KR20130081415A - 태양광 추진 수직이착륙 비행체 - Google Patents

태양광 추진 수직이착륙 비행체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 추진 수직이착륙 비행체에 관한 것으로, 더 상세하게는, 태양전지를 통해 전기를 발전시키고, 상기 전기를 이용하여 수직이착륙 및 이동이 가능한 태양광 추진 수직이착륙 비행체에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추진 수직이착륙 비행체는, 내부에 가스가 충전되어 부력을 발생시키는 비행선; 상기 비행선의 표면에 부착되며, 태양광을 이용하여 전기를 발전하는 태양전지; 상기 태양전지와 연결되어 상기 태양전지에서 발전된 전기를 전달하는 전기배선; 상기 전기배선으로부터 전달되는 전기를 공급받아 내부에 탑재된 2차 전지를 충전하고, 상기 전기를 이용하여 전기모터를 제어하는 제어박스; 및 상기 제어박스의 제어명령에 따라 구동하는 전기모터에 의해 추진력을 발생시키는 프로펠러를 포함한다.

Description

태양광 추진 수직이착륙 비행체 {VERTICAL TAKE OFF AND LANDING AIRCRAFT POWERED BY SOLAR ENERGY}
본 발명은 태양광 추진 수직이착륙 비행체에 관한 것으로, 더 상세하게는, 태양전지를 통해 전기를 발전시키고, 상기 전기를 이용하여 수직이착륙 및 이동이 가능한 태양광 추진 수직이착륙 비행체에 관한 것이다.
무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle; UAV)는 조종사가 직접 항공기에 탑승하지 않고 임무를 수행하는 항공기로서 유인 항공기 기술에 비하여 본격적인 연구 개발역사가 10년이 넘지 않은 신기술 분야로서 현재까지 일부 선진국가들이 기술적인 우위를 점할 뿐, 대부분의 국가들은 무인기 개발 기술수준이 초보적인 단계라 할 수 있다.
특히 태양광을 에너지원으로 사용하는 무인항공기의 경우 장기간 체공할 수 있다는 커다란 이점을 바탕으로 지난 10여년 동안 선진국들 사이에서 개발이 이루어져 왔으며 저비용으로 민수용과 군수용으로 활용이 가능하다. 이러한 무인항공기의 경우 주요 응용처는 군사용, 환경용 정찰, 감시의 목적이 대부분이며 장기 체공을 위한 기체로서 날개의 폭에 비해 날개의 길이가 훨씬 긴 대형 글라이더 타입의 무인항공기가 장기체공을 위해 개발되어 왔고 기체의 제작 및 운용에 큰 비용이 소요된다. 따라서, 저비용 고성능의 태양광 추진 무인항공기의 개발을 통하여 관련기술을 국내 개발할 경우 사회적, 경제적 파급효과는 매우 클 것으로 판단된다.
수직이착륙 비행체의 경우 이착륙을 위한 긴 활주로가 필요없는 등 한국에서의 이점이 크나, 익형을 가진 비행기와는 달리 양력의 도움을 전혀 받을 수 없으므로 비행체의 부상에 필요한 추력이 크게 요구되는 비효율성을 가지고 있어서 비행시간이 극히 제한적이다.
이와 관련하여, 종래 기술인 미국특허 3,008,665호는 무거운 물건을 운송하기 위한 장비로서 복수의 헬리콥터를 연결하고 이 연결프레임에 기구를 부착하여 기구의 부력이 연결프레임의 무게를 상쇄시켜주는 유인조종 헬리콥터 및 벌룬 비행체 유닛(helicopter and balloon aircraft unit)을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 비행체 유닛은 무거운 헬리콥터가 결합되는 구성이므로, 비행체의 경량화, 소형화에 불리하다는 단점이 있고 벌룬은 복수의 헬리콥터를 연결하는 프레임의 무게를 상쇄시키는 부력을 주기 위한 목적으로 사용되어서 장기체공은 불가능하다. 또한, 유인조종 헬리콥터의 추력의 균형을 맞추기가 어려워 프레임의 파괴 및 대형참사로 이어질 가능성이 있다.
미국특허 3,008,665호 (Frank N. Piasecki) 1961. 11. 14. 청구항 1, 도 1
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 비교적 간단하고 경량이며 태양광으로 추진되는 태양광 추진 수직이착륙 비행체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 복수개의 프로펠러를 가진 수직이착륙형 비행체를 비행선의 하면에 고정하여 전체 비행체의 부상은 비행선의 부력으로 주로 담당하며 복수개의 프로펠러가 비행선을 비롯한 전체 비행체의 고도/수평 이동 등 위치제어를 주로 담당하는 개념의 비행체의 개발에 관한 것이다. 이 때, 비행선의 표면에 태양전지를 부착하여 프로펠러의 추력 전원으로 사용가능하고 야간에 잉여전력을 이차전지에 저장하여 사용함으로써 장기체공이 가능하고, 비행선의 가스 누설 등의 경우에도 안정적인 비행이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추진 수직이착륙 비행체는, 내부에 가스가 충전되어 부력을 발생시키는 비행선; 상기 비행선의 표면에 부착되며, 태양광을 이용하여 전기를 발전하는 태양전지; 상기 태양전지와 연결되어 상기 태양전지에서 발전된 전기를 전달하는 전기배선; 상기 전기배선으로부터 전달되는 전기를 공급받아 내부에 탑재된 2차 전지를 충전하고, 상기 전기를 이용하여 전기모터를 제어하는 제어박스; 및 상기 제어박스의 제어명령에 따라 구동하는 전기모터에 의해 추진력을 발생시키는 프로펠러를 포함한다.
상기 비행선의 표면에는 복수의 태양전지가 이격되어 부착되며, 각각의 태양전지는 유연전극으로 연결될 수 있다.
상기 제어박스는, 탐색 및 정찰을 위한 센서; 상기 센서에서 감지된 정보를 지상으로 송신하는 무선송신기; 및 지상의 관제센터로부터 전달되는 제어명령을 수신하는 무선수신기를 구비할 수 있다.
상기 제어박스는 GPS 또는 자동항법장치를 더 구비할 수 있다.
상기 프로펠러의 외주면에는 충격흡수 소재의 커버가 결합할 수 있다.
상기 태양광 추진 수직이착륙 비행체는, 상기 제어박스로부터 인출되는 연결 프레임; 상기 프로펠러와 결합하는 연결 바; 및 상기 연결 프레임과 상기 연결 바를 연결시키는 결합부재를 더 포함할 수 있다.
상기 연결 바와 프로펠러는 상기 결합부재를 중심으로 하여 회전가능하다.
