KR20150125865A - 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인 비행체에 설치되어 비행체의 양력을 향상시키고 무인 비행체의 롤링·요잉·피칭 모멘트를 더욱 용이하게 제어할 수 있는 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 의한 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치는, 무인 비행체의 주날개의 후단부에 마련된 복수의 절개부에 한쪽 끝단이 회전 가능하게 설치되는 복수의 상부 보조날개와, 주날개의 절개부들에 한쪽 끝단이 회전 가능하게 설치되는 복수의 하부 보조날개와, 주날개의 상면에 대한 복수의 상부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하기 위한 상부 보조날개 구동기와, 주날개의 하면에 대한 복수의 하부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하기 위한 하부 보조 날개 구동기와, 상부 보조날개 구동기를 제어하여 주날개의 상면에 대한 복수의 상부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하고, 하부 보조날개 구동기를 제어하여 주날개의 하면에 대한 복수의 하부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하기 위한 컨트롤러를 포함하는 점에 특징이 있다.

Description

무인 비행체 주날개의 양력 향상장치{Apparatus for Improving Lift of Main Wing of Unmanned Aerial Vehicle}

본 발명은 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인 비행체에 설치되어 무인 비행체의 양력을 향상시킬 수 있는 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치에 관한 것이다.

항공 기술 및 통신 기술의 급격한 발전에 따라 탐사 및 정찰 등을 목적으로 하는 무인 비행 시스템의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 무인 비행 시스템의 개발은 인간이 직접 탑승하여 수행하기에 위험하거나 어려운 작업도 가능하게 하는 이점을 가져왔다.

통상적으로, 무인 비행 시스템은 비행 제어를 위한 제어 시스템과, 원격지에서 제어 시스템으로부터 전송되는 비행 제어 신호에 따라 비행을 수행하여 각종 현지 데이터를 취득하여 제어 시스템으로 송신하는 무인 비행체로 이루어진다. 무인 비행체는 카메라, 센서, 통신장비, 또는 다른 장비를 탑재하고 있으며, 원격 조종되거나 또는 스스로 조종된다. 즉, 무인 비행체는 운용자에 의해 직접 원격 조종되거나, 운용자가 무인 비행체가 지나가야 될 지점들을 미리 프로그래밍하면, 무인 비행체가 그 지점에 도달하기 위해 스스로 비행 궤도를 조절하여 비행하기도 한다.

종래에는 무인 비행체가 특수한 군용 정찰기를 제외하고는 거의 도입이 어려웠으나, 최근에 저렴한 비용으로 공공부문이나 민수용 제품으로의 적용이 가능해 졌다. 특히, 군, 경찰, 소방 등의 공공분야에서는 정찰, 수색, 감시, 정보 수집 등의 다양한 목적으로 활용이 가능해 졌으며, 카메라를 이용한 현장 영상의 실시간 확인 및 전송은 지휘센터에서 현장의 상황을 신속하고, 정확하게 판단할 수 있게 해준다.

도 1은 종래의 무인 비행체를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 무인 비행체(10)는, 통상적인 항공기와 유사하게 동체(11)와, 주날개(12)와, 꼬리날개(13)(14)를 포함한다. 이 밖에, 동체(11)에는 추진기나, 착륙장치 등 각종 기계장치 및 전자장치가 설치된다. 동체(11)는 유선형으로 이루어져 공기의 저항을 작게 함과 동시에, 각 날개와의 결합부에 생기는 기류의 간섭에 의한 저항을 가급적 작게 하는 구조를 취한다. 동체(11)는 거의 양력을 발생시키지 않고, 다만 항력만을 만들어 준다. 무인 비행체(10)를 떠오르게 하는 힘인 양력은 주날개(12)에서 만들어진다. 양력은 무인 비행체(10)가 날고 있는 장소나 방향 등 상태에 따라 달라지므로, 주날개(12)만으로 날고 있을 때의 안정을 지키기는 어려운데, 꼬리날개(13)(14)가 저울의 추처럼 무인 비행체(10)의 무게와 주날개(12)의 양력을 조화시켜 무인 비행체(10)의 비행 안정을 지켜 준다.

최근 무인 비행체의 사용이 다양한 분야로 확대되면서 무인 비행체의 구조를 개선하기 위한 많은 노력이 이루어지고 있다. 예컨대, 비행체의 날개 구조를 개선하여 비행 중의 저항을 줄일 수 있는 기술이 공개특허공보 제1999-0015944호(1999. 03. 05.), 공개특허공보 제2011-0076267호(2011. 07. 06.)에 개시된 바 있다.

이 밖에도 수평 정상 비행, 상승 비행, 항속 거리, 활공 시간, 이륙 성능, 착륙 성능 등 무인 비행체의 공력성능을 향상시키기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 필요성을 해결하기 위해 위하여 안출된 것으로, 무인 비행체에 간단한 구조로 설치되어 비행 중에 무인 비행체의 양력을 향상시키고 무인 비행체의 롤링·요잉·피칭 모멘트를 더욱 용이하게 제어할 수 있는 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치는, 무인 비행체의 주날개 후단부가 부분적으로 절개된 형상으로 상기 주날개의 후단부에 마련된 복수의 절개부에 한쪽 끝단이 상기 주날개의 좌우 연장 방향 회전 중심축에 대해 회전 가능하게 설치되는 복수의 상부 보조날개; 상기 복수의 상부 보조날개 하부에 이들과 마주하여 위치하도록 상기 주날개의 절개부들에 한쪽 끝단이 상기 주날개의 좌우 연장 방향 회전 중심축에 대해 회전 가능하게 설치되는 복수의 하부 보조날개; 상기 복수의 상부 보조날개를 회전시켜 상기 주날개의 상면에 대한 상기 복수의 상부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하기 위해 상기 주날개에 설치되는 상부 보조날개 구동기; 상기 복수의 하부 보조날개를 회전시켜 상기 주날개의 하면에 대한 상기 복수의 하부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하기 위해 상기 주날개에 설치되는 하부 보조 날개 구동기; 및 상기 상부 보조날개 구동기를 제어하여 상기 주날개의 상면에 대한 상기 복수의 상부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하고, 상기 하부 보조날개 구동기를 제어하여 상기 주날개의 하면에 대한 상기 복수의 하부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하기 위해 상기 무인 비행체에 설치되는 컨트롤러;를 포함하는 점에 특징이 있다.

