KR20100094056A - 쌍회전 날개식 수직이착륙기 - Google Patents

Abstract

종래의 쌍회전 날개식 수직이착륙기는 비행체의 자세를 안정화시키기 위해 피치조정이 가능한 복잡한 구조의 프로펠러를 설치하고, 매순간 프로펠러의 피치를 가변하고 각도를 조정하기 위하여 복잡한 구조의 구동 및 제어장치를 설치하여야 함으로, 구조가 복잡하여 지고, 비행체의 부피와 무게가 커질 뿐만 아니라, 고장의 위험성과 피치조정에 따른 추력 손실로 인하여 동력효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고정피치 프로펠러를 사용하고, 기체의 안정화를 위하여 복잡한 장치 없이 좌측 및 우측프로펠러 아래의 원형틀(4) 닥트 내부에 바람유도판(3)을 설치하고, 기체가 스스로 비행안정성을 확보할 수 있게 하여 프로펠러의 피치를 가변하고 각도를 조정하여야 하는 동력손실을 적게 함으로, 동력효율을 높여 비행시간을 연장할 수 있는 완구용 쌍회전 날개식 수직이착륙기를 제공하는데 그 목적이 있다.

고정피치, 프로펠러, 수직이착륙기, 바람유도판, 쌍회전 날개식, 꼬리모터

Description

쌍회전 날개식 수직이착륙기 { Two propeller type vertical take-off and landing vehicle }

본 발명은 수직이착륙기의 한 종류인 쌍회전 날개식 수직이착륙기에 관한 것이다.

쌍회전 날개식 수직이착륙기는 두 개의 프로펠러(Propeller)로 구성되어 있는 수직이착륙 비행체로서, 인용고안 한국 특허 10-0673983 및 한국 실용신안 20-0301387과 같이, 일반적으로 엔진 등의 동력발생장치의 동력으로 비행체의 좌우 양측에 장치한 프로펠러를 회전하여 양력을 발생함으로서 비행체를 움직이고, 가변피치 프로펠러의 피치와 각도를 조정하거나 또는 조정날개를 따로 장착하여 조정함으로 비행체의 상승 및 하강, 전진 및 후진, 정지, 좌우회전 등의 비행을 수행하는 비행체이다.

스테빌라이저(stabilizer) 장치가 설치되어 비행체의 안정을 취할 수 있는 일반적인 단회전 날개식 비행체인 헬리콥터와는 달리, 비행체의 좌우 양측에 장치한 프로펠러를 회전하여 비행하는 쌍회전 날개식 수직이착륙기는 비행체 스스로 안정적인 자세를 취하기가 매우 불안정하므로, 비행체의 안정을 위한 수단으로 매 순간 프로 펠러의 피치를 조정하여 불안정한 비행체의 자세를 안정화시켜야 한다.

비행체의 자세를 안정시키기 위해, 피치조정이 가능한 복잡한 구조의 프로펠러를 설치하고, 매순간 프로펠러의 피치를 조정하기 위해 비행체의 자세를 인식하는 센서와 전자회로를 설치하고, 비행체를 안정화하기 위해 복잡한 구조의 구동 및 제어장치를 설치하여야 함으로 구조가 복잡하여 지고, 고장의 위험성과 비행체의 부피와 무게가 커질 뿐만 아니라, 피치조정에 따른 추력 손실로 인하여 동력효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비행체의 안정화를 위하여 종래의 쌍회전 날개식 수직이착륙기는 프로펠러의 피치와 각도를 조정하는 복잡한 구조의 구동 및 제어장치를 설치하여 장착하였으나, 본 발명은 기체의 안정화를 위한 복잡한 장치 없이 기체 스스로 비행안정을 확보할 수 있고, 동력효율을 높여 비행시간을 연장할 수 있는 완구용 쌍회전 날개식 수직이착륙기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 고정피치형 프로펠러를 사용하여 좌측 및 우측프로펠러(32,33) 아래에, 프로펠러의 회전으로 인하여 발생하는 불규칙한 바람과 와류를 세분되게 나누어 주기위하여 다수의 바람유도판(3)을 닥트 내부에 장착한 원형틀(4)을 설치함으로서 비행체가 비행하는 동안 기체의 불안정요소를 최소화 하였다.

매 순간 피치를 조정함에 따라 추력 손실이 발생하는 복잡한 구조의 가변피치형 프로펠러를 설치하지 않고, 고정피치형 프로펠러를 장착함으로서 기체의 구조가 간단하여 지고 추력손실을 최소화 할 수 있다.

