KR20170040103A - 무인 항공기에 대한 공중 발사 및/또는 회수, 그리고 이와 관련된 시스템 및 방법 - Google Patents

무인 항공기에 대한 공중 발사 및/또는 회수, 그리고 이와 관련된 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20170040103A
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스테이텔러 맥그류 제임스
데이비드 굿리치 웨인
휴 냅 제프리
로렌스 거스리 찰스
루이스 슈릭 브래들리
린 데이비슨 달시
조셉 쿤즈 피터
테오도르 리스디크 롤프
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Abstract

무인 항공기에 대한 공중 발사 및/또는 회수, 그리고 이와 관련된 시스템 및 방법. 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 대표적인 방법은 제1 다중 로터 운반 항공기가 제2 적재된 항공기를 하늘 위로 운반하고, 내장 배터리로 제1 항공기에 전원을 공급하면서 제2 항공기를 비행을 위해 분리시키는 단계를 포함한다. 방법은 제1 항공기가 제2 항공기를 포획하기 위해 제2 항공기의 비행경로에 포획줄을 위치시키는 방법을 추가로 포함할 수 있다.

Description

무인 항공기에 대한 공중 발사 및/또는 회수, 그리고 이와 관련된 시스템 및 방법{AERIAL LAUNCH AND/OR RECOVERY FOR UNMANNED AIRCRAFT, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS}
본 출원은 2015년 10월 1일에 제출된 미국 임시 출원 번호 62/236,824와 2016년 3월 22일 제출된 미국 임시 출원 번호 62/311,773에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원은 이곳에서 참고로 인용된다.
본 발명은 일반적으로 무인 항공기에 대한 공중 발사 및/또는 회수, 그리고 이와 관련된 시스템 및 방법에 관한 것이다.
항공기는 발사와 회수를 위해 다양한 지원 장비 및 시스템을 필요로 한다. 통상적으로, 항공기는 일반적으로 주차, 주유, 격납고, 항공 및 지상 교통정리, 유지관리 서비스, 및 승객, 수하물 및 화물에 대한 터미널을 제공하는 공항에 위치한 활주로에서 이륙하고 착륙한다. 드론(drone), 무인 비행기(UAVs), 무인 항공 시스템(UAS), 및 로봇 항공기를 포함한 무인 항공기는 비행의 안전한 시작(이륙 또는 착륙)과 항공기의 안전한 포획, 회수 및 복귀를 할 수 있게 하는 메커니즘(mechanism)과 방법에 대한 특별한 도전과 기회가 있다. 예를 들어, 일부 존재하는 무인 항공기는 새총을 이용하여 발사되며, 매달린 포획줄과 결합되는 날개에 장착된 고리를 이용하여 포획된다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 무인 항공기 시스템을 개선하는 것이다.
본 발명의 하나의 실시예는 무인 항공기(UAV) 시스템을 포함할 수 있으며, 상기 무인 항공기 시스템은, 동체(airframe), 상기 동체에 구비되며, 공중에 떠있는 운반 항공기를 지지하도록 배치되는 다수의 로터(rotor), 및 상기 동체에 구비되며 로터에 동력을 공급하기 위해 로터에 작동 가능하게 연결된 배터리(battery)를 구비한 상기 제1 다중 로터 운반 항공기와; 상기 운반 항공기에 구비되며 포획 장치를 가진 제2 적재된 항공기에 분리 가능하게 부착되도록 배치된 발사대(launch fixture); 및 상기 운반 항공기에 의해 운반되며 상기 운반 항공기에 매달리도록 배치될 수 있고, 적재된 항공기의 포획 장치에 분리 가능하게 결합되는 크기의 포획줄(capture line)을 포함할 수 있다. 발사대는 분리 메커니즘과 동체에 대해 아래쪽 방향으로 운반된 항공기를 발사하기 위해 배치된 아래로 경사진 슬롯(slot)을 구비할 수 있다. 발사대는 적재된 항공기와 결합되도록 배치된 선회부(pivoting portion)와 동체에 대해 움직일 수 있으며 적재된 항공기를 동체에 대해 선회하도록 배치된 플런저부(plunger portion)를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 적재된 항공기를 포함할 수 있으며, 상기 적재된 항공기는 운반 항공기에 분리 가능하게 부착된다. 적재된 항공기는 고정익 항공기(fixed-wing aircraft)일 수 있다. 청구항 1의 시스템에 있어서, 상기 운반 항공기는 쿼드-로터 항공기(quad-rotor aircraft)이다. 동체는 중앙부와 중앙부에서 바깥쪽으로 연장된 4개의 아암(arm)을 구비할 수 있으며; 복수의 로터는 상응하는 각각의 아암에 각각 구비된 것으로서, 4쌍의 이중반전 로터(counter-rotating rotors)로 이루어지고; 발사대는 적재된 항공기가 발사시 기수를 내린 자세로 있도록 배치된 아래쪽으로 연장된 슬롯(slot)을 구비한다. 이는 본 발명의 성능 및 내구성을 향상시킬 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법을 포함할 수 있으며, 방법은, 내장 배터리로 제1 항공기에 전력을 공급하면서, 제1 다중 로터 운반 항공기가 제2 적재된 항공기를 하늘 위로 운반하고 비행을 위해 제2 항공기를 분리하도록 지시하는 단계와; 제2 항공기를 포획하기 위해 제2 항공기의 비행경로에 포획줄을 배치하도록 제1 항공기에 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 제2 항공기가 제1 항공기에 구비된 포획줄과 결합되도록 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 항공기는 고정익 구조를 갖는다. 포획줄을 배치하는 단계는 포획줄을 고정되지 않은 자유단으로 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 포획줄을 배치하는 단계는 포획줄의 일부분이 지상에 고정된 상태로 포획줄을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 시스템의 성능을 향상시킬 것이다. 방법은 또한 제1 항공기가 제2 항공기를 분리한 이후 그리고 제1 항공기가 포획줄을 배치하기 전에 제1 항공기를 착륙하도록 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 본 발명의 성능 및 내구성을 향상시킬 것이다. 방법은 또한 제1 항공기가 착륙한 이후 그리고 제1 항공기가 포획줄을 배치하는 단계 이전에 배터리를 충전하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 항공기가 제2 항공기를 운반하도록 명령하는 단계는 다수의 장애물 사이에서 제1 항공기가 상승하도록 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 항공기는 제1 항공기가 전진 비행하면서 기수 하강 상태로 분리될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 무인 항공기(UAV) 시스템을 포함할 수 있으며, 상기 무인 항공기(UAV) 시스템은, 동체와 상기 동체에 구비되며 공중에 떠있는 운반 항공기를 지지하도록 배치된 다수의 로터, 및 상기 동체에 구비되며 상기 로터에 전력을 공급하도록 로터에 작동하게 연결되고 운반 항공기가 비행 중인 동안에는 외장의 운반 항공기로부터 전력을 받도록 배치되는 전력 수신부를 구비한 제1 다중 로터 운반 항공기와; 상기 운반 항공기에 구비되고 포획장치를 가진 제2 적재된 항공기에 분리 가능하게 부착되도록 배치되는 발사대; 그리고 상기 운반 항공기에 구비되고 운반 항공기에 매달려 배치될 수 있고, 적재된 항공기의 포획 장치와 분리 가능하게 결합되는 크기의 포획줄;을 포함할 수 있다. 이는 본 발명의 성능 및 내구성을 향상시킬 것이다. 전력 수신부는 지상 기반 전력원에 연결될 수 있는 전력 케이블에 연결 가능한 커넥터(connector)를 포함할 수 있다. 전력 수신부는 무선 전력 수신부일 수 있다. 이는 본 발명의 성능 및 내구성을 향상시킬 것이다. 무선 전력 수신부는 지상의 방사선 공급원으로부터 방사선을 수신하도록 배치된 적어도 하나의 광전지를 구비할 수 있다. 포획줄은 자유단으로 공중에 뜬 상태로 운반 항공기에 매달려 배치될 수 있다. 시스템은 또한 포획줄에 연결되고 배치될 수 있는 중량물을 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법을 포함할 수 있다. 방법은 제1 다중 로터 운반 항공기가 제2 적재된 항공기를 하늘 위로 운반하고, 외장 전력 공급원으로 제1 항공기를 충전하는 동안 제2 항공기를 비행을 위해 분리시키도록 지시하는 단계와; 제1 항공기가 제2 항공기를 포획하기 위해 제2 항공기의 비행경로에 포획줄을 배치하도록 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 외장 전력 공급원은 제1 항공기에 전력 케이블로 연결된 전력 공급원을 구비할 수 있다. 외장 전력 공급원은 무선 링크(wireless link)를 통해 제1 항공기에 전력을 전송할 수 있다. 