본 발명에 의한 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치는 비행 중인 무인 비행체의 자세나 받음각, 속도, 고도 등에 따라 주날개의 후단에 설치된 복수의 상부 보조날개의 주날개에 대한 상하 방향 각도를 조절하고 복수의 하부 보조날개의 주날개에 대한 상하 방향 각도를 조절함으로써, 무인 비행체에 충분한 양력을 발생시켜 무인 비행체가 안전하게 비행할 수 있게 해준다. 또한 비행 중인 무인 비행체가 흔들릴 때 상부 보조날개와 하부 보조날개를 이용하여 무인 비행체의 롤링·요잉·피칭 모멘트를 더욱 용이하게 제어함으로 무인 비행체의 비행 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의한 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치는 무인 비행체의 무게를 크게 증가시키지 않고 간단한 구조로 무인 비행체에 설치될 수 있다.

도 1은 종래의 무인 비행체의 일예를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2에 나타낸 무인 비행체의 주날개에 구비된 상부 보조 날개 및 하부 보조 날개가 펴진 상태를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체의 주요 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 무인 비행체의 주날개 일부를 나타낸 측단면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 주날개에서 상부 보조 날개 및 하부 보조 날개가 펴진 상태를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체의 주요 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체의 주날개 일부를 나타낸 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체의 주요 구성을 나타낸 블록도이다.
도 11은 도 9에 나타낸 무인 비행체의 후미를 나타낸 평면도이다.
도 12는 도 9에 나타낸 무인 비행체의 후미를 나타낸 측면도이다.
도 13은 도 11 및 도 12에 나타낸 기류 검출유닛의 작용을 설명하기 위한 것이다.
도 14는 본 발명에 의한 양력 향상장치에 구비되는 상부 보조날개의 다양한 변형예를 나타낸 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체를 나타낸 것이고, 도 3은 도 2에 나타낸 무인 비행체의 주날개에 구비된 상부 보조 날개 및 하부 보조 날개가 펴진 상태를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체의 주요 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2 내지 도 4에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치(100)는 무인 비행체(20)의 주날개(22)의 후단부(23)에 설치되는 복수의 상부 보조날개(110) 및 복수의 하부 보조날개(120)와, 주날개(22)에 대한 복수의 상부 보조날개(110) 각각의 상하 방향 각도를 조절하기 위한 복수의 상부 보조날개 구동기(130)와, 주날개(22)에 대한 복수의 하부 보조날개(120) 각각의 상하 방향 각도를 조절하기 위한 복수의 하부 보조날개 구동기(140)와, 복수의 상부 보조날개 구동기(130) 및 복수의 하부 보조날개 구동기(140)를 제어하기 위한 컨트롤러(150)를 포함한다. 본 실시예에 따른 양력 향상장치(100)는 주날개(22)에 대한 복수의 상부 보조날개(110) 및 복수의 하부 보조날개(120)의 상하 방향 각도를 조절함으로써, 무인 비행체(20)의 최대양력계수(maximum lift coefficient)를 향상시키고 무인 비행체(20)의 롤링·요잉·피칭 모멘트를 더욱 용이하게 제어할 수 있다.

이러한 본 실시예에 따른 양력 향상장치(100)가 설치되는 무인 비행체(20)는 통상의 무인 비행체와 같이, 동체(21)와, 주날개(22)와, 꼬리날개(40)(41)와, 추진기(45)와 무선 송수신기(50)를 포함한다. 주날개(22)는 동체(21)의 좌측 측면에 구비되는 좌측 날개(22a)와 동체(21)의 우측 측면에 구비되는 우측 날개(22b)로 구성된다. 통상적으로, 무인 비행체(20)는 그 전반적인 동작을 제어하기 위한 컨트롤러를 구비하므로, 본 실시예에 따른 양력 향상장치(100)의 컨트롤러(150)는 무인 비행체(20)에 기본적으로 구비되는 컨트롤러를 이용할 수도 있고, 무인 비행체(20)의 컨트롤러와 별도로 설치될 수도 있다. 이하에서는 본 발명에 의한 양력 향상장치가 무인 비행체(20)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 무인 비행체(20)의 컨트롤러(150)를 공유하여 작동하는 것으로 설명한다.

본 실시예에 따른 양력 향상장치(100)의 상부 보조날개(110)와 하부 보조날개(120)는 무인 비행체(20)의 주날개(22), 즉, 좌측 날개(22a) 및 우측 날개(22b)에 모두 설치된다. 상부 보조날개(110)와 하부 보조날개(120)는 무인 비행체(20)의 비행 방향을 기준으로 주날개(22)의 후단부(23)에 마련된 절개부(24)에 일정 각도 회전할 수 있도록 설치된다. 주날개(22)의 절개부(24)는 주날개(22)의 후단부(23)가 부분적으로 절개된 형상으로 주날개(22)의 후단부(23)에 주날개(22)의 좌우 길이 방향을 따라 복수가 마련되고, 이들 각각에 상부 보조날개(110)와 하부 보조날개(120)가 상호 마주하도록 배치된다.

