KR20170049469A

KR20170049469A - 깃단회전날개

Info

Publication number: KR20170049469A
Application number: KR1020170048657A
Authority: KR
Inventors: 오성
Original assignee: 오성
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2017-05-10

Abstract

본 발명은 기존 프로펠러와는 다르게 날개의 회전속도가 빠른 깃단(Blade tip)부분에 날개를 부착한 회전날개로, 회전날개 전체의 항력이나 회전풍손 등의 회전손실을 줄이고, 프로펠러의 빠른 회전속도를 얻어 보다 강력한 추력을 만들기 위한 것이다. 또한 본 발명은 각 날개들을 고정시켜주는 장치를 통해 기존 프로펠러 등에서 발생되는 플러터(fluttering)나 진동을 막고, 회전날개의 회전관성을 크게 해주어 회전이 원활하게 잘 이루어지게 하며, 회전 시 날개에서 생기는 기류의 흩어짐을 막아주어 보다 안정적이고 강한 추력을 만들게 한 것이다. 본 발명은 수직 이착륙용이나 추진용 프로펠러로 사용이 가능하고, 드론, 헬리콥터, 경비행기 등 중·소형 비행체 등에 사용하기가 용이하여 기체 본체의 날개나 활주로가 필요없는 중·소형 전기비행기시대를 열수있게 해주는 발명품이 된다.

Description

깃단회전날개{Blade tip Propellers}

본 발명은 기존 프로펠러와는 다르게 날개의 회전속도가 빠른 깃단(Blade tip)부분에 날개를 부착한 회전날개로, 프로펠러 전체의 항력이나 회전풍손 등의 회전손실을 줄이고, 프로펠러의 빠른 회전속도를 얻어 보다 강력한 추력을 만들기 위한 것이다.

또한 본 발명은 각 날개들을 고정시켜주는 장치를 통해 기존 프로펠러 등에서 발생되는 플러터(fluttering)나 진동을 막고, 회전날개의 회전관성을 크게해주어 회전이 원활하게 이루어지며, 날개에서 생기는 기류의 흩어짐을 막아주어 보다 안정적이고 강한 추력을 만들게 한 것이다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 기존 프로펠러가 회전을 통해 추력을 만드는 기본 원리와 같으며, 여기에 강체(날개)의 회전운동의 법칙과 회전관성 등을 이용하여 기존 프로펠러들의 문제점들을 보완하고, 보다 원활한 회전과 함께 강력한 추력을 얻도록 한 것이다.

회전날개의 속도는 v=rw로 주어진다. 여기서 r은 날개의 회전반지름이고 w는 각속도 이다. 곧 회전날개의 속도는 날개 각 부위의 회전반지름과 각속도(ω=2πn:n은 초당회전수)에 비례한다. 그러므로 본 발명은 필요한 양력과 추력을 빨리 만들어내기 위해서 도1과 같이 날개의 속도가 빠른, 회전반지름이 큰 프로펠러 끝부분(Blade tip)에 날개를 부착한 것이다. 그래서 본 발명은 기존 프로펠러가 날개 전체를 통해 추력을 얻는것보다 회전손실을 적게 하고 보다 강력한 추력을 얻을 수 있게된다.

또한 본발명은 기존 프로펠러의 과도한 깃끝 속도에 의한 플러터(fluttering)와 진동을 막고, 회전날개의 회전관성을 크게 하여 회전이 원활하게 잘 이루어지도록 하기 위해 각 날개들을 고정시켜주는 장치를 설치하였으며, 더불어 이 장치는 날개의 회전시에 발생된 기류의 흩어짐을 막아줌으로써 보다 안정적이고 강한 추력을 만들게 해준다.

강체(날개)의 회전관성에 대해 알아보면, 강체의 회전운동에너지는 E=

=

으로 주어진다. 여기에서 I=Mr²으로 정의된 양이 바로 회전관성이다. 곧 강체의 회전관성은 강체의 무게(M)와 강체의 회전반지름(r)의 제곱에 비례한다. 그리고 회전관성은 회전하는 강체의 질량역할을 하는 물리량으로 뉴턴의 운동법칙의 관성법칙에 따라 회전관성이 크면 클수록 잘 돌아가게 된다.

