KR20170114097A

KR20170114097A - 다중 회전익 무인 항공기

Info

Publication number: KR20170114097A
Application number: KR1020160040945A
Authority: KR
Inventors: 한동희
Original assignee: 주식회사 아이티다올
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2017-10-13

Abstract

비행 중 로터의 회전축을 독립적으로 제어함으로써, 기체 제어의 안정성을 향상시키고 추진 속도의 제어를 용이하게 할 수 있는 다중 회전익 무인 항공기를 제공하는 것이다. 상기 다중 회전익 무인 항공기는 몸체, 비행을 제어하는 제어부, 상기 몸체로부터 연장되는 제1 로터암(rotor arm), 상기 몸체로부터 연장되고, 상기 제1 로터암과 이격되는 제2 로터암, 상기 제1 로터암의 종단에 배치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 제1 로터 모터, 상기 제2 로터암의 종단에 배치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 로터 모터, 상기 제1 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제1 로터, 및 상기 제2 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제2 로터를 포함하고, 제1 방향으로 직선 비행시, 상기 제1 로터의 추력 방향 및 상기 제2 로터의 추력 방향은 상기 제1 방향을 향하고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 선회 비행시, 상기 제1 로터의 추력 방향은 상기 제1 방향을 향하고, 상기 제2 로터의 추력 방향은 상기 제1 방향과 다른 제3 방향을 향한다.

Description

다중 회전익 무인 항공기{Multi-rotor unmanned aerial vehicle}

본 발명은 다수의 회전익을 포함하는 무인 항공기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비행 안정성 및 조작 편의성을 개선한 다중 회전익 무인 항공기에 관한 것이다.

통상적으로 로터를 이용한 유인 또는 무인 항공기와, R/C 모형 항공기는 회전하는 로터 모터로부터 발생하는 회전력을 통해 로터 또는 프로펠러에 의해 생성되는 양력을 이용하여 비행한다. 양력은 로터의 받음각(angle of attack), 즉 로터의 기준선과 공기 유동이 이루는 각을 조정함으로써 발생한다.

항공기는 일반 여객기와 같은 고정익 항공기와, 헬리콥터와 같은 회전익 항공기로 나뉠 수 있다. 여기서, 고정익 항공기는 고속 비행이 가능하며, 제공 성능이 우수한 장점이 있다.

이에 반해, 회전익 항공기는 수직 이착륙이 가능하여 별도의 이착륙 시설을 필요로 하지 않으며, 장소나 위치에 구애 받지 않고 자유롭게 이착륙이 가능하다는 장점이 있다.

이에 반해, 회전익 항공기는 고정익 항공기에 비해 고속 비행이 어려우며, 체공 성능 및 운항 거리 등에서 열등하다는 문제점이 있다.

도 1은 종래의 일반적인 회전익 무인 항공기를 나타낸다.

도 1을 참고하면, 종래의 회전익 무인 항공기(10)는 다수의 로터 모터(21, 22, 23, 24)와, 각각의 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 다수의 로터(11, 12, 13, 14)를 포함할 수 있다.

종래의 회전익 무인 항공기(10)는 비행 중에 있을 방향의 변경 시, 추진 장치의 제어를 통해 다수의 로터 모터(21, 22, 23, 24)에 공급되는 각각의 전력 배분을 변경한다. 예를 들어, 진행하고자 하는 방향으로 이동하기 위해 다수의 로터 모터(21, 22, 23, 24)에 공급되는 각각의 전력 배분을 변경할 경우, 회전익 무인 항공기(10)의 몸체의 일부를 기울여 이동해야 한다.

이와 같이, 몸체의 일부가 기울어질 경우, 회전익 무인 항공기(10)에서 로터의 추력에 손실이 발생되고, 고도 불안정이 발생될 수 있다. 또한, 무인 항공기의 무게 중심의 변화로 비행 제어가 여의치 않는 상황이 발생할 수 있다.