외장 전력 공급원은 제1 항공기로 전자기 방사선을 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 제1 동체와, 상기 제1 동체에 구비되며 공중에 떠있는 제1 다중 로터 지원 항공기를 지지하도록 배치된 제1 다수의 로터를 포함하는 제1 다중 로터 지원 항공기(multi-rotor support aircraft)와; 제2 동체와, 상기 제2 동체에 구비되며 공중에 떠있는 제2 다중 로터 지원 항공기를 지원하도록 배치된 제2 다수의 로터를 포함하는 제2 다중 로터 지원 항공기; 제1 및 제2 다중 로터 지원 항공기 중 적어도 하나에 구비되며 목표 항공기(target aircraft)와 분리 가능하게 결합되도록 배치될 수 있는 포획 장치;를 포함할 수 있는 무인 항공기(UAV) 시스템을 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 지원 항공기는 포획 장치 또는 송전 링크 중 적어도 하나를 통해 서로 작동될 수 있게 연결된다. 제1 및 제2 지원 항공기 중 적어도 하나는 목표 항공기에 분리 가능하게 부착되고 발사 방향으로 목표 항공기를 지지하도록 배치된 발사대를 구비할 수 있다. 포획 장치는 제1 및 제2 지원 항공기 사이에 연결된 포획줄을 구비할 수 있다. 제1 및 제2 지원 항공기 중 적어도 하나는 제1 및 제2 지원 항공기 사이에서 일반적으로 수평 방향으로 포획줄을 운반하는 명령이 프로그램되어 있을 수 있다. 포획 장치는 제1 및 제2 지원 항공기 사이에 연결된 포획 네트를 구비할 수 있다. 시스템은 또한, 제3 동체와, 상기 제3 동체에 구비되며 공중에 떠있도록 제3 다중 로터 지원 항공기를 지지하기 위해 배치된 제3 다수의 로터를 포함하는 제3 다중 로터 지원 항공기와; 제4 동체와, 상기 제4 동체에 구비되며 공중에 떠 있도록 제4 다중 로터 지원 항공기를 지지하기 위해 배치된 제4 다수의 로터를 포함하는 제4 다중 로터 지원 항공기를 구비할 수 있다. 제1 및 제2 지원 항공기 중 적어도 하나는 제1 및 제2 지원 항공기 중 다른 하나에 대해 그 자체가 자율적으로 위치를 결정하도록 프로그램될 수 있다. 제1 지원 항공기는 포획 장치를 운반할 수 있으며 제2 지원 항공기는 송전 링크를 운반할 수 있다. 송전 링크는 제1 항공기와 지상 전력 공급원 사이에 연결된 전력 케이블을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 다중 로터 항공기는 동일한 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 다중 로터 항공기는 다른 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 무인 항공기 시스템을 작동하는 방법을 포함할 수 있다. 방법은 제1 다중 로터 지원 항공기와 제2 다중 로터 지원 항공기를 포획 장치 또는 송전 링크 중 적어도 하나를 통해 연결하는 단계와; 제1 및 제2 지원 항공기를 공중으로 올리도록 지시하는 단계; 그리고 제1 및 제2 지원 항공기 중 적어도 하나가 목표 항공기와 분리 가능하게 연결되도록 포획장치를 위치시키도록 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 연결 단계는 송전 링크를 통해 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 송전 링크는 전력 케이블을 포함할 수 있다. 연결 단계는 포획 장치를 통해 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 포획 장치는 포획줄을 구비하며, 포획장치가 목표 항공기와 분리 가능하게 결합 되도록 배치될 때 제1 및 제2 지원 항공기는 서로 수직으로 이격된다. 이는 본 발명의 성능과 내구성을 향상시킬 것이다. 포획 장치는 포획줄을 구비할 수 있으며, 포획 장치가 목표 항공기와 분리 가능하게 결합되도록 배치될 때 제1 및 제2 지원 항공기는 수평으로 서로 이격된다. 제1 지원 항공기는 포획장치를 운반할 수 있으며, 제2 지원 항공기는 제1 및 제2 항공기 사이에 연결되는 송전 링크를 운반한다.
본 발명의 다른 실시예는 무인 항공기 시스템을 포함할 수 있으며, 상기 무인 항공기 시스템은 동체(airframe)와, 상기 동체에 구비되며 공중에 떠있는 운반 항공기를 지지하도록 배치되는 다수의 로터(rotor), 및 상기 동체에 구비되며 로터에 동력을 공급하기 위해 로터에 작동 가능하게 연결된 배터리를 구비한 제1 다중 로터 운반 항공기와; 상기 운반 항공기에 구비되며 운반 항공기에 매달리도록 배치될 수 있고 적재된 항공기의 포획 장치에 분리 가능하게 결합되는 크기의 포획줄(capture line); 및 상기 포획줄에 부착된 침수형 앵커;(an immersible anchor)를 포함할 수 있다. 침수형 앵커는 중량물을 구비할 수 있다. 침수형 앵커는 바다 앵커(sea anchor)를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 운반 항공기에 구비되고 제2 항공기에 분리 가능하게 부착되도록 배치된 발사대를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법을 포함할 수 있다. 방법은 제1 다중 로터 운반 항공기를 위로 올리도록 지시하는 단계와; 포획줄의 움직임이 적어도 침수형 앵커에 의해 제한되게 하면서, 제1 항공기가 제2 항공기를 포획하기 위해 제2 항공기의 비행경로에 포획줄을 배치하게 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 항공기는 공중에 떠서 포획줄을 배치하는 동안 선박에 묶여있을 수 있다. 제1 항공기는 제2 항공기가 포획줄과 결합을 지시받는 동안 제1 항공기는 선박에 묶여있지 않을 수 있다. 방법은 또한 제1 항공기가 제2 항공기와 침수형 앵커를 선박으로 운반하게 지시하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 기술과, 새총 식 발사와 매달린 선 포획을 포함하는 특정 기술이 성공적으로 입증되었지만, 개선된 크기와, 무게 및 비용 특성을 갖춘 시스템에 대한 필요성이 남아있다.
특별히 언급하지 않는 한, 예시 및/또는 명확성을 위해 도면들은 축척대로 도시되어 있지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라, 제2 항공기를 포획하도록 구성된 제1 항공기를 포함하는 시스템에 대한 부분적 개략도이다.
도 2는 제2 항공기를 운반하는 대표적인 제1 항공기의 부분 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라, 제1 항공기를 배치하고, 제1 항공기에 의해 운반된 제2 항공기를 발사하며, 제1 항공기를 착륙시키기 위한 과정에 대한 부분적 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라, 건물 등 장애물이 있는 도시 환경에서의 제1 항공기 작동에 대한 부분적 개략도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 제1 항공기에 의해 운반된 감지 포드(sensing pod) 및 카메라를 확대한 것이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따라, 제2 항공기를 포획하기 위해 일반적인 수직 방향의 포획줄을 배치하도록 작동하는 복수의 제1 항공기에 대한 부분적 개략도이다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 제2 항공기를 포획하기 위해 일반적인 수평 방향의 포획줄을 배치하도록 작동하는 복수의 제1 항공기에 대한 부분적 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 제2 항공기를 포획하기 위해 네트(net)를 지탱하도록 작동하는 복수의 제1 항공기에 대한 부분적 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 단독으로 또는 다른 항공기와 조합하여, 지상 기반의 전력원으로부터 전력을 받는 제1 항공기에 대한 부분적 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 제2 항공기를 포획하기 위해 장애물 위에 배치된 제1 항공기에 대한 부분적 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라, 무선 링크(wireless link)를 통해 지상 기반의 전력원으로부터 전력을 받는 제1 항공기에 대한 부분적 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라, 제1 및/또는 제2 항공기를 제어하도록 구성된 제어기(controllers)를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라, 제2 항공기를 운반하기 위한 발사대를 구비한 제1 항공기에 대한 부분적 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 제2 항공기를 운반하기 위한 발사대를 구비한 제1 항공기에 대한 부분적 개략도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 작동 중 대표적인 제2 항공기를 운반하는 대표적인 제1 항공기를 나타낸다.
