KR20140147931A - 무인항공기용 날개 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원격 조작에 의해서 조정되는 무인항공기의 날개에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무인항공기용 날개는 발포성 수지 지지체와, 상기 발포성 수지 지지체의 표면을 감싸는 알루미늄 시트와, 적어도 일부가 상기 발포성 수지 지지체에 내장되며, 무인항공기의 동체와 결합하는 복합재료 프레임을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 무인항공기용 날개는 무게가 매우 가벼우므로 무인항공기의 연료소비량을 줄일 수 있다. 또한, 표면이 매끄럽기 때문에 날개에 부딪히는 공기와의 저항을 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은 원격 조작에 의해서 조정되는 무인항공기의 날개에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 저속으로 장시간 비행하는 무인항공기의 날개에 관한 것이다.
무인항공기는 원격 조작에 의해서 조종되는 항공기이다. 무인항공기는 위험한 비행에 유인항공기 대용으로 사용된다. 무인항공기는 농업용, 재해 관측용 등 민간기와 무인 정찰기, 무인 공격기 등 군사용이 있다.
일반적인 항공기의 동체와 날개는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 망간, 규소를 혼합해서 만든 듀랄루민이라는 합금으로 주로 만들며, 최근에는 에폭시 수지나 폴리이미드 수지와 같은 수지에 탄소 섬유나 아라미드 섬유를 강화재로 넣은 복합재료인 섬유 강화 플라스틱이 항공기의 동체와 날개의 소재로 사용되고 있다.
섬유강화 플라스틱은 듀랄루민보다 더 가벼우면서도 내구성과 강도가 뛰어나다는 장점이 있다. 항공기에 사용하는 복합재료는 듀랄루민에 비해서 네 배나 더 단단하고, 40%가 더 질기다. 또한, 무게가 15%정도 줄어들기 때문에 연료소비량이 20%이상 줄어든다.
이러한 섬유강화 플라스틱은 무인항공기의 날개의 소재로도 사용되고 있다. 그러나 무인항공기는 그 용도에 따라서 다양한 종류가 있으며, 상대적으로 낮은 고도에서, 저속으로 장시간 비행을 해야하는 무인항공기의 경우에는 강도는 섬유강화 플라스틱에 비해서 상대적으로 약하나, 더욱 가벼운 날개를 사용할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 요구에 대응하고자 하는 것으로서, 본 발명은 무게가 매우 가벼우며, 표면이 매끄러운 새로운 무인항공기용 날개를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 무인항공기용 날개의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인항공기용 날개는 상면 및 하면과, 상면과 하면 사이에 설치되는 적어도 하나의 복합재료 프레임과, 상면, 하면 및 복합재료 프레임 사이를 채우는 발포성 수지 지지체를 포함하며, 상면 및 하면 중 적어도 하나는 알루미늄 시트일 수 있다.
상기 복합재료 프레임은 무인항공기의 동체와 결합되는 일단에 설치될 수 있다. 또한, 무인항공기의 동체와 결합되는 일단의 반대쪽 끝단에도 설치될 수 있다. 또한, 무인항공기의 동체와 결합되는 일단과 반대쪽 끝단의 사이에도 설치될 수도 있다.
또한, 상기 상면 및 하면 중 하나는 복합재료 시트일 수 있다.