한국 공개 특허 제10-2013-0077242호

본 발명이 해결하려는 과제는, 비행 중 로터의 회전축을 독립적으로 제어함으로써, 기체 제어의 안정성을 향상시키고 추진 속도의 제어를 용이하게 할 수 있는 다중 회전익 무인 항공기를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 비행 중 로터의 회전축을 서로 다른 회전 평명을 따라 이동하게 하여, 기체 제어를 용이하게 할 수 있는 다중 회전익 무인 항공기를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다중 회전익 무인 항공기의 일 태양(aspect)은 몸체, 비행을 제어하는 제어부, 상기 몸체로부터 연장되는 제1 로터암(rotor arm), 상기 몸체로부터 연장되고, 상기 제1 로터암과 이격되는 제2 로터암, 상기 제1 로터암의 종단에 배치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 제1 로터 모터, 상기 제2 로터암의 종단에 배치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 로터 모터, 상기 제1 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제1 로터, 및 상기 제2 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제2 로터를 포함하고, 제1 방향으로 직선 비행시, 상기 제1 로터의 추력 방향 및 상기 제2 로터의 추력 방향은 상기 제1 방향을 향하고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 선회 비행시, 상기 제1 로터의 추력 방향은 상기 제1 방향을 향하고, 상기 제2 로터의 추력 방향은 상기 제1 방향과 다른 제3 방향을 향한다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기에서, 상기 제3 방향은 상기 제1 방향과 반대 방향이다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기에서, 상기 제3 방향은 상기 제2 방향과 동일한 방향이다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기에서, 상기 선회 비행시, 상기 제1 로터 모터에 공급되는 전력 및 상기 제2 로터 모터에 공급되는 전력은 일정하게 유지된다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다중 회전익 무인 항공기의 다른 태양은 몸체, 비행을 제어하는 제어부, 상기 몸체로부터 연장되는 제1 로터암, 상기 제1 로터암의 종단에 배치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 제1 로터 모터, 및 상기 제1 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제1 로터를 포함하고, 상기 제어부에 의해 상기 제1 로터의 제1 회전축은 제1 회전 평면 또는 제2 회전 평면을 따라 이동하고, 상기 제1 회전 평면의 법선과 상기 제2 회전 평면의 법선은 비평행하다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 다중 회전익 무인 항공기는 상기 몸체로부터 연장되는 제2 로터암과, 상기 제2 로터암의 종단에 배치되고 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 로터 모터와, 상기 제2 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제2 로터를 더 포함한다. 상기 다중 회전익 무인 항공기에서, 상기 제어부에 의해 상기 제2 로터의 제2 회전축은 제3 회전 평면 또는 제4 회전 평면을 따라 이동하고, 상기 제3 회전 평면의 법선과 상기 제4 회전 평면의 법선은 비평행하다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기에서, 상기 제1 로터의 제1 회전축이 제1 회전 평면 또는 제2 회전 평면을 따라 이동하고, 상기 제2 로터의 제2 회전축은 제3 회전 평면 또는 제4 회전 평면을 따라 이동함에 따라, 상기 몸체는 직선 이동 경로를 따라 움직이거나 곡선 이동 경로를 따라 움직인다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 다중 회전익 무인 항공기는 상기 몸체로부터 연장되는 제2 로터암과, 상기 제2 로터암의 종단에 배치되고 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 로터 모터와, 상기 제2 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제2 로터를 더 포함한다. 상기 다중 회전익 무인 항공기에서, 상기 제어부에 의해 상기 제1 로터의 제1 회전축이 상기 제1 회전 평면 또는 상기 제2 회전 평면을 따라 이동하는 동안, 상기 제2 로터의 제2 회전축은 일정하게 유지된다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 종래의 일반적인 회전익 무인 항공기를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기를 설명하기 위한 측면도이다.
도 4는 로터 모터의 제어를 설명하기 위한 예시적인 블록도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기에서 로터의 회전축이 어떻게 움직이는지를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7 내지 도 9는 도 5 및 도 6에 의해 움직이는 로터에 의한 다중 회전익 무인 항공기의 비행을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기에서 로터의 회전축이 어떻게 움직이는지를 설명하기 위한 도면들이다.
도 12 및 도 13은 도 10 및 도 11에 의해 움직이는 로터에 의한 다중 회전익 무인 항공기의 비행을 설명하기 위한 도면들이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기를 설명하기 위한 평면도이다. 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기를 설명하기 위한 측면도이다. 도 4는 로터 모터의 제어를 설명하기 위한 예시적인 블록도이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기에서 로터의 회전축이 어떻게 움직이는지를 설명하기 위한 도면들이다. 도 7 내지 도 9는 도 5 및 도 6에 의해 움직이는 로터에 의한 다중 회전익 무인 항공기의 비행을 설명하기 위한 도면들이다. 도 10 및 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기에서 로터의 회전축이 어떻게 움직이는지를 설명하기 위한 도면들이다. 도 12 및 도 13은 도 10 및 도 11에 의해 움직이는 로터에 의한 다중 회전익 무인 항공기의 비행을 설명하기 위한 도면들이다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기는 4개의 로터암, 4개의 로터 및 4개의 로터 모터를 포함하는 것으로 도시하였지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다.

