KR20110030094A - 비행체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비행체에 관한 것으로서, 상하로 관통되고 내부공간을 갖는 하우징(10); 상기 하우징(10)의 내부공간 상단부에 배치되어 모터(5) 동력에 의해 정역 회전되는 프로펠러(20); 상기 프로펠러(20) 하방에 배치되어 이 프로펠러(20)의 정역 추진력에 의해 하우징(10)이 역회전되려는 반작용토크를 상쇄시키는 토크상쇄부(30); 상기 토크상쇄부(30)의 하방에 배치되어 하우징(10)을 전, 후진시키는 롤링제어부(40); 및 상기 롤링제어부(40) 인접부에 배치되어 하우징(10)을 좌, 우로 이동시키는 피칭제어부(50)를 포함하여 구성된다. 따라서, 프로펠러 하방에 자세 제어를 위한 토크상쇄부와 방향 제어를 위한 롤링제어부 및 피칭제어부를 마련하되 이들 각각이 별도의 액추에이터에 의해 개별 제어되도록 함으로써, 비행에 필요한 전체 액추에이터의 수가 삭감되어 기본적으로 제조비용을 절감할 수 있고, 또한, 비행시 각각의 움직임이 이원화되는 등 운동방정식이 단순해지게 되어 이에 따라 제어가 수월해짐은 물론 기존 제어조작에 필요한 부품 삭감이 가능하게 되는 등 전반적으로 비행체의 경량화 및 비용절감 등을 도모할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

비행체, 하우징, 토크상쇄부, 롤링제어부, 피칭제어부

Description

비행체{Flying apparatus}

본 발명은 비행체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로펠러 하방에 자세 제어를 위한 토크상쇄부와 방향 제어를 위한 롤링제어부 및 피칭제어부를 마련하되 이들 각각이 별도의 액추에이터에 의해 개별 제어되도록 함으로써, 비행에 필요한 전체 액추에이터의 수가 삭감되어 기본적으로 제조비용을 절감할 수 있고, 또한, 비행시 각각의 움직임이 이원화되는 등 운동방정식이 단순해지게 되어 이에 따라 제어가 수월해짐은 물론 기존 제어조작에 필요한 부품 삭감이 가능하게 되는 등 전반적으로 비행체의 경량화 및 비용절감 등을 도모할 수 있게 되는 비행체에 관한 것이다.

일반적으로 비행체는 크게 프로펠러나 엔진의 전진 추진력으로 고정날개의 양력을 얻어 비행하는 고정익기와, 로터의 회전에 의해 양력 및 조타력을 얻어 비행하는 회전익기로 구분할 수 있다.

여기서, 회전익기는 대표적으로 수직이착륙을 비롯하여 순항하는 전체 비행 영역에서 양력의 대부분을 회전하는 로터에서부터 얻는 헬리콥터를 들 수 있는데, 이러한 헬리콥터는 동체의 상부에 주로터를 장착하여 이 주로터의 회전에 의해 동 체의 비행에 필요한 양력과 추진력을 얻을 수 있고, 또한 동체의 꼬리에 설치되어 있는 꼬리로터를 통해 주로터의 회전에 의해 발생되는 반작용토크를 상쇄하도록 되어 있다.

한편, 헬리콥터와 같이 동체의 상부에 주로터가 마련되고 꼬리에 꼬리로터를 갖는 이원화 로터 방식의 회전익기 이외에 헬리콥터와 비행원리는 거의 동일하지만 단일 프로펠러만을 이용하여 수직 이착륙은 물론 롤링과 피칭 비행이 가능하도록 한 비행체가 다양하게 현재까지도 제안되어 오고 있다.

이러한 비행체는 주로 초소형으로 제작되며 카메라를 탑재하여 사람이 진입하기 어려운 재난지역의 정보나 기타의 정보획득 및 군사정찰이나 환경탐사 등의 용도로 사용되기 위해 제작되고 있다.

일례로 이러한 종래 기술의 초소형 비행체의 구조를 개략적으로 살펴보면, 덕트 형상의 상하로 관통되고 내부공간을 갖는 하우징과, 이 하우징의 상단부에 설치되어 정역 추진력을 발생시키는 프로펠러와, 이 프로펠러의 하부에 배치되어 회전 및 방향 제어를 담당하는 복수(전후좌우 4방향에 각각 1개씩)의 플랩을 포함하는 구성으로 되어 있다.

이러한 종래 기술의 초소형 비행체는 프로펠러의 정역 추진에 의해 상하로 승강이 가능하게 되고, 또한, 복수의 플랩을 복합적으로 작동시켜 프로펠러의 추진력에 따른 반작용토크를 상쇄시키거나 비행체의 전후 또는 좌우 방향으로 이동을 수행할 수 있도록 되어 있다.

