KR200281641Y1

KR200281641Y1 - 관절장치가 장착된 날개짓 비행체

Info

Publication number: KR200281641Y1
Application number: KR2020020009344U
Authority: KR
Inventors: 조 원 장
Original assignee: 조 원 장
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2002-07-13

Abstract

본 고안은 날개짓으로 비행하는 비행체의 날개에 관절장치를 적용함으로써 양력 및 추력 발생효율을 높일 수 있도록 고안한 날개짓 비행체에 관한 것이다. 좀 더 자세히 설명하면 본 고안에 따른 날개짓 비행체가 비행 중에 날개의 플랩핑 운동과 더불어 날개가 접혔다가 펴지는 접힘운동(FOLDING MOTION)을 하게 함으로써 실제 새처럼 비행하는 아름다운 날개짓 모양을 연출하거나 비행성능을 향상시킬 수 있도록 고안한 날개짓 비행체에 관한 것이다.

Description

관절장치가 장착된 날개짓 비행체{THE ORNITHOPTER EQUIPPED WITH JOINT APPARATUS}

본 고안은 날개짓 비행제의 날개에 관절장치를 부착하여 사용자가 날렸을 때 플랩핑 운동과 더불어 접힘운동(FOLDING MOTION)을 함으로써 비행성능을 향상시킬 수 있도록 고안한 날개짓 비행체에 관한 것이다.

미국 SCHYLLING社에서 'FLYING BIRD(FLAPPING-WING AIRCRAFT)'를 상품화하여 판매하고 있다. 이러한 상품은 플랩핑 운동(FLAPPING MOTION)을 통하여 46M까지 상승 비행하지만 날개가 접힘운동(FOLDING MOTION)을 할 수 있도록 하는 관절장치는장착되어 있지 않다. 최근 미국 플로리다주에 위치한 PTERYX MODEL AIRCRAFT社에서는 원격조종장치(RC)로 조종하는 ORNITHOPTER를 상품화하여 판매하고 있다. 이와 같이 날개짓 비행체는 원격으로 조종되고 있으나 새의 접힘운동(FOLDING MOTION))을 구현할 수 있는 관절장치가 장착되지 않아 동일한 양력을 발생하기 위해 관절장치가 부착된 비행체보다 날개면적을 크게 하거나 동력을 증가시켜야 하는 단점이 있다.

이와 같이 다양한 ORNITHOPTER(날개를 퍼드덕거리며 나는 비행기)가 상품화되어 판매되고 있으나, 양력발생을 효율적으로 발생시킬 수 있는 관절(JOINT)장치가 장착되어 있지 않는 실정이다. 따라서 비행성능을 향상시킬 수 있는 관절장치를 날개짓 비행체의 날개에 적용하여 날개의 크기를 줄임으로써 날개짓 비행체의 전체크기를 작게 할 수 있다.

본 고안은 날개짓 비행체외 날개에 관절(JOINT)장치를 적용하여 실제 새처럼 비행하는 아름다운 날개짓 운동을 연출하거나 비행체의 양력 및 추력 발생효율을 높일 수 있도록 고안한 날개짓으로 비행하는 비행체에 관한 것이다. 날개짓 비행체의 날개에 관절장치를 적용하는 방법을 보다 자세히 설명하면, 본 고안에 따른 관절장치는 날개 아래면 쪽으로만 굽일 수 있고 윗면 쪽으로는 굽일 수 없는 관절장치를 날개짓 비행체에 적용하여야 한다.

상기와 같이 날개에 장착할 수 있는 관절장치는 날개짓 비행체의 중량을 증가시키고 제작비용이 많이 소요되어 제작에 어려움은 있지만 양력 및 추력 발생효율을 증가시키는 장점이 있다. 또한 날개짓 비행체의 관절장치는 플랩핑 동력에 비해 관절의 굽힙강도가 크면 날개의 플랩핑 운동에 따라 관절이 굽혀지지 않으며, 굽힘강도가 약하면 플랩핑 운동과 별개의 운동을 하여 양력을 감소시키는 역할을 하므로 날개짓 운동 강도에 맞는 관절장치를 제작하여야 한다.