본 발명의 태양광 추진 수직이착륙 비행체는 비행선의 부력으로 인해 체공에 필요한 에너지가 적게 소모될 뿐만 아니라, 태양광을 이용한 동력원을 추가로 사용하므로 비행효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 추진 수직이착륙 비행체는 소형화가 가능하며, 저고도에서도 장기체공 할 수 있어서 운용에 드는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추진 수직이착륙 비행체를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 태양광 추진 수직이착륙 비행체의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 추진 수직이착륙 비행체에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추진 수직이착륙 비행체를 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 태양광 추진 수직이착륙 비행체(100)는 비행선(10), 태양전지(20), 전기배선(30), 제어박스(40) 및 프로펠러(50)를 포함한다.
비행선(10) 내부에는 가스가 충전되며, 상기 가스에 의해 부력이 발생한다.
태양전지(20)는 비행선(10)의 표면에 부착되며, 태양광을 이용하여 전기를 발전한다. 태양전지(20)는 비행선의 표면에 복수개가 이격되어 부착될 수 있으며, 각각의 태양전지(20)는 유연전극으로 연결될 수 있다. 복수의 태양전지(20)를 비행선(10)의 표면에 분할하여 각각 부착하는 경우, 내부에 가스가 충전되지 않은 비행선(10)을 여러 겹으로 접을 수 있으므로, 제조, 운송 및 보관 등이 용이하다.
전기배선(30)은 태양전지(20)와 연결되어 태양전지(20)에서 발전된 전기를 제어박스(40)로 전달한다.
제어박스(40)는 전기배선(30)으로부터 전달되는 전기를 공급받아 내부에 탑재된 2차 전지(미도시)를 충전하고, 상기 전기를 이용하여 전기모터(미도시)를 제어한다. 제어박스(40)는 내부에 탐색 및 정찰을 위한 센서(미도시), 상기 센서에서 감지된 정보를 지상으로 송신하는 무선송신기(미도시), 및 지상의 관제센터로부터 전달되는 제어명령을 수신하는 무선수신기(미도시)를 구비할 수 있다.
또한, 제어박스(40)는 GPS 또는 자동항법장치를 더 구비하여, 비행체(100)의 위치 제어를 더욱 정밀하게 수행하도록 구성할 수 있다.
프로펠러(50)는 제어박스(40)의 제어명령에 따라 구동하는 전기모터에 의해 추진력을 발생시킨다. 추진력을 발생시키는 프로펠러(50)의 개수는 특별히 한정되지 않으며, 도 1에는 4개의 프로펠러(50)가 대칭되게 배치되어 있다.
따라서, 본 발명의 비행체(100)는 내부에 가스가 충전되는 비행선(10)의 부력으로 전체 비행체의 체공시간을 기본적으로 확보하고, 프로펠러(50)의 추진력에 의해 비행체(100)의 이동 및 위치 제어를 수행한다.
본 발명의 비행체(100)는 비행선(10)의 표면에 유연한 태양전지(20)를 부착하여 이로부터 비행에 필요한 동력을 공급하며, 비행선(10)의 기밀이 유지되는 한 장기 체공이 가능하다. 또한, 비행선(10) 내의 헬륨 가스 등의 누설 등으로 비행선(100)에서 제공하는 부력의 감소가 있는 경우, 프로펠러(50)의 추력에 의하여 비행체(100)의 고도를 유지하거나 안정적으로 비행체(100)가 착륙할 시간을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 프로펠러(50)의 외주면에는 충격흡수 소재의 커버가 결합한다. 이 경우, 외부의 물체와 접촉 또는 충돌하는 프로펠러(50)의 손상을 감소시킬 수 있고, 초고층 건물의 인명구조 등의 비상 시에, 프로펠러(50)를 감싸는 커버가 건물벽에 바로 맞닿을 수 있으므로, 비행체(100)와 건물 사이 간격을 극도로 좁힐 수 있어서, 인명구조의 안정성을 높일 수 있다.
본 발명의 비행체(100)는 제어박스(40)와 프로펠러(50)의 연결을 위해, 제어박스(40)로부터 인출되는 연결 프레임(60), 프로펠러(50)와 결합하는 연결 바(70), 및 연결 프레임(60)과 연결 바(70)를 연결시키는 결합부재(80)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 태양광 추진 수직이착륙 비행체의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 비행체(100)의 고도 제어를 위한 프로펠러(50)의 위치를 도시한다. 프로펠러(50)는 지면과 대향하며, 프로펠러(50)의 추진력에 의해 비행체(100)의 상하방향 이동이 제어된다.
도 2의 (b)를 참조하면, 비행체(100)의 수평 이동 제어를 위한 프로펠러(50)의 위치를 도시한다. 연결 바(70)와 프로펠러(50)는 결합부재(80)를 중심으로 하여 회전가능하며, 비행체(100) 전체의 수평 이동 속도를 높이려 할 때, 프로펠러(50)가 결합부재(80)를 중심으로 대략 90도까지 회전하여 수평 이동을 원활하게 할 수 있다. 상기 결합부재(80)를 중심으로 한 연결 바(70)와 프로펠러(50)의 회전이동을 위해 전기모터 등의 동력전달수단이 사용될 수 있다.
대개의 장기체공형 무인항공기들이 장기체공을 위하여 대기가 안정한 고고도(15km 이상)로 진입하고, 고도를 올리고 유지시키기 위하여 큰 양력을 발생시키는 대형 글라이더 형태의 비행기들인데 반해, 본 발명의 비행체(100)는 비교적 작은 크기로 저, 중고도에서도 장기체공 및 위치 제어할 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명의 태양광 추진 수직이착륙 비행체는 무인항공기의 일종으로서, 환경모니터링, 원격탐사, GIS정보수집, 사진측량, 통신중계, 해안 및 전력선 감시 등의 민수용도와 더불어 정찰/감시, 유사시 위성 대체용 등의 군수용으로도 활용이 가능하다.
본 발명의 태양광 추진 수직이착륙 비행체는 초고층 건물의 화재 등 비상 시에 인명구조에 활용될 수도 있다.
10: 비행선
20: 태양전지
30: 전기배선
40: 제어박스
50: 프로펠러
60: 연결 프레임
70: 연결 바
80: 결합부재
100: 비행체