도시된 것과 달리, 다중 회전익 무인 항공기는 3개 이상의 로터암을 포함할 수도 있다. 또한, 하나의 로터암의 종단에 1개 이상의 로터 모터 및 로터가 배치될 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기(100)는 몸체(110)와, 제어부(105)와, 제1 내지 제4 로터암(rotor arm)(121, 122, 123, 124)과, 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)와, 제1 내지 제4 로터(141, 142, 143, 144)를 포함할 수 있다.

몸체(110)는 다중 회전익 무인 항공기(100)의 중앙 부분에 위치할 수 있다. 도시되지 않았지만, 몸체(110)는 랜딩 장치, 카메라, 배터리 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2에서, 몸체(110)는 사각형 형상을 갖는 것으로 도시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

제어부(105)는 다중 회전익 무인 항공기(100)의 비행을 제어할 수 있다. 제어부(105)는 몸체(110) 내에 배치될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

제어부(105)는 사용자(50)로부터 입력되는 신호를 이용하여, 다중 회전익 무인 항공기(100)의 비행을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(105)는 사용자(50)로부터 입력된 신호를 이용하여, 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)를 제어할 수 있다.

제1 내지 제4 로터암(121, 122, 123, 124)은 각각 몸체(110)로부터 길게 연장될 수 있다. 각각의 제1 내지 제4 로터암(121, 122, 123, 124)은 서로 간에 이격되어 있을 수 있다. 각각의 제1 내지 제4 로터암(121, 122, 123, 124)의 일단은 몸체(110)와 연결될 수 있다.

도 2에서, 제1 내지 제4 로터암(121, 122, 123, 124)은 몸체(110)의 모서리 부분에서 몸체(110)와 연결되는 것으로 도시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 각각의 제1 내지 제4 로터암(121, 122, 123, 124)은 제2 방향(+DR2, -DR2)으로 연장되는 것으로 도시하였지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 이하에서, 설명의 편의를 위해, 각각의 제1 내지 제4 로터암(121, 122, 123, 124)은 제2 방향(+DR2, -DR2)으로 연장되는 것으로 설명한다.

제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)는 각각 제1 내지 제4 로터암(121, 122, 123, 124)의 종단에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 로터암(121)의 일단은 몸체(110)와 연결될 수 있다. 제1 로터암(121)의 일단에 대응되는 제1 로터암(121)의 타단에는 제1 로터 모터(131)이 배치될 수 있다.

제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)는 각각 제어부(105)에 의해 제어될 수 있다.

제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)는 각각 제1 내지 제4 로터암(121, 122, 123, 124)에 대해 상대적으로 움직일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제1 로터암(121)이 제1 방향(+DR1, -DR1) 및 제2 방향(+DR2, -DR2)로 이루어진 평면에 놓여 있거나, 또는 제2 방향(+DR2, -DR2)으로 연장되어 있을 때, 제어부(105)의 제어 신호에 의해, 제1 로터 모터(131)는 예를 들어, 제1 방향(+DR1, -DR1) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)로 이루어진 평면 상을 움직일 수도 있다.

다르게 설명하면, 제1 로터 모터(131)는 제2 방향(+DR2, -DR2)을 법선으로 갖는 평면 상을 움직일 수 있다.

만약, 제1 로터암(121)이 제2 방향(+DR2, -DR2)으로 연장되지 않고, 다른 방향으로 연장될 경우, 제1 로터 모터(131)는 예를 들어, 제1 로터암(121)의 연장선을 법선으로 갖는 평면 상을 움직일 수 있다.

제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)는 각각 제1 내지 제4 로터암(121, 122, 123, 124)을 회전축으로 이용하여 회전할 수 있다.

제1 내지 제4 로터(141, 142, 143, 144)는 각각 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)와 회동 가능하게 부착될 수 있다. 제1 내지 제4 로터(141, 142, 143, 144)는 각각 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)의 회전축을 중심으로 회전할 수 있다.