도 2 내지 도 6에 도시된 것과 같이, 상부 보조날개(110)는 그 한쪽 끝단이 주날개(22) 내부의 설치 공간(25)에 주날개(22)의 좌우 연장 방향으로 배치되는 상부 지지축(113)에 회전 가능하게 결합되고, 그 다른 쪽 끝단은 주날개(22)의 상면(26)에 마련된 상부 개구(27)를 통해 주날개(22)의 후방으로 연장된다. 상부 보조날개(110)의 한쪽 끝단에는 회전부(111)가 구비되고 이 회전부(111)는 상부 지지축(113)에 회전 가능하게 결합된다. 상부 보조날개(110)는 상부 지지축(113)을 회전 중심축으로 하여 회전함으로써 주날개(22)의 상면(26)에 대한 상하 방향 각도가 조절될 수 있다.

상부 보조날개(110)는 주날개(22)의 형상을 변화시키는 효과를 만들어내며, 주날개(22)는 도 2에 도시된 것과 같이 상부 보조날개(110)가 접힌 상태보다 도 3에 도시된 것과 같이 상부 보조날개(110)가 펴진 상태에서 커다란 양력을 발생시키게 된다. 따라서, 상부 보조날개(110)는 이륙 또는 착륙 등 무인 비행체(20)가 낮은 속도로 비행할 때 펴져 낮은 속도에서 충분한 양력을 발생시킴으로써 무인 비행체(20)가 안전하게 비행할 수 있게 해준다. 또한 상부 보조날개(110)는 비행 중인 무인 비행체(20)가 흔들릴 때 주날개(22)의 상면(26)에 대한 상하 방향 각도가 조절되어 무인 비행체(20)의 롤링·요잉·피칭 모멘트를 더욱 용이하게 제어함으로 무인 비행체(20)의 비행 안전성을 향상시킨다.

하부 보조날개(120)는 그 한쪽 끝단이 주날개(22) 내부의 설치 공간(25)에 주날개(22)의 좌우 연장 방향으로 배치되는 하부 지지축(123)에 회전 가능하게 결합되고, 그 다른 쪽 끝단은 주날개(22)의 하면(28)에 마련된 하부 개구(29)를 통해 주날개(22)이 후방으로 연장된다. 하부 보조날개(120)의 한쪽 끝단에는 회전부(121)가 구비되고 이 회전부(121)는 하부 지지축(123)에 회전 가능하게 결합된다. 하부 보조날개(120)는 하부 지지축(123)을 회전 중심축으로 하여 회전함으로써 주날개(22)의 하면(28)에 대한 상하 방향 각도가 조절될 수 있다.

도 2 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상부 보조날개(110)가 그 외면이 주날개(22)의 상면(26)과 평행한 초기 상태에 있고 하부 보조날개(120)가 그 외면이 주날개(22)의 하면(28)과 평행한 초기 상태에 있을 때, 상부 보조날개(110)의 바깥 쪽 끝단과 하부 보조날개(120)의 바깥 쪽 끝단은 서로 맞닿게 된다. 그리고 주날개(22)의 후단부(23)의 상부 보조날개(110) 설치를 위한 상부 개구(27)와 하부 보조날개(120) 설치를 위한 하부 개구(29)의 사이에는 격벽(30)이 마련되어 주날개(22)의 후단부(23)의 외부로 개방된 부분의 크기를 줄여준다.

하부 보조날개(120)는 상부 보조날개(110)와 같이 주날개(22)의 형상을 변화시키는 효과를 만들어내며, 도 2에 도시된 것과 같이 접힌 상태보다 도 3에 도시된 것과 같이 펴진 상태에서 주날개(22)에 커다란 양력을 발생시키게 된다. 이러한 하부 보조날개(120)는 무인 비행체(20)가 낮은 속도로 비행할 때 펴져 낮은 속도에서 충분한 양력을 발생시킴으로써 무인 비행체(20)가 안전하게 비행할 수 있게 해주고, 주날개(22)의 하면(28)에 대한 상하 방향 각도가 조절되어 무인 비행체(20)의 롤링·요잉·피칭 모멘트를 더욱 용이하게 제어함으로 무인 비행체(20)의 비행 안전성을 향상시킨다.

상부 보조날개(110)의 주날개(22)의 상면(26)에 대한 상하 방향 각도는 상부 보조날개 구동기(130)에 의해 조절되고, 하부 보조날개(120)의 주날개(22)의 하면(28)에 대한 상하 방향 각도는 하부 보조날개 구동기(140)에 의해 조절된다. 상부 보조날개 구동기(130)는 복수의 상부 보조날개(110)를 개별적으로 작동시키기 위해 복수의 상부 보조날개(110)에 대응하는 복수로 구비되고, 하부 보조날개 구동기(140)는 복수의 하부 보조날개(120)를 개별적으로 작동시키기 위해 복수의 하부 보조날개(120)에 대응하는 복수로 구비된다.

