으로부터 알 수 있다. 다수의 실시예들에 따라, 트랜지션이 일어날 수 있고 측면 회전자들이 전력 소비를 감소시키고 후부 회전자들로 전력을 트랜지션할 수 있게 하여, 지속된 비행을 유지하기 위해 날개의 양력 성질들과 함께 수평 추력을 제공한다. 비행에 필요한 양력을 생성하는 데 있어 날개의 양력이 신속하게 사용된다는 것을 알 수 있다.
[0089] 도 18은 고정익들로부터 생성된 양력으로의 측면 회전자로들부터의 전방 비행의 복잡한 트랜지션 동안 거동 트랜지션들을 추가로 예시한다. 예컨대, 도 18의 최상부 차트는 트랜지션 동안 영각의 변화를 예시한다. 또한, 중간 차트는 고정익들이 비히클에 대한 양력을 생성하기 시작함에 따라 양력의 증가를 예시한다. 다수의 실시예들은 다회전자 항공기와 고정익 항공기의 결합된 힘들 및 모멘트들을 둘러싼 복잡한 이슈들을 극복하기 위한 참조된 제어기 시스템을 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 제어 시스템은 비행의 변화들을 처리하고 그에 따라 힘 할당을 조정하여 (회전자 장애의 경우에서도) 원하는 렌치를 유지하고 안전하고 효율적인 비행을 허용할 수 있다.
등가물들의 원칙
[0090] 본 발명의 이러한 설명은 예시 및 설명의 목적들을 위해 제시되었다. 이것은 본 발명을 설명된 바로 그 형태로 제한하거나 총망라하려는 것이 아니며, 위의 교시에 비추어 다수의 수정들 및 변동들이 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리들 및 그의 실제 애플리케이션들을 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 설명되었다. 본 설명은 당업자들이, 다양한 실시예들의 그리고 특정 용도에 적합하게 다양한 수정들을 한 본 발명을 가장 잘 활용하고 실시하는 것을 가능하게 할 것이다. 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해 정의된다.
Claims (14)
- 자동화된 비행 운송수단 비히클(automated flying transport vehicle)로서,
최상부 부분, 최하부 부분, 제1 측 부분 및 제2 측 부분, 및 전방 부분 및 후방 부분을 갖는 외부 표면을 갖는 세장형 본체(elongated body) ― 상기 외부 표면은 내부 캐비티(cavity)를 추가로 정의함 ―;
상기 제1 측 부분 및 제2 측 부분을 통해 배치되고 상기 본체의 상위 부분 근처에서 상기 본체 내에 포지셔닝되는 슬롯형 개구(slotted opening);
상기 슬롯형 개구 내에 배치되고 비행 동안 양력을 생성하도록 구성되는 에어포일(airfoil);
회전자 하우징(rotor housing)을 각각 갖는 복수의 측면 회전자들 ― 각각의 측면 회전자는, 상기 본체의 대부분이 상기 복수의 회전자들 위에 배치되도록, 상기 본체의 상기 최하부 부분 근처에서 상기 제1 측 부분 및 제2 측 부분 각각을 따라 배치되고, 상기 복수의 측면 회전자들 각각은 근위 단부 및 원위 단부를 갖는 세장형 측면 샤프트에 연결되고, 상기 근위 단부는 상기 본체에 연결되고, 상기 원위 단부는 상기 회전자 하우징에 연결되고, 상기 복수의 측면 회전자들 각각은 전력 시스템에 연결되고, 상기 전력 시스템은 상기 내부 캐비티 내에 배치됨 ―;
상기 후방 부분을 따라 배치되는 제1 후부 회전자 ― 상기 제1 후부 회전자는 상기 본체의 후방 부분으로부터 미리 결정된 거리에 배치되고 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 세장형 지지 샤프트에 연결되는 회전자 하우징을 갖고, 상기 제1 단부는 상기 본체에 연결되고, 상기 제2 단부는 상기 회전자 하우징에 연결되고, 상기 제1 후부 회전자는 상기 전력 시스템에 연결되고, 그리고 상기 제1 후부 회전자는 상기 본체의 종축(longitudinal axis)에 평행한 회전축을 가짐 ―;
상기 내부 캐비티 내에 배치되고, 상기 복수의 측면 회전자들 및 상기 제1 후부 회전자와 전자 통신하고, 상기 회전자들 각각의 회전 모멘트를 조정하여 상기 운송수단 비히클이 수직 모션 및 수평 모션을 추가로 포함하도록 대응하는 추력을 생성하게 구성되는 제어기 시스템을 포함하고,
상기 수직 모션은 적어도 상기 복수의 측면 회전자들에 의해 생성되는 수직 추력에 의해 제어되고;
상기 수평 모션은 상기 제1 후부 회전자 및 상기 복수의 측면 회전자들의 조정된 회전으로부터 생성되는 추력에 의해 제어되고, 상기 에어포일은 상기 수평 모션 동안 양력을 추가로 생성하고, 상기 후부 회전자는 상기 수평 모션 동안 상기 측면 회전자들의 전력이 감소되거나 제거되도록, 일단 동작하면, 상기 에어포일에 의해 생성되는 양력과 함께 충분한 추력을 제공하도록 구성되는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제1항에 있어서,