도 2에서, 다중 회전익 무인 항공기는 로터암을 포함하는 것으로 도시하였지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 다중 회전익 무인 항공기의 로터 모터는 로터암을 종단에 배치되지 않을 수 있다. 즉, 몸체(110)와 각각의 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134) 사이에, 몸체(110)로부터 길게 연장되는 로터암이 배치되지 않을 수도 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기(100)에서, 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)는 각각 제어부(105)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.

이를 통해, 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)에 각각 부착된 제1 내지 제4 로터(141, 142, 143, 144)의 추력 방향은 서로 다를 수 있다. 이에 대한 설명은 도 7 내지 도 9를 이용하여 상술한다.

도 2 내지 도 4에서, 사용자(50)는 제어부(105)에 다중 회전익 무인 항공기(100)의 비행에 대한 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용자(50)는 제어부(105)에 다중 회전익 무인 항공기(100)의 이륙에 관한 신호를 제공할 수 있다.

이에 따라, 제어부(105)는 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)를 제어하여, 제1 내지 제4 로터(141, 142, 143, 144)를 회전시킬 수 있다. 다중 회전익 무인 항공기(100)가 수직으로 이륙할 경우, 제1 내지 제4 로터(141, 142, 143, 144)에 의해 발생되는 제1 내지 제4 추력(PF1, PF2, PF3, PF4)의 방향은 양의 제3 방향(+DR3)일 수 있다.

이하의 설명은 제1 로터(141) 및 제2 로터(142)를 예로 설명한다. 제1 로터(141) 및 제2 로터(142)의 추력(PF1, PF2)의 방향은 양의 제3 방향(+DR3)이므로, 제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)는 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 정렬되어 있을 수 있다.

또한, 사용자(50)는 제어부(105)에 다중 회전익 무인 항공기(100)의 직선 비행 운동 또는 선회 비행 운동에 대한 신호를 제공할 수 있다. 이에 따라, 제어부(105)는 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)를 제어하여, 다중 회전익 무인 항공기(100)는 직선 비행 운동 또는 선회 비행 운동을 할 수 있다.

도 5 및 도 6를 이용하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기에서 로터의 회전축이 어떻게 움직이는지를 설명한다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 제어부(105)의 제어 신호에 따라, 제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)는 각각 제1 방향(+DR1, -DR1) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면을 따라 이동 또는 회전할 수 있다.

즉, 제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)은 각각 양의 제1 방향(+DR1)의 축 또는 음의 제1 방향(-DR1)의 축을 향해 회전할 수 있다.

또는, 제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202) 중 하나는 제1 방향(+DR1, -DR1) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면을 따라 회전하고, 다른 하나는 회전하지 않을 수도 있다.

제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)은 모두 양의 제1 방향(+DR1)의 축 또는 음의 제1 방향(-DR1)의 축을 향해 회전할 수 있다.

이와 같은 경우, 제1 로터(141)의 추력 및 제2 로터(142)의 추력은 모두 양의 제1 방향(+DR1) 또는 음의 제1 방향(-DR1)이 될 수 있다.

도 5 및 도 6에서, 제1 로터(141)의 회전축은 양의 제3 방향(+DR3)의 축과, 양의 제1 방향(+DR1)의 축 사이 또는 양의 제3 방향(+DR3)의 축과, 음의 제1 방향(-DR1)의 축 사이에 위치할 수 있다.

이와 같은 경우, 제1 로터(141)의 추력 방향 및 제2 로터(142)의 추력 방향은 정확히 제1 방향(+DR1) 또는 음의 제1 방향(-DR1)이 되지 않는다. 다르게 설명하면, 제1 로터(141)의 추력의 코사인(cosine) 성분 및 제2 로터(142)의 추력의 코사인 성분은 제1 방향(+DR1) 또는 음의 제1 방향(-DR1)이 되고, 제1 로터(141)의 추력의 사인(sine) 성분 및 제2 로터(142)의 추력의 사인 성분은 양의 제3 방향(+DR3)이 된다.

제1 로터(141)의 추력의 사인 성분 및 제2 로터(142)의 추력의 사인 성분은 다중 회전익 무인 항공기(100)의 방향 전환을 위한 힘이 아니라, 다중 회전익 무인 항공기(100)의 호버링(hovering)을 위한 힘일 수 있다.

이에 따라, 제1 로터(141)의 추력 방향 및 제2 로터(142)의 추력 방향이 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 정렬되지 않을 경우, 제1 로터(141)의 추력 방향 및 제2 로터(142)의 추력 방향은 제1 로터(141)의 추력의 코사인 성분 및 제2 로터(142)의 추력의 코사인 성분의 방향으로 설명한다.