도 14a는 본 발명의 실시예에 따라, 해양 환경에서 작동하도록 구성된 제1 항공기에 대한 부분적 개략도이다.
도 14b-14d는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 해양 환경에서 작동하도록 구성된 제1 항공기에 대한 부분적 개략도이다.
본 발명은 특히 무인 항공기를 발사하고 및/또는 회수하기 위한 시스템 및 방법에 대한 것이다. 본 발명의 특정 실시예의 많은 특정 세부사항은 이러한 실시예들의 전반적인 이해를 제공하기 위해 다음의 설명과 도면 1-14d에서 제시된다. 상기 실시예와 연관되지만, 본 발명의 일부 중요한 측면을 불필요하게 모호하게 할 수 있는, 잘 알려진 구조, 시스템 및 방법은 명확성의 목적을 위해 다음의 설명에서 제시되지 않는다. 더욱이, 다음의 설명이 본 발명의 여러 실시예들을 제시하고 있지만, 본 발명의 여러 다른 실시예들은 본 섹션에 설명된 것들과 다른 구성 및/또는 다른 구성요소를 가질 수 있다. 상기와 같이, 본 발명은 추가 부재를 가진 다른 실시예, 및/또는 도 1-14d를 참고로 하기에서 설명된 몇몇 부재들이 없는 다른 실시예를 포함할 수 있다.
하기에 설명된 본 발명의 많은 실시예들은 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 제어기에 의해 실행되는 루틴(routines)을 가진, 컴퓨터- 또는 제어기-실행가능 명령의 형태를 취할 수 있다. 당업계의 기술자들은 본 발명이 하기에 설명된 것들 외의 컴퓨터/제어기 시스템에서 실행될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본 기술은 하기에 설명된 하나 이상의 컴퓨터-실행가능 명령을 수행하도록 명확하게 프로그램되거나 구성된 특수 목적 컴퓨터, 제어기 또는 데이터 처리기에 채용될 수 있다. 따라서, 일반적으로 이곳에 사용된 "컴퓨터", "제어기" 같은 용어들은 어떤 데이터 처리기를 나타내며 인터넷 기기 및 휴대용 장치(팜-탑 컴퓨터(palm-top computers), 착용식 컴퓨터, 휴대폰, 멀티프로세서 시스템(multi-processor systems), 프로세서 기반 또는 프로그램 가능한 가전제품, 네트워크 컴퓨터(network computers), 미니 컴퓨터 등을 포함하는)를 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터에 의해 처리된 정보는 CRT 또는 LCD 모니터를 포함하는, 어떤 적하반 디스플레이 매체에서 나타낼 수 있다.
도 1은 제1 항공기(101)와 제2 항공기(120)를 포함하는 시스템(100)에 대한 부분적 개략도이다. 제1 항공기(101)는 제2 항공기(120)를 발사하고, 포획하거나, 발사와 포획을 모두 하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 항공기(101)는 캐리어(carrier) 또는 지원 항공기로서 이곳에 나타낼 수 있으며, 제2 항공기(120)는 적재된 항공기(carried aircraft) 또는 타겟 항공기(target aircraft)로서 이곳에서 표현될 수 있다. 운반 항공기는 발사 전 및/또는 포획 후 운반 기능을 수행할 수 있으며, 적재된 항공기는 발사 전 및/또는 포획 후 운반될 수 있다. 특정 실시예에서, 시스템(100)은 종래 기술이 제2 항공기(120)를 발사하고 및/또는 포획하는 데 어렵게 만드는 장애물(141)을 가진 환경(140)에서 작동하도록 구성될 수 있다. 대표적인 제1 항공기(10), 제2 항공기(120), 및 이들이 작동하는 환경에 대한 자세한 내용은 하기에 설명된다.
도 1을 참고하여, 제1 항공기(101)는 수직 이착륙(VTOL)하며, 공중을 맴돌도록(hover) 구성될 수 있으며, 제한된 구역에서 작동할 수 있다. 따라서, 제1 항공기(101)는 동체(102)와 내장 전원(104)에 의해 전력이 공급되는 다중 로터(103, roter)(예컨대, 쿼드-로터(quad-rotor) 구조)를 구비할 수 있다. 제1 항공기(101)는 예컨대, 포획 동작 중 제2 항공기(120)와 맞물리기 적합한 위치에서 제1 항공기(101)에 매달려 있는 유연한 포획줄(106, capture line)과 같은, 제1 포획 장치(105)를 구비할 수 있다.
특정 실시예에서, 제2 항공기(120)는 고정된 날개(122)에 의해 지지되는 동체(121)를 가진, 고정익 구조를 가질 수 있다. 제2 항공기(120)는 예컨대, 내장 추진 시스템과 같은, 추진 시스템(128)에 의해 추진된다. 추진 시스템(128)은 내연 엔진, 전기 모터, 베터리 및/또는 다른 적합한 장치에 의해 전력이 공급되는 하나 이상의 푸셔 프로펠러(pusher propellers)(도 2에 도시됨) 또는 트렉터 프로펠러(tractor propellers)를 포함할 수 있다. 제2 항공기(120)는 제1 항공기(101)에 의해 운반된 제1 포획 장치(105)와 연결되도록 배치된 제2 포획 장치(123)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 제2 포획 장치(123)는 하나 이상의 익단 고리(124, wing tip hooks)를 포함한다. 하나 이상의 날개(122)가 포획줄(106)를 치게되면, 상응하는 익단 고리(124)는 포획줄(106)과 해재 가능하게 맞물리며, 포획된 제2 항공기(120)를 포획줄(106)에 매달리게 한다. 이때 제1 항공기(101)는 포획줄(106)과 포획된 제2 항공기(120)를 제어된 체 하강하며 지상으로 안내한다. 대표적인 포획 장치와 기술에 대한 추가적인 세부사항은 미국특허 6,264,140 및 7,059,564에 명시되어 있으며, 이 둘은 본 발명의 양수인에게 양도 되었으며, 모두 참고로써 이곳에 포함된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 시스템(100)은 포획줄(106)이 부착되는 다운라인 장치(107, downline apparatus)를 포함한다. 다운라인 장치(170)는 포획줄(106)과 제2 항공기(120)의 충격을 흡수하는 앵커(anchor, 닻) 및/또는 충격 흡수 부재를 포함할 수 있다.
작동 중, 제1 항공기(101)는 지역 장애물(141) 위의 위치로 위쪽으로(예컨대, 수직 위로) 비행하며, 제2 항공기(120)를 포획하기 용이하도록 충분한 높이로 비행한다. 도 1에 도시된 것처럼, 장애물(141)은 나무(142)(예컨대, 숲 또는 정글)를 포함할 수 있으며, 제1 항공기(101)는 나무(142)들에서 상대적으로 작은 구멍이나 빈 공간(144)을 통하여 상승할 수 있다. 제1 항공기(101)의 로터(103)에 전력을 공급하는 전력원(104)은 제1 항공기(101)와 함께 위로 높이 운반되는 내연 기관, 베터리, 및/또는 다른 적합한 장치를 포함할 수 있다. 이후 설명되는 다른 실시예에서, 제1 항공기(101)는 지상 기반 공급원으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 이러한 실시예들 중 임의의 하나에서, 제1 항공기(101)는 제2 항공기(120)를 포획하기 위해 문자 A로 나타낸 위치로 상승하며, 이후 제2 항공기(120)가 포획되고 나면 문자 B로 나타낸 위치로 하강한다. 지상 근처에서, 제1 항공기(101)는 자체적으로, 또는 파일럿(pilot)의 제어하에, 마지막 몇 피트(feet)를 하강할 때 항공기를 수동으로 처치하기 위해 지상의 유인 운전자의 도움으로 또는 도움 없이 제2 항공기(120)를 지상으로 내릴 수 있다.
