KR20020032482A - 응집력을 이용하는 프로펠러 - Google Patents

Abstract

(1) 발명이 속한 기술분야 : 항공기의 프로펠러

(2) 발명의 목적 : 공기(Air)를 응집시키는 프로펠러를 발명하여, 항공기에 장착하여 항공산업을 진보시키는 것을 목적으로 함.

(3) 발명의 구성 : 자연 생태계에 존재하는 소라나 고동등을 모방하여, 공학적으로 정밀 계측하고 이를 확대하여, 금속이나 탄소 및 유리섬유, 또는 아라미드 섬유등 강한 재료로 주조 또는 압축 성형하여, 프로펠라의 형상을 만들고 동력 연동장치(바벨기어.체인기어.고무벨트)를 장착하여 항공기 엔진과 연동되는 것을 구성으로 함.

(4) 발명의 효과 : 현존하는 각종 헬리콥터의 주로터(수평으로 회전하는 긴 날개)를 대체할 수 있으며, 헬리콥터와 같이 수직상승, 전진, 정지비행(호버링) 수직하강이 가능하기 때문에, 각종 헬리콥터의 주로터를 대체 할 수가 있는 것이며, 또 한편으로는 고정식날개를 가진 중·소형항공기의 경우에는 비행기 구입 가격보다도 이착륙장 건설비가 더 들어, 자가용 비행기의 대중화를 가로막고 있으나, 본 발명은 에어(Air)를 프로펠러 내부에서 응축시킨 후, 분출구를 변환시켜 수직 이착륙이 가능하고, 호버링(정지비행)이 가능하도록 연구 개발되었기 때문에, 항공산업을 한 단계 더 진보시키고 부흥시켜, 자가용 비행기의 대중화를 이룩할 수가 있는 것이다. 또 항공기의 경우 이착륙시 제일 많은 사고가 난다. 그러나 본 발명 프로펠라는 수직 이착륙이 가능하도록 구조와 기능이 되어 있기 때문에, 항공사고를 대폭 경감시키고 항공기의 안전을 기할 수 있는 것이다.

Description

응집력을 이용하는 프로펠러{Cohesive power utilization propeller}

종래의 기술로는 헬리콥터의 주로터(상부에서 수평으로 회전하는 긴 날개)나 고정날개 항공기의 프로펠러는 에어(Air)를 나선운동으로 위에서 아래로, 또는 앞에서 뒤로 빠른 속도로 밀어내는 역할 밖에 못하고, 그것을 부양력(양력) 혹은 추진력으로 활용해 왔다.

본 발명은 에어(Air)를 에어 변환판으로 조정하여 항공기체가 수직이륙시에는 100% 상승 양력으로 활용하고, 항공기가 일정고로 (지상에서 약 15m 상승했을 때)에 이르면 50%는 추진력으로 활용하여 계속 비행케 하는 것이다. 나머지 50%는 부양력(양력)으로 활용하여 항공기체를 떠 받처, 중력의 영향에서 벗어나 연료가 있는한, 마음껏 활공하도록 하는 것이다.

고정날개식 항공기는 프로펠러에서 응집되는 에어를 수직이착륙시에는 100%지면으로 분출 상승하고 일정고도에 이르고 난 후, 기체가 안정된 후, 에어(Air)는 에어 변환판을 변환시켜 100% 에어를 뒤로 분사, 추진력으로 활용한다.

에어(Air)를 응집시켜 항공기에 활용하기 위해서는 자연에서 찾고, 배우고 모방하여 응용하는 것이 좋다. 우선 자연에서 나선형으로 자연적으로 형성된 것을 찾아보면, 가장 쉽게 민물에는 우렁이가 있고, 해수(바닷물)에는 소라와 고동이 있다.

이 소라나 고동을 모방해서 확대 제작하고 동력을 써서 실험해 보면, 소용돌이 나선운동이 일어날 것인가? 라는 의문을 풀어보고자 확대 제작하고 실험해보니 매우 좋은 실험결과가 나온 것이다.