상기 에어포일은 상기 슬롯형 개구 내에 대향하여 배치되는 제1 에어포일 및 제2 에어포일을 추가로 포함하고, 상기 제1 에어포일 및 상기 제2 에어포일 각각은 상기 운송수단 비히클의 본체에 회전 가능하게 연결되고, 상기 제어기 시스템으로부터 제어 입력들을 수신하도록 그리고 상기 제어 입력들을 상기 제1 에어포일 및 상기 제2 에어포일 각각의 조정된 회전 움직임으로 변환하여서 상기 에어포일들이 전개된 구성(deployed configuration) 및 보관된 구성(stored configuration)으로 배치될 수 있게 하도록 구성되는 기계적 드라이브 시스템에 추가로 연결되고,
상기 전개된 구성의 상기 에어포일들은 상기 에어포일의 단면이 상기 수평 모션 동안 양력을 생성하도록 자세를 취하게(poise) 포지셔닝되고;
상기 보관된 구성의 상기 에어포일들은 상기 에어포일의 단면에 의해 어떤한 양력도 생성되지 않도록 포지셔닝되는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 측면 회전자들 각각은 상기 본체의 종축에 수직으로 이어지는 고정된 축을 중심으로 회전 가능하고, 상기 복수의 측면 회전자들 각각의 회전은 상기 회전자들의 추력 벡터링(thrust vectoring)을 생성할 수 있는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 후부 회전자는 상기 지지 샤프트에 수직인 축을 중심으로 회전 가능하여서, 상기 제1 후부 회전자가 상기 제1 후부 회전자의 원하는 포지션에 따라 추력 벡터링을 생성할 수 있고, 상기 제1 후부 회전자의 회전은 상기 제어기 시스템과 통신하는 회전 모터에 의해 제어되고, 상기 제1 후부 회전자의 포지션은 상기 제어기 시스템에 의해 제어되는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제4항에 있어서,
상기 회전 모터는 상기 본체 내에 배치되고 상기 세장형 지지 샤프트의 제2 단부에 로케이팅된 피봇 지점에서 상기 제1 후부 회전자에 연결되는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제4항에 있어서,
상기 회전 모터는 상기 제2 단부에 배치되고 상기 회전자 하우징 내에 인클로징(enclose)되는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제1항에 있어서,
상기 내부 캐비티는 인간을 수용하도록 구성되는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제1항에 있어서,
액세스 도어를 추가로 포함하고,
상기 액세스 도어는 상기 운송수단 비히클의 상기 전방 부분 상에 배치되고 힌지들 및 슬라이딩 매터니즘들로 구성된 그룹으로부터 선택된 수단에 의해 상기 운송수단 비히클의 상기 본체에 연결되는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제1항에 있어서,
액세스 패널들을 추가로 포함하고,
상기 액세스 패널들은 상기 운송수단 비히클의 내부 컴포넌트들에 대한 액세스를 허용하도록 동작하는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제9항에 있어서,
상기 액세스 패널들은 상기 최하부 및 상기 측 부분들 각각으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 상기 본체 상의 포지션에 배치되는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 측면 회전자들 각각 및 상기 제1 후부 회전자 상에 배치되는 덕트 슈라우드(ducted shroud)를 추가로 포함하고,
상기 덕트 슈라우드는 개별 회전자 각각에 걸친 공기 흐름을 보조하도록 구성되는 가변 단면을 가져서, 상기 개별 회전자 각각에 걸친 공기 흐름의 속도 및 압력이 최대화되어서 회전자 팁들에서의 추력의 손실이 최소화되는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제1항에 있어서,
적어도, 상기 본체의 종축의 대향하는 측 상에서 상기 제1 후부 회전자와 평행하게 배치되는 제2 후부 회전자를 추가로 포함하는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 제12항에 있어서,
상기 제1 후부 회전자 및 상기 제2 후부 회전자 각각은 상기 지지 샤프트에 수직인 축을 중심으로 회전 가능하여서, 상기 제1 후부 회전자 및 적어도 상기 제2 후부 회전자는 상기 후부 회전자들의 원하는 포지션에 따라 추력 벡터링을 생성할 수 있고, 상기 제1 후부 회전자 및 상기 제2 후부 회전자의 회전은 상기 제어기 시스템과 통신하는 회전 모터에 의해 제어되고, 상기 후부 회전자들의 포지션은 상기 제어기 시스템에 의해 제어되는,
자동화된 비행 운송수단 비히클.