따라서 본 고안은 관절장치를 날개에 적용하는 방법을 개발하여야 하는 기술적 과제가 있으며, 이것은 새와 곤충의 운동을 분석함으로써 날개짓 비행체에 적용 가능한 기술이다. 이와 같은 양력 및 추력발생에 효율적인 관절장치를 날개짓 비행체에 적용함으로써 날개짓 비행체의 크기를 줄이고 효율적으로 비행할 수 있는 방안을 개발하여야 한다. 이러한 날개짓 비행체는 관절장치가 없는 날개짓 비행체에 비해 비행성능이 좋으므로 동일한 양력을 발생함에 있어서 날개면적을 줄일 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 고안에 따른 일반적인 날개짓 비행체의 기계적 구조도를 나타낸 것이다.

도2는 본 고안에 따른 실시 예로 날개에 장착된 관절장치의 기계적 구조도를 나타낸 것이다.

도3은 본 고안에 따른 날개짓 비행체의 실시 예로 날개부분에 관절장치가 장착된 날개짓 비행체의 사진을 나타낸 것이다.

도면의 부호 설명

1 : 동력부(모터)

2 : 동력전달부

3 : 동체부

4 : 날개 및 날개구조부

5 : 꼬리날개부

6 : 기타 장치부

7 : 모터 축

8 : 회전 판

9 : 연결구멍

10 : 커넥팅 로드

11 : 날개 뿌리부분 연결부

12 : 날개 회전축

13 : 관절장치

13' : 관절장치

14 : 와이어

15 : 스프링

16 : 관절회전축

17 : 연결봉

18 : 접힘각

본 고안은 날개짓 비행체의 날개에 관절장치를 장착함으로써 날개짓 비행체가 실제로 비행하는 새와 같은 느낌을 얻게 하거나 효율적인 양력 및 추력을 발생하도록 고안한 날개짓 비행체에 관한 것이다. 본 고안에 따른 날개짓으로 비행하는 비행체를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 고안에 따른 일반적인 날개짓 비행체의 기계적 구조도를 나타낸 것이다. 본 고안에 따른 비행체는 동력부(1), 상기 동력부에 연결되는 동력전달부(2)와; 상기 동력부(1)와 동력전달부(2)가 배설된 동체부(3); 상기 동력전달부(2)에 연결되어 유연한 재료로 만들어진 날개부와 날개구조부(4), 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 꼬리 날개부(5)로 구성되어 있다. 또한 소형카메라, 소형 비디오카메라, 무선통신장치, 자동조종장치 등을 탑재할 수 있는 기타 장치부(6)로 구성되어 있으며, 무선조종에 따른 서보와 리시버, 휴대용 무선조종기(미도시)를 추가적으로 사용할 수 있다. 동력전달부(2)는 기본적으로 원운동을 직선운동으로 바꾸는 장치이며, 여기에 비틀림 운동을 추가함으로써 타원운동을 할 수 있도록 한 장치이다. 동력전달부(2)를 좀 더 자세히 설명하면, 모터 축(7)에 연결한 원판(미도시) 또는 원판의 무게를 줄이기 위하여 일부분을 제거한 판(8)의 여러 위치에 고정할 수 있는 축 구멍(9)을 두고, 모터 축(7)에 연결된 판에 커넥팅 로드(10)를 날개의 구조물 뿌리쪽(11)에 연결하여 모터의 원운동을 날개의 플랩핑 운동으로 바꾸어 주는 방법이다. 이러한 날개는 플랩핑 운동 중심축(12)에 고정되어 회전하고 날개의 플랩핑 각도를 조절하기 위하여 판의 여러 위치에 구멍(9)을 뚫어 놓았으며, 플랩핑 진폭을 조절할 수 있도록 커넥팅 로드(10)의 축의 위치(9)와 길이(10)를 사용자가 조절할 수 있다. 이러한 동력전달부(2)는 회전운동에서 상하 직선운동으로 변경하는 과정에서 마찰이 발생하여 동력손실을 유발하므로 이를 고려하여야 한다. 특히 판에 연결된 커넥팅 로드(10)는 구조강도를 견디고 원활한 기능을 수행하기 위하여 약간 구부려 제작하여야 한다. 동력전달부(2)는 동체부에 배설되며, 동력전달부에는 톱니기어 또는 감속기어를 한 개 이상을 설치하고 한 개 이상의 크랭크·커넥팅로드 시스템을 설치함으로서 날개부가 상하 플랩핑 운동 외에 추가적으로 비틀림 운동을 하도록 제작할 수 있다. 이외에도 회전판의 증심에 배설된 모터 축(7)에 모터 대신에 고무줄을 연결함으로써 동력원을 고무줄로 사용할 수 있다. 이와 같이고무줄을 동력원으로 사용하는 경우의 동력전달부의 기계적 구조는 고무줄과 연결된 회전판에 크랭크와 커넥팅 로드(10)를 연결하는 방법을 사용하는데 이것은 모터의 원운동을 직선 상하운동으로 바꾸어 주는 방법과 동일하다.