이와같이 강체의 회전관성은 강체의 무게가 크고 회전반지름이 크면 클수록 회전관성이 크게 되어 잘 돌아가기 때문에 본 발명은 회전관성을 크게 하기 위해 회전반지름이 큰깃단(Blade tip)부분에 날개를 부착하고, 날개를 고정시켜주는 장치를 설치해줌으로써 기존 프로펠러 등에서 발생되는 플러터(fluttering)나 진동을 막고, 본 회전날개의 회전이 원활하게 잘 이루어지도록 하게 한 것이다.

항공기 엔진 제1권 왕복엔진: 국토교통부, 2016, ISBN 979-11-7009-890-4 93550, 1-2쪽, 7-2~7-36쪽 상대성이론 강의: 이종필 저, 2015, ISBN 978-89-6262-103-793420, 270쪽, 310-311쪽

본 발명은 드론, 헬리콥터, 항공기 등 기존 비행체들의 프로펠러와는 다르게 프로펠러 전체의 항력이나 회전풍손 등 회전손실을 줄이고, 프로펠러의 빠른 회전속도를 얻어 보다 강력한 추력을 얻기 위한 것이다.

또한 본 발명은 기존 프로펠러 등에서 발생되는 과도한 깃끝 속도에 의한 플러터(fluttering)나 진동을 막고, 본 회전날개의 회전관성을 크게하여 회전이 원활하게 잘 이루어지도록 하며, 회전시 날개에서 생기는 기류의 흩어짐을 막아주어 보다 안정적이고 강한 추력을 만들기 위한 것이다

본 발명의 회전축 중심 조립부분은 본 회전날개가 회전하여 비행체를 수직으로 이륙시키거나 앞으로 추진시킬 때 생기는 기계적 회전마찰을 줄이기 위해 자석베어링 등을 설치한 것이다.

본 발명은 기존 비행체들의 프로펠러와는 달리 프로펠러 전체의 항력이나 회전풍손 등 회전손실을 줄이고, 프로펠러의 빠른 회전속도를 얻어 보다 강력한 추력을 얻기 위해 도 1과 같이 날개의 속도가 빠른 프로펠러 끝부분(Blade tip)에 항공기 날개형태(103)의 날개(102)를 부착한다.

본 발명은 도 2에서와 같이 깃단날개(101)의 과도한 깃단 속도에 의한 플러터(fluttering)나 진동을 막기 위해 깃대(104)의 중간부분에 깃대(104)를 연결시키는 깃대고정고리(107)로 연결시켜 고정시킨다.

또한 본 발명은 기존 프로펠러 등에서 발생되는 플러터(fluttering)나 진동을 막고, 회전날개의 회전관성을 크게 해주어 회전이 원활하게 잘 이루어지도록 해주며, 회전을 통해 발생된 날개(102)의 기류의 흩어짐을 막아주어 보다 안정적이고 강한 추력을 만들기 위해 도 3과 같이 날개끝 호에 맞추어 각 날개들을 고정시키는 깃끝고정고리(108)와 날개 안쪽 호에 맞추어 각 날개들을 고정시키는 깃안고정고리(109)를 설치한다.

본 발명의 회전축 중심 조립부분은 본 회전날개가 회전하여 기체를 수직으로 이륙시키거나 앞으로 추진시킬 때 생기는 기계적 회전마찰을 줄이기 위해 도 4와 같이 기체본체의 무게를 이겨내거나 깃단회전날개(501)나 자석베어링연결판(508)등의 무게를 이겨낼 수 있는 자석베어링 등을 설치한다.

본 발명은 기존 프로펠러보다 회전손실이 적고, 빠른 회전속도를 얻어 보다 강력한 추력을 만들게 된다.