그러나, 위와 같은 종래 기술의 비행체는 비행에 필요한 전체 액추에이터의 수가 4방향에 각각 대응되도록 하여 4개가 반드시 필요하기 때문에, 기본적으로 액추에이터의 기본 구성에 따른 제조비용이 상승되고, 또한, 비행시 각각의 움직임이 서로 연계되어 플랩들이 동작되기 때문에, 운동방정식이 상당히 복잡해지게 되어 이에 따른 제어가 어렵게 되고 결과적으로 이러한 제어조작에 필요한 별도의 부품을 추가해야 하는 등 전반적으로 비행체의 구조가 복잡해지면서 중량화 및 비용부담 등의 문제점을 초래하였었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 프로펠러 하방에 자세 제어를 위한 토크상쇄부와 방향 제어를 위한 롤링제어부 및 피칭제어부를 마련하되 이들 각각이 별도의 액추에이터에 의해 개별 제어되도록 함으로써, 비행에 필요한 전체 액추에이터의 수가 삭감되어 기본적으로 제조비용을 절감할 수 있고, 또한, 비행시 각각의 움직임이 이원화되는 등 운동방정식이 단순해지게 되어 이에 따라 제어가 수월해짐은 물론 기존 제어조작에 필요한 부품 삭감이 가능하게 되는 등 전반적으로 비행체의 경량화 및 비용절감 등을 도모할 수 있게 되는 비행체를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 비행체는 상하로 관통되고 내부공간을 갖는 하우징; 상기 하우징의 내부공간 상단부에 배치되어 모터 동력에 의해 정역 회전되는 프로펠러; 상기 프로펠러 하방에 배치되어 이 프로펠러의 정역 추진력에 의해 하우징이 역회전되려는 반작용토크를 상쇄시키는 토크상쇄부; 상기 토크상쇄부의 하방에 배치되어 하우징을 전, 후진시키는 롤링제어부; 및 상기 롤링제어부 인접부에 배치되어 하우징을 좌, 우로 이동시키는 피칭제어부를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 비행체에 있어서, 상기 토크상쇄부는, 상기 프로펠러와 평행을 유지하고 하우징의 중심축을 가로질러 배치되는 스테이터; 상기 스테이터의 중심점에 설치되는 액추에이터; 및 상기 액추에이터를 기준으로 양 스테이터의 하단부에 힌지 연결되며 액추에이터에 의해 같은 원주방향으로 힌지 회전되는 복수의 플랩을 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 비행체에 있어서, 상기 스테이터는 하우징의 중심축을 가로질러 교차 배치된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 비행체에 있어서, 상기 토크상쇄부에는 플랩들이 액추에이터의 축 회전에 의해 각각 동일 각도만큼 힌지 회전되도록 하는 등각회전수단이 더 구비된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 비행체에 있어서, 상기 등각회전수단은 액추에이터의 회전축에 그 중심부가 연결되고 각 날개가 플랩 하방으로 평행하게 연장되어 해당 플랩의 저면과 연결되는 십자부재인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 비행체에 있어서, 상기 롤링제어부는 판재 형상으로 그 상단 일단부가 하우징 외측에 고정 설치되어 있는 액추에이터의 회전축과 연결 되고 그 타단부가 하우징의 내주면에 힌지 연결된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 비행체에 있어서, 상기 피칭제어부는 판재 형상으로 그 상단 일단부가 하우징 외측에 고정 설치되어 있는 액추에이터의 회전축과 연결되고 그 타단부가 하우징의 내주면에 힌지 연결된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 비행체에 있어서, 상기 롤링제어부와 피칭제어부는 하우징 내의 동일높이 상에서 서로 교차 배치되도록 상기 롤링제어부는 그 하단 중앙부가 절취된 디귿자 형상으로 되고 이에 대응되는 피칭제어부는 그 상단 중앙부가 절취된 디귿자 형상으로 되어 서로의 절취부가 서로 맞물리는 구조로 된 것이 바람직하다.