Claims (7)

  1. 내부에 가스가 충전되어 부력을 발생시키는 비행선;
    상기 비행선의 표면에 부착되며, 태양광을 이용하여 전기를 발전하는 태양전지;
    상기 태양전지와 연결되어 상기 태양전지에서 발전된 전기를 전달하는 전기배선;
    상기 전기배선으로부터 전달되는 전기를 공급받아 내부에 탑재된 2차 전지를 충전하고, 상기 전기를 이용하여 전기모터를 제어하는 제어박스; 및
    상기 제어박스의 제어명령에 따라 구동하는 전기모터에 의해 추진력을 발생시키는 프로펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추진 수직이착륙 비행체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비행선의 표면에는 복수의 태양전지가 이격되어 부착되며, 각각의 태양전지는 유연전극으로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 추진 수직이착륙 비행체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어박스는,
    탐색 및 정찰을 위한 센서;
    상기 센서에서 감지된 정보를 지상으로 송신하는 무선송신기; 및
    지상의 관제센터로부터 전달되는 제어명령을 수신하는 무선수신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 추진 수직이착륙 비행체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어박스는 GPS 또는 자동항법장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 추진 수직이착륙 비행체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 프로펠러의 외주면에는 충격흡수 소재의 커버가 결합한 것을 특징으로 하는 태양광 추진 수직이착륙 비행체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어박스로부터 인출되는 연결 프레임;
    상기 프로펠러와 결합하는 연결 바; 및
    상기 연결 프레임과 상기 연결 바를 연결시키는 결합부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추진 수직이착륙 비행체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연결 바와 프로펠러는 상기 결합부재를 중심으로 하여 회전가능한 것을 특징으로 하는 태양광 추진 수직이착륙 비행체.
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