본 발명은 기존 프로펠러에 비해 소음이 적고, 날개의 속도를 단시간에 빠르게 할 수 있기 때문에 빠른 추력을 얻게 된다.

본 발명은 일정한 깃각(Blade angle)을 주어 수직 이착륙용 회전날개나 추진용 회전날개로 사용이 가능하다.

본 발명은 각종 드론, 헬리콥터, 경비행기 등 중·소형 비행체 등에 사용하기가 용이하다.

그러므로 본 발명은 기존 비행기 본체의 날개가 필요없고, 이착륙을 위한 활주로가 필요없는 중·소형 전기 비행기시대를 열 수 있게 해주는 발명품이 된다.

도 1은 소형 깃단회전날개의 평(정)면도이다.
도 2는 중·대형 깃단회전날개의 평(정)면도이다.
도 3은 깃끝·깃안고정고리가 있는 깃단회전날개의 평(정)면도이다.
도 4는 본 발명의 회전축 중심조립부분의 구성단면도이다
도 4의 (가)는 수직이착륙용 깃단회전날개의 회전축 중심조립부분의 구성단면도이다.
도 4의 (나)는 기체앞 추진용 깃단회전날개의 회전축 중심조립부분의 구성단면도이다.
도 4의 (다)는 기체뒤 추진용 깃단회전날개의 회전축 중심조립부분의 구성단면도이다.

본 발명의 깃단날개(101)는 도1과 같이 날개(102)와 깃대(104)로 이루어진 부분을 말한다.

깃단날개(101)의 날개(102)는 도 1과 같이 항공기의 날개형이나 프로펠러 깃(Propeller blade)의 단면(103)과 같은 날개를 사용한다.

날개(102)는 회전마찰을 줄이기 위해 날개(102)의 바깥쪽 면은 바깥 회전면의 호에 맞추고, 날개(102)의 안쪽면은 안쪽 회전면에 호에 맞추어 제작한다. 이때 바깥쪽호의 각도와 안쪽호의 각도는 회전축의 중심을 중심으로 하여 같게한다.

날개(102)는 깃단날개(101) 전체의 회전손실을 줄이고, 큰 양력과 빠른 추력을 얻기 위해 회전속도가 빠른 프로펠러 끝부분(Blade tip)에 설치한다.

깃단날개(101)의 속도는 v=rw로 주어지며, 여기서 r은 깃단날개(101)각 부위의 회전반지름이며, ω는 각속도로 ω = 2πn(n은 1초당 회전수)이다.

깃단날개(101)가 회전하면 날개(102)의 윗쪽(Blade back)이 기류가 빠르게 되고, 아랫쪽(Blade face)이 느리게 됨으로써 양력이 발생하게 되어 날개(102)형상의 추력을 얻게 되고, 깃각(Blade angle)을 주어 강력한 추력을 얻는다.

본 발명의 깃대(104)는 좁은 날개형(105)의 깃대를 사용한다.

본 발명에서 깃단날개(101)의 크기와 갯수는 비행체의 크기와 무게 및 용도에 따라 충분한 추력을 얻을 수 있도록 결정하여 설치한다.

또한 본 발명은 대부분 고정피치프로펠러로 사용하기 때문에 본 회전날개가 일정한 회전수에 따른 충분한 추력을 얻을 수 있도록 깃각(Blade angle)을 주어 설치한다.

깃단날개(101)의 크기와 회전수에 따른 양력과 추력을 계산하여 비행체의 크기와 무게 및 용도에 따라 필요로 하는 추력에 맞추어 비행체가 일정한 높이(순항고도)를 유지하거나 원하는 일정한 속도(순항속도)로 비행을 할 수 있도록 깃단날개(101)의 크기와 갯수 및 깃각을 결정하여 설치한다.

날개(102)와 깃대(104)의 소재는 본 회전날개의 회전관성을 크게하여 회전이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기위해 금속재와 같은 무거운 소재를 사용한다. 하지만 기체의 무게가 적거나 도 4와 같이 깃끝고정고리(108)를 사용할 때에는 가벼운 금속제나 목재등을 사용해도된다.