제1 항공기(101)에 대한 대표적인 전력원(104)은 충전식 배터리를 포함한다. 충전식 배터리의 장점은, 내연기관과 같은 다른 전력원과 비교할 때, 발사 작동 및/또는 회수 작동을 위한 충분한 단기 동력을 또한 제공하면서, 내장 연료 공급원(예컨대, 휘발유, 항공유, 및/또는 다른 연료)에 대한 필요성을 없앨 수 있다는 것이다.
특정 실시예에서, 제1 항공기(101)는 제2 항공기(120)를 포획하는 것뿐만 아니라 공중 위치로부터 제2 항공기(120)를 발사하도록 구성될 수 있다. 도 2는 상기 장치의 일반적인 특징을 개략적으로 나타낸다. 도 2에 도시된 것처럼, 제1 항공기(101)는 중앙부(107)(예컨대, 동체)와 복수의 아암(108)을 포함할 수 있다. 추진 시스템(128)은 상응하는 아암(108)에 의해 지지되는 복수의 로터(103)를 포함할 수 있다. 제1 항공기(101)는 상승 기동시 제2 항공기(120)를 단단하게 고정하도록 배치된 발사대(190, launch fixture)를 또한 포함할 수 있다. 발사대(190)는 하늘 위로 올라가면 제2 항공기(120)를 분리하도록(예컨대, 명령에 따라) 구성되며, 부착된 제2 항공기(120) 없이 제1 항공기(101)가 착륙할 수 있게 한다. 특정 실시예에서, 제2 항공기(120)는 더 보잉 컴파니의 자회사인 인시투(Insitu)에서 제작된 ScanEagle® UAV를 포함할 수 있으며, 다른 실시예에서 다른 항공기를 포함할 수 있다.
작동 중, 제1 항공기(101)는 화살표 L로 나타낸 것처럼 제2 항공기(120)를 들어올리고, 화살표 R로 나타낸 것과 같은 적합한 방향으로 회전시키며, 화살표 T로 나타낸 것과 같은 적합한 발사 위치로 이동시킨다. 선택적으로, 제1 항공기(101)는 예컨대, 발사를 위해 바람을 향해 제2 항공기(120)를 위치시키도록 발사 위치에서 다시 회전할 수 있다. 제2 항공기(120)의 추진 시스템(128)은 제2 항공기(120)가 올려지기 전에 또는 제2 항공기(120)가 하늘 위에 있는 후에 시작될 수 있다. 발사 위치에 있게 되면, 제1 항공기(101)는 비행을 위해 제2 항공기(120)를 분리시키며, 이는 도 11-12를 참고로 이후 자세히 설명될 것이다. 어떤 실시예에서, 제2 항공기(120)는 떨어지고, 공기 속도를 얻으며, 이후 수평을 유지하는 충분히 높은 고도(그리고 적절하게 높은 활공 슬로프를 가진)에서 분리된다. 다른 실시예에서, 제1 항공기(101)는 제2 항공기(120)가 분리될 때 제2 항공기(120)에 의한 어떤 고도 저하를 줄이거나 없애기 위해 발사시 충분한 비행 속도를 갖는다.
도 3은 밀폐된 공간(350)으로부터 작동하는 대표적인 제1 항공기(101)에 대한 부분적 개략도이다. 밀폐된 공간(350)은 제1 항공기(101)가 발사 작동을 위해 준비위치에서 이탈하며 관통하고, 발사가 완료된 이후 되돌아 오는, 제한된 개구부(352)를 가진 건물(351)을 포함할 수 있다. 복귀 이후, 동일하거나 또는 다른 제1 항공기(101)는 예컨대, 내장 배터리 또는 다른 동력원을 충전(또는 재충전)하고 포획줄을 연결함으로써 포획 작동을 준비할 수 있다. 제1 항공기(101)는 이후 포획 작동을 수행하기 위해 밀폐된 공간(350)에서 재배치될 수 있으며, 다시 밀폐된 공간(350)으로 돌아갈 수 있다. 밀폐된 공간(350)은 발사 및 회수 작동을 관찰하기 위해 다른 기능을 차폐함으로써 전체적인 동작의 "스텔스(stealth)" 특성을 향상시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 밀폐된 공간(350)은 작동, 유지, 재주유, 재충전, 검사, 재구성, 및/또는 다른 적합한 비행 작동의 요소들을 위한 피난 지역을 제공할 수 있다. 밀폐된 공간(350)은 임시 구조물, 영구적 구조물, 제한된 개구부(예컨대, 동굴 또는 돌출부)를 가진 자연적으로 보호된 공간, 및/또는 숲 또는 정글 캐노피(canopy)(선택적으로 적합한 작동을 위해 치워질 수 있고 형성될 수 있는) 아래의 자연 공간을 포함할 수 있다. 밀폐된 공간(350)은 예컨대, 직물, 금속, 콘크리트, 나무, 적합한 파스너(fasteners) 및 접착제, 및/또는 다른 적합한 재질과 같은 부드럽고 및/또는 단단한 재질을 포함할 수 있다.
제1 항공기(101), 제2 항공기(120), 및 관련된 하드웨어 및 시스템은 작동 위치로 그리고 위치로부터 운반을 위해 하나 이상의 수송 컨테이너(353)에 수용될 수 있다. 수송 컨테이너(353)는 또한 밀폐된 공간(350)에 수용될 수 있다. 지금까지, 앞으로 작업은 원활하고 성공적인 작업 수행을 위해 필요한 개별 부품들의 임의의 목록을 선택적으로 고르고 획득하기 위한 옵션 없이, 앞으로의 작업의 통상적 타임 라인(timeline)에서의 임의의 시간에서 제공된다. 상기 작업은 일광 및 제2 항공기(120)에 부착된 적외선 카메라를 이용한 감시 및 감지를 포함할 수 있다. 운송 컨테이너(353)는, 예컨대, 임의로 선택된 구성요소의 조합으로 제공될 수 있는 모듈형(예컨대 접힐 수 있거나 쉽게 분해되는) 무인 항공기를 위해 디자인된 성형된 컨테이너와 같은, 표준 박스를 포함할 수 있다. 따라서, 주어진 임무를 위한 설정된 구성요소는 임무가 지원되고 수행되는 효율을 향상시키도록 표준화될 수 있다.
도 4a는 빌딩(445) 및/또는 다른 보통 도심 구조물 형태의 장애물(441)을 포함하는 도심 환경(440)에서 작동하는 대표적인 제1 항공기(101)에 대한 부분적 개략도이다. 제1 항공기(101)는 도 1-3을 참고로 위에서 설명된 것과 일반적으로 유사한 방식으로 작동할 수 있으며, 특정 실시예에서, 발사 및/또는 포획 작동 중 운항에 도움을 주는 하나 이상의 센서(460, sensor)를 포함할 수 있다. 센서(460)는 도 4b에 더 자세리 도시된, 센싱 포드(461, sensing pod)에 수용될 수 있다. 도 4b에 도시된 것처럼, 센서(460)는 카메라(462)를 포함할 수 있으며, 센싱 포드(461)는 카메라(462)가 환경(440)에 적절한 접근을 허용하는 동안, 카메라(462)를 보호하는 투명 재질로 형성될 수 있다. 카메라(462)는 제1 항공기(101)에 의해 수행되는 특정 임무에 따라, 가시 파장, 적외선 파장, 및/또는 다른 적절한 파장에서 작동할 수 있다. 센싱 포드(461)는 시야(463)(도 4a에 도시됨)의 중요 범위를 허용하는 위치에서 제1 항공기(101)에 의해 수행될 수 있다. 카메라(462)는 제2 항공기를 발사하고 포획하는 것과 관련된 기능들의 하나 이상의 조합을 수행하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 카메라(462)는 발사 및/또는 회수 작동 중 제1 항공기(101)가 상승 및 하강하면서 장애물을 피하는데 사용될 수 있다. 회수 작동 중, 카메라(462)는 지상에 포획된 항공기를 손상 없이 부드럽게 내려놓는데 또한 사용될 수 있다.
