KR200370681Y1

KR200370681Y1 - 동일한 플래핑 진폭을 갖는 날개짓 비행체의 구동 메커니즘

Info

Publication number: KR200370681Y1
Application number: KR20-2004-0027745U
Authority: KR
Inventors: 조 원 장
Original assignee: 조 원 장
Priority date: 2004-09-25
Filing date: 2004-09-25
Publication date: 2004-12-23

Abstract

본 고안은 동일한 플랩핑 진폭(AMPLITUDE)을 갖는 날개짓 비행체의 구동 메커니즘에 관한 것으로서, 특히 모터 동력을 비행체가 비행할 수 있는 적정한 날개 속도와 힘을 가질 수 있도록 전달하고 한 개의 축(SHAFT)으로 두 개의 크랭크 암(ARM)으로 연결하여 양쪽 날개가 동일한 플래핑 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체 구동 메커니즘에 관한 것이다.

이와 같은 본 고안에 따른 날개짓 비행체는; 배터리(11), 모터(21) 등으로 구성된 동력부(10): 상기 동력부(10)와 구동 메커니즘(20), 서보(30) 등이 배설된 동체부(40); 구동메커니즘에 연결되어 유연한 재료로 만들어진 날개부(50); 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 수직꼬리 날개부(70)와 수평꼬리 날개부(80); 꼬리날개를 조종할 수 있도록 서보와 연결된 와이어(81), 수신부(90) 등으로 구성된 것을 특징으로 하여 날개짓 비행을 가능하게 한다.

Description

동일한 플래핑 진폭을 갖는 날개짓 비행체의 구동 메커니즘{Driving mechanism of Ornithopter with a same flapping amplitude}

본 고안은 동일한 날개짓 진폭(AMPLITUDE)을 갖는 날개짓 비행체의 구동 메커니즘에 관한 것으로서, 특히 모터 동력을 비행체가 비행할 수 있는 적정한 날개속도와 힘을 가질 수 있도록 전달하고 한 개의 축(SHAFT)으로 두 개의 크랭크 암(ARM)으로 연결하여 동일한 플래핑 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체 구동 메커니즘에 관한 것이다.

최근 미국에서는 원격조종(RC)가능한 날개짓 비행체를 판매하고 있으며, 구동 메커니즘은 감속기어와 커넥팅 로드사이에 2개의 암(ARM)이 배설되어 있어 무게를 증가시키는 요인이 되고 있다. 따라서 상기의 날개짓 비행체는 비행을 가능하게 하기 위하여 비행체 자체가 1.5M로 크고, 일정한 배터리 용량에서 비행시간이 짧게 되며 초소형 날개짓 비행체(MICRO AIR VEHICLE)로 제작하기 어려운 점이 있다. 또한 국내에서도 원격조종(RC) 가능한 날개짓 비행체(ORNITHOPTER)를 개발하였지만 구동 메커니즘이 상당히 복잡하여 무게가 아주 무거워 초소형 날개짓 비행체에 적용하기 곤란한 문제점을 갖고 있다. 이와 같이 기존의 날개짓 비행체 구동 메커니즘은 1개의 크랭크 암(ARM)으로 플래핑 운동(FLAPPING MOTION)을 구현하지 못하여 무게가 증가하여 날개면적을 크게 하거나 동력을 증가시켜야 하는 단점이 있다.

상기한 바와 같이 종래 기술에 따른 날개짓 비행체 구동 메커니즘은 무게가 무거워 날개가 커야하고, 초소형 날개짓 비행체(MAV)로 제작하지 못하는 문제점이 있다.

본 고안은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 1개의 크랭크 암(ARM)으로 양쪽 두 개의 날개가 같은 플래핑 진폭으로 운동을 할 수 있는 구동 메커니즘으로 날개짓 비행체의 크기를 줄이고, 비행성능을 향상시킨 초소형 날개짓 비행체 구동 메커니즘을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 의한 날개짓 비행체가 개략적으로 도시된 구성도,