이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체는 프로펠러 하방에 자세 제어를 위한 토크상쇄부와 방향 제어를 위한 롤링제어부 및 피칭제어부를 마련하되 이들 각각이 별도의 액추에이터에 의해 개별 제어되도록 함으로써, 비행에 필요한 전체 액추에이터의 수가 삭감되어 기본적으로 제조비용을 절감할 수 있고, 또한, 비행시 각각의 움직임이 이원화되는 등 운동방정식이 단순해지게 되어 이에 따라 제어가 수월해짐은 물론 기존 제어조작에 필요한 부품 삭감이 가능하게 되는 등 전반적으로 비행체의 경량화 및 비용절감 등을 도모할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상 세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 5b에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체는 상하로 관통되고 내부공간을 갖는 하우징(10)과, 이 하우징(10)의 내부공간 상단부에 배치되어 모터(5) 동력에 의해 정역 회전되는 프로펠러(20)와, 이 프로펠러(20) 하방에 배치되어 이 프로펠러(20)의 정역 추진력에 의해 하우징(10)이 역회전되려는 반작용토크를 상쇄시키는 토크상쇄부(30)와, 이 토크상쇄부(30)의 하방에 배치되어 하우징(10)을 전, 후진시키는 롤링제어부(40) 및 이 롤링제어부(40) 인접부에 배치되어 하우징(10)을 좌, 우로 이동시키는 피칭제어부(50)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 하우징(10)은 상하로 관통되고 내부 공간을 갖는 원관 형상으로 되어 있다.

상기 프로펠러(20)는 하우징(10)의 내부공간 상단부에 설치되는 모터(5)의 회전축에 연결되어 정역 축 회전되면서 비행체가 이륙 및 하강할 수 있도록 되어 있다.

미 설명부호 7은 모터(5)를 지지하는 모터마운트를 나타낸 것이고, 9는 모터마운트(7)가 하우징(10)에 고정되도록 하는 마운트로드를 나타낸 것이다.

상기 토크상쇄부(30)는, 상기 프로펠러(20)와 평행을 유지하고 하우징(10)의 중심축을 가로질러 배치되는 스테이터(31)와, 이 스테이터(31)의 중심점에 설치되는 액추에이터(32) 및 이 액추에이터(32)를 기준으로 양 스테이터(31)의 하단부에 힌지 연결되며 액추에이터(32)에 의해 같은 원주방향으로 힌지 회전되는 복수의 플 랩(33)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 스테이터(31)는 하우징(10)의 중심축을 가로질러 교차 배치되고, 이 스테이터(31)의 교차점에 액추에이터(32)가 설치될 수 있도록 하는 원관체(31a)가 마련되어 있다.

즉, 상기 원관체(31a)를 중심으로 각각의 스테이터(31)들이 서로 직각을 이루면서 배치되어 있는 구조로 되어 있고, 이들 각 스테이터(31)의 하단부에 별도의 일반적인 힌지연결수단(힌지축, 경첩 등)을 통해 플랩(33)이 힌지 연결되는 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 플랩(33)들이 액추에이터(32)의 축 회전에 의해 각각 동일 각도만큼 힌지 회전되도록 하는 등각회전수단이 구비되되, 이 등각회전수단은 액추에이터(32)의 회전축(32a)에 그 중심부가 연결되고 각 날개(35a)가 플랩(33) 하방으로 평행하게 연장되어 해당 플랩(33)의 저면과 연결되는 십자부재(35)인 것이 바람직하다.

상기 롤링제어부(40)는 사각판재 형상으로, 그 상단 일단부가 하우징(10) 외측에 고정 설치되어 있는 액추에이터(41)의 회전축(41a)과 연결되고 그 타단부가 하우징(10)의 내주면에 힌지 연결되어 이 상단부를 기준으로 액추에이터(41)의 작동에 의해 그 하단부가 힌지 회전되도록 되어 있다.

상기 피칭제어부(50)는 사각판재 형상으로, 그 상단 일단부가 하우징(10) 외측에 고정 설치되어 있는 액추에이터(51)의 회전축(51a)과 연결되고 그 타단부가 하우징(10)의 내주면에 힌지 연결되어 이 상단부를 기준으로 액추에이터(51)의 작 동에 의해 그 하단부가 힌지 회전되도록 되어 있다.

그리고, 상기 롤링제어부(40)와 피칭제어부(50)는 하우징(10) 내의 동일높이 상에서 서로 교차 배치되도록, 상기 롤링제어부(40)는 그 하단 중앙부가 절취된 디귿자 형상으로 되고, 이에 대응되는 피칭제어부(50)는 그 상단 중앙부가 절취된 디귿자 형상으로 되어 서로의 절취부(42,52)가 서로 맞물리는 구조로 되어 있다.