상기 복합재료 프레임은 섬유 강화 플라스틱인 것이 바람직하며, 섬유 강화 플라스틱은 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드 섬유 중 적어도 하나의 섬유와 수지의 복합재료인 것이 바람직하다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 제조방법은, 알루미늄 시트를 무인항공기용 날개 형상에 맞게 절단하는 단계와, 상기 알루미늄 시트를 둥글게 말아서 양쪽 끝을 접합하는 단계와, 둥글게 말린 상기 알루미늄 시트를 상기 무인항공기용 날개 형상의 금형 내부에 배치하여, 상기 알루미늄 시트가 날개 형상을 이루도록 하는 단계와, 금형 내부에 배치된 상기 알루미늄 시트에 둘러싸인 공간에 복합재료 프레임을 배치하는 단계와, 상기 알루미늄 시트와 상기 복합재료 프레임 사이에 발포성 수지를 주입하여 발포하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 무인항공기용 날개의 제조방법에 있어서, 상기 알루미늄 시트를 접합하는 단계는 초음파 용접, 고주파유도 용접, 레이저 용접, 불활성가스 금속아크용접(Metal Inert Gas welding), 텅스텐 불활성 아크 용접(Tungsten Inert Gas welding) 중에서 선택된 방법에 의해서 접합하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 시트를 접합하는 단계는 접착제를 이용해서 접합하는 단계일 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 다른 제조방법은, 복합재료 프레임을 무인항공기용 날개 형상의 금형 내부에 배치하는 단계와, 상기 금형의 내부에 발포성 수지를 주입하여 발포하는 단계와, 상기 금형에서 발포성 수지를 분리한 후 상기 발포성 수지의 표면에 알루미늄 시트를 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 또 다른 제조방법은, 알루미늄 시트와 복합재료 시트를 무인항공기용 날개 형상에 맞게 절단하는 단계와, 상기 알루미늄 시트의 양쪽 끝을 상기 복합재료 시트의 양쪽 끝과 접합하는 단계와, 접합된 상기 알루미늄 시트와 복합재료 시트를 상기 무인항공기용 날개 형상의 금형 내부에 배치하여, 상기 알루미늄 시트와 복합재료 시트가 날개 형상을 이루도록 하는 단계와, 금형 내부에 배치된 상기 알루미늄 시트와 복합재료 시트에 의해 둘러싸인 공간에 복합재료 프레임을 배치하는 단계와, 상기 알루미늄 시트와 복합재료 시트 및 복합재료 프레임 사이의 공간에 발포성 수지를 주입하여 발포하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 또 다른 제조방법은, 복합재료 프레임을 무인항공기용 날개 형상의 금형 내부에 배치하는 단계와, 상기 금형의 내부에 발포성 수지를 주입하여 발포하는 단계와, 상기 금형에서 발포성 수지를 분리한 후 상기 발포성 수지의 상면 또는 하면 중 일면에는 알루미늄 시트를 부착하고 나머지 일면에는 복합재료 시트를 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무인항공기용 날개는 무게가 매우 가벼우므로 무인항공기의 연료소비량을 줄일 수 있다. 또한, 표면이 매끄럽기 때문에 날개에 부딪히는 공기와의 저항을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 일실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 무인항공기용 날개의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 다른 실시예의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 5 내지 7은 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 제조방법의 일실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 내지 9는 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 제조방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2는 도 1에 도시된 무인항공기용 날개의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 다른 실시예의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 5 내지 7은 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 제조방법의 일실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 내지 9는 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 제조방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.
다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 일실시예의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 무인항공기용 날개의 단면도이다.
도 1과 2를 참고하면, 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 일실시예는 발포성 수지 지지체(10)와 알루미늄시트(20) 및 복합재료 프레임(30)을 포함한다.
발포성 수지는, 수지를 발포제의 작용으로 팽창시킨 것으로서, 발포폴리스타이렌(expanded polystyrene), 경질 우레탄 폼, 폴리에틸렌 폼 등이 있다. 발포폴리스타이렌은 일반적으로 스티로폼(styrofoam)이라고 불린다.
발포성 수지 지지체(10)는 날개가 양력을 얻는데 필요한 형태를 이룬다. 즉, 발포성 수지 지지체(10)의 위를 흐르는 공기의 유속이 아래를 흐르는 공기의 유속에 비해서 빨라지도록, 발포성 수지 지지체(10)의 상면이 발포성 수지 지지체(10)의 하면에 비해서 많이 굽어있다. 발포성 수지 지지체(10)의 위는 공기의 유속이 빠르므로 상대적으로 저압이 되며, 아래는 유속이 느리므로 상대적으로 고압이 된다. 이러한 압력차로 비행기가 양력을 받게 된다.
발포성 수지 지지체(10)의 표면에는 알루미늄 시트(20)가 결합한다. 알루미늄 시트(20)는 에폭시 수지 등으로 이루어진 접착제를 이용하여 발포성 수지 지지체(10)에 결합할 수 있다.
알루미늄 시트(20)는 날개의 표면에 부딪히는 공기의 저항을 최소화하는 역할과 강도가 약한 발포성 수지 지지체(10)를 보호하여 발포성 수지 지지체(10)가 부스러지는 것을 방지하는 역할을 한다. 알루미늄 시트(20)는 표면이 매끄러워, 날개의 표면에 부딪히는 공기의 저항을 최소화할 수 있다.
알루미늄 시트(20)의 두께는 200㎛이하인 것이 바람직하다. 날개의 중량을 최소화하기 위함이다. 알루미늄은 가벼운 금속이지만 발포폴리스타이렌에 비해서 상대적으로 무겁기 때문에, 알루미늄 시트(20)의 두께를 최소화하는 것이 날개의 경량화를 위해서 바람직하다.
복합재료 프레임(30)은 발포성 수지 지지체(10)의 양단에 결합한다. 복합재료 프레임(30)은 수지에 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유 등의 섬유를 강화재로 넣은 강화된 플라스틱인 것이 바람직하다. 수지로는 에폭시 수지나 폴리이미드 수지 등을 사용할 수 있다.