도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 상부 보조날개 구동기(130)는 상부 보조날개(110)를 상부 지지축(113)에 대해 회전시켜 주날개(22)의 상면(26)에 대한 상부 보조날개(110)의 상하 방향 각도를 조절하기 위해 주날개(22)의 설치 공간(25)에 설치된다. 상부 보조날개 구동기(130)는 상부 보조날개(110)의 회전부(111)에 외측으로 돌출되도록 마련된 돌기(112)에 연결되는 상부 형상기억합금 부재(131)와, 상부 형상기억합금 부재(131)가 변형될 수 있도록 상부 형상기억합금 부재(131)에 전류를 공급하는 상부 전류 공급기(132)를 포함한다. 이러한 상부 보조날개 구동기(130)는 형상기억합금의 형상기억 효과를 이용하는 것으로, 잘 알려진 것과 같이 형상기억합금은 다른 모양으로 변형시키더라도 가열에 의하여 다시 변형 전의 모양으로 되돌아오는 성질을 가진 합금이다. 상부 전류 공급기(132)로 상부 형상기억합금 부재(131)에 전류를 인가하면 상부 형상기억합금 부재(131)가 발열하게 되며, 그 발열 온도가 특정 온도(천이 온도)에 도달하면 상부 형상기억합금 부재(131)가 수축하게 된다

상부 형상기억합금 부재(131)의 일단은 상부 보조날개(110)의 회전부(111) 외면에 돌출 구비되는 돌기(112)에 결합되고 상부 형상기억합금 부재(131)의 타단은 주날개(22)의 설치 공간(25)에 고정 설치되는 지지대(133)에 고정된다. 도 6에 도시된 것과 같이, 상부 전류 공급기(132)가 상부 형상기억합금 부재(131)에 전류를 인가하여 상부 형상기억합금 부재(131)의 온도가 상승하면 상부 형상기억합금 부재(131)가 수축하면서 상부 보조날개(110)의 회전부(111)를 당긴다. 이때, 상부 보조날개(110)는 상부 지지축(113)에 대해 반시계 방향으로 회전하여 주날개(22)의 상면(26) 위쪽으로 펴지면서 주날개(22)의 상면(26)에 대한 상하 방향 각도가 바뀌게 된다. 그리고 상부 형상기억합금 부재(131)에 대한 전류 공급이 중단되어 가열되었던 상부 형상기억합금 부재(131)의 온도가 하강하면 상부 형상기억합금 부재(131)는 원래의 길이로 복원되면서 상부 보조날개(110)의 회전부(111)를 밀고, 이때 상부 보조날개(110)는 상부 지지축(113)에 대해 시계 방향으로 회전함으로써 그 외면이 주날개(22)의 상면(26)과 평행한 원래 상태로 복원된다.

상부 형상기억합금 부재(131)는 그 일단이 상부 지지축(113)에 대해 회전하는 상부 보조날개(110)의 회전부(111)에 결합되고 그 타단이 지지대(133)에 고정되므로, 상부 형상기억합금 부재(131)가 수축 또는 팽창할 때 회전부(111)의 회전이 제한적일 수 있으나, 상부 형상기억합금 부재(131)를 적절한 와이어 형상으로 설계하면 상부 형상기억합금 부재(131)가 수축 또는 팽창하면서 상부 보조날개(110)의 회전부(111)를 원활하게 회전시키게 할 수 있다. 또한 상부 형상기억합금 부재(131)와 상부 보조날개(110)의 회전부(111) 또는 상부 형상기억합금 부재(131)와 지지대(133)는 피봇 결합 구조로 결합될 수도 있다.

하부 보조날개 구동기(140)는 하부 보조날개(120)를 하부 지지축(123)에 대해 회전시켜 주날개(22)의 하면(28)에 대한 하부 보조날개(120)의 상하 방향 각도를 조절하기 위해 주날개(22)의 설치 공간(25)에 설치된다. 하부 보조날개 구동기(140)는 하부 보조날개(120)의 회전부(121)에 외측으로 돌출되도록 마련된 돌기(122)에 연결되는 하부 형상기억합금 부재(141)와, 하부 형상기억합금 부재(141)가 변형될 수 있도록 하부 형상기억합금 부재(141)에 전류를 공급하는 하부 전류 공급기(142)를 포함한다. 이러한 하부 보조날개 구동기(140)는 상부 보조날개 구동기(130)와 같이 형상기억합금의 형상기억 효과를 이용하는 것이다. 하부 전류 공급기(142)로 하부 형상기억합금 부재(141)에 전류를 인가하면 하부 형상기억합금 부재(141)가 발열하여 수축하게 된다.

하부 형상기억합금 부재(141)의 일단은 하부 보조날개(120)의 회전부(121) 외면에 돌출 구비되는 돌기(122)에 결합되고 하부 형상기억합금 부재(141)의 타단은 주날개(22)의 설치 공간(25)에 고정 설치되는 지지대(143)에 고정된다. 도 6에 도시된 것과 같이, 하부 전류 공급기(142)가 하부 형상기억합금 부재(141)에 전류를 인가하여 하부 형상기억합금 부재(141)의 온도가 상승하면 하부 형상기억합금 부재(141)가 수축하면서 하부 보조날개(120)의 회전부(121)를 당긴다. 이때, 하부 보조날개(120)는 하부 지지축(123)에 대해 시계 방향으로 회전하여 주날개(22)의 하면(28) 아래쪽으로 펴지면서 주날개(22)의 하면(28)에 대한 상하 방향 각도가 바뀌게 된다. 그리고 하부 형상기억합금 부재(141)에 대한 전류 공급이 중단되어 가열되었던 하부 형상기억합금 부재(141)의 온도가 하강하면 하부 형상기억합금 부재(141)는 원래의 길이로 복원되면서 하부 보조날개(120)의 회전부(121)를 밀고, 이때 하부 보조날개(120)는 하부 지지축(123)에 대해 반시계 방향으로 회전함으로써 그 외면이 주날개(22)의 하면(28)과 평행한 원래 상태로 복원된다.

