KR20120006375U - 트리콥터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 멀티콥터의 일종인 트리콥터에 관한 것이다.
기존 트리콥터는 회전익의 회전 방향의 조합만으로는 토크 상쇄를 할 수 없어 대부분 한 개의 회전익의 축을 기울여 추력편향에 의해 토크를 조절 하였다.
본 고안은 회전 방향이 다른 한 개의 회전익을 크게 하여 발생되는 반 토크가 나머지 두 개의 회전익의 반 토크를 상쇄시키게 한 것이다.
본 고안으로 트리콥터가 서로 평행한 3 개의 회전축이 고정된 상태로 토크균형을 이룰 수 있어 구조적으로 강하며 제어가 쉽고 또 대형화가 용이하게 되었다.

Description

트리콥터{Tricopter}

본 고안은 다수의 회전익을 갖는 수직이착륙기 멀티콥터(멀티 로터 콥터) 중의 한 종류인 트리콥터( 트리 로터 콥터)에 대한 것 이다.

멀티콥터는 수직 이착륙과 공중 정지, 수평비행 등이 가능한 헬리콥터의 일종으로서, 다수의 구조가 간단한 회전익을 갖는 것이 특징 이다.

대부분의 멀티콥터는 2 쌍(쿼드로콥터, X 콥터), 3 쌍(헥사콥터, Y-6), 4 쌍(옥토콥터) 식으로 짝수의 회전익을 가지고 있으며, 회전익들은 대부분 동일 평면에, Y-6 의 경우 아래위 2 개의 면에 배치 된다.

소형일 경우 회전익은 대부분 고정 피치 프로펠러가 쓰이며, 회전 속도 제어가 용이한 전기 모터에 각각 부착된다.

도 1에 쿼드로콥터가 개략적으로 그려있다.

전, 후방의 회전익은 시계방향으로 돌며, 좌, 우측의 회전익은 반 시계방향으로 돈다. 같은 수의 회전익이 서로 반대로 돌아서 토크를 상쇄 시킨다. 상승이나 하강을 하려면 전체 회전속도를 높이거나 낮추면 되고, 좌로 기울이려면 좌측 회전익의 회전속도를 낮추고 우측 회전익의 회전속도를 높이면 되고, 우로 기울이려면 그 반대로 하면 된다. 전진 후진도 같은 방법으로 한다.

방향 전환은 토크의 불균형으로 하게 된다. 전후의 회전익을 빨리 돌리고 그때 증가하는 양력이 상쇄되게 좌우의 회전익을 느리게 돌리면 기체는 반 시계방향으로 돌게 된다.

4개의 전기모터와 4개의 고정피치 프로펠러를 포함하여 구성되는 쿼드로콥터는 일반적인 헬리콥터에 비하여 그 구조가 매우 간단하다. 하지만 큰 유상하중이나 장시간 비행을 목표로 할 경우 전기 모터 대신 내연기관을 사용해야 하며, 이 때는 각각의 회전익에 대한 예민한 회전 속도 제어가 어려워 한 개의 기관에 벨트 등으로 연결된 가변피치 회전익들을 사용하게 되므로 그 구조가 약간 더 복잡해진다.

트리콥터는 3 개의 회전익으로 구성되어 쿼드로콥터 보다 부품 수가 줄기 때문에

보다 경제적이다.

KR 10-2005-0032736 B1 KR 1020060111550 B2 KR 1020090037271 B2 KR 1020060111554 B2

회전익의 양력조절로 전후 좌우 기울기를 완벽하게 제어 할 수 있는 멀티콥터 중 부품수가 적어서 가장 경제적인 트리콥터는 같은 크기의 회전익 3 개로는 회전 방향의 조합 만으로 토크를 상쇄시킬 수 없으므로, 다른 멀티콥터들 과는 달리 2 개의 회전익을 서로 반대 방향으로 돌게 하고 3번째 회전익의 축을 좌 우로 기울여 추력에 의하여 토크를 상쇄하게 한다.

고속으로 움직일 수 있어야 하는 회전축 기울이기 제어는 기체의 크기가 수십 센티미터 정도로 소형일 때는 별로 문제가 안되지만 기체가 대형화 되면 제작이나 제어가 어려워지고 대형화에 걸림돌이 된다.

3개의 같은 크기의 회전익을 고정 시키고 방향타를 이용하는 방법도 있으나, 토크 불균형이 커서 회전축들을 서로 비틀리게 설치하거나 여러 개의 방향타를 설치해야 하는 등의 문제가 있고 이는 공기역학적으로도 좋지 못하다.