한편, 제1 로터(141)의 추력 방향 및 제2 로터(142)의 추력 방향이 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 정렬될 경우, 제1 로터(141)의 추력 방향 및 제2 로터(142)의 추력 방향은 제3 방향(+DR3, -DR3)인 것으로 설명한다.

또는, 제1 로터(141)의 제1 회전축(201)은 양의 제1 방향(+DR1)의 축을 향해 회전할 수 있다. 제1 로터(141)의 제1 회전축(201)과 반대로, 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)은 음의 제1 방향(-DR1)의 축을 향해 회전할 수 있다. 이와 같은 경우, 제1 로터(141)의 추력은 양의 제1 방향(+DR1)이지만, 제2 로터(142)의 추력은 음의 제1 방향(-DR1)일 수 있다. 즉, 제1 로터(141)의 추력 방향 및 제2 로터(142)의 추력 방향은 정반대가 될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기(100)에서, 제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)가 각각 회전하여도, 제1 로터 모터(131)에 공급되는 전력 및 제2 로터 모터(132)에 공급되는 전력은 일정하게 유지될 수 있다.

즉, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기(100)가 직선 비행 운동 또는 선회 비행 운동을 하더라도, 각각의 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)에 공급되는 전력은 변하지 않고, 일정하게 유지될 수 있다.

제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)에 공급되는 전력을 일정하게 유지하면서, 다중 회전익 무인 항공기(100)가 직선 비행 운동 또는 선회 비행 운동을 하므로, 다중 회전익 무인 항공기(100)가 비행 중 기울어지는 것을 최소화할 수 있다.

이를 통해, 다중 회전익 무인 항공기(100)가 직선 비행 운동 또는 선회 비행 운동을 하더라도, 다중 회전익 무인 항공기(100)의 기체 제어를 용이하게 할 수 있다. 더불어, 다중 회전익 무인 항공기(100)의 무게 중심도 크게 변하지 않으므로, 기체 제어의 안정성을 확보할 수 있다.

도 5 및 도 6은 제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)에 대해서만 도시하였지만, 제3 로터(143)의 회전축 및 제4 로터(144)의 회전축에 대한 설명은 제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)에 관한 설명과 실질적으로 동일할 수 있다.

도 7 및 도 8은 다중 회전익 무인 항공기가 제1 비행 방향(FD1)으로 직선 비행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 2, 도 4 및 도 7에서, 제1 로터 모터(131)는 제1 회전(R1)하고, 제2 로터 모터(132)는 제2 회전(R2)할 수 있다.

또한, 제3 로터 모터(133)는 제3 회전(R3)하고, 제4 로터 모터(134)는 제4 회전(R4)할 수 있다.

제1 내지 제4 회전(R1, R2, R3, R4)는 제어부(105)의 제어 신호에 의해 이루어질 수 있다.

제1 내지 제4 회전(R1, R2, R3, R4)에 의해, 제1 내지 제4 로터(141, 142, 143, 144)의 회전축은 각각 양의 제1 방향(+DR1)의 축을 향해 회전할 수 있다.

이를 통해, 다중 회전익 무인 항공기(100)의 비행 중, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향, 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향, 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)을 향할 수 있다.

다르게 말하면, 다중 회전익 무인 항공기(100)가 제1 비행 방향(FD1)으로 직선 비행할 때, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향, 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향, 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)을 향할 수 있다.

도 2, 도 4 및 도 8에서, 제1 로터 모터(131)는 제1 회전(R1)하고, 제2 로터 모터(132)는 제2 회전(R2)할 수 있다.

하지만, 제3 로터 모터(133) 및 제4 로터 모터(134)는 회전하지 않을 수 있다.

즉, 제어부(105)에 의해, 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134) 중 일부는 회전을 하고, 나머지는 회전하지 않을 수 있다.

제1 및 제2 회전(R1, R2)에 의해, 제1 및 제2 로터(141, 142)의 회전축은 각각 양의 제1 방향(+DR1)의 축을 향해 회전할 수 있다. 하지만, 제3 및 제4 로터 모터(133, 134)는 회전하지 않으므로, 제3 및 제4 로터(143, 144)의 회전축은 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 제3 및 제4 로터(143, 144)의 회전축은 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 정렬되어 있을 수 있다.

다중 회전익 무인 항공기(100)의 비행 중, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)을 향할 수 있다. 반면, 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 양의 제3 방향(+DR3)으로 일정하게 유지될 수 있다.