복합재료 프레임(30)은 무인항공기의 종류에 따라서 다양한 형태를 가질 수 있다. 소형 무인항공기인 경우에는, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 날개의 양끝에만 복합재료 프레임(30)이 배치되나, 무인항공기의 크기나 구조에 따라서 여러 개의 복합재료 프레임이 사용될 수 있다.
발포성 수지 지지체(10)의 강도가 약하기 때문에, 발포성 수지 지지체(10)의 측면(13)을 직접 무인항공기의 동체에 결합시키지 않고, 복합재료 프레임(30a)을 이용해서 무인항공기의 동체에 결합한다. 복합재료는 알루미늄에 비해서 강도가 강하고, 가볍기 때문에 발포성 수지 지지체(10)를 보강하는 소재로 적합하다.
도 3은 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 다른 실시예의 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 날개의 양 끝단뿐 아니라 양 끝단의 사이에도 하나 이상의 복합재료 프레임(30c)이 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 또 다른 실시예의 단면도이다. 도 4에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 실시예와 달리 발포성 수지 지지체(10)의 아랫면에는 복합재료 시트(21)가 결합된다. 복합재료 시트(21)는 복합재료 프레임(30)과 마찬가지로 섬유 강화 플라스틱을 사용할 수 있다.
도 3과 4에 도시된 실시예는 도 1과 2에 도시된 실시예에 비해서 무겁지만, 강도가 더 강하다는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 제조방법의 일실시예를 상세하게 설명한다.
우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 알루미늄 시트(20)를 날개 크기에 맞게 절단한 후 둥글게 말아서 양쪽 끝을 접합한다. 접합하는 방법으로는 초음파 용접, 고주파유도 용접, 레이저 용접, 불활성가스 금속아크용접(Metal Inert Gas welding), 텅스텐 불활성 아크 용접(Tungsten Inert Gas welding) 등의 용접 방법이나, 접착제를 이용한 접착 방법을 사용할 수 있다. 접합 방법은 무인항공기의 크기, 수명, 용도 등에 따라서 결정한다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 둥글게 말아져 있는 알루미늄 시트(20)를 날개 형상의 금형(1) 내부에 배치하여, 알루미늄 시트(20)가 날개 형상을 이루도록 한다.
다음, 복합재료 프레임(30)을 제작한다. 복합재료 프레임(30)은 강화재인 탄소 섬유, 아리미드 섬유 등과 수지를 혼합한 후 성형하여 제작한다. 복합재료 프레임(30)의 중심부에는 발포성 수지를 주입할 수 있는 관통구멍(32)이 형성되어 있다.
다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 복합재료 프레임(30)을 알루미늄 시트(20)에 의해 둘러싸인 공간 내부에 배치하고, 고정한다.
다음, 복합재료 프레임(30)의 관통구멍을 통해서, 알루미늄 시트(20)와 복합재료 프레임(30)에 의해 둘러싸인 공간 내부에 발포성 수지를 주입하여 발포한 후 금형(1)을 정해진 온도에서 일정한 시간 동안 유지하여 금형의 형상에 따른 발포성 수지 지지체(10)를 제작한다. 발포성 수지의 비중은 무인항공기의 용도에 따라서 조절한다.
마지막으로, 금형을 분리하여 날개를 완성한다.
본 실시예에서, 알루미늄 시트(20)를 날개 크기에 맞게 절단한 후 둥글게 말아서 양쪽 끝을 접합하는 것으로 설명하였으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 일면이 복합재료 시트(21)인 무인항공기용 날개를 제조하는 경우에는 알루미늄 시트(20)의 양쪽 끝과 복합재료 시트(21)의 양쪽 끝을 접합하여 날개의 상면과 하면을 만들 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 무인항공기용 날개의 제조방법의 다른 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에서는 발포성 수지를 발포한 후에 알루미늄 시트(20)를 발포성 수지 지지체(10)의 표면에 부착한다는 점에서 차이가 있다.
우선, 도 8에 도시된 바와 같이, 날개 형상의 금형(2) 내부에 복합재료 프레임(31)을 배치한다.
다음, 금형(2) 내부에서 발포성 수지를 발포한 후 금형(2)을 정해진 온도에서 일정한 시간 동안 유지하여 금형(2)의 형상에 따른 발포성 수지 지지체(10)를 제작한다.
다음, 금형을 분리한 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 발포성 수지 지지체(10)의 표면에 알루미늄 시트(20)를 부착한다. 알루미늄 시트(20)는 접착제를 이용해서 부착할 수 있다. 그리고 알루미늄 시트(20)의 양쪽 끝은 상술한 용접 방법이나 접착방법을 이용하여 결합한다.