한편, 본 발명의 비행체에는 프로펠러(20)와 각각의 엑츄에이터(32,41,51)를 작동시키기 위한 콘트롤러(미도시)가 마련되어 있고, 이 콘트롤러는 지상의 무선조종기에 의해 제어되도록 함은 당연할 것이다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 일 실시예인 비행체는 하우징(10)의 내부공간 최상단부에 마운트로드(9)를 통해 모터마운트(7)를 설치하고 이 모터마운트(7)에 모터(5)를 장착한 후 이 모터축에 프로펠러(20)를 연결하며, 또한, 이 프로펠러(20)의 하방에는 스테이터(31)의 양단부가 하우징(10)의 내주면에 고정되도록 설치하고 각 스테이터(31)의 하단부에 원관체(31a)를 기준으로 직각을 이루도록 하여 플랩(33)을 각각 힌지 연결하고 나서 다시 이들 플랩(33)을 액추에이터(32)의 회전축(32a)과 연결되어 있는 십자부재(35)의 날개(35a)들과 각각 연결시켜 상기 플랩(33)들이 액추에이터(32)의 작동에 의해 동일 회전방향으로 등각 회전되도록 하며, 또한, 이 플랩(33) 하방에는 롤링제어부(40)와 피칭제어부(50)가 서로 동일 높이 상에 배치되어 서로의 절취부(42,52)가 맞물리는 형상이 되도록 한 후 이들 각각의 상단부 일단에 액추에이터(41,51)를 연결하고 그 타단부는 하우징(10)의 내주면에 힌지 연결시켜 전체적인 본 발명의 비행체 조립을 완성한다.

이렇게 조립이 완성된 본 발명의 비행체의 작동 상태를 살펴보면, 무선조종기의 조작에 의해 콘트롤러를 작동시키고 이 콘트롤러의 작동에 의해 모터를 작동시켜, 우선 바람이 하방으로 분출되도록 프로펠러(20)를 회전시키면 비행체가 이륙하여 비행을 시작하게 된다.

이때, 프로펠러(20)의 추진력에 의해 비행체, 즉 하우징(10)에는 이 프로펠러(20)의 회전방향과 반대 방향으로 회전하려고 하는 반작용토크가 발생하게 되는데, 그러면 토크상쇄부(30)의 플랩(33)을 적절히 힌지 회전시켜, 예를 들어 프로펠러(20)가 상방에서 하방으로 에어를 토출하는 것으로 가정하고 이에 따라 하우징(10)이 반작용토크에 의해 회전하려고 하는 방향이 반시계방향이면 이와 반대되는 시계 방향으로 하우징(10)이 회전될 수 있게 액추에이터(51)를 도 3b와 같이 작동시켜 십자부재(35)를 축 회전시키고 이에 따라 플랩(33)이 원하는 방향으로 힌지 회전되도록 하여 결과적으로 비행체가 안정된 자세를 유지할 수 있도록 한다.

그리고, 하우징(10)이 반작용토크에 의해 회전하려고 하는 방향이 시계방향이면 이와 반대되는 반시계 방향으로 하우징(10)이 회전될 수 있게 액추에이터(51)를 도 3c와 같이 작동시켜 십자부재(35)를 축 회전시키고 이에 따라 플랩(33)이 원하는 방향으로 힌지 회전되도록 하여 결과적으로 비행체가 안정된 자세를 유지할 수 있도록 한다.

이렇게 기본적으로 비행체가 프로펠러(20)의 추진력에 의해 제자리에서 안정적으로 상승할 수 있도록 하고, 또한 추진력의 세기를 조절하여 비행체가 공중에서 정지되거나 또는 하강할 수 있게 되는 것이다.

그러다가, 좌우 방향으로 이동을 하고자 할 경우에는, 액추에이터(41)를 통해 롤링제어부(40)를 원하는 방향으로 힌지 회전시켜, 즉 좌측으로 이동시키고자 할 경우에는 롤링제어부(40)를 우측으로 힌지 회전시키고, 반대로 우측으로 이동시키고자 할 경우에는 롤링제어부(40)를 좌측으로 힌지 회전시켜 비행체의 좌우 방향으로의 이동을 제어할 수 있게 되는 것이다.

또한, 전후 방향으로 이동을 하고자 할 경우에는, 액추에이터(51)를 통해 피칭제어부(50)를 원하는 방향으로 힌지 회전시켜, 즉 전방으로 이동시키고자 할 경우에는 피칭제어부(50)를 후방으로 힌지 회전시키고, 반대로 후방으로 이동시키고자 할 경우에는 피칭제어부(50)를 전방으로 힌지 회전시켜 비행체의 전후 방향으로의 이동을 제어할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 비행을 완료하여 착륙시키고자 할 경우에는, 프로펠러(20)의 상승 추진력을 약화시켜 중력에 의한 자연적인 착륙을 시도할 수도 있고, 또는, 신속한 착륙을 위해 프로펠러(20)를 역회전시켜 하방으로 추력이 발생되도록 하여 착륙을 시도할 수도 있을 것이다.