강체(날개)의 회전관성은 I=Mr²으로 강체의 무게(M)와 강체의 회전반지름(r)의 제곱에 비례하므로, 깃단(Blade tip)부분에 날개(102)를 부착한 본회전날개는 회전관성이 기존의 프로펠러 보다 훨씬 크게 됨으로써 회전이 원활하게 잘이루어지게 된다.

도 2와 같이 깃대(104)가 긴 중·대형 깃단날개(101)는 과도한 깃단 속도에 의한 플러터(fluttering)나 진동을 막기 위해 깃대(104)의 중간부분에 깃대(104)를 연결시키는 깃대고정고리(107)로 연결시켜 고정시킨다.

깃단날개(101)의 종류에는 도 1과 같이 날개(102)와 깃대(104)가 구분되는 깃단날개(101a)와 날개(102)와 깃대(104)의 구분이 없는, 깃단부위가 넓고 중심부(106)쪽으로 얇아지는 깃단날개(101b)등이 있다.

도 3은 깃끝고정고리(108)와 깃안고정고리(109)가 있는 깃단회전날개로, 깃끝고정고리(108)는 날개(102)의 바깥회전면에 맞추어 날개(102)를 고정시켜주며, 깃안고정고리(109)는 날개(102)의 안쪽회전면의 호에 맞추어 날개를 고정시켜주고 본 회전날개의 회전관성을 크게 해줌으로써 본 회전날개의 회전을 원활하게 해주고, 회전을 통해 발생된 날개(102)의 기류의 흩어짐을 막아주어 보다 안정적이고 강한 추력을 만들어주게된다.

본 발명의 용도는 비행체를 수직으로 이착륙시키는 용도나 또는 비행체의 속도를 내게 하는 추진용으로 사용된다.

본 발명을 수직이착륙용으로 사용할때는 일정한 회전수에 따른 순항고도를 유지할 수 있도록 깃각(Blade angle)을 설정하여 제작하고, 추진용으로 사용할 때는 일정한 회전수에 따른 필요로 하는 순항속도를 유지할 수 있도록 깃각을 설정하여 제작설치한다.

본 발명의 회전은 모터로 하며, 모터의 회전수를 조절하여 비행체가 일정한 높이(순항고도)로 뜰 수 있게 추력을 발생시키거나, 일정한 속도(순항속도)로 운항할 수 있게 추력을 발생시켜 운항한다.

본 발명은 대부분 고정피치 프로펠러로 이용하기 때문에 회전수를 조절하여 필요로 하는 추력을 얻는다.

본 발명은 고정피치프로펠러로 사용할 경우에는 전체를 한몸체로 제작하거나, 깃대(104)와 깃대중심부(106)를 한 몸체로 제작하며, 제작시 용도에 따라 날개(102)와 깃대(104)의 일정한 피치를 주어 제작한다.

도 4는 본 발명의 회전축 중심조립부분으로 본 회전날개(401)가 회전하면서 기체본체(410)를 위로 끌어올리거나 앞으로 끌어당기거나 밀어주는데 있어서 발생되는 기계적 회전마찰을 줄이기 위해서 도4와 같이 자석베어링 등을 설치한 것이다.

도 4의 (가)는 본 발명을 수직 이착륙용으로 사용할 때의 회전축(402)중심조립부분의 구성단면도로 상부자석베어링(406)은 기체 본체(410)의 무게를 이겨낼 수 있는 자석베어링을 설치하고, 하부자석베어링(407)은 깃단회전날개(401)와 자석연결판(408) 및 모터(411) 회전자의 무게등을 이겨낼 수 있는 자석베어링을 설치하여 본 회전날개(401)의 회전운항시 기계적 회전마찰을 줄인다.