도 1은 전체사시도

도 2는 평면도

도 3은 A-A선 횡단면도

도 4는 요부 확대도

도 5는 에어(Air) 분출관 확대 단면도

도 6은 에어(Air) 불출관 확대 사시도

도 7은 헬리곱터를 대체하는 수직 이착륙기 예시도

도 8은 고정날개식 수직 이착륙기 예시도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 응집력을 이용하는 프로펠러 2' : 나선형 반원판

3" : 나선형 반원판 4 : 결합구

5 : 결합 볼트와 너트 6 : 나선형 원형식 깃차

7 : 에어(Air)인입구 8 : 동력 연결축

9 : 체인기어 9' : 바벨기어 9" : 벨트플리

10 : 외부 에어분출관 10' : 내부 에어분출관 10" : 에어분출구

11 : 1번 에어변환판 12 : 2번 에어변환판

13 : 연결막대 13' : 판스프링 14 : 지점

15 : 연결줄 16 : 베어링

17 : 외피(외부 안전판) 18 : 안전철망

19 : 고정대 20 : 고정구

21 : 보강판 22 : 헬리곱터 대체용 수직 이착륙기

23 : 항공기 엔진 24 : 엔진에어 인입구

※ 참고바람

전자화를 위해 타이핑하실 때, 표시한 연필줄데로 글자의 줄을 맞추어 주기바람. 본인의 PC 실력으로는 더 이상 안됨. 고장인지 쪽번호 넣기도 안되어 오려붙임. 양해바람.

25 : 승강타 26 : 조종타

27 : 고정날개식 수직 이착륙기

자연에 존재하는 우렁이나 소라를 수집하여, 정밀 계측하고 그 수치를 계산하여 같은 비율로 확대한 후, 주조형틀을 만들고 복합소재(유리섬유, 탄소섬유, 아르나미섬유등 최근 연구 개발된 재료를 활용, 가볍고 강해야 됨)를 써서 제작하는 것이다.

위 방법은 적은 비용으로 대량생산이 가능한 것이다. 또는 금속을 써도 무방하나 무겁고, 생산코스로도 많이 들고 상승하는데 좋지 않다.

먼저 프로펠러(1)의 형태를 제작하는데 금형틀을 만들고, 금속이나 복합소재로 나선형 반원판(2')과 나선형 반원판(3")을 만드는데, 외부 측면에는 결합구(4)와 결합볼트와 너트(5)를 이용하여, 나선형 반원판(2')과 나선형 반원판(3")이 결합되여 프로펠러(1) 형태로서 일체(한몸)가 되도록하고, 프로펠러(1)의 내부 측면에는 나선형 원형식 깃차(6)을 설치하는데, 이 깃차(6)의 역할은 에어(Air)의 역진을 막고, 보통 펌프의 깃차처럼 에어를 강하게 압박하고, 밀어주는 역할을 하여 에어가 계속 흐르게 하는 것이다. 프로펠러(1)의 저면 일측에는 에어인입구(7)를 설치하고, 프로펠러(1)의 중심 내부에는 동력연결 축(8)을 설치하는데, 그 하단에는 체인기어(9)와 바벨기어(9') 또는 고무벨트풀리(9")를 장착하여, 외부동력 즉 항공기엔진(23)과 연동되도록 하는 것이다.

프로펠러(1)의 상단에는 외부 에어분출관(10)과 내부 에어분출관(10')을 설치하는데, 내부 에어분출관(10')은 회전하더라도 외부 에어분출관(10)은 회전하지 않도록, 내.외부 분출관(10'.10)의 상단과 동력 연결축(8) 하단 접촉지점에는 베아링(16)을 설치하여, 마찰을 줄이고, 원활한 회전이 되도록 하는 것이다.

외부 에어분출관(10)의 상부는 45 °도로 비스듬히 절단하고, 그 내부에는 1번 에어변환판(11)과 외부에는 2번 에어변환판(12)을 설치하는 것이다.

에어변환판(11.12)의 측면과 상단에는 연결막대(13)를 장착하고, 지점(14)을 핀이나 경첩식으로 설치하고 연결막대(13)의 상기 끝에는 연결줄(15)을 설치하여,조종실에서 조종레버를 밀고 당기고 함에 따라, 지점(14)을 축으로 하여 에어 변환판(11.12)이 70 °. 98.5 °. 180 °로 변환되어 분출되는 에어를 필요에 따라 조종 가능토록 하는 것이다.

외부 분출관(10)을 통해 분출되는 에어는 1번 에어변환판(11)과 2번 에어 변환판(12)에 의해서 필요에 따라 에어의 분출각도가 변환되는 것이다.