또한, 좌측프로펠러(32)와 우측프로펠러(33)의 중앙 점을 수평으로 잇는 선과 중심체(1)의 중앙 세로평면과 만나는 가상의 점 위치 주위에 기체의 무게중심이 오도록 기체의 무게를 상부와 하부에 분산하여 설치함으로써, 기체가 비행하는 동안 기체가 스스로 복원력에 의해 수평 평형안정을 이루도록 하였다.

그리고 본 발명의 비행은 양쪽 프로펠러의 회전방향을 서로 같은 방향으로 회전하도록 하여 발생하는 기체의 회전 토크(Torque)는, 기체의 중앙 몸체(101)의 꼬리에 프로펠러를 장착하여 회전속도를 조정함으로서 기체의 회전토크를 제어하여 좌우회전 비행이 가능하도록 하였고, 또한, 양쪽 프로펠러의 회전속도를 서로 다르게 조정하여 자이로 프리세션(Gyro Precession) 효과를 적극적으로 이용함으로서 기체의 전진 및 후진비행을 하는 것을 특징으로 한다.

상기한 설명과 같이, 본 발명은 좌측 및 우측프로펠러(32,33) 아래에 바람유도판(3)이 있는 원형틀(4)을 설치하여 기체의 안정화를 기할 수 있게 하고, 또한 좌측프로펠러(32)의 중앙 점과 우측프로펠러(33)의 중앙 점을 수평으로 잇는 선과 중심체(1)의 중앙 세로평면과 만나는 가상의 점 위치 주위에 기체의 무게중심이 오도록 기체의 무게를 상부와 하부에 분산하여 설치함으로써, 기체가 비행하는 동안 기체가 스스로 복원력에 의해 수평 평형안정을 이루도록 하였다.

그리고 매 순간 피치조정을 필요로 하는 복잡한 구조의 가변피치형 프로펠러를 설치하지 않고 고정피치형 프로펠러를 장착함으로서 기체의 구조가 간단하여 지고, 매 순간 피치를 조정함에 따라 추력 손실로 인하여 발생하는 동력효율의 저하 를 최소화함으로서 동력효율을 높여 비행시간을 연장할 수 있는 효과가 있다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위하여, 먼저 대표도인 도1의 기체(100)를 위에서 본 상태에서 화살표 A 부분을 기체(100)의 앞, 그 반대를 기체(100)의 뒤, 왼쪽을 기체(100)의 좌측 그리고 오른쪽을 기체(100)의 우측이라고 정의하고, 본 발명의 전체적인 구조를 보인 본 발명의 분해도인 도 3 을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 구조는 크게 나누어 몸체(101), 장치부(102) 및 덮개(2)의 세 부분으로 구성되어, 몸체(101)에 장치부(102)와 덮개(2)가 설치되어 장착되는 구조로 되어 있다.

몸체(101)는 중앙의 중심체(1)를 중심으로 좌우 양쪽에 각각 대칭으로 원형틀(4)이 고정되어 붙여진 형상으로 구성되어 있으며, 중심체(1)는 사각기둥의 앞부분을 뾰쪽하게 다듬어 눕혀 놓은 형상으로, 중심체(1)의 중간 부분에는 장치부(102)의 제어부(11)가 장착될 수 있도록 공간이 파여 있고, 원형틀(4) 아래에는 기체(100)의 착륙을 위한 다리가 부착되어 있는 모양이다.

원형틀(4)은 사각 모양의 평판인 다수의 바람유도판(3)이 서로 중앙에서 세로로 교차하여 반지 모양의 닥트 내부의 공간을 균등하게 분할하도록 장착되어 고정되어 있다.

장치부(102)는 제어부(11)를 중심으로 좌우 양쪽에 좌측관(12)과 우측관(13)이 연 결되어 장착되고, 제어부(11)의 중앙 뒤편으로 꼬리관(14)이 연결되어 장착되어 있으며, 좌측관(12), 우측관(13) 및 꼬리관(14)은 속이 비어있는 파이프형상을 하고, 좌측관(12) 및 우측관(13)의 다른 끝단은 좌측모터(22) 및 우측모터(23)가 각각 장착되어 설치 되도록 반지모양의 원통이 세로로 붙어있고, 꼬리관(14)의 다른 끝단은 꼬리모터(24)가 장착되어 설치 되도록 반지모양의 원통이 가로로 붙어있다.