도 2는 본 고안에 의한 날개짓 비행체 구동 메커니즘의 정면도,

도 3은 본 고안의 날개짓 비행체 구동 메커니즘이 도시된 측면도

〈주요 부분에 관한 부호의 설명〉

10 : 동력부 11 : 배터리

20 : 구동메카니즘 21 : 모터

22 : 모터 축 기어 23 : 1차 감속기어

24 : 2차 감속기어 25 : 3차 감속기어

26 : 커넥팅 로드 27 : 플래핑 운동 축 중심

28 : 날개부의 뒷전 연결부 29 : 크랭크 암

30 : 서보 40 : 동체부

50 : 날개부 60 : 날개 구조부

70 : 수직꼬리부 80 : 수평꼬리날개부

81 : 와이어 90 : 수신부

상기한 과제를 실현하기 위한 본 고안의 날개짓 비행체는; 동력부(10)와 구동메커니즘(20), 서보(30) 등이 배설된 동체부(40); 구동메커니즘에 연결되어 유연한 재료로 만들어진 날개부(50); 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 수직꼬리 날개부(70)와 수평꼬리 날개부(80) 등으로 구성된 것을 특징으로 하여 날개짓 비행을 가능하게 한다. 본 고안은 상기의 날개짓 비행체중에서 양쪽 날개가 같은 진폭을 갖도록 날개를 구동할 수 있는 구동 메커니즘에 관한 것으로서, 특히 1개의 축에서 2개의 플래핑 운동을 유발하도록 전달하는 장치로써 무게가 가벼워 초소형 날개짓 비행체에 적용할 수 있는 날개짓 비행체 구동 메커니즘에 관한 것이다. 이하, 첨부 된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.

본 고안에 의한 실시 예인 원격조종 날개짓 비행체는 도1에 도시된 바와 같이; 동력부(10)와 구동메커니즘(20), 서보(30) 등이 배설된 동체부(40); 구동메커니즘에 연결되어 유연한 재료로 만들어진 날개부(50); 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 수직꼬리 날개부(70)와 수평꼬리 날개부(80) 등으로 구성된 날개짓 비행체의 개략적인 구조도를 나타낸 것이다.

도2는 본 고안에 따른 날개짓 비행체의 요부 구성인 구동메커니즘을 자세히 나타낸 것으로 날개짓 비행체 정면에서 관찰한 구성도이다. 구동메커니즘(20)는 기본적으로 원운동을 직선운동으로 바꾸는 장치로 약 1g짜리 DC 페이저 모터 2개와 모터 축에 연결한 1차 감속기어(23), 2차 감속기어(24), 3차 감속기어(25)로 구성되어 있다. 날개짓 비행체 구동메커니즘을 좀 더 자세히 설명하면, 모터(21)와 모터 축 기어(22)에 연결한 1차 감속기어(23)와 2차 감속기어(24), 3차 감속기어(25), 상기 3차 감속기어(25)는 좌·우 날개에 연결될 수 있도록 1개의 축에서 2개의 커넥팅 로드에 연결되어 있으며, 날개와 연결되어 일정한 진폭을 갖고 상하운동을 유발할 수 있도록 크랭크 암(29)으로 연결한 것을 특징으로 한다. 3차 메인기어는 날개와 연결되어 유연한 상하운동을 유발할 수 있는 2개의 크랭크 암으로 구성된 것을 특징으로 하며, 커넥팅 로드(26)는 두께 약 0.5mm의 에폭시판을 약 2.5mm 정도의 폭으로 NC가공하여 가볍고 강하게 제작하여야 한다.

날개짓을 구동하는 동력은 모터에서 감속비로 얻은 힘을 이용하여 한 개의 메인 샤프트에서 두궤도의 원운동을 할 수 있도록 하였다. 이러한 두 궤도의 원운동을 이용하여 1번 크랭크 및 2번 크랭크(26)로 나누어 좌·우 날개의 앞전(L.E.)에 장착하여 좌·우 날개의 상·하 움직임이 거의 동일한 날개가 플래핑 운동을 할 수 있도록 하였다. 본 고안에 따른 구동 메커니즘은 3차 감속기어(25)의 원판상에 두 궤도를 만들었으며, 플래핑 운동을 하는 동안의 양쪽 날개의 위치각도는 동일하게 함으로써 날개짓 비행체가 최대한 안정된 비행을 할 수 있다.

이러한 구동 메커니즘을 통하여 날개짓 비행체의 날개는 플래핑 운동 축 중심선(27)의 날개부의 앞전(LEADING EDGE)과 뒷전(TRAILING EDGE) 연결부(28)에 고정되어 플래핑 운동을 수행하게 된다. 이때 2차 감속기어(24)에서 3차 감속기어(25)를 회전시킬 때 2차 감속기어가 가장 힘을 많이 받는 부분이기 때문에 파손율이 가장 크므로 청동재질의 감속기어를 샤프트와 열박음하여 고정하여야 한다. 또한 초소형 날개짓 비행체는 자체의 중량을 이겨내고 비행하기 위해서는 기본적으로 가볍고, 날개를 상하로 움직이는 속도가 빨라야 하며, 날개의 구동 메커니즘은 동력손실이 적도록 하여 추력과 양력을 효율적으로 발생하도록 모터 동력을 최적의 기어 감속비로 설계하여야 한다.