제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 양의 제3 방향(+DR3)으로 유지되지만, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)을 향하므로, 다중 회전익 무인 항공기(100)가 제1 비행 방향(FD1)으로 직선 비행할 수 있다.

도 9는 다중 회전익 무인 항공기가 제1 비행 방향(FD1)으로 직선 비행하다가, 제2 비행 방향(FD2)으로 선회 비행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 2, 도 4 및 도 7에서, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향, 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향, 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)을 향하므로, 다중 회전익 무인 항공기(100)는 제1 비행 방향(FD1)으로 직선 비행할 수 있다.

이어서, 다중 회전익 무인 항공기(100)을 제2 비행 방향(FD2)으로 선회 비행시키기 위해, 제어부(105)는 제1 내지 제4 로터 모터(131, 132, 133, 134)를 제어할 수 있다.

제어부(105)에 의해, 제1 회전(R1)된 제1 로터 모터(131) 및 제3 회전(R3)된 제3 로터 모터(133)의 상태는 유지될 수 있다.

즉, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)을 그대로 유지할 수 있다.

하지만, 제2 로터 모터(132)는 제2 회전(R2)하고, 제4 로터 모터(134)는 제4 회전(R4)할 수 있다. 즉, 제어부(105)에 의해, 제2 및 제4 로터 모터(132, 134)는 회전할 수 있다.

제2 및 제4 회전(R2, R4)에 의해, 제2 및 제4 로터(142, 144)의 회전축은 각각 음의 제1 방향(-DR1)의 축을 향해 회전할 수 있다.

이를 통해, 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 음의 제1 방향(-DR1)을 향할 수 있다.

따라서, 다중 회전익 무인 항공기(100)가 제1 비행 방향(FD1)에서 제2 비행 방향(FD2)으로 선회 비행할 때, 제1 내지 제4 로터(141, 142, 143, 144)의 추력 방향은 서로 다른 방향을 향할 수 있다.

좀 더 구체적으로, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)을 향하고, 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 음의 제1 방향(-DR1)을 향할 수 있다.

제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향은 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향과 반대 방향일 수 있다.

제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향이 양의 제1 방향(+DR1)에서 음의 제1 방향(-DR1)으로 변화함으로써, 다중 회전익 무인 항공기(100)의 비행 방향은 제1 비행 방향(FD1)에서 제2 비행 방향(FD2)으로 변경될 수 있다.

도시된 것과 달리, 제1 로터 모터(131) 및 제3 로터 모터(133)를 회전시켜, 제1 로터(141)의 추력 방향 및 제3 로터(143)의 추력 방향이 양의 제3 방향(+DR3)을 향하게 한다. 또한, 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)을 그대로 유지시킨다.

이를 통해, 다중 회전익 무인 항공기(100)의 비행 방향은 제1 비행 방향(FD1)에서 제2 비행 방향(FD2)으로 변경될 수 있다.

도 10 및 도 11을 이용하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 회전익 무인 항공기에서 로터의 회전축이 어떻게 움직이는지를 설명한다.

도 10 및 도 11을 참고하면, 제어부(105)의 제어 신호에 따라, 제1 로터(141)의 제1 회전축(201)은 제1 방향(+DR1, -DR1) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면(도 10의 (a))을 따라 이동 또는 회전하거나, 제2 방향(+DR2, -DR2) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면(도 10의 (b))을 따라 이동 또는 회전할 수 있다.

또한, 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)은 제1 방향(+DR1, -DR1) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면(도 11의 (a))을 따라 이동 또는 회전하거나, 제2 방향(+DR2, -DR2) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면(도 11의 (b))을 따라 이동 또는 회전할 수 있다.

제1 로터(141)의 제1 회전축(201)이 움직이는 제1 방향(+DR1, -DR1) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면의 법선(즉, 제2 방향(+DR2, -DR2))은, 제1 로터(141)의 제1 회전축(201)이 움직이는 제2 방향(+DR2, -DR2) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면의 법선(즉, 제1 방향(+DR1, -DR1))은 서로 평행하지 않다.

제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)은 각각 양의 제1 방향(+DR1)의 축, 음의 제1 방향(-DR1)의 축, 양의 제2 방향(+DR2)의 축, 음의 제2 방향(-DR2)의 축을 향해 회전할 수 있다.