도 1을 참고하여 전술한 것처럼, 시스템(100)은 포획 작동 중 포획줄(106)을 지상으로 고정하는 다운라인 장치(170, downline apparatus)를 포함할 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 이는 포획 작동 중 포획줄을 지상에 고정하는데 실현 가능하거나 현실성이 없을 수도 있다. 그런 경우, 시스템은 지상 앵커를 필요로 하지 않고, 선에 적절한 인장력을 제공하기 위해 복수의 제1 항공기 사이에 포획줄을 매달도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5a에서와 같이, 대표 시스템(500a)은 이들 사이에 제1 포획 장치(505a)를 운반하는 두 개의 제1 또는 지원 항공기(501a, 501b)를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 제1 포획 장치(505a)는 예컨대 수평보다 더욱 수직인 포획줄과 같은 일반적으로 수직 포획줄(506a)을 포함한다. 두 대의 제1 항공기(501a, 501b)는 일반적으로 수직 방향으로 포획줄(506a)을 정렬하도록 다른 한 대 위에 한대를 배치시킬 수 있다. 예컨대, 도 1을 참고 전술한 것과 일반적으로 유사한 구성을 가진 제2 항공기(120)는 포획줄(506a)과 걸리도록 배치된 익단 고리(524)를 포함한 상응하는 제2 포획 장치(523a)를 포함할 수 있다. 두 대의 제1 항공기(501a, 501b)는 포획줄(506a)의 적절한 장력을 제공하고, 포획 후 지상으로 제2 항공기(120)를 안전하게 가져오도록 협력하며 비행할 수 있다. 특정 실시예에서, 두 대의 제1 항공기(501a, 501b)의 협력 작동은 포획 및 착륙 작동을 수행하기 위해 서로 직접적으로 정보를 주고받는 제1 항공기(501a, 501b)에 따라 자율적인 또는 부분적으로 자율적일 수 있다. 이러한 실시예의 또 다른 관점에서, 운전자에 의해 발생된 수동 명령(예컨대, 수동 제어 장악)은 제1 항공기(501a, 501b) 모두에 적용될 것이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 것과 유사하지만, 수직 방향 보다 일반적으로 다소 수평으로(예컨대, 수직보다 더 수평인 포획줄(506b)을 가진) 배치된 포획줄(506b)을 포함하는 제1 포획 장치(505b)를 운반하는 두 대의 제1 또는 지원 항공기(501a, 501b)가 도시된다. 이러한 방향은 다른 제2 포획 장치를 가진 제2 항공기를 포획하는데 적합할 수 있다. 예를 들어, 도 5b에 도시돈 것처럼, 대표적인 제2 항공기(520)는 결과적으로 상부 고리(525)와 하부 고리(526)를 포함하는 제2 포획 장치(523b)를 포함할 수 있다. 고리(525, 526)는 일반적인 비행 중 집어 넣어질 수 있으며 이후 포획 전에 배치될 수 있다. 특정 실시예에서, 포획줄(506b)에 대한 제2 항공기(520)의 위치에 따라, 오직 하나의 고리(525, 526)가 배치된다. 다른 실시예에서, 두 개의 고리(525, 526)는 제2 항공기(520)가 포획 작동 중 포획줄(506b) 위 또는 아래를 지나가는지 여부에 대해, 더욱 성공적인 포획을 보장하기 위해 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 복수의 제1 항공기는 매달린 포획줄 외의 구성요소를 갖는 포획 장치를 운반하고 배치할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참고하면, 두 대의 제1 항공기(601a, 601b)는 네트(610)를 포함하는 포획 장치(605)를 가진 두 대 사이의 포획 장치(605)를 운반하도록 구성된다. 네트(610)는 도 5a-5b를 참고로 전술한 특정 포획 장치(예컨대, 익단 고리 및/또는 상하부 고리)를 갖지 않을 수 있는 항공기를 포획하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예의 하나의 관점에서, 네트(610)는 적절하게 지향된 네트(610)를 유지하기 위해 하부 가장자리에 또는 근처에 중량물을 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 두 대의 추가 제1 항공기(601c, 601d)(점선으로 도시된)가 네트(610)의 하부 코너에 배치되어 지지하는데 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 네트(610)를 통해 포획된 제2 항공기(도 6에 도시되지 않음)는 상기 포획 작동을 위해 구체적으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 항공기는 제2 항공기가 네트(610)에 걸릴 때 접하게 될 수 있는 힘을 견디는 작은 및/또는 강력한 돌출부를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 항공기 및/또는 네트(610)로 제2 항공기를 포획하는데 사용된 기술은 상기 특정 디자인에 대한 필요성을 피하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 네트(610)를 운반하는 제1 항공기(601a, 601b)는 네트(610)에 걸리면서 제2 항공기에 전달되는 힘을 줄이기 위해 들어오는 제2 항공기와 같은 동일한 방향으로 네트를 날릴 수 있다.
도 1을 참고로 전술한 시스템에 대한 다른 실시예는 제1 항공기에 대한 전력원(예컨대, 배터리 전원 모터, 또는 내연기관)이 제1 항공기에 내장된 체 운반되는 것이다. 다른 실시예에서, 전력은 지상 기반 공급원으로부터 제1 항공기로 공급될 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참고하여, 대표적인 제1 항공기(701a)는 송전 링크(731)를 통해, 지상 기반 전력원(730)으로부터 전력을 수용할 수 있다. 이러한 실시예의 특정한 관점에서, 송전 링크(731)는 제1 항공기(701a)에 구비되는 전력 수신부(713)로 전력을 보내는 전력 케이블(732a)을 포함할 수 있다. 전력 수신부(713)는 예컨대, 제1 항공기(701a)의 상응하는 로터(703)를 구동하기 위한 하나 이상의 내장 전기 모터에 연결되는 신속 분리 전기 커넥터(connector)와 같은, 커넥터(711)를 포함할 수 있다. 제1 항공기(701a)는 적절하게 장착된 제2 항공기(120a)(도 5a)를 포획하기 위해 포획줄(706)을 운반할 수 있다.
도 7에 도시된 실시예의 다른 관점에서, 시스템은 예컨대, 포획줄(706)의 방해를 줄이거나 제거하는 방식으로 송전 링크(731)를 배치하기 위한 두 대의 제1 항공기(701a, 701b)와 같은 복수의 제1 항공기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 제1 항공기(701a)(실선으로 도시)는 포획줄(706)과 전력 수신부(713)를 운반할 수 있으며, 다른 제1 항공기(701b)(점선 도시)는 포획줄(706)에서 이격된 위치에서의 상응하는 전력 케이블(732b)(또한 점선 도시)을 운반할 수 있다. 따라서, 제1 항공기 중 하나는 포획 작동(및 선택적으로 발사 작동)을 수행할 수 있고, 다른 것은 지원 기능을 제공할 수 있다. 지원 기능을 수행하는 제1 항공기(701b)는 포획 기능을 수행하는 제1 항공기(701a)와 같은 동일한 구성을 가질 수 있으며, 또는 두 대의 항공기는 다른 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 지원 기능을 수행하는 제1 항공기(701b)는 전력 케이블 운반 기능과 연관된 부하가 포획 기능과 관련된 부하보다 더 크거나 작은지 여부에 따라, 더 크거나 작은 적재 능력을 가질 수 있다. 상응하는 전력 케이블(732b)은 지상 기반 전력원(730)과 제1 항공기(701b) 사이의 하나의 세그먼트(segment)와, 두 대의 제1 항공기(701a, 701b) 사이의 다른 세그먼트와 같이, 복수의 세그먼트를 포함할 수 있다.
복수의 제1 항공기(701)가 도 7에 도시된 배열로 채용되는지 여부에 관계없이, 포획줄(706)은 하나 이상의 앵커(771)를 포함하는 다운라인 장치(770)에 부착될 수 있다. 앵커(771)는 다른 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 하나의 앵크는 다른 앵커에 포획줄(706)의 경로를 다시 향하게 할 수 있으며, 이는 포획 작동 중 포획줄(706)을 치는 제2 항공기(120, 도 5a)의 충격을 흡수하는 충격 흡수 특징을 포함한다.
전술한 것처럼, 포획줄(706)은 지상 기반 다운라인 장치, 또는 다른 항공기에 의해 인장될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도 8에 도시된 것처럼, 대표적인 제1 항공기(101)는 예컨대 자유단에 또는 근처에서 포획줄(106)에 부착된 매달린 중량물(812)에 의해 인장되는 포획줄을 운반할 수 있다. 이러한 배치는 포획줄(106)의 장력을 제공하기 위해 지상(또는 다른 제1 항공기)으로의 접근에 대한 필요성 없이, 어떤 인근 장애물(141) 위에서 완전하게 위치하면서 제1 항공기(101)가 포획 작업을 수행하게 할 수 있다.