또한, 좌측관(12) 끝단의 반지모양의 원통 내에는 모터의 축이 아래로 향하도록 좌측모터(22)가 세로로 장착되며, 좌측모터(22)의 중심축에 고정피치형 좌측프로펠러(32)가 장착되어 지고, 우측관(13) 끝단의 반지모양의 원통 내에는 모터의 축이 아래로 향하도록 우측모터(23)가 세로로 장착되며, 우측모터(23)의 중심축에 고정피치형 우측프로펠러(33)가 장착되어 지고, 그리고 꼬리관(14) 끝단의 반지모양의 원통 내에는 모터의 축이 가로로 향하도록 꼬리모터(24)가 가로로 장착되며, 꼬리모터(24)의 중심축에 고정피치형 꼬리프로펠러(34)가 장착되어 진다.

도 2는 도 1의 일부를 제거하여 원형틀(4), 바람유도판(3) 및 다리의 일부분이 절단된 모양을 보인 사시도로서, 바람유도판(3)이 원형틀(4) 닥트내부의 원형틀(4) 위 끝단 보다 조금의 공간을 두고 아래에 고정되어 설치되어 있음을 보여준다.

제어부(11)의 기계적인 장치로는 배터리, 모터 조절장치, 무선비행체일 경우에는 수신기, 및 제어장치 등이 포함되어 있으며, 각 각의 모터(22,23,24)는 좌측관(12), 우측관(13) 및 꼬리관(14)의 파이프 내 공간의 배선을 통해 제어부(11)의 동력 및 제어장치와 전기적 및 기계적으로 연결되어 있어, 제어부(11)의 제어장치에서 각 모터의 회전속도를 조정하여 제어할 수 있도록 되어있다.

또한, 본 발명을 완구용으로 사용하기 위하여, 제어부(11)에 수신장치를 장착하여 송신기에 의해 무선으로 제어하여 기체를 비행하게 된다.

도 4는 제어부(11)의 배선이 파이프를 통해 모터에 연결되는 상태를 간단하게 제어부의 위와 파이프의 일부분을 절단하여 보여준 그림이다.

덮개(2)는 장치부(102)의 제어부(1)을 보호하고 장치부(102)가 몸체(101)에 장착되어 고정되도록 하는 역할을 한다.

본 발명의 안정화 및 작동원리를 설명하면,

매 순간 피치조정을 필요로 하는 복잡한 구조의 가변피치형 프로펠러를 설치하지 않고 고정피치형 프로펠러를 장착함으로서 기체(100)의 구조를 간단하게 하고, 좌측 및 우측프로펠러(32,33) 아래에 반지모양의 공기흐름 닥트 내부에 사각 모양의 평판인 다수의 바람유도판(3)이 닥트 내부의 공간을 세로로 균등하게 분할하도록 장착하여 바람의 흐름을 분할하는 원형틀(4)을 설치하였다.

바람유도판(3)은 기체(100)의 안정성을 저해하는 요소인, 좌측 및 우측프로펠러(32,33)의 회전으로 인하여 발생하는 불규칙한 바람과 와류를 세분되게 나누어주는 역할을 하는 것으로, 프로펠러의 회전으로 인하여 발생하는 아래로 향하는 바람을 작게 나누어 줌으로서, 바람에 의해 발생되는 기체(100)의 불안정요소를 전체적 으로 골고루 나누게 되어 바람에 의한 불안정요소를 최소화 할 수 있다.

대표도와 같이 바람유도판(3)이 4개의 구역으로 나누어진 본 발명의 한 예를 예시하였다.

또한, 종래의 쌍회전 날개식 수직이착륙기는 엔진 및 모터 등의 구동장치와 배터리 등의 연료장치의 무게를 비행체의 프로펠러 하부에 집중적으로 장착함으로서, 비행체가 비행하는 동안 진자운동과 같은 불안정성을 가졌지만, 본 발명은 좌측프로펠러(32)의 중앙 점과 우측프로펠러(33)의 중앙 점을 수평으로 잇는 선과 중심체(1)의 중앙 세로평면과 만나는 가상의 점 위치 주위에 기체(100)의 무게중심이 오도록 기체(100)의 무게를 상부와 하부에 분산하여 설치함으로써, 기체(100)가 비행하는 동안 기체(100)가 스스로 복원력에 의해 수평 평형안정을 이루도록 하였다.