하부 형상기억합금 부재(141)는 그 일단이 하부 지지축(123)에 대해 회전하는 하부 보조날개(120)의 회전부(121)에 결합되고 그 타단이 지지대(143)에 고정되므로, 하부 형상기억합금 부재(141)가 수축 또는 팽창할 때 회전부(121)의 회전이 제한적일 수 있으나, 하부 형상기억합금 부재(141)를 적절한 와이어 형상으로 설계하면 하부 형상기억합금 부재(141)가 수축 또는 팽창하면서 하부 보조날개(120)의 회전부(121)를 원활하게 회전시키게 할 수 있다. 또한 하부 형상기억합금 부재(141)와 하부 보조날개(120)의 회전부(121) 또는 하부 형상기억합금 부재(141)와 지지대(143)는 피봇 결합 구조로 결합될 수도 있다.

상부 보조날개 구동기(130)나 하부 보조날개 구동기(140)의 동작은 컨트롤러(150)에 의해 제어된다. 컨트롤러(150)는 비행 중인 무인 비행체(20)의 속도나 고도, 무인 비행체(20)의 자세나 받음각 등을 제어 인자로 하여 상부 보조날개 구동기(130)나 하부 보조날개 구동기(140)의 동작을 제어함으로써, 상부 보조날개(110)의 주날개(22)의 상면(26)에 대한 상하 방향 각도와 하부 보조날개(120)의 주날개(22)의 하면(28)에 대한 상하 방향 각도를 조절하게 된다. 이러한 컨트롤러(150)의 제어 인자는 무인 비행체(20)에 설치되는 속도계(155), 고도계(160), 자세 센서(170)가 컨트롤러(150)에 제공한다.

예컨대, 컨트롤러(150)는 자세 센서(170)로부터 기울기 등 무인 비행체(20)의 자세에 대한 정보를 제공받고 그로부터 파악되는 무인 비행체(20)의 자세나 받음각에 따라 상부 보조날개 구동기(130)나 하부 보조날개 구동기(140)의 동작을 제어함으로써, 이륙 또는 착륙 등 무인 비행체(20)가 낮은 속도로 비행할 때 충분한 양력을 발생시켜 무인 비행체(20)가 안전하게 비행할 수 있게 해준다. 또한 비행 중인 무인 비행체(20)가 흔들릴 때 상부 보조날개(110)와 하부 보조날개(120)를 이용하여 무인 비행체(20)의 롤링·요잉·피칭 모멘트를 더욱 용이하게 제어함으로 무인 비행체(20)의 비행 안전성을 향상시킬 수 있다. 자세 센서(170)로는 자이로 센서나 가속도 센서, 또는 그 밖에 무인 비행체(20)의 기울기 등의 자세를 검출할 수 있는 다양한 센서가 이용될 수 있다.

컨트롤러(150)에 의한 복수의 상부 보조날개 구동기(130)와 복수의 하부 보조날개 구동기(140)의 동작 제어는 다양한 형태로 수행될 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(150)는 무인 비행체(20)의 속도나 고도, 무인 비행체(20)의 자세나 받음각 등에 따라 복수의 상부 보조날개 구동기(130)나 복수의 하부 보조날개 구동기(140)를 각각 개별적으로 제어함으로써 복수의 상부 보조날개(110)와 복수의 하부 보조날개(120)를 개별적으로 작동시킬 수 있다. 또는 컨트롤러(150)는 복수의 상부 보조날개(110)를 몇 개수의 그룹으로 묶어 복수의 상부 보조날개(110)를 그룹별로 작동시킬 수 있으며, 복수의 하부 보조날개(120) 또한 같은 방법으로 작동시킬 수 있다. 물론, 컨트롤러(150)는 복수의 상부 보조날개(110)를 일괄적으로 작동시키고, 복수의 하부 보조날개(120)도 일괄적으로 작동시킬 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체의 주요 구성을 나타낸 블록도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체의 주날개 일부를 나타낸 측단면도이다.

도 7 및 도 8에 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 양력 향상장치(200)는 상술한 양력 향상장치(100)와 대부분의 구성이 같고, 다만 본 실시예에 따른 양력 향상장치(200)는 복수의 상부 보조날개(110)를 하나의 상부 보조날개 구동기(210)가 일괄적으로 작동시키고 복수의 하부 보조날개(120)를 하나의 하부 보조날개 구동기(220)가 일괄적으로 작동시키는 점에서 복수의 상부 보조날개 구동기(210)와 복수의 하부 보조날개 구동기(220)를 갖는 상술한 양력 향상장치(100)와 차이가 있다.

도 8에 도시된 것과 같이, 상부 보조날개 구동기(210)는 복수의 상부 보조날개(110)에 일대일로 연결되는 복수의 상부 동력전달기구(211)와, 복수의 상부 동력전달기구(211)에 구동력을 제공하기 위해 복수의 상부 동력전달기구(211)와 연결되는 하나의 상부 구동원(212)을 포함한다. 하부 보조날개 구동기(220)는 복수의 하부 보조날개(120)에 일대일로 연결되는 복수의 하부 동력전달기구(221)와, 복수의 하부 동력전달기구(221)에 구동력을 제공하기 위해 복수의 하부 동력전달기구(221)와 연결되는 하나의 하부 구동원(222)을 포함한다.