도 9는 무선 링크를 통해 지상 기반 공급원(930)으로부터 전력을 수용하도록 구성된 제1 항공기(901)를 포함하는 시스템(900)에 대한 부분적 개략도이다. 이러한 실시예의 특정 관점에서, 지상 기반 전력원(930)은 조명의 공급원 또는 다른 전자기 방사선(934)과 같은, 방사원(933, radiation source)을 포함할 수 있다. 제1 항공기(901)는 결과적으로 지상 기반 전력원(930)으로부터 에너지를 수용하도록 배치된 하나 이상의 무선 수신 부재(914)를 포함하는 전력 수신부(913)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 수신부(913)는 방사선(934)을 수신하고, 방사선을 전류로 변환하며, 로터(103) 또는 다른 추진 시스템 구성요소를 구동하는 모터로 전류를 제공하는 하나 이상의 광전지(915, photovoltaic cells)를 포함할 수 있다.
제1 항공기(901)는 다운라인 장치(970)로 연결된 포획줄(906)을 운반하는 것을 보여준다. 다운라인 장치(970)는 포획줄(906)의 움직임과 포획된 제2 항공기(도 9에 도시되지 않음)를 처리하고 및/또는 제어하기 위해, 앵커(971)(예컨대, 도르래)와 장력 장치(972)(예컨대, 스프링-베어링, 및/또는 다른 충격 흡수 장치)를 포함할 수 있다.
도 9를 참고로 전술한 시스템의 실시예의 하나의 특징은, 예컨대, 도 7을 참고하여 전술한 송전 라인(731)에 의해 부과된 제한 사항을 줄임으로써, 지상에서 제1 항공기로 에너지를 전송하기 위한 무선 시스템이 제1 항공기의 비행 작동을 단순화시킨다는 것이다. 역으로, 도 7을 참고로 전술한 타입의 유선 또는 직접 송전 링크를 이용하는 것은 무선 링크와 그와 관련된 에너지 전환 과정보다 더 효율적으로 에너지를 제공할 수 있다.
도 10을 참고하면, 전술한 실시예 중 어떤 하나에서, 시스템은 다양한 항공기의 작동을 모니터하고 명령하는 하나 이상의 컨트롤러(1080, controller)를 포함한다. 예를 들어, 제1 항공기(101)는 제1 내장 컨트롤러(1083)를 포함할 수 있으며, 제2 항공기(120)는 제2 내장 컨트롤러(1084)를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러 각각은 추진 시스템, 가동 공기역학적 표면, 및/또는 다른 항공기 구성요소로 명령된 신호를 매개로 각각의 항공기의 움직임을 지시한다. 어떤 실시예에서, 제1 및 제2 항공기(101, 120)의 작동은 작동 전에 미리 프로그램된 각각의 항공기에 따라 완전하게 자율적일 수 있다. 다른 실시예에서, 모든 항공기는 단일 지상 기반 컨트롤러를 통해 제어되며, 또 다른 특정 실시예에서, 각각의 항공기는 별도의 컨트롤러에 의해 제어된다. 따라서, 전체적인 컨트롤러(1080)는 제1 조작자(1086a, operator)에 의해 작동하며 제1 통신 링크(1085a)를 통해 제1 항공기(101)와 연통하는 제1 외장 컨트롤러(1081a)(예컨대, 제1 지상 스테이션(a first ground station))를 포함할 수 있다. 컨트롤러(1080)는 제2 조작자(1086b)에 의해 작동되고, 제2 통신 링크(1085b)를 xdh해 제2 항공기(120)와 통신하는 제2 외장 컨트롤러(1081b)(예컨대, 제2 지상 스테이션)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 및 제2 조작자(1086a, 1086b)는 예컨대, 서로 옆에 또는 근처에 함께 위치함으로써 구두로, 또는 전화, 이방향 라디오, 또는 어떤 다른 적합한 장거리 통신 장치를 통해, 서로 통신할 수 있다. 외장 컨트롤러는 제1 및 제2 항공기로 제어 명령을 제공할 뿐만아니라, 어떤 매우 다양한 진단 및 정보 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 자동 또는 부분 자동 체크리스트와 항공기 발사 및/또는 회수를 위한 카운트다운 절차를 제공할 수 있다.
도 11-13은 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성된 제1 및 제2 항공기를 나타낸다. 도 11을 참고하면, 대표적인 제1 항공기(101)는 제2 항공기(120)에 구비된 부착 고정구(1127)에 분리 가능하게 부착된 발사대(1190)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예의 특정 관점에서, 부착 고정구(1127)는 발사대(1190)의 상응하는 슬롯(1192)에 끼워지며, 발사대(1190)는 분리 장치(1191)를 추가로 구비할 수 있다. 분리 장치(1191)는 발사 때까지 부착 고정구(1127)의 움직임을 막거나 방해할 수 있으며, 어느 시점에서, 분리 장치(1191)는 분리 위치(도 11에 점선으로 도시된 것과 같은)로 움직여질 수 있으며, 제2 항공기(120)가 슬롯(1192)를 통해 제1 항공기(101)로부터 아래 방향으로 미끄러지며 떨어질 수 있게 한다.
도 12에 도시된 실시예에서, 제1 항공기(101)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 발사대(1290)를 구비한다. 발사대(1290)는 제2 항공기(120)에 구비된 상응하는 부착 고정구(1227)와 분리 가능하게 결합되는 선회핀(1295, pivot pin)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 선회핀(1295)은 부착 고정구(1227)에서 분리되기 위해 도 12의 평면 내로 또는 외로 이동할 수 있다. 제1 항공기(101)는 작동시 제2 항공기(120)의 기수를 아래쪽으로 힘을 가하는 플런저(1294, plunger)를 구비한 위치 결정 장치(1293)를 추가로 구비할 수 있다. 대표적인 발사 작동 중, 선회핀(1295)과 플런저(1294)는, (a) 제2 항공기가 날기에 충분한 풍속을 얻고, (b) 제1 항공기(101)와의 간섭 가능성을 줄이도록, 차례로 제2 항공기(120)를 분리하고 제2 항공기(120)의 기수를 아래쪽으로 힘을 가하도록 작동된다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 핀(1295)은 먼저 분리되고, 핀(1295)이 성공적으로 분리되자마자, 플런저(1294)는 이때 제2 항공기(120)의 기수를 아래쪽으로 누르도록 작동된다. 다른 실시예에서, 플런저(1294)는 핀(1295)이 분리되기 전에, 먼저 아래쪽을 향한 방향으로 제2 항공기(120)를 위치시키도록 작동된다. 어떤 실시예에서, 예를 들어, 제1 항공기(101)가 수평으로 발사 위치로 비행할 때, 제2 항공기(120)는 초기에 수평 상태로 운반될 수 있다. 이러한 배치의 하나의 장점은 이러한 비행 중 제1 및 제2 항공기(101, 120) 모두의 항력을 감소시킬 것으로 예상된다는 것이다.
도 13은 도 2에 도시된 제1 항공기(101)와 제2 항공기(120)를 포함하는 대표적인 시스템(1300)에 대한 추가 상세를 나타낸다. 제1 항공기(101)는 중앙부(107)와 복수의 바깥쪽으로 연장된 아암(108)으로 형성된 동체(102)를 포함할 수 있다. 각각의 아암(108)은 하나 이상의 로터(103)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 하나의 실시예에서, 4개의 아암 각각은 두 개의 이중반전 로터(103, counter-rotating rotor)를 지지한다. 제1 항공기(101)는 제1 항공기(101)가 지상에 있는 동안 제1 항공기(101)가 제2 항공기(120)를 지지할 수 있도록 구성된 복수의 랜딩 기어(1309, landing gear)와 발사대(190)를 추가로 구비할 수 있다. 이러한 위치에서, 랜딩 기어(1309)는 제2 항공기(120)의 프로펠러(1329)가 작동하게 하기 위해 제2 항공기(120)에 대한 충분한 지상 간격을 제공한다. 이러한 특정 실시예에서, 랜딩 기어(1309)는 4개의 아암(108) 중 하나를 지지하도록 각각 구성된 4개의 부재를 포함할 수 있다. 하나 이상의 랜딩 기어 부재(예컨대, 두 개)는 제1 항공기(1301)의 비생 안정성을 향상시키기 위한 수직 스테빌라이저(1316, stabilizers)로서 작동하는 평평하고 수직으로 연장된 면을 구비하도록 추가로 구성될 수 있다.