본 고안은 한 회전익의 크기를 키워 토크가 커지게 하고, 보다 크기가 작고 회전 방향이 다른 나머지 두 회전익의 토크를 상쇄 하게하여 토크 문제를 해결한다. 회전 할 때나 전후 좌우로 기울일 때 방향을 유지하기 위해서 필요한 약간의 토크는 큰 회전익 아래 회동하게 설치되는 작은 날개를 움직여 확보 한다.

본 고안에 의한 트리콥터는 부품수가 적어 경제적인 트리콥터의 장점을 가지면서도 토크 불균형이 없이 동일 평면에 3개의 회전익을 설치 할 수가 있어 구조적으로 우수하고 대형 기체의 제작과 운영이 손쉬워 진다.

멀티콥터중 가장 일반적인 쿼드로콥터의 개략도. 본 고안에 의한 트리콥터의 개략도. 본 고안에 의한 트리콥터의 사시도.

수직 이착륙기의 공기 역학적 효율을 위해서 회전익에 의한 하강기류의 유속은 균등하게 하는 것이 좋다. 본 고안의 트리콥터도 모든 회전익의 후류가 같은 유속을 갖도록 한다.

전방 좌 우측에 설치된 1 쌍의 작은 회전익 들은 모양, 크기, 회전 방향이 완전히 일치한다.

후방에 설치된 큰 회전익은 회전 방향이 반대인데, 작은 회전익과 닮은꼴로 하되 길이가 1.26 배가 되게 한다. 이때 피치도 같은 비율로 커진다.

이 큰 회전익을 작은 회전익들의 회전속도의 0.794 배로 회전 시키면 후류 속도는 작은 회전익의 후류 속도와 같아지고 반 토크는 약 2 배가 되어 나머지 두 회전익의 반 토크를 상쇄 하게 된다. 또한 이 회전 속도에서 각 회전익의 끝단 속도는 같아진다.

상승을 위하여는 전체 회전익들의 회전 속도를 같은 비율로 증가 시키고, 하강을 위하여는 그 반대로 한다.

전방으로 기울이기 위해서는 전방 회전익들의 회전 속도를 감소 시키고 후방 회전익의 회전속도를 증가 시키며, 후방으로 기울이려면 그 반대로 한다.

좌측으로 기울이려면 전방 좌측 회전익의 회전 속도를 감소 시키고 전방 우측 회전익의 회전 속도를 증가 시킨다. 후방 회전익의 회전 속도는 그대로 유지한다.

우측으로 기울일 때는 그 반대로 조작 한다.

전 후 좌 우 이동은 기체를 기울인 상태를 유지하면 기울인 방향으로 이동 하게 된다. 이동 속도는 기울인 각도로 조절한다.

방향 전환은 큰 회전익 아래 설치되는 작은 회동 날개(도 3의 A)를 이용 한다.

전후 좌우로 기울일 때 발생하는 약간의 반 토크 불균형도 이 날개(도 3의 A)를 회동 시켜 해소 한다.

동력으로 전기 모터가 아닌 내연기관을 사용할 때는 각 회전축의 회전 속도는 벨트나 토크튜브 등 동력 전달장치에 의하여 상기 비율로 유지하고, 회전익의 피치를 변화 시켜 양력을 조절한다.

본 고안에 의한 트리콥터는 구조가 간단하고 제어 반응이 우수한 멀티콥터의 장점을 유지한 채로 대형화가 가능하여 항공방제, 항공정찰, 항공감시 등등 다 방면에서 사용될 수 있다.

A: 방향 전환용 회동식 날개

Claims (3)

1. 3 개의 회전익을 갖는 수직 이착륙기로서, 3개의 회전축이 서로 평행하게 고정 되고, 다른 두 개의 회전익과는 회전방향이 다른 하나의 회전익이 다른 회전익들 보다 크기가 큰 것이 특징인 트리콥터.
2. 제 1항에 있어 큰 회전익에서 발생되는 반 토크가 나머지 두 개의 회전익에서
   
   
   발생하는 반 토크를 상쇄 하는 것이 특징인 트리콥터.
3. 제 1항에 있어 큰 회전익의 아래 설치된 작은 날개가 회동하여 회전익의 후류를
   
   
   편향 시키고 그때 발생하는 반작용력으로 기체를 회전시키는 것이 특징인 트리콥터.

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