한편, 토크상쇄부(30)와 롤링제어부(40) 및 피칭제어부(50)를 복합적으로 작동시켜 비행체의 다양한 움직임을 연출할 수 있음은 당연할 것이다.

이와 같이, 프로펠러(20)를 통한 수직 이착륙은 물론 각각 이원화된 액추에이터(32,41,51)를 통해 비행체의 자세 유지 및 전후좌우 이동을 자유자재로 조정하면서 안정적으로 원하는 비행 목적을 달성할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예를 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 실시예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변형하여 이용할 수 있는 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체를 나타낸 분해사시도이다.

도 3a, 3b, 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체의 토크상쇄부가 작동되는 상태를 나타낸 요부 개략평면도이다.

도 4a, 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체의 롤링제어부가 작동되는 상태를 나타낸 개략측면도이다.

도 5a, 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체의 피칭제어부가 작동되는 상태를 나타낸 개략측면도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

5 : 모터 7 : 모터마운트

9 : 마운트로드 10 : 하우징

20 : 프로펠러 30 : 토크상쇄부

31 : 스테이터 31a : 원관체

32 : 액추에이터 32a : 회전축

33 : 플랩 35 : 십자부재

35a : 날개 40 : 롤링제어부

41 : 액추에이터 41a : 회전축

42 : 절취부 50 : 피칭제어부

51 : 액추에이터 51a : 회전축

52 : 절취부

Claims (8)

1. 상하로 관통되고 내부공간을 갖는 하우징(10);

   상기 하우징(10)의 내부공간 상단부에 배치되어 모터(5) 동력에 의해 정역 회전되는 프로펠러(20);

   상기 프로펠러(20) 하방에 배치되어 이 프로펠러(20)의 정역 추진력에 의해 하우징(10)이 역회전되려는 반작용토크를 상쇄시키는 토크상쇄부(30);

   상기 토크상쇄부(30)의 하방에 배치되어 하우징(10)을 전, 후진시키는 롤링제어부(40); 및

   상기 롤링제어부(40) 인접부에 배치되어 하우징(10)을 좌, 우로 이동시키는 피칭제어부(50);

   를 포함하여 구성되는 비행체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 토크상쇄부(30)는,

   상기 프로펠러(20)와 평행을 유지하고 하우징(10)의 중심축을 가로질러 배치되는 스테이터(31);

   상기 스테이터(31)의 중심점에 설치되는 액추에이터(32); 및

   상기 액추에이터(32)를 기준으로 양 스테이터(31)의 하단부에 힌지 연결되며 액추에이터(32)에 의해 같은 원주방향으로 힌지 회전되는 복수의 플랩(33);

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비행체.
3. 제2항에 있어서,

   상기 스테이터(31)는 하우징(10)의 중심축을 가로질러 교차 배치된 것을 특징으로 하는 비행체.
4. 제3항에 있어서,

   상기 토크상쇄부(30)에는 플랩(33)들이 액추에이터(32)의 축 회전에 의해 각각 동일 각도만큼 힌지 회전되도록 하는 등각회전수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 비행체.
5. 제4항에 있어서,

   상기 등각회전수단은 액추에이터(32)의 회전축(32a)에 그 중심부가 연결되고 각 날개(35a)가 플랩(33) 하방으로 평행하게 연장되어 해당 플랩(33)의 저면과 연결되는 십자부재(35)인 것을 특징으로 하는 비행체.
6. 제1항에 있어서,

   상기 롤링제어부(40)는 판재 형상으로 그 상단 일단부가 하우징(10) 외측에 고정 설치되어 있는 액추에이터(41)의 회전축(41a)과 연결되고 그 타단부가 하우징(10)의 내주면에 힌지 연결된 것을 특징으로 하는 비행체.
7. 제6항에 있어서,

   상기 피칭제어부(50)는 판재 형상으로 그 상단 일단부가 하우징(10) 외측에 고정 설치되어 있는 액추에이터(51)의 회전축(51a)과 연결되고 그 타단부가 하우징(10)의 내주면에 힌지 연결된 것을 특징으로 하는 비행체.
8. 제7항에 있어서,

   상기 롤링제어부(40)와 피칭제어부(50)는 하우징(10) 내의 동일높이 상에서 서로 교차 배치되도록 상기 롤링제어부(40)는 그 하단 중앙부가 절취된 디귿자 형상으로 되고 이에 대응되는 피칭제어부(50)는 그 상단 중앙부가 절취된 디귿자 형상으로 되어 서로의 절취부(42,52)가 서로 맞물리는 구조로 된 것을 특징으로 하는 비행체.

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