상부 구동원(212)이 작동할 때 상부 구동원(212)의 구동력이 복수의 상부 동력전달기구(211)를 통해 복수의 상부 보조날개(110)에 전달되며, 이때 복수의 상부 보조날개(110)가 상부 지지축(113)에 대해 회전하여 주날개(22)의 상면(26)에 대한 상하 방향 각도가 일괄적으로 조절된다. 그리고 하부 구동원(222)이 작동할 때 하부 구동원(222)의 구동력이 복수의 하부 동력전달기구(221)를 통해 복수의 하부 보조날개(120)에 전달되며, 이때 복수의 하부 보조날개(120)가 하부 지지축(123)에 대해 회전하여 주날개(22)의 하면(28)에 대한 상하 방향 각도가 일괄적으로 조절된다.

상부 동력전달기구나 하부 동력전달기구는 도시된 것과 같이 벨트-롤러 구조 이외에, 체인-스프로킷 구조나 기어 연결 구조, 링크 구조 등 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 그리고 상부 구동원이나 하부 구동원으로는 상부 동력전달기구나 하부 동력전달기구의 구조에 따라 모터 등 다양한 동력발생장치가 이용될 수 있다.

한편, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체를 나타낸 것이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양력 향상장치가 적용된 무인 비행체의 주요 구성을 나타낸 블록도이고, 도 11은 도 9에 나타낸 무인 비행체의 후미를 나타낸 평면도이며, 도 12는 도 9에 나타낸 무인 비행체의 후미를 나타낸 측면도이다.

도 9 내지 도 12에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양력 향상장치(300)는 무인 비행체(20)의 주날개(22)의 후단부(23)에 설치되는 복수의 상부 보조날개(110) 및 복수의 하부 보조날개(120)와, 주날개(22)에 대한 복수의 상부 보조날개(110) 각각의 상하 방향 각도를 조절하기 위한 복수의 상부 보조날개 구동기(130)와, 주날개(22)에 대한 복수의 하부 보조날개(120) 각각의 상하 방향 각도를 조절하기 위한 복수의 하부 보조날개 구동기(140)와, 복수의 상부 보조날개 구동기(130) 및 복수의 하부 보조날개 구동기(140)를 제어하기 위한 컨트롤러(150)와, 무인 비행체(20)에 대한 무인 비행체(20) 주위에 발생하는 기류의 상대 각도를 검출하기 위한 기류 검출유닛(310)을 포함한다. 본 실시예에 따른 양력 향상장치(300)가 설치되는 무인 비행체(20)는 앞서 설명한 것과 같은 것으로, 동체(21)와, 주날개(22)와, 꼬리날개(40)(41)와, 추진기(45)와 무선 송수신기(50)를 포함한다. 그리고 본 실시예에 따른 양력 향상장치(300)의 기류 검출유닛(310)을 제외한 상부 보조날개(110), 하부 보조날개(120), 상부 보조날개 구동기(130), 하부 보조날개 구동기(140) 등 나머지 구성 요소는 상술한 것과 같은 것으로, 이하에서 앞서 설명한 것과 동일한 구성 요소에 대해서는 그 상세한 설명은 생략한다.

기류 검출유닛(310)은 무인 비행체(20)에 대한 무인 비행체(20) 주위에 발생하는 기류의 상대 각도를 검출하여 그 검출 신호를 컨트롤러(150)에 제공하기 위한 것으로, 무인 비행체(20)의 후미에 틸팅 가능하게 설치되는 틸팅 날개(311)와, 기울어진 틸팅 날개(311)를 원래 위치로 복귀시키기 위한 복귀 부재(312)와, 틸팅 날개(311)의 기울기를 측정하기 위한 각도 측정기(313)를 포함한다.

틸팅 날개(311)는 무인 비행체(20)의 동체(21) 말미에 구비된 브라켓(315)에 지지되어 주날개(22)의 좌우 연장 방향과 평행하게 배치된 지지축(314)에 회전 가능하게 결합된다. 따라서, 틸팅 날개(311)는 주날개(22)의 좌우 연장 방향과 평행한 회전 중심축에 대해 일정 각도 회전함으로써 주날개(22)에 대한 상하 방향 각도가 변할 수 있다. 복귀 부재(312)는 코일 스프링 형태로 이루어진 것으로 한 쌍이 각각 그 일단은 브라켓(315)에 고정되고 그 타단은 지지축(314)에 결합된 틸팅 날개(311)의 끝단에 고정됨으로써, 주날개(22)에 대해 기울어진 틸팅 날개(311)를 주날개(22)와 평행한 초기 자세로 복귀시킨다. 각도 측정기(313)는 동체(21)의 내부에 설치되어 틸팅 날개(311)의 동체(21) 안쪽으로 연장된 연장부(316)의 기울기를 측정하여 그 측정 신호를 컨트롤러(150)에 제공한다. 각도 측정기(313)로는 틸팅 날개(311)의 연장부(316) 기울기를 측정할 수 있는 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다.

도 13에 도시된 것과 같이, 무인 비행체(20)의 비행 시 무인 비행체(20)의 비행 방향과 평행하지 않은 방향으로 기류가 발생하는 경우, 틸팅 날개(311)가 기류의 영향으로 틸팅된다. 이때 각도 측정기(313)는 주날개(22)에 대한 틸팅 날개(311)의 기울기를 측정하여 그 측정 신호를 컨트롤러(150)에 제공한다. 컨트롤러(150)는 각도 측정기(313)로부터 제공받은 정보로부터 주날개(22)의 받음각을 산출하고, 그 산출값을 이용하여 상부 보조날개 구동기(130) 및 하부 보조날개 구동기(140)를 제어하여 상부 보조날개(110)의 주날개(22)의 상면(26)에 대한 상하 방향 각도와 하부 보조날개(120)의 주날개(22)의 하면(28)에 대한 상하 방향 각도를 조절함으로써 무인 비행체(20)의 양력을 증가시킨다.