또는, 제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202) 중 하나는 제1 방향(+DR1, -DR1) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면, 또는 제2 방향(+DR2, -DR2) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면을 따라 회전하고, 다른 하나는 회전하지 않을 수도 있다.

도 10 및 도 11을 이용하여 설명한 로터의 회전축의 움직임을 통해, 다중 회전익 무인 항공기(도 2의 100 참고)는 직선 이동 경로를 따라 비행하거나, 곡선 이동 경로를 따라 비행할 수 있다.

제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)이 각각 제1 방향(+DR1, -DR1) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면, 또는 제2 방향(+DR2, -DR2) 및 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 이루어진 평면을 따라 이동함으로써, 다중 회전익 무인 항공기의 몸체(도 2의 110 참고)는 직선 이동 경로를 따라 움직이거나, 곡선 이동 경로를 따라 움직일 수 있다.

도 10 및 도 11은 제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)에 대해서만 도시하였지만, 제3 로터(143)의 회전축 및 제4 로터(144)의 회전축에 대한 설명은 제1 로터(141)의 제1 회전축(201) 및 제2 로터(142)의 제2 회전축(202)에 관한 설명과 실질적으로 동일할 수 있다.

즉, 제1 내지 제4 로터(141, 142, 143, 144)의 회전축은 각각 복수의 회전 평면을 따라 회전 또는 이동할 수 있다. 제1 내지 제4 로터(141, 142, 143, 144)의 회전축이 각각 복수의 회전 평면을 따라 이동하면서, 다중 회전익 무인 항공기의 몸체는 직선 이동 경로를 따라 움직이거나, 곡선 이동 경로를 따라 움직일 수 있다.

도 7 내지 도 9를 통해 설명한 다중 회전익 무인 항공기의 비행은 도 10 및 도 11을 이용하여 설명한 로터의 회전축의 움직임을 이용해서도 구현될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.

도 12는 다중 회전익 무인 항공기가 제2 비행 방향(FD2)으로 직선 비행하는 직선 비행하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 12에서 설명하는 것은 도 8을 이용하여 설명하는 것과 실질적으로 유사할 수 있다.

도 2, 도 4 및 도 12에서, 제1 로터 모터(131)는 제1 회전(R1)하고, 제3 로터 모터(133)는 제3 회전(R3)할 수 있다.

하지만, 제2 로터 모터(132) 및 제4 로터 모터(134)는 회전하지 않을 수 있다.

제1 및 제3 회전(R1, R3)에 의해, 제1 및 제3 로터(141, 143)의 회전축은 각각 양의 제2 방향(+DR2)의 축을 향해 회전할 수 있다. 하지만, 제2 및 제4 로터 모터(132, 134)는 회전하지 않으므로, 제2 및 제4 로터(142, 144)의 회전축은 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 제2 및 제4 로터(142, 144)의 회전축은 제3 방향(+DR3, -DR3)으로 정렬되어 있을 수 있다.

다중 회전익 무인 항공기(100)의 비행 중, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향은 양의 제2 방향(+DR1)을 향할 수 있다. 반면, 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 양의 제3 방향(+DR3)으로 일정하게 유지될 수 있다.

제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 양의 제3 방향(+DR3)으로 유지되지만, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향은 양의 제2 방향(+DR1)을 향하므로, 다중 회전익 무인 항공기(100)가 제2 비행 방향(FD1)으로 직선 비행할 수 있다.

도 13은 다중 회전익 무인 항공기가 제1 비행 방향(FD1)으로 직선 비행하다가, 제2 비행 방향(FD2)으로 선회 비행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

제어부(105)에 의해, 제2 회전(R2)된 제2 로터 모터(132) 및 제4 회전(R4)된 제4 로터 모터(134)의 상태는 유지될 수 있다.

즉, 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)을 그대로 유지할 수 있다.

하지만, 제1 로터 모터(131)는 제1 회전(R1)하고, 제3 로터 모터(133)는 제3 회전(R3)할 수 있다. 즉, 제어부(105)에 의해, 제1 및 제3 로터 모터(131, 133)는 회전할 수 있다.

제1 및 제3 회전(R1, R3)에 의해, 제1 및 제3 로터(141, 143)의 회전축은 각각 양의 제2 방향(+DR2)의 축을 향해 회전할 수 있다.

이를 통해, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향은 양의 제2 방향(+DR2)을 향할 수 있다.

좀 더 구체적으로, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향은 양의 제2 방향(+DR2)을 향하고, 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)을 향할 수 있다.