즉, 항공기체의(22.27)측면에 부착된 프로펠러(1)에 의해서 응집된 에어(Air)는 외부 에어분출관(10)을 통해 힘차게 분사되는데, 외부 에어분출관(10)내에 설치된 1 - 2번 에어변환판(11.12)에 의해서 수직 이착륙시에는 분사각도가 98.5 °가 되어 지면에 힘차게 품어대고, 기체는 상승케 되는 것이다.

상승후(지면에서 약 15m지점)에는 헬리콥터 같은 원리로 비행하는 수직 이착륙기(22)는 1번 에어변환판(11)을 하방(아래:지면)을 향해, 수직으로 유압장치로 고정시키고, 2번 에어변환판(12)은 90도 후방(뒷방향)으로 회전 후, 유압장치로 수평으로 고정시키면, 동시에 부양력과 추진력을 발휘케 되어 기체(22)는 전진(前進)비행을 하게 되는 것이다.

호버링(정지비행)은 1번, 2번 에어 변환판(11.12)을 98.5 ° 변환시키고 항공기 엔진(23)의 파워를 스로틀 레버로 적당히 조종해 주면 되는 것이다.

착륙(하강)비행 역시도 1.2번 에어 변환판(11.12)을 98.5 °로 맞추고 엔진(23)파워를 감속시키면 되는 것이다.

비행중 상공에서 정지하거나 후진비행은 1번 에어변환판(11)을 70 °로 맞추면 에어(Air)는 역분사 하게되고, 엔진(23)파워를 감속해 주면 에어 브레이크 역할을 하게 되어 정지케 되고, 엔진(23)파워를 계속 증강시키면 역추진케 되어 후진(後進) 비행케 되는 것이다.

일반적으로 고정식 날개를 장착하고 프로펠러로 추진되는 항공기는 실용화된 헬리콥터와 제트엔진의 힘을 이용한 수직 이착륙기인, 영국의 V/STOL BAE사의 해리어기와 같이 수직 이착륙 기능과 공중정지비행(호버링)이 불가능 한 것으로 되어 있고, 알려졌고, 또 그것이 일반적인 상식이다.

물론 세계각국에서 위와 같은 방법을 타파하고 실용화하기 위해, 연구개발중이나 아직까지 그 어느 것도 실용화된 것은 없다.

본 발명은 고정날개 항공기(27)의 경우에도 수직 이착륙과 정지 비행기능이 가능하도록 하기 위해, 고정식 날개 항공기(도 8 참조)에 승객실 앞.뒤로 항공기 엔진 2개를 배치하고, 엔진 좌. 우에는 본 발명 프로펠러(1)를 4개 장착하여, 균형과 안정을 잡는다. 프로펠라(1)를 항공기 엔진(23)과 연동되도록 설치하고, 프로펠러(1)에서 분출되는 에어(Air)를 에어 변환판(11.12)을 조종하여, 분출되는 에어의 각도를 70 °. 98.5 °. 180 °로 변환이 가능토록 하여, 수직 이착륙시에는 에어 변환판(11.12)의 각도가 98.5 °되도록 하여, 100%분사되는 에어를 하방(지면)으로 향하게 하여, 기체(27)는 양력을 얻어 상승케 되는 것이다.

일정고도 (지상15m)에 이르면, 에어변환판(11.12)을 서서히 수평이 되도록 뒤로 조작(90 °)하면, 에어는 100% 뒤로 분사케 도어 전진비행이 되는 것이다. 이때의 양력은 고정날개에서 얻는 것이다.

호버링(정지비행)은 에어 변환판(11.12)을 98.5 °로 조종하고 엔진파워(23)를 비행상황을 봐가면서 조정하면 되는 것이다.

에어 브레이크 기능과 역추진비행(후진비행)은 에어 변환판(11.12)을 70 °가 되도록 조작하면, 에어가 역분사케 되어 에어브레이크 기능과 후진비행이 가능한 것이다.

이착륙비행과 전진비행. 정지비행등의 최선의 방법은 최근 발달하기 시작한 컴퓨터와 GPS(인공위성을 이용한 지구위치 정보시스템)연동되도록 하고, 비행방향. 거리. 고도. 속도. 기타 비행사항을 컴퓨터에 입력만 하면 되도록 개발하면 되는 것이다. 때문에 자동비행이 가능한 항공기를 개발해 낼수 가 있는 것이다.

미 설명 부호 13은 판스프링. 17은 외피(외부 안전판) 18은 안전철망. 19은 고정대. 20은 고정구. 21은 보강판. 23은 항공기 엔진. 24는 엔진에어인입구. 25는 승강타. 26은 조종타다.

