KR20020035252A - 압전재료 구동 날개짓 비행체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전 소자의 진동 특성을 날개짓에 응용하여 진동하는 날개짓으로 비행하는 비행체를 만드는 것이다. 전기장이 가해 졌을 때 응력이 변화해 변형하고 진동하는 압전소자의 특성을 빔 구조를 이용해 발생한 진동을 증폭시켜서 날개짓을 할 수 있도록 제작하면 진동하는 날개짓을 가진 소형 경량의 곤충형 완구를 제작할 수가 있다.

Description

압전재료 구동 날개짓 비행체 {flying objects having flapping wing driven by Piezoelectric materials}

발명이 속하는 기술 분야는 압전 재료의 개발에 관한 분야와 소형 비행체의 제작 분야이다. 압전재료란 전기장을 받을 때 전기적인 응력을 발생시키는 물질이다. 이러한 압전재료의 응력 특성을 이용하면 전기를 통해 진동하는 구조물을 제작할 수가 있다. 이러한 진동을 증폭시키는 구조를 이용하면 작은 비행체의 날개짓을구현할 수가 있다. 본 발명에서는 이러한 압전재료의 진동특성을 날개짓에 이용하여 비행하는 곤충형의 비행체를 제작하는 것이다. 압전재료는 변위 크기가 작기 때문에 압전재료를 이용한 기존의 연구와 개발은 압전소자를 이용 각종 센서와 엑츄에이터를 제작하는 것이었다. 기존의 센서류 제품들은 진동제어, 음향, 초음파, 감지기 등에 걸쳐 개발되어져 왔다. 소형 비행체의 날개짓 구동을 위한 제작은 고무줄 동력, 모터구동, 압축가스 등을 이용하는 방법들이 개발되어져 왔다.

본 발명에서 이루고자 하는 것은 소형의 비행체가 비행 할 수 있기 위한 구동력을 얻는 것이다. 또한 압전 재료를 이용해 압전 재료에 가해지는 전원의 특성에 따라 압전 소자가 변형되는 것을 이용한 펄럭임 날개를 소형 비행체에 적용할 수 있는 방법을 얻는 것이다.

도1. 은 압전재료를 이용한 날개짓 비행체의 개략도이다. 도 2.는 압전재료에 전기장이 걸릴 때 압전소자가 bias 에 따라 어떠한 변형 특성을 보여주는 지와 날개짓으로 양력을 얻기 충분하도록 이 변형을 증폭시키기 위해 날개 빔 구조를 연결한 상태를 보여준다. 도 3.은 압전소자와 날개 빔을 수평으로 연결하여 진동을 증폭시키는 방법을 보여 준다. 압전소자 상판과 하판이 연동되어 변형하면 상하로 증폭된 날개짓을 얻을 수 있다. 도 4.는 압전소자와 날개 빔을 수직으로 연결하여 진동을 증폭시키는 방법을 보여 준다. 압전소자가 연결된 지점의 차이로 인해 변형이 증폭된다.

발명품인 비행체는 크게 몸통과 날개로 구분된다. 날개는 압전소자축이 지지하는 양력 발생면이다. 날개부는 날개면과 날개 지지 빔으로 구성된다. 일반적인 압전 소자의 진동 폭은 수 mm 정도의 크기 이다. 이 것을 증폭시키기 위해 날개빔의 한쪽 끝단을 압전재료 사이에 위치시키거나 압전재료가 지지하는 위치를 엇갈리게 하여 압전재료에 의한 고정단의 진동을 자유단 쪽에서 증폭하여 큰 진폭을 얻어 낼 수 있도록 한다. (보다 자세한 형상은 도면을 참조.) 이 빔에 날개 면이 붙어서 양력 발생 면을 형성한다. 몸통은 날개부를 지지하고 압전재료에 공급하기 위한 전원의 통로 역할을 한다. 경량의 구조물로 구성된 몸통부에는 날개 빔과 날개의 형상과 특성에 따라 발생하는 양력과 추력이 달라지므로 소형 배터리를 몸통에 설치하거나 전원을 외부에 두고 전선으로 연결해서 비행체의 중량을 최소화 한다. 이경우 날개짓 비행체는 마치 실에 연결된 연과 같은 형태가 될 것이다. 본 발명은 압전소자를 날개짓에 적용하는 방법, 압전소자의 진동을 확대하는 구조물의 제작, 구조물에 전원을 연결하는 방법으로 구성된다.

새로운 개념의 날개짓 구동 방법을 개발하므로 비행체 구현 기술이 다양해 질 수 있을 것이며 완구 시장과 미세 비행체 시장에 큰 반향을 일으킬 것이다.

Claims (2)

1. 압전 소자를 이용한 날개짓 :

   비행체의 날개짓을 얻기 위한 구동력으로 압전 소자를 사용한다
2. 압전 소자 변형을 날개짓에 적용하기 위한 변형 증폭 구조 :

   날개짓에 필요한 큰 변형을 얻기 위한 압전 소자와 연결된 빔 구조물의 제작