- 다회전자 고정익 운송수단 비히클을 제어하기 위한 방법으로서,
최상부 부분, 최하부 부분, 제1 측 부분 및 제2 측 부분, 및 전방 부분 및 후방 부분을 갖는 외부 표면을 갖는 세장형 본체 ― 상기 외부 표면은 내부 캐비티를 추가로 정의함 ―;
상기 제1 측 부분 및 상기 제2 측 부분을 통해 배치되고 상기 본체의 상위 부분 근처에서 상기 본체 내에 포지셔닝되는 슬롯형 개구;
상기 슬롯형 개구 내에 배치되고 비행 동안 양력을 생성하도록 구성되는 에어포일;
회전자 하우징을 각각 갖는 복수의 측면 회전자들 ― 각각의 회전자는, 상기 본체의 대부분이 상기 복수의 회전자들 위에 배치되도록, 상기 본체의 상기 최하부 부분 근처에서 상기 제1 측 부분 및 상기 제2 측 부분 각각을 따라 배치되고, 상기 복수의 측면 회전자들 각각은 근위 단부 및 원위 단부를 갖는 세장형 측면 샤프트에 연결되고, 상기 근위 단부는 상기 본체에 연결되고, 상기 원위 단부는 상기 회전자 하우징에 연결되고,상기 복수의 측면 회전자들 각각은 전력 시스템에 연결되고, 상기 전력 시스템은 상기 내부 캐비티 내에 배치됨 ―;
상기 후방 부분을 따라 배치되는 제1 후부 회전자 ― 상기 제1 후부 회전자는, 상기 본체의 상기 후방 부분으로부터 미리 결정된 거리에 배치되고 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 세장형 지지 샤프트에 연결되는 회전자 하우징을 갖고, 상기 제1 단부는 상기 본체에 연결되고, 상기 제2 단부는 상기 회전자 하우징에 연결되고, 상기 제1 후부 회전자는 상기 전력 시스템에 연결되고, 그리고 상기 제1 후부 회전자는 상기 본체의 종축에 평행한 회전축을 가짐 ―;
상기 내부 캐비티 내에 배치되고, 상기 복수의 측면 회전자들 및 상기 제1 후부 회전자와 전자 통신하고, 상기 회전자들 각각의 회전 모멘트를 조정하여 상기 운송수단 비히클이 수직 모션 및 수평 모션을 추가로 포함하도록 대응하는 추력을 생성하게 구성되는 제어기 시스템
을 추가로 포함하는 상기 다회전자 고정익 운송수단 비히클을 획득하는 단계 ― 상기 수직 모션은 적어도 상기 복수의 측면 회전자들에 의해 생성되는 수직 추력에 의해 제어되고, 상기 수평 모션은 상기 제1 후부 회전자 및 상기 복수의 측면 회전자들의 조정된 회전으로부터 생성되는 추력에 의해 제어되고, 상기 에어포일은 상기 수평 모션 동안 양력을 추가로 생성하고, 상기 후부 회전자는, 상기 수평 모션 동안 상기 측면 회전자들의 전력이 감소되거나 제거되도록, 일단 동작하면, 상기 에어포일에 의해 생성되는 양력과 함께 충분한 추력을 제공하도록 구성됨 ―;
상기 다회전자 고정익 운송수단 비히클을 위한 원하는 포지션 입력을 생성하는 단계;
상기 다회전자 고정익 운송수단 비히클에 대한 원하는 자세(attitude)를 생성하는 단계;
상기 원하는 포지션을 포지션 제어기에 입력하는 단계 ― 상기 포지션 제어기는 대응하는 힘 피드백 입력을 생성하기 위해 상기 포지션 입력을 속도 컴포넌트 입력으로 변환함 ―;
힘 할당 모듈에서 상기 원하는 자세 및 생성되는 힘 피드백을 결합하고, 자세 제어기에 대한 자세 입력을 생성하는 단계 ― 상기 자세 제어기는 레이트 제어기로 원하는 렌치(wrench) 입력을 생성하고, 상기 원하는 렌치는 힘 벡터 및 커플 또는 토크 벡터의 병렬 결합이고, 상기 레이트 제어기는 상기 원하는 렌치를 모멘트 할당 모듈에 대한 힘 모멘트 입력으로 변환함 ―;
상기 힘 모멘트 입력 및 상기 힘 할당 모듈로부터의 힘 피드백을 제어 할당 모듈로 결합하는 단계;
상기 복수의 측면 회전자들 및 후부 회전자들에 적절한 힘 생성 전압들을 할당하는 단계를 포함하는,
다회전자 고정익 운송수단 비히클을 제어하기 위한 방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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| GRNT | Written decision to grant |