본 실시예에 따른 양력 향상장치(300)는 무인 비행체(20)가 이륙이나 착륙, 또는 고도를 높이는 상황에서 무인 비행체(20)에 대한 무인 비행체(20) 주위에 발생하는 기류의 상대 각도를 검출하여 그 상황에 대응하여 상부 보조날개(110) 및 하부 보조날개(120)의 주날개(22)에 대한 상하 방향 각도를 조절할 수 있다. 또한 순항 중인 무인 비행체(20) 주위에서의 기류 방향이 갑자기 변하는 상황에서도 무인 비행체(20)에 대한 무인 비행체(20) 주위에 발생하는 기류의 상대 각도를 검출하여 그 상황에 대응하여 상부 보조날개(110) 및 하부 보조날개(120)를 작동시킴으로써 무인 비행체(20)의 양력을 증가시키고 비행 안정성을 높일 수 있다.

이러한 본 실시예에 의한 양력 향상장치(300)에 있어서, 기류 검출유닛(310)의 구체적인 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 틸팅 날개의 구조나, 무인 비행체에서의 설치 위치, 무인 비행체와의 결합 구조는 다양하게 변경될 수 있고, 복귀 부재는 도시된 것과 같은 코일 스프링 구조 이외에 기울어진 틸팅 날개를 주날개와 평행한 초기 상태로 복귀시킬 수 있는 다른 구조로 변경될 수 있다. 또한 각도 측정기의 구체적인 구조나 틸팅 날개의 주날개에 대한 기울기 측정 방법은 다양한 것이 이용될 수 있다.

이상 본 발명에 대하여 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 앞선 실시예들에서는 컨트롤러(150)가 속도계(155), 고도계(160), 자세 센서(170)나 기류 검출유닛(310)으로부터 정보를 제공받아 무인 비행체(20)의 속도나 고도, 무인 비행체(20)의 자세나 받음각 등을 제어 인자로 하여 상부 보조날개 구동기(130)나 하부 보조날개 구동기(140)의 동작을 제어하는 것으로 나타냈으나, 본 발명은 이러한 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 컨트롤러(150)는 무인 비행체(20)의 속도나 고도, 무인 비행체(20)의 자세나 받음각 이외에 무인 비행체(20)의 공력성능과 관계되는 다양한 제어 인자에 따라 상부 보조날개 구동기(130)나 하부 보조날개 구동기(140)의 동작을 제어함으로써, 보다 큰 양력이 필요하거나 무인 비행체(20)의 롤링·요잉·피칭 모멘트를 제어할 필요가 있을 때 상부 보조날개(110)와 하부 보조날개(120)를 작동시킬 수 있다. 또한 무인 비행체가 원격의 운용자에 의해 무선 조정되는 경우, 상부 보조날개 구동기(130)나 하부 보조날개 구동기(140)는 원격의 운용자에 의해 원격 제어될 수도 있다.

또한 상부 보조날개나 하부 보조날개의 구체적인 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있고, 상부 보조날개나 하부 보조날개의 주날개에 대한 움직임 가능한 결합 구조도 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 예컨대, 도 14의 (a)에 나타낸 것과 같이 사다리꼴 형상의 상부 보조날개(410)도 가능하고, 도 14의 (b)에 나타낸 것과 같이 역사다리꼴 형상의 상부 보조날개(510)도 가능하고, 도 14의 (c)에 나타낸 것과 같이 반원 형상의 상부 보조날개(610)도 가능하며, 그 밖의 다양한 다른 형상으로 이루어진 상부 보조날개도 가능하다. 하부 보조날개 역시 실시예들에 나타낸 것과 같이 직사각형 형상 이외에 다양한 다른 형상으로 변경될 수 있다.

또한 도면에는 상부 보조날개(110)를 작동시키기 위한 상부 보조날개 구동기나 하부 보조날개(120)를 작동시키기 위한 하부 보조날개 구동기가 형상기억합금의 형상기억 효과를 이용하는 것이나 모터 구조의 구동원을 갖는 것으로 나타냈으나, 상부 보조날개 구동기나 하부 보조날개 구동기는 그러한 구조 이외에 상부 보조날개나 하부 보조날개의 주날개에 대한 상하 방향 각도가 변하도록 움직일 수 있는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다.

또한 도면에는 상부 보조날개(110)의 주날개(22)에 대한 상하 방향 조절 각도의 범위가 하부 보조날개(120)의 주날개(22)에 대한 상하 방향 조절 각도의 범위보다 큰 것으로 나타냈으나, 상부 보조날개(110)의 조절 각도 범위와 하부 보조날개(120)의 조절 각도 범위는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.

20 : 무인 비행체 21 : 동체
22 : 주날개 23 : 후단부
24 : 절개부 25 : 설치 공간
26 : 상면 27 : 상부 개구
28 : 하면 29 : 하부 개구
30 : 격벽 40, 41 : 꼬리날개
45 : 추진기 50 : 무선 송수신기
100, 200, 300 : 양력 향상장치 110, 410, 510, 610 : 상부 보조날개
111, 121 : 회전부 112, 122 : 돌기
113 : 상부 지지축 120 : 하부 보조날개
123 : 하부 지지축 130, 210 : 상부 보조날개 구동기
131 : 상부 형상기억합금 부재 132 : 상부 전류 공급기
133, 143 : 지지대 140, 220 : 하부 보조날개 구동기
141 : 하부 형상기억합금 부재 142 : 하부 전류 공급기
150 : 컨트롤러 155 : 속도계
160 : 고도계 170 : 자세 센서
211 : 상부 동력전달기구 212 : 상부 구동원
221 : 하부 동력전달기구 222 : 하부 구동원
310 : 기류 검출유닛 311 : 틸팅 날개
312 : 복귀 부재 313 : 각도 측정기
314 : 지지축 316 : 연장부