도2는 본 고안에 따른 실시 예로 날개짓 비행체의 날개에 장착되는 관절장치(JOINT APPARATUS)를 나타낸 것이다. 실제적인 새의 움직임은 복잡하며 이는 플랩핑운동(FLAPPING MOTION), 비틀림 운동(TWISTING MOTION), 접힘운동(FOLDING MOTION)과 같은 세 가지 운동으로 구분된다. 새의 날개는 UPSTROKE하는 동안에는 앞전부분이 들려져 있어 양력과 항력이 발생하고 DOWNSTROKE하는 동안에는 앞전부분이 숙여져 있어 양력과 추력이 발생한다. 날개가 DOWNSTROKE하는 동안에 진행방향에 대한 입사각은 음(-)의 받음각이지만 상대풍에 대하여는 양(+)의 받음각으로 날개짓에서 추력(THRUST)과 양력(LIFT)이 동시에 발생되기 때문에 가장 도움을 주는 경우이다. 새의 날개는 FLAPPING 사이클 동안에 각 점에서 적당한 입사각을 갖기 위하여 비틀림 운동(TWISTING MOTION)을 하여야 한다. 또한 새는 비행 효율을 높이기 위하여 접힘운동(FOLDING MOTION) 운동을 한다. 이러한 접힘운동은 새가 UPSTROKE하는 동안에 날개 바깥쪽부분에서 저항을 크게 하므로 이를 방지하기 위하여 날개를 접는 운동을 하는 것이다. 본 고안에 따른 날개짓 비행체는 접힘운동(FOLDING MOTION)과 같은 새의 날개짓 운동을 구현하기 위하여 관절장치를 장착함으로써 날개짓 비행체의 비행효율을 높이는 것이다. 이러한 관절장치(13)는 안쪽으로는 꺾여지고 바깥쪽으로는 꺾여지지 않는 장치로 일례를 들면 와이어(14)를 감아 만든 스프링(15)을 이용하여 관절장치를 제작할 수 있고, 또는 합성수지, 탄소, 합금 등을 이용하여 접힘운동을 하는 관절장치를 제작할 수 있다. 따라서 관절장치(13)는 날재가 UPSTROKE중일 때에는 접히고, 날개가 DOWNSTROKE중일 때에는 접히지 않아 양력과 추력을 효율적으로 얻을 수 있다. 관절장치(13')는 연결봉을 관절회전축(16)으로 연결하여 제작하며, 접힘각(18)의 최대각은 230° 이내에서 선택하여 제작할 수 있다. 일단 접힘각(18)이 선택되면 선택된 각도이상으로 더 큰각으로 꺾이지 않도록 연결봉(17)이 맞닿아 회전을 방해하도록 제작되어 있다. 따라서 관절장치가 장착된 날개짓 비행체의 날개가 내리칠 때 접힘각(18)의 최대크기 각도에서 날개가 더 이상 꺾이지 않으며, 날개가 위로 움직일 때 접힘각은 플랩핑운동의 강도에 따라 약 180° 이내의 접힘각에서 선택된 각도만큼 꺾여지도록 되어 있다. 관절장치는 주로 날개의 앞전(LEADING EDGE)에 장착하며 필요에 따라 날개 시위(CHORD)상에도 제작할 수 있다. 관절의 위치는 날개뿌리(WING ROOT)에서 날개끝(WING TIP)사이에 장착하며 스프링의 텐션(TENSION)을 고려하여야 한다. 또한 본 날개짓 비행체의 관절장치는 플랩핑 강도에 따라 관절에 걸리는 힘을 조절함으로써 효율적으로 양력을 발생시킬 수 있으며, 날개짓 비행체가 비행중에 관절장치가 필요하지 않은 경우 접힘각을 고정함으로써 관절장치가 작동되지 않도록 할 수 있다.