도 14a-14d는 본 발명의 추가 실시예에 따라, 해양 또는 다른 수상 기반 환경에서 무인 항공기를 포획하기 위한 시스템 및 방법을 나타낸다. 도시된 목적을 위해, 포획 장치는 도 14a-14d에 도시된다. 다른 실시예에서, 동일하거나 다른 항공기는 예컨대, 전술한 기술에 따른 UAVs를 발사하는데 사용될 수 있다.
도 14a를 참고하면, 대표적인 시스템(1400a)은 제2 항공기(120)를 포획하거나 및/또는 발사하도록 구성된 제1 항공기(101)를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 항공기(101)는 결국 다운라인 장치(1470)와 연결된 포획줄(106)을 구비할 수 있다. 다운라인 장치(1470)는 수상 선박(1477)(예컨대, 보트, 배, 바지선, 및/또는 다른 적합한 형태)에 의해 적어도 부분적으로 지지될 수 있으며, 연결 장치(1474)(예컨대, 슬립링(slip ring) 또는 다른 적절한 장치)와 포획줄(106)을 연결하는 드래그 케이블(1473, drag cable)를 구비할 수 있다. 드래그 케이블(1473)은 드래그 케이블(1473)을 풀고 감는데 사용될 수 있는 드래그 케이블 배포 장치(1475)(예컨대, 윈치(winch))에 연결된다. 드래그 케이블(1473)은 그 반대쪽을, 포획줄(106)과 선박(1477)에 대해 안정적인 방향으로 드래그 케이블(1473)을 유지하도록, 예컨대, 바다 앵커(1471) 및 (선택적으로) 추가적인 중량물(1476)과 같은 침수형 앵커로 연결될 수 있다.
작동 중 하나의 모드에서, 제2 항공기(120)는 전술한 것과 유사한 방식으로 포획줄(106)과 익단 고리(124)를 결합시키는 포획줄(106)으로 비행한다. 드래그 케이블 배포 장치(1475)는 이때 제1 항공기(101)가 포획된 제2 항공기(120)를 두기 위해 선박(1477)으로 하강하기 전 또는 후에, 포획줄(106)과, 바다 앵커(1471), 그리고 중량물(1476)을 감고 푸는데 사용될 수 있다.
다른 실시예에 따른 시스템(1400b)(도 14b-14d)에 도시된)은 드래그 케이블(1473)을 통해 선박에 부착되지 않고 작동하는 제1 항공기(101)를 포함한다. 대신, 제1 항공기(101)는 포획줄(106)과, 바다 앵커(1471) 그리고 선택적인 추가 중량물(1476)을 구비하며, 이는 선박(1477)에 의해 특정 위치로 이동되고 분리될 수 있다. 분리된 이후, 제1 항공기(101)는 전술한 방식과 일반적으로 유사한 방식으로 제2 항공기(120)를 포획한다. 제1 항공기(101)는 이때 선박(1477)으로 제2 항공기(120)르 운송한다. 예를 들어, 도 14c에 도시된 것처럼, 제1 항공기(101)는 물 위로 제2 항공기(120)와, 바다 앵커(1471) 및 추가 중량물(1476)을 들어 올릴 수 있으며, 선박(1477)을 향해 날아갈 수 있다. 선박(1477)에서, 도 14d에 도시된 것처럼, 제1 항공기(101)는 선박(1477)에 고정되도록 제2 항공기(120)를 내릴 수 있으며, 이 후 그 자체도 선박(1477)에 착륙할 수 있다.
도 1-14d를 참고하여 전술한 여러 실시예들 중 하나의 관점은 공지된 무인 항공기 시스템이 제2 무인 항공기를 발사하고, 회수하거나, 또는 발사와 회수를 모두 하는 제1 무인 항공기를 포함할 수 있다는 것이다. 이러한 특징의 하나의 장점은 제2 항공기가 매우 제한된 접근로를 가진 위치로부터 배치되고 위치로 되돌아가게 한다는 점이다. 따라서, 상기 시스템은 고정익 구조를 가진 제2 무인 항공기로 통상적으로 접근하기 어려운 공간에서 운용할 수 있다. 상기 항공기는 통상적으로 다중 로터 무인 항공기보다 더 긴 내구성을 갖기 때문에, 더욱 외지고 접근하기 어려운 위치로부터 상기 항공기를 배치하고 회수하는 능력은 시스템의 전체적인 범위와 내구성을 충분히 증가시킬 수 있다.
상기 실시예 중 적어도 일부의 다른 특징은 항공기에 의해 수행된 다양한 임무에 상응하는 방식으로, 제1 및 제2 항공기의 구성은 충분히 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 항공기는 상대적으로 짧은 내구성을 가지도록 구성될 수 있으며, 수직으로 이착륙 되도록 구성될 수 있고, 따라서 밀폐된 공간에서 작동될 수 있다. 제2 항공기는 반대로, 넓은 범위의 임무를 수행하도록 구성될 수 있고, 제1 항공기에 의해 발사되고 및/또는 포획되도록 또한 구성될 수 있다.
전술한 것으로부터, 본 발명의 특정 실시예는 예시의 목적을 위해 이곳에서 설명되었지만, 공지된 기술에서 벗어나지 않고 다양한 변형들이 이루어질 수 있다는 것은 명백할 것이다. 예를 들어, 전술한 제1 및 제2 항공기는 상기 도면으로 도시된 것과는 다른 구조를 가질 수 있다. 일반적으로, 제1 항공기는 VTOL 구조를 가질 수 있으며, 제2 항공기는 다른 구조(예컨대, 고정익)를 가질 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제1 및 제2 항공기 중 하나 또는 둘 모두는 다른 구조를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 항공기는 오직 발사 기능만, 또는 오직 포획 기능만을, 또는 발사와 포획 기능을 모두 수행할 수 있다. 특정 실시예에서, 동일한 항공기는 발사 및 포획 기능을 모두 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 14a-14d에 도시된 제1 항공기는 포획 작동(도시된 것처럼), 또는 발사 작동, 또는 둘 모두를 위해 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 항공기(예컨대, 동일한 또는 다른 구조를 가진)는 발사 및 포획 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 어떤 실시예에서, 하나의 항공기는 두 번째 항공기를 발사하고, 이것이 다른 발사를 위해 재충전하거나 다른 준비를 하는 동안, 다른 항공기는 포획 기능을 수행한다.
전술한 UAVs(예컨대, 제2 항공기(120))는 중간크기로 일반적으로 작다. 예를 들어, 대표적인 제2 항공기는 40에서 55파운드(lbs) 사이의 이륙 총중량을 갖는다. 다른 실시예에서, 제2 항공기는 다른 적합한 무게를 가질 수 있다.
전술한 여러 실시예들은 장애 환경, 예컨대, 숲 환경, 복잡한 도심 환경, 및/또는 다른 상기 환경과 같은 상황으로 설명되었다. 다른 실시예에서, 동일하거나 유사한 시스템은 상기 장애물을 갖지 않은 환경에서도 사용될 수 있다.
전술한 제1 항공기는 4개 또는 8개의 로터를 가진 다중 로터 항공기로서 설명되었다. 다른 실시예에서, 제1 항공기에 전력을 공급하는 전력원은 배터리, 내연기관, 터빈, 연료 전지, 및/또는 다른 적합한 공급원을 포함할 수 있다.
제1 항공기가 지상 공급원(예컨대, 전력 케이블)으로부터 전력을 수용하는 것에 대한 특정 실시예에서, 전력 케이블에 의해 제공된 기능은 포획줄에 의해 제공된 기능과 조합될 수 있다. 예를 들어, 동일한 케이블은 지상으로부터 제1 항공기로 전력을 전송할 수 있으며, 제2 항공기를 포획하는데 사용될 수 있다. 상기 실시예에서, 케이블은 필요한 전류를 제1 항공기로 전송하기 충분한 두께이며, 제2 항공기에 구비된 포획 장치와 결합하기 충분하게 얇고, 제2 포획 장치와의 복수 충격을 견딜만큼 충분히 튼튼하다.