이상과 같은 구조를 구성으로 하는 본 발명 프로펠러는 실험용으로 제작 실험한바에 의하면, 현재 통용중인 상용 프로펠러와 비교해 볼 때 약 5배의 효율성을갖는다.

무선조종(R C)모형항공기에 장착 실험한바에 의하면 현재 시판되고 있는 무선조종(R C)헬리콥터와 항공기보다 약 3배의 효율성을 갖는 것이다.

발명의 구성과 작용에서 설명한 바와 같이 본 발명 프로펠러를 이용해서 응집된 에어(Air)는 보통 프로펠러에 비하여, 약 5배의 효율을 일으키는 에어(Air)를 분출관(10)을 통해 분출시켜, 에어 변환판(11.12)으로 각도를 조정(70 °,98.5 °,180 °)하여, 수직 이착륙과 정지비행(호버링)과 후진비행이 가능하도록 하는 것이다. 수직 이착륙시에는 에어 변환판(11.12)의 각도를 98.5 °가 되도록 하여 수직 상승하고, 상승후 일정비행고도 (지상에서 약 15m)에 이르면 2번 에어 변환판(12)을 90 °을 뒷방향으로 변환 조작하여, 분출되는 에어가 추진력이 되도록 하고, 나머지 1번에어 변환판(11)은 그대로 고정되도록 조작하여, 분사되는 에어의 50%는 상승 양력과 부양력으로 활용하고, 나머지 50%는 추진력이 되도록 하여 지구의 중력의 영향에서 벗어나, 연료가 있는한 마음껏 비행할 수가 있는 것이다.

또 한편으로는 에어 변환판(11.12)의 각도를 70 °로 변환시켜 분출되는 에어를 역분사시켜, 정지시커거나 또는 98.5도로 조작하여 호버링(정지비행)을 할 수 있도록 하고, 또한 역후진도 가능하도록 하여 후진비행이 되도록 하여서, 비행전면에 추돌 물체가 나타났을 때에는, 역추진 (후진비행)방법으로 추돌을 피해, 항공사고를 미연에 방지하는 기능을 갖는 것이다.

또한 앞. 뒤로 배치된 엔진을 자동차의 추진축과 같은 원리로 연동되도록 하여 , 비행중 엔진이 1개가 꺼지는 사고가 발생해도 나머지 1개의 엔진의 힘으로 비상 돌발사태에 대비케 하고, 비상착륙이 가능하도록 하여 항공사고를 미연에 방지하고 항공안전을 기하는 것이다.

고정식 날개를 장착한 경항공기의 경우, 미국과 같은 넓은 땅을 가진 나라가 아니고서는, 또 웬만한 부유층이 아니고서는 비행기 구입가격보다 활주로를 닦아, 이착륙장을 만드는 비용이 약 5-10배에 이른다. 때문에 항공기시장의 대중화를 가로막는 장애물이요, 암벽였으나 본 발명 프로펠러는 현재 상용중인 프로펠러에 비해 약 5배의 효율을 갖추고 있으므로 응집된 에어를 이용, 수직 이착륙이 가능하기 때문에, 항공기체보다 약간 더 큰 면적과 공간만 있으면 긴 활주로 닦는 비용을 절감하고 자가용 비행기의 대중화를 기약할 수가 있는 것이다.

헬리콥터의 경우 제일 소형이라 할 수 있는 미국 휴즈사의 모델명 OH-6 카이유스(외형이 계란형태임)와 민간용 경항공기로 생산되여 세계 각국에서 제일 많이 활용되는 세스나 T-41의 데이터를 보면,

위와 같다. 때문에 수직 이착륙을 하는 헬리곱터의 경우, 제일 소형이라 할 수 있는 미국 휴즈사의 모델명 OH-6 카이어스의 이착륙을 위해서는, 주로우터의 직경과 길이보다, 꼬리날개가 주로우터 보다 멀리 나와 있어, 약 10㎡×10㎡=100㎡의 면적과 공간이 필요하다. 데이터1 참조

그러나 본 발명 프로펠러(1)는 거추장스럽고 소음도 심한 헬리콥터의 주로우터를 대체 할 수가 있어, 이착륙 면적과 공간은 약 3×7=21㎡의 면적과 공간만이필요하므로 약 1/5의 절감 효과가 있고, 본 발명 프로펠라(1)를 이용한 수직 이착륙기(22)을 개발하여 활용한다면, 2.5×5 = 12.5㎡ 의 면적과 공간만이 필요할 뿐이다.