본 발명은 프로펠러를 구동하기 위한 모터 등의 구동장치와 배터리 등의 연료장치 등을 기체(100) 무게중심의 상부에 배치하고, 몸체(101)의 대부분을 무게중심의 하부에 배치하여, 상부와 하부의 무게가 분산되었음을 예시하였다.

본 발명의 작동원리는, 제어부(11)에 함유된 동력 및 제어장치에 배선으로 연결된 모터를 작동시켜 모터에 장착된 좌측 및 우측프로펠러(32,33)의 회전방향을 서로 같은 반시계방향으로 회전하도록 하여 프로펠러의 회전속도를 조정함으로서 기체(100)의 비행이 가능하게 되고, 좌측 및 우측프로펠러(32,33)의 회전방향을 서로 같은 방향으로 회전하도록 하여 발생하는 기체(100)의 회전 토크(Torque)는, 기 체(100)의 중앙 꼬리에 장착된 꼬리프로펠러(34)의 회전속도를 조정함으로서 기체(100)의 회전토크를 제어하여 좌,우회전 및 정지비행이 가능하다.

또한, 좌측 및 우측프로펠러(32,33)의 회전속도를 서로 다르게 조정하여 자이로 프리세션(Gyro Precession) 효과를 적극적으로 이용함으로서 기체(100)의 전진 및 후진비행을 하는 비행체이다.

여기서, 대표도인 도 1을 참고하여, 본 발명의 정지비행 및 좌우회전비행을 설명하기 위하여 본 발명의 비행을 먼저 설명하면, 제어부(11)의 제어장치의 조정에 따라 좌측모터(22)와 우측모터(23)의 동력으로 양측의 고정피치형 좌측 및 우측프로펠러(32,33)를 반 시계 방향으로 같은 속도로 회전시키면, 좌측 및 우측프로펠러(32,33)의 회전으로 아래로 발생하는 바람의 추력으로 기체(100)는 상승하게 되어 일정한 좌측 및 우측프로펠러(32,33)의 회전속도에서 기체(100)가 일정한 위치에 상승되어 있게 되고, 또한 프로펠러의 회전운동으로 인하여 기체(100)는 반 토크 작용으로 기체(100)는 시계방향인 화살표 B와 같이 회전하게 된다.

이때, 프로펠러(2)의 회전운동으로 발생하는 반 토크를 상쇄하여 기체(100)가 회전하지 않는 정지비행 상태로 하기 위한 방법은, 기체(100)가 회전하는 반대방향으로 추력이 발생하도록 꼬리모터(24)의 동력으로 꼬리프로펠러(34)를 회전시키면, 어느 일정한 꼬리프로펠러(34)의 회전속도에서 꼬리프로펠러(34)의 회전으로 발생하는 바람의 추력과 기체(100)의 회전토크가 균형을 이루게 되어 기체(100)는 더 이상 회전하지 않고 정지비행 상태에 있게 된다.

이와 같은 원리로, 꼬리프로펠러(34)의 회전속도를 기체(100)의 정지상태일 때 보다 더 작게 하면 꼬리프로펠러(34)의 추력이 기체(100)의 회전토크 보다 더 작게 되어, 기체(100)는 시계방향인 화살표 B와 같이 회전하게 되어 기체(100)는 우회전비행을 하게 되고, 이와 반대로 꼬리프로펠러(34)의 회전속도를 더 크게 하면 꼬리프로펠러(34)의 추력이 기체(100)의 회전토크보다 더 크게 되어 기체(100)는 반 시계방향으로 회전하게 되어 기체(100)는 좌회전비행을 하게 된다.

그리고 본 발명의 전진비행과 후진비행을 설명하기 위하여, 위에서 설명한 기체(100)가 정지비행을 하는 상태에서 기체(100)의 전진비행과 후진비행을 도 1을 참고하여 설명하면,

기체(100)의 정지비행 상태에서, 즉, 좌측프로펠러(32)와 우측프로펠러(33)의 회전속도가 같고 꼬리프로펠러(34)의 회전으로 발생하는 바람의 추력과 기체(100)의 회전토크가 균형을 이룬 상태에서, 좌측프로펠러(32))의 회전속도를 우측프로펠러(33)의 회전속도 보다 더 크게 하면, 좌측프로펠러(32)에서 발생하는 바람의 추력이 상대적으로 우측프로펠러(33)에서 발생하는 바람의 추력보다 더 크게 되어, 자이로프리세션 효과에 의해 기체(100)의 앞부분이 아래로 기울어지면서 기체(100)는 화살표 A 방향으로 전진하게 된다.