필요한 경우에는 발포성 수지 지지체(10)의 표면의 일면에는 알루미늄 시트(20)를 부착하고, 다른 일면에는 복합재료 시트(21)를 부착할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
10: 발포성 수지 지지체 20: 알루미늄 시트
21: 복합재료 시트 30: 복합재료 프레임
21: 복합재료 시트 30: 복합재료 프레임
Claims (13)
- 무인항공기용 날개에 있어서,
상면 및 하면과,
상기 상면과 하면 사이에 설치되는 적어도 하나의 복합재료 프레임과,
상기 상면, 하면 및 복합재료 프레임 사이를 채우는 발포성 수지 지지체를 포함하며,
상기 상면 및 하면 중 적어도 하나는 알루미늄 시트인 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개. - 제1항에 있어서,
상기 복합재료 프레임은 무인항공기의 동체와 결합되는 일단에 설치되는 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개. - 제2항에 있어서,
상기 복합재료 프레임은 무인항공기의 동체와 결합되는 일단의 반대쪽 끝단에도 설치되는 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 복합재료 프레임은 무인항공기의 동체와 결합되는 일단과 반대쪽 끝단의 사이에도 설치되는 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개. - 제1항에 있어서,
상기 상면 및 하면 중 하나는 복합재료 시트인 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개. - 제1항에 있어서,
상기 복합재료 프레임은 섬유 강화 플라스틱인 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개. - 제6항에 있어서,
상기 섬유 강화 플라스틱은 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드 섬유 중 적어도 하나의 섬유와 수지의 복합재료인 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개. - 무인항공기용 날개의 제조방법에 있어서,
알루미늄 시트를 무인항공기용 날개 형상에 맞게 절단하는 단계와,
상기 알루미늄 시트를 둥글게 말아서 양쪽 끝을 접합하는 단계와,
둥글게 말린 상기 알루미늄 시트를 상기 무인항공기용 날개 형상의 금형 내부에 배치하여, 상기 알루미늄 시트가 날개 형상을 이루도록 하는 단계와,
금형 내부에 배치된 상기 알루미늄 시트에 둘러싸인 공간에 복합재료 프레임을 배치하는 단계와,
상기 알루미늄 시트와 상기 복합재료 프레임 사이에 발포성 수지를 주입하여 발포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 알루미늄 시트를 접합하는 단계는 초음파 용접, 고주파유도 용접, 레이저 용접, 불활성가스 금속아크용접(Metal Inert Gas welding), 텅스텐 불활성 아크 용접(Tungsten Inert Gas welding) 중에서 선택된 방법에 의해서 접합하는 단계인 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 알루미늄 시트를 접합하는 단계는 접착제를 이용해서 접합하는 단계인 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개의 제조방법. - 무인항공기용 날개의 제조방법에 있어서,
복합재료 프레임을 무인항공기용 날개 형상의 금형 내부에 배치하는 단계와,
상기 금형의 내부에 발포성 수지를 주입하여 발포하는 단계와,
상기 금형에서 발포성 수지를 분리한 후 상기 발포성 수지의 표면에 알루미늄 시트를 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개의 제조방법. - 무인항공기용 날개의 제조방법에 있어서,
알루미늄 시트와 복합재료 시트를 무인항공기용 날개 형상에 맞게 절단하는 단계와,
상기 알루미늄 시트의 양쪽 끝을 상기 복합재료 시트의 양쪽 끝과 접합하는 단계와,
접합된 상기 알루미늄 시트와 복합재료 시트를 상기 무인항공기용 날개 형상의 금형 내부에 배치하여, 상기 알루미늄 시트와 복합재료 시트가 날개 형상을 이루도록 하는 단계와,
금형 내부에 배치된 상기 알루미늄 시트와 복합재료 시트에 의해 둘러싸인 공간에 복합재료 프레임을 배치하는 단계와,
상기 알루미늄 시트와 복합재료 시트 및 복합재료 프레임 사이의 공간에 발포성 수지를 주입하여 발포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개의 제조방법. - 무인항공기용 날개의 제조방법에 있어서,
복합재료 프레임을 무인항공기용 날개 형상의 금형 내부에 배치하는 단계와,
상기 금형의 내부에 발포성 수지를 주입하여 발포하는 단계와,
상기 금형에서 발포성 수지를 분리한 후 상기 발포성 수지의 상면 또는 하면 중 일면에는 알루미늄 시트를 부착하고 나머지 일면에는 복합재료 시트를 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기용 날개의 제조방법.
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