Claims (7)

1. 무인 비행체의 주날개 후단부가 부분적으로 절개된 형상으로 상기 주날개의 후단부에 마련된 복수의 절개부에 한쪽 끝단이 상기 주날개의 좌우 연장 방향 회전 중심축에 대해 회전 가능하게 설치되는 복수의 상부 보조날개;
   상기 복수의 상부 보조날개 하부에 이들과 마주하여 위치하도록 상기 주날개의 절개부들에 한쪽 끝단이 상기 주날개의 좌우 연장 방향 회전 중심축에 대해 회전 가능하게 설치되는 복수의 하부 보조날개;
   상기 복수의 상부 보조날개를 회전시켜 상기 주날개의 상면에 대한 상기 복수의 상부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하기 위해 상기 주날개에 설치되는 상부 보조날개 구동기;
   상기 복수의 하부 보조날개를 회전시켜 상기 주날개의 하면에 대한 상기 복수의 하부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하기 위해 상기 주날개에 설치되는 하부 보조날개 구동기; 및
   상기 상부 보조날개 구동기를 제어하여 상기 주날개의 상면에 대한 상기 복수의 상부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하고, 상기 하부 보조날개 구동기를 제어하여 상기 주날개의 하면에 대한 상기 복수의 하부 보조날개의 상하 방향 각도를 조절하기 위해 상기 무인 비행체에 설치되는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 보조날개 구동기는 상기 복수의 상부 보조날개를 개별적으로 작동시키기 위해 상기 복수의 상부 보조날개에 대응하는 복수로 구비되고,
   상기 상부 보조날개 구동기는,
   온도 변화에 따라 늘어나거나 수축하여 상기 상부 보조날개를 밀거나 당김으로써 상기 상부 보조날개를 회전시키기 위해 상기 상부 보조날개에 연결되도록 상기 주날개의 내부에 설치되는 상부 형상기억합금 부재와,
   상기 상부 형상기억합금 부재에 전류를 공급하여 상기 상부 형상기억합금 부재의 온도를 상승시키기 위해 상기 주날개의 내부에 설치되는 상부 전류 공급기를 포함하며,
   상기 하부 보조날개 구동기는 상기 복수의 하부 보조날개를 개별적으로 작동시키기 위해 상기 복수의 하부 보조날개에 대응하는 복수로 구비되고,
   상기 하부 보조날개 구동기는,
   온도 변화에 따라 늘어나거나 수축하여 상기 하부 보조날개를 밀거나 당김으로써 상기 하부 보조날개를 회전시키기 위해 상기 하부 보조날개에 연결되도록 상기 주날개의 내부에 설치되는 하부 형상기억합금 부재와,
   상기 하부 형상기억합금 부재에 전류를 공급하여 상기 하부 형상기억합금 부재의 온도를 상승시키기 위해 상기 주날개의 내부에 설치되는 하부 전류 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 보조날개 구동기는 상기 복수의 상부 보조날개를 일괄적으로 작동시키기 위해 하나가 구비되고,
   상기 상부 보조날개 구동기는,
   상기 복수의 상부 보조날개에 일대일로 연결되는 복수의 상부 동력전달기구와,
   상기 복수의 상부 동력전달기구에 구동력을 제공하기 위해 상기 복수의 상부 동력전달기구와 연결되는 하나의 상부 구동원을 포함하며,
   상기 하부 보조날개 구동기는 상기 복수의 하부 보조날개를 일괄적으로 작동시키기 위해 하나가 구비되고,
   상기 하부 보조날개 구동기는,
   상기 복수의 하부 보조날개에 일대일로 연결되는 복수의 하부 동력전달기구와,
   상기 복수의 하부 동력전달기구에 구동력을 제공하기 위해 상기 복수의 하부 동력전달기구와 연결되는 하나의 하부 구동원을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 무인 비행체의 자세를 검출하여 그 검출 신호를 상기 컨트롤러에 제공하도록 상기 무인 비행체에 설치되는 자세 센서;를 더 포함하고,
   상기 컨트롤러는 상기 자세 센서가 검출한 상기 무인 비행체의 자세에 따라 상기 상부 보조날개 구동기와 상기 하부 보조날개 구동기의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 무인 비행체에 대한 상기 무인 비행체 주위에 발생하는 기류의 상대 각도를 검출하여 그 검출 신호를 상기 컨트롤러에 제공하도록 상기 무인 비행체에 설치되는 기류 검출유닛;을 더 포함하고,
   상기 컨트롤러는 상기 기류 검출유닛의 검출 정보로부터 상기 주날개의 받음각을 산출하고 그 산출값을 이용하여 상기 상부 보조날개 구동기와 상기 하부 보조날개 구동기의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 기류 검출유닛은,
   상기 무인 비행체의 일측에 상기 주날개의 좌우 연장 방향과 평행한 회전 중심축에 대해 틸팅 가능하게 설치되는 틸팅 날개와,
   상기 주날개에 대해 기울어진 상기 틸팅 날개를 상기 주날개와 평행한 초기 자세로 복귀시키기 위해 상기 무인 비행체에 설치되는 복귀 부재와,
   상기 주날개에 대한 상기 틸팅 날개의 기울기를 측정하여 그 측정 신호를 상기 컨트롤러에 제공하는 각도 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 상부 보조날개 및 상기 복수의 하부 보조날개는 직사각형, 사다리꼴, 역사다리꼴, 반원형 중에서 선택된 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 주날개의 양력 향상장치.

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