도3은 본 고안에 따른 날개짓 비행체의 실시 예로 날개부분에 관절장치가 장착된 완성품의 외형을 나타낸 것이다. 본 고안에 따른 날개짓 비행체는 동체부에는 동력부(1)와 동력전달부(2)가 장착되어 있으나 동체부의 외피로 가려져 내부가 보이지 않는다. 상기 동력부에 연결되는 동력전달부(2)와; 동력전달부에 연결되어 유연한 재료로 만들어진 날개부와 날개구조부(4)가 있으며, 이외에도 날개짓 비행체의 비행방향을 조절할 수 있는 꼬리 날개부(5)와 카메라, 비디오카메라 등을 탑재할 수 있는 기타 장치부(6)로 구성되어 있다. 특히 날개부에는 양력 및 추력을 효율적으로 발생시키기 위하여 UPSTROKE중일 때에는 날개가 접히고 DOWNSTROKE중일 때에는 날개가 접히지 않는 관절장치(13)가 장착되어 있다. 본 고안에 따른 날개짓 비행체의 관절장치는 플랩핑운동을 하는 공기력을 이용하여 접힘운동을 하도록 제작하였으며, 공기력에 비하여 스프링 텐션이나 앞전구조물의 텐션이 너무 강하면 접힘운동을 못하고, 텐션이 너무 약하면 플랩핑운동과 조화를 이루지 못하는 운동을 전개할 수 있으므로 이를 유의하여야 한다. 양력과 추력을 효율적으로 발생시키기 위하여 UPSTROKE중일 때에는 날개가 접히고 DOWNSTROKE중일 때에는 날개가 접히지 않도록 텐션을 적당히 조절하여 제작하여야 한다.

본 고안에 따른 관절장치를 적용한 날개짓 비행체는 플랩핑 운동뿐만 아니라 접힘운동(FOLDING MOTION)을 하므로 기존의 날개짓 비행체에 비하여 비행하는 모습을 아름답게 연출할 수 있다. 따라서 본 고안에 따른 날개짓 비행체는 사용자가 실제 새와 같은 비행감을 느끼면서 비행을 즐길 수 있다. 또한 본 날개짓 비행체의 관절장치는 플랩핑 강도에 따라 관절에 걸리는 힘을 조절함으로써 효율적으로 양력을 발생시킬 수 있으며, 날개짓 비행체가 비행 중에 관절장치가 필요하지 않은 경우 관절장치를 작동하지 않도록 고정할 수 있다.

본 고안에 따른 날개짓 비행체는 관절장치를 이용하여 추가적인 양력과 추력을 발생하기 때문에 날개짓 비행체의 크기를 작게 한다든가 동력의 소모를 줄이는 등 여러 가지 장점이 있다. 따라서 본 고안에 따른 날개짓 비행체는 관절장치가 적용됨으로써 기존의 날개짓 비행체보다 비행성능이 향상되는 특징이 있다.

Claims

동력부와 기타 장치부, 동체부; 상기 동력부에 연결되는 동력전달부와: 상기 동력전달부에 연결된 날개부와 날개구조부, 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 꼬리 날개부 등으로 구성된 날개짓으로 비행하는 비행체, 상기 날개짓 비행체의 날개가 UPSTROKE중일 때에는 접히고, 날개가 DOWNSTROKE중일 때에는 접히지 않도록 날개에 관절장치를 부착한 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
제1항에 있어서, 관절장치 접힘각의 최대각도는 230° 이내에서 선택할 수 있으며, 선택된 접힘각보다 더 큰 접힘각에서는 바깥쪽으로 꺾이지 않는 관절장치를 부착한 것을 특징으로 날개짓 비행체.
제1항에 있어서, 관절장치가 장착된 날개짓 비행체의 날개가 UPSTROKE중일 때 접힘각의 최소각도는 180°이내에서 선택되며, 날개가 UPSTROKE중일 때 선택된 접힘각의 최소 각도만큼 꺾이는 관절장치를 부착한 것을 특징으로 날개짓 비행체.
제1항에 있어서, 날개뿌리(WING ROOT)부분에서 날개끝(WING TIP) 사이의 거리를 스팬(SPAN) B라 할 때 날개 뿌리에서 0.1B위치에서 0.9B 위치사이에 관절장치를 장착한 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.
제2항에 있어서, 비행체의 날개 및 꼬리날개를 축광물질 또는 야광물질로 도색하여 제작한 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체.