때문에 웬만한 가옥의 마당이나, 건물옥상에서도 수직 이착륙이 가능한 수직 이착륙기(22)를 개발하여 활용한다면, 항공시장의 일대 혁신을 이륙할 수가 있는 것이다.

또 한편 비행기체(22.27)의 지붕에는 비상 낙화산실을 설치할 수가 있어, 기체용(22.27)비상 낙하산을 항상 비치하여, 만약의 사태에 대비하고 활용하여 항공안전을 도모하는 것이다. (헬리콥터에서는 긴 로우터 때문에 불가능)

비행중 전면에 추돌 물체가 나타났을 때는 역추진이 가능하고, 또한 승강타(25)와 조종타(26)를 이용하여 기체(22.27)의 방향과 자세 변경이 가능하기 때문에 항공안전에 일대 혁신을 기약할 수가 있는 것이다.

또한 고정식 날개를 가진 항공기(27)에 있어서도, 수직 이착륙 기능이 가능하도록 구조와 기능이 연구 개발되었기 때문에, 많은 비용을 들이는 항공기의 이착륙장 건설비용을 대폭 경감시켜, 항공시장의 일대 혁신을 기하고 부흥시킬 수 가 있는 것이다.

헬리콥터 대체용 수직 이착륙기(22)와 고정날개식 수직 이착륙기(27)의 정지비행 기능(호버링)과 비행기능을 활용하여, 농부들의 씨앗파종 및 농약살포. 군 경계용. 정찰용. 해안 감시 및 원유 송유관 감시. 레저용 및 영화촬영, 인명구조. 소방진화. 또 회사의 출퇴근용과 업무용 등등 용도는 매우 다양한 것이다.

Claims (3)

1. 응집력을 이용하는 프로펠러(1)를 복합소재(탄소섬유. FRP:유리섬유 강화 프라스틱.아르나미섬유. 기타)등을 활용하여 형상을 형성하고, 나선형 반원판(2')과 나선형 반원판(3")을 결합구(4)와 결합볼트와 너트(5)로 결합하여 일체가 되도록하고, 프로펠러(1)의 내부에는 나선형 원형식 깃차(6)를 설치하고, 내부 중앙에는 동력 연결축(8)을 설치하고, 그 하단에는 연동되는 체인기어(9)와 바벨기어(9') 및 벨트플리(9")를 장착하고, 외부 상단에는 에어(Air)의 내.외부 분출관(10'.10)을 설치하고, 분출구(10")의 내부 측면 상단에는 1번 에어 변환판(11)과 2번 에어 변환판(12)을 설치하고, 에어변환판(11.12)의 상단측면에는 연결막대(13)와 지점(14)을 설치하고, 상기 연결막대(13)의 끝에는 연결줄(15)을 장치하고, 프로펠러(1)의 내부 주요 접촉 부위에는 베아링(16)을 설치하며, 프로펠러(1)의 외부에는 외피(17)와 안전철망(18)을 장착하는 것을 특징으로 하는 에어(Air)의 응집력을 이용하는 프로펠러.
2. 제1항에 있어서 나선형 반원판(2')과 반원판(3")을 복합소재(탄소섬유. FRP:유리섬유 강화 프라스틱. 아르나미섬유. 기타)로 형상을 형성하고, 내부중앙에는 동력 연결축(8)을 설치하고, 그 하단에는 체인기어(9)와 바벨기어(9') 및 벨트플리(9")를 장착하고, 내부에는 나선형 원형식 깃차(6)를 설치하고, 상단에는 에어 분출구(10")를 설치하고, 그 상단에는 1번 에어변환판(11)과 2번 에어변환판(12)을 설치하며, 그 측면에는 연결막대(13)와 지점(14)을 설치하고 상기 연결막대(13)의 끝에는 연결줄(15)를 설치하는 것을 특징으로 하는 응집력을 이용하는 프로펠러.
3. 제2항에 있어서 프로펠라(1)의 내부 중앙에는 동력 연결축(8)을 설치하고 그 상단 끝에는 에어 내.외부 분출관(10'.10)을 설치하고, 1번 에어변환판(11)과 2번 에어변환판(12)을 설치하는 것을 특징으로 하는 응집력을 이용하는 프로펠러.