초소형 날개짓 비행체의 구동 메커니즘의 커넥팅 로드(26)는 무게를 줄이고 강도를 높여야 한다. 이러한 커넥팅 로드(26)는 회전운동에서 상하 직선운동으로 변경하는 과정에서 마찰로 인하여 동력손실을 유발되는 경우 커넥팅 로드 자체에 하중이 가해지지 않도록 유의하여야 한다. 따라서 초소형 날개짓 비행체의 날개는 구동메커니즘을 통하여 플래핑 운동 축 중심과 날개부의 뒷전 연결부를 축으로 하여 플래핑 운동을 수행한다.

초소형 날개짓 비행체는 날개의 진폭을 너무 크게 하면 동체 자체에 영향을 주어 비행체 전체가 위·아래로 움직이는 불규칙한 운동을 유발하여 무리한 힘에 의하여 모터가 파손될 수 있다. 그러나 날개의 진폭이 너무 작게 되면 초소형 날개짓 비행체는 비행할 수 있을 정도의 추력과 양력이 발생되지 못한다. 따라서 초소형 날개짓 비행체의 진폭은 적정한 플래핑 운동을 할 수 있도록 선택하여야 한다.

도3은 본 고안의 날개짓 비행체 구동 메커니즘의 측면 쪽에서 본 측면도이다. 날개짓 비행체 정면/좌측에서 본 구동메커니즘(20)를 좀 더 자세히 설명하면, 모터 축에 연결된 1차 감속기어(23)와 2차 감속기어(24), 그리고 3차 감속기어(25)를 통하여 모터의 회전이 감속되어 속도가 느리고 힘이 강력한 회전운동으로 바뀐다. 본 고안에 따른 날개짓 비행체의 날개는 플래핑 운동 축 중심(27)과 날개부의 뒷전(TRAILING EDGE) 연결부(28)를 축으로 하여 플래핑 운동을 수행하게 된다.

일반적으로 날개짓 비행체의 진폭은 비행체의 크기에 따라 다르게 하여야 비행 효율성을 제고할 수 있다. 따라서 날개짓 비행체의 날개는 플래핑 운동 축 중심부분(27)에 고정되어 회전하며, 날개의 플래핑 각도를 조절하기 위하여 3차 메인기어(25)인 원판의 여러 위치에 구멍(미도시)을 뚫어 놓았다. 이러한 날개짓 비행체 구동 메커니즘은 3차 메인기어의 원판에 배설된 구멍에 연결함으로써 플래핑 운동의 진폭을 조절할 수 있으며 이에 따른 커넥팅 로드(26)의 길이도 사용자가 조절하여야 한다. 또한 이러한 구동메커니즘(20)는 회전운동에서 상하 직선운동으로 변경하는 과정에서 마찰이 발생하여 동력손실을 유발하거나 커넥팅 로드에 무리가 가므로 이를 고려하여 강한 재질의 커넥팅 로드를 제작하여야 한다. 본 고안에 따른 날개짓 비행체의 날개는 상기한 구동 메커니즘을 통하여 플래핑 운동 축 중심(27)과 날개부의 뒷전 연결부(28)를 축으로 하여 플래핑 운동을 수행하게 된다. 본 고안에 따른 날개짓 비행체 구동 메커니즘이 비행에 성공하기 위해서는 기본적으로 가벼워야 하며, 날개를 상하로 움직이는 횟수인 진동수를 크게 하여야 한다. 또한 날개짓 비행체 구동 메커니즘은 비행체가 뜨기 위해서는 중량을 이겨낼 수 있는 양력을 발생하여야 하며, 날개의 크기는 중량과 동력(POWER)이 크게 되면 증가되어야 한다.따라서 날개짓 비행체 구동 메커니즘은 모터 동력을 적정한 기어비로 날개짓 속도와 힘을 갖도록 하여야 한다.

상기한 바와 같이 날개짓 비행체 구동 메커니즘(20)은 날개의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 체공시간, 기동성 등 비행성능을 향상시킬 수 있다.

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Claims

동력부(10), 상기 동력부에 연결되는 구동메커니즘(20)와 동체부(40); 상기 구동메커니즘에 연결된 날개부(50), 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 수직꼬리 날개부(70)와 수평꼬리 날개부(80) 등으로 구성된 날개짓 비행체에 부착되는 구동 메커니즘으로 모터(21)와 모터 축 기어(22)에 연결한 1차 감속기어(23)와 2차 감속기어(24), 3차 감속기어(25), 상기 3차 감속기어(25)는 좌·우 날개에 연결될 수 있도록 1개의 축에서 2개의 커넥팅 로드(26)에 연결되어 있으며, 날개와 연결되어 일정한 진폭을 갖고 상하운동을 유발할 수 있도록 크랭크 암(29)으로 연결한 것을 특징으로 하는 날개짓 비행체 구동 메커니즘.