반대로, 좌측프로펠러(32)의 회전속도를 우측프로펠러(33)의 회전속도 보다 더 작게 하면, 좌측프로펠러(32)에서 발생하는 바람의 추력이 상대적으로 우측프로펠 러(33)에서 발생하는 바람의 추력 보다 더 작게 되어, 자이로프리세션 효과에 의해 기체(100)의 뒷부분이 아래로 기울어지면서 화살표 A 방향의 반대방향인 꼬리프로펠러(34)방향으로 후진하게 된다.

본 발명의 몸체(101), 장치부(102) 및 덮개(2)의 결합은 기체(100)의 재질에 따라 용접, 납땜, 볼팅 및 접착제 등을 사용하여 고정하여 결합한다.

본 발명의 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 그려진 것으로, 원형틀(4)의 윗부분의 표면, 바람유도판(3)의 윗부분의 표면 및 덮개(2)의 윗부분의 표면은 바람의 저항을 가장 작게 받도록 유선형으로 제작되어 진다.

도 1은 본 발명의 쌍회전 날개식 수직이착륙기의 사시도

도 2는 도 1의 일부를 제거하고 바람유도판의 일부분을 절단한 모양을 보인 사시도

도 3은 본 발명의 쌍회전 날개식 수직이착륙기의 분해도

도 4는 본 발명의 장치부의 제어부와 파이프를 일부절단 하여 배선상태를 간단히 보인 단면 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 중심체 2 : 덮개

3 : 바람유도판 4 : 원형틀

11 : 제어부 12 : 좌측관

13 : 우측관 14 : 꼬리관

22 : 좌측모터 23 : 우측모터

24 : 꼬리모터 32 : 좌측프로펠러

33 : 우측프로펠러 34 : 꼬리프로펠러

100 : 기체 101 : 몸체

102 : 장치부

Claims (4)

1. 유선형 모양을 한 중심체;

   사각 모양의 평판인 바람유도판;

   원형 닥트 내부의 공간을 다수의 상기 바람유도판이 세로로 균등하게 분할하도록 장착되어진 원형틀;

   상기 중심체의 좌우에 수평으로 대칭되게 상기 원형틀이 고정되어 장착되어진 구성으로 상기 중심체를 포함하는 몸체;

   동력 및 제어장치를 함유하는 제어부;

   제어부의 좌측과 우측 및 뒤쪽에 “T" 모양으로 파이프를 입설하고,

   모터의 중심축에 프로펠러가 장착되어진 모터가 상기 좌측 및 우측 파이프 끝에 프로펠러가 아래로 향하도록 수직으로 고정되어 장착되고,

   모터의 중심축에 프로펠러가 장착되어진 모터가 수평방향으로 상기 뒤쪽 파이프 끝에 고정되어 장착되어진 구성으로 상기 제어부를 포함하는 장치부;

   상기 장치부의 제어부를 보호하고 장치부가 몸체에 장착되어 고정되도록 하는 덮개;

   상기 몸체의 상기 중심체 중앙 상부에, 상기 장치부의 좌측 및 우측 프로펠러 아래 에 상기 원형틀이 각 각 위치하여 설치되도록, 상기 장치부와 상기 덮개로 결합된 구조로,

   상기 제어부가 함유한 동력 및 제어장치의 배선이 모터에 연결되어 상기 프로펠러를 각 각 회전하여 비행하는 작용을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 쌍회전 날개형 수직이착륙기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 프로펠러는 고정피치 프로펠러이고, 상기 좌측 및 우측 프로펠러는 같은 방향으로 회전하고, 좌측 및 우측 프로펠러의 하부에 상기 원형틀이 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 쌍회전 날개형 수직이착륙기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 좌측 및 우측 프로펠러의 회전속도를 다르게 조정하여 자이로프리세션 효과를 비행체의 전진비행과 후진비행에 활용하는 것을 특징으로 하는 쌍회전 날개형 수직이착륙기.
4. 제 1항에 있어서,

   수평상태의 상기 좌측 및 우측 프로펠러의 중앙 점을 수평으로 잇는 선과 상기 중심체의 중앙 세로평면과 만나는 가상의 점 위치 주위에 기체의 무게중심이 오도록 기체의 무게를 상부와 하부에 분산하여 설치한 것을 특징으로 하는 쌍회전 날 개형 수직이착륙기.

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