일반적으로, 포획줄은 통상의 발사 작동 중 위로 올려지지 않는다. 다른 실시예에서, 포획줄은 발사 작동 중 제2 항공기를 따라 올려질 수 있다. 따라서, 제2 항공기가 발사 직후 기능 부전을 겪는 경우, 회복선(recovery line)은 제2 항공기를 회수하는데 사용될 수 있다. 상기 배치는 제1 항공기는 전진 비행을 하는 것보다는 제1 항공기가 공중에 떠있는 동안에 제2 항공기가 제1 항공기로부터 발사될 수 있는 경우에 적합할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 항공기는 지상에 연결된 회복선 없이, 전체적으로 내장된 회복선을 구비할 수 있다. 따라서, 회복선은 제1 항공기 내에 적재될 수 있으며 오직 회복이 필요한 경우 배치될 수 있다.
다수의 항공기가 발사 및/또는 포획 작동을 수행 및/또는 지원하도록 배치된 경우(도 5a-7을 참고로 전술된 것과 같은), 임의의 항공기는 주/종속 배치로, 도 5a를 참고로 전술한 배치로, 또는 다른 적합한 배치로, 서로 협력하여 작동되도록 프로그램될 수 있다.
특정 실시예에 대해 설명된 기술의 특정 양상들은 다른 실시예에서 조합되거나 제거될 수 있다. 예를 들어, 발사 및 회수 기능은 단일 항공기로 통합되거나 또는 복수의 항공기들 중에서 분리될 수 있다. 도 4a-4b에 도시된 실시예의 맥락으로 명시된 센서들은 다른 실시예에도 포함될 수 있다. 또한, 본 기술의 특정 실시예와 관련된 장점들이 상기 실시예의 맥락으로 설명되었지만, 다른 실시예들은 또한 상기 장점들을 나타낼 수 있으며, 모든 실시예가 반드시 본 기술의 범위 내에 따르는 장점을 나타낼 필요는 없다. 따라서, 본 발명과 관련 기술은 본원에 명확히 설명되거나 도시되지 않은 다른 실시예들을 포함할 수 있다.
본 발명과 상반된 참조에 의해 이곳에 포함된 임의의 소재의 범위를 위해, 본 발명은 통제한다.

Claims (15)

  1. 동체(airframe)와, 상기 동체에 구비되며 공중에 떠있는 운반 항공기를 지지하도록 배치되는 다수의 로터(rotor), 및 상기 동체에 구비되며 로터에 동력을 공급하기 위해 로터에 작동 가능하게 연결된 배터리(battery)를 포함하는 제1 다중 로터 운반 항공기와;
    상기 운반 항공기에 구비되고 포획 장치를 가진 제2 적재된 항공기와 분리 가능하게 부착되도록 배치된 발사대; 및
    상기 운반 항공기에 구비되며 상기 운반 항공기에 매달리도록 배치될 수 있고, 상기 적재된 항공기의 포획 장치에 분리 가능하게 결합되는 크기의 포획줄;을 구비하는, 무인 항공기(UAV) 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발사대는 분리 메커니즘과 동체에 대해 아래쪽 방향으로 운반된 항공기를 발사하기 위해 배치된 아래쪽으로 경사진 슬롯(slot)을 구비하는, 무인 항공기(UAV) 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발사대는 적재된 항공기와 결합되도록 배치된 선회부와, 동체에 대해 움직일 수 있으며 적재된 항공기를 동체에 대해 선회하도록 배치된 플런저부(plunger portion)를 포함하는, 무인 항공기(UAV) 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적재된 항공기를 추가로 구비하며, 상기 적재된 항공기는 상기 운반 항공기에 분리 가능하게 부착되는, 무인 항공기(UAV) 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 동체는 중앙부와 중앙부에서 바깥쪽으로 연장된 4개의 아암(arm)을 구비할 수 있으며;
    상기 복수의 로터는 상응하는 각각의 아암에 각각 구비된, 4쌍의 이중반전 로터(counter-rotating rotors)를 구비하고;
    상기 발사대는 적재된 항공기가 발사시 기수를 내린 자세로 있도록 배치된 아래쪽으로 연장된 슬롯(slot)을 구비하는, 무인 항공기(UAV) 시스템.
  6. 내장 배터리로 제1 항공기에 전력을 공급하면서, 제1 다중 로터 운반 항공기가 제2 적재된 항공기를 하늘 위로 운반하고, 비행을 위해 제2 항공기를 분리하도록 지시하는 단계와;
    제2 항공기를 포획하기 위해 제2 항공기의 비행경로에 포획줄을 배치하도록 제1 항공기에 지시하는 단계를 포함하는, 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 항공기에 구비된 포획줄과 결합되도록 제2 항공기에 지시하는 단계를 추가로 포함하는, 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 항공기는 고정익(fixed wing) 구조를 갖는 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 포획줄을 배치하는 단계는 포획줄을 고정되지 않은 자유단으로 배치하는 단계를 포함하는, 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 포획줄을 배치하는 단계는 포획줄의 일부분이 지상에 고정된 상태로 포획줄을 배치하는 단계를 포함하는, 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 제1 항공기가 제2 항공기를 분리하는 단계 이후 그리고 제1 항공기가 포획줄을 배치하는 단계 전에 제1 항공기가 착륙하도록 지시하는 단계를 추가로 포함하는, 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법.
  12. 동체와 상기 동체에 구비되며 공중에 떠있는 운반 항공기를 지지하도록 배치된 다수의 로터, 그리고 상기 동체에 구비되며 상기 로터에 전력을 공급하도록 로터에 작동하게 연결되고, 운반 항공기가 비행 중인 동안에는 외장의 운반 항공기로부터 전력을 받도록 배치되는 전력 수신부를 포함하는 제1 다중 로터 운반 항공기와;
    상기 운반 항공기에 구비되고, 포획장치를 가진 제2 적재된 항공기에 분리 가능하게 부착되도록 배치되는 발사대; 및
    상기 운반 항공기에 구비되고 운반 항공기에 매달려 배치될 수 있고, 적재된 항공기의 포획 장치와 분리 가능하게 결합되는 크기의 포획줄;을 구비하는, 무인 항공기(UAV) 시스템.
  13. 제1 다중 로터 운반 항공기가 제2 적재된 항공기를 하늘 위로 운반하고, 외장 전력 공급원으로 제1 항공기를 충전하면서 제2 항공기를 비행을 위해 분리시키도록 지시하는 단계와;
    제1 항공기가 제2 항공기를 포획하기 위해 제2 항공기의 비행경로에 포획줄을 배치하도록 지시하는 단계를 포함하는, 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법.
  14. 제1 동체와 상기 제1 동체에 구비되며 공중에 떠있는 제1 다중 로터 지원 항공기를 지지하도록 배치된 제1 다수의 로터를 구비하는, 제1 다중 로터 지원 항공기(multi-rotor support aircraft)와;
    제2 동체와 상기 제2 동체에 구비되며 공중에 떠있는 제2 다중 로터 지원 항공기를 지지하도록 배치된 제2 다수의 로터를 포함하는, 제2 다중 로터 지원 항공기; 그리고
    제1 및 제2 다중 로터 지원 항공기 중 적어도 하나에 구비되며 목표 공기(target aircraft)와 분리 가능하게 결합되도록 배치될 수 있는 포획 장치로 구성되되,
    상기 제1 및 제2 지원 항공기는 포획 장치 또는 송전 링크 중 적어도 하나를 통해 서로 작동될 수 있게 연결되는, 무인 항공기(UAV) 시스템.
  15. 제1 다중 로터 지원 항공기와 제2 다중 로터 지원 항공기를 포획 장치 또는 송전 링크 중 적어도 하나를 통해 연결하는 단계와;
    제1 및 제2 지원 항공기를 공중으로 올리도록 지시하는 단계; 그리고
    제1 및 제2 지원 항공기 중 적어도 하나가 목표 항공기와 분리 가능하게 연결되도록 포획장치를 위치시키도록 지시하는 단계를 포함하는, 무인 항공기(UAV) 시스템을 작동하는 방법.
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