제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향은 제2 로터(142)의 추력(PF2) 방향 및 제4 로터(144)의 추력(PF4) 방향과 반대 방향이 아닐 수 있다.

다중 회전익 무인 항공기(100)가 제1 비행 방향(FD1)에서 제2 비행 방향(FD2)으로 선회 비행시키기 위해, 예를 들어, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향은 양의 제1 방향(+DR1)에서 양의 제2 방향(+DR2)으로 변경될 수 있다.

즉, 다중 회전익 무인 항공기(100)가 선회하고자 하는 비행 방향으로, 제1 로터(141)의 추력(PF1) 방향 및 제3 로터(143)의 추력(PF3) 방향이 바뀜으로써, 다중 회전익 무인 항공기(100)가 제1 비행 방향(FD1)에서 제2 비행 방향(FD2)으로 선회 비행할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 다중 회전익 무인 항공기 110: 몸체
121, 122, 123, 124: 로터암 131, 132, 133, 134: 로터 모터
141, 142, 143, 144: 로터

Claims

몸체;
비행을 제어하는 제어부;
상기 몸체로부터 연장되는 제1 로터암(rotor arm);
상기 몸체로부터 연장되고, 상기 제1 로터암과 이격되는 제2 로터암;
상기 제1 로터암의 종단에 배치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 제1 로터 모터;
상기 제2 로터암의 종단에 배치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 로터 모터;
상기 제1 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제1 로터; 및
상기 제2 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제2 로터를 포함하고,
제1 방향으로 직선 비행시, 상기 제1 로터의 추력 방향 및 상기 제2 로터의 추력 방향은 상기 제1 방향을 향하고,
상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 선회 비행시, 상기 제1 로터의 추력 방향은 상기 제1 방향을 향하고, 상기 제2 로터의 추력 방향은 상기 제1 방향과 다른 제3 방향을 향하는 다중 회전익 무인 항공기.
제1 항에 있어서,
상기 제3 방향은 상기 제1 방향과 반대 방향인 다중 회전익 무인 항공기.
제1 항에 있어서,
상기 제3 방향은 상기 제2 방향과 동일한 방향인 다중 회전익 무인 항공기.
제1 항에 있어서,
상기 선회 비행시, 상기 제1 로터 모터에 공급되는 전력 및 상기 제2 로터 모터에 공급되는 전력은 일정하게 유지되는 다중 회전익 무인 항공기.
몸체;
비행을 제어하는 제어부;
상기 몸체로부터 연장되는 제1 로터암;
상기 제1 로터암의 종단에 배치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 제1 로터 모터; 및
상기 제1 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제1 로터를 포함하고,
상기 제어부에 의해 상기 제1 로터의 제1 회전축은 제1 회전 평면 또는 제2 회전 평면을 따라 이동하고,
상기 제1 회전 평면의 법선과 상기 제2 회전 평면의 법선은 비평행인 다중 회전익 무인 항공기.
제5 항에 있어서,
상기 몸체로부터 연장되는 제2 로터암과, 상기 제2 로터암의 종단에 배치되고 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 로터 모터와, 상기 제2 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제2 로터를 더 포함하고,
상기 제어부에 의해 상기 제2 로터의 제2 회전축은 제3 회전 평면 또는 제4 회전 평면을 따라 이동하고,
상기 제3 회전 평면의 법선과 상기 제4 회전 평면의 법선은 비평행인 다중 회전익 무인 항공기.
제6 항에 있어서,
상기 제1 로터의 제1 회전축이 제1 회전 평면 또는 제2 회전 평면을 따라 이동하고, 상기 제2 로터의 제2 회전축은 제3 회전 평면 또는 제4 회전 평면을 따라 이동함에 따라, 상기 몸체는 직선 이동 경로를 따라 움직이거나 곡선 이동 경로를 따라 움직이는 다중 회전익 무인 항공기.
제5 항에 있어서,
상기 몸체로부터 연장되는 제2 로터암과, 상기 제2 로터암의 종단에 배치되고 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 로터 모터와, 상기 제2 로터 모터에 회동 가능하게 부착된 제2 로터를 더 포함하고,
상기 제어부에 의해 상기 제1 로터의 제1 회전축이 상기 제1 회전 평면 또는 상기 제2 회전 평면을 따라 이동하는 동안, 상기 제2 로터의 제2 회전축은 일정하게 유지되는 다중 회전익 무인 항공기.