도 4의 (나)는 본 발명을 기체앞 추진용으로 사용할때의 회전축(402)중심조립부분의 구성단면도로 앞 자석베어링(412)은 본 회전날개(401)가 기체본체(410)를 끌어당기는 힘을 이겨낼 수 있는 자석베어링을 설치하고, 뒷자석베어링(413)은 앞자석베어링(412)으로 자석베어링연결판(408)이 기체본체(410)와 붙지 않도록 설치하여 본 회전날개(401)의 회전 운항시 기계적 회전마찰을 줄인다.

도 4의 (다)는 본 발명을 기체 뒤에서 추진용으로 사용할 때의 회전축(402)중심조립부분의 구성단면도로 앞 자석베어링(414)은 본 회전날개(401)가 기체본체(410)를 밀어주는 힘을 이겨낼 수 있는 자석베어링을 설치하고, 뒷자석베어링(415)은 앞자석베어링(414)으로 자석베어링연결판(408)이 기체본체(410)와 붙지 않도록 설치하여 본 회전날개(401)의 회전운항시 기계적 회전마찰을 줄인다.

회전축(402)과 기체 본체(410)의 연결부위는 회전축(402)의 회전 시에 기계적 마찰을 줄이기 위해 회전축(402)이 도4의 (가)와 같이 수직으로 회전할때와 도4의 (나)나(다)와 같이 수평으로 회전할 때 기계적 마찰을 줄이기 위해 이에 맞는 베어링(405)을 설치한다

101 깃단날개
101a 날개와 깃대가 구분되는 깃단날개
101b 날개와 깃대의 구분이 없는 깃단날개
102 날개
103 날개의 단면
104 깃대
105 깃대의 단면
106 중심부(Hub)
107 깃대고정고리
108 깃끝고정고리
109 깃안고정고리
401 깃단회전날개
402 회전축
405 베어링
406 상부자석베어링
407 하부자석베어링
408 자석베어링연결판
410 기체본체
411 모터
412 앞자석베어링
413 뒷자석베어링
414 앞자석베어링
415 뒷자석베어링

Claims

기존 프로펠러와는 다르게 날개의 회전속도가 빠른 깃단(Blade tip)부분에 날개를 부착한 깃단회전날개
청구항 1에 있어서 날개의 형상으로, 도 1과 같이 날개(102)의 회전마찰을 줄이고, 날개의 플러터나 진동을 막기 위해 날개(102)의 바깥쪽 면은 바깥 회전면의 호에 맞추고, 날개(102)의 안쪽면은 안쪽 회전면의 호에 맞추어 제작하고, 바깥쪽 호의 각도와 안쪽 호의 각도를 회전축의 중심을 중심으로 하여 같게 한것.
청구항 1에 있어서 깃단날개의 종류로 도 1에서와 같이 날개(102)와 깃대(104)가 구분되는 깃단날개(101a)
청구항 1에 있어서 깃단날개의 종류로 도 1에서와 같이 날개(102)와 깃대(104)의 구분이 없는, 깃끝부위가 넓고 중심부(Hud)쪽으로 얇아지는 깃단날개(101b)
청구항 1에 있어서 깃대(104)의 단면(105)이 날개형으로 된 깃대(104)
청구항 1에 있어서 깃대(104)의 길이가 길 경우 깃대(104)들을 서로 고정시켜주어 날개의 플러터(fluttering)나 진동을 막기 위해 설치한 깃대고정고리(107)
청구항 1에 있어서 도 3과 같이 각 날개(102)들을 고정시켜주는 고정장치로, 기존 프로펠러 등에서 발생되는 플러터(fluttering)나 진동을 막고, 회전날개의 회전관성을 크게 해주어 회전이 원활하게 이루어지도록 해주며, 회전을 통해 발생된 날개(102)의 기류의 흩어짐을 막아주어 보다 안정적이고 강한 추력을 만들게 해주는 깃끝고정고리(108)와 깃안고정고리(109).
본 발명의 회전축 중심조립부분으로, 도4에서와 같이 본 회전날개가 회전하면서 기체본체를 위(수직)로 끌어올리거나 앞으로 끌어당기거나 밀어주는데 있어서 기계적 회전마찰을 줄이기 위해서 자석베어링 등을 설치한 부분.