KR20180088315A

KR20180088315A - 적어도 2개의 로터 조립체와 보호판이 있는 추력 생성 유닛

Info

Publication number: KR20180088315A
Application number: KR1020180010073A
Authority: KR
Inventors: 모레스 세바스찬; 키세웨털 우; 비비셀 마리어스
Original assignee: 에어버스 헬리콥터스 도이칠란트 게엠베하
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2018-08-03
Also published as: EP3354560A1; EP3354559A1; US10737766B2; CN108357670A; KR102242857B1; CN108357670B; US20180208296A1; KR102242862B1; KR20200028375A; EP3354559B1; EP3354560B1

Abstract

본 발명은 미리 결정된 방향(23)으로 추력을 생성하기 위한 추력 생성 유닛(3d)에 관한 것으로, 보호판(6d)과 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d)를 포함하고, 보호판(6d)은 내부 볼륨(20c)을 정의하고, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 중 제1 로터 조립체(7d)는 제1 로터 축을 정의하며, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 중 제2 로터 조립체(8d)는 제2 로터 축을 정의하고,
제1 및 제2 로터 축(12d)은 (ⅰ) 축이 같게 배치되고, (ⅱ) 미리 결정된 방향(23)에 대해 연관된 경사각(21a,22a)만큼 경사져 있으며, 상기 연관된 경사각(21a,22a)은 -60°와 +60°사이의 범위에 포함되어 있고 바람직하게는 0°이며, 상기 제1 로터 조립체(7d)는 상기 보호판(6d)의 내부 볼륨(20c)의 바깥쪽에 배치된다.

Description

적어도 2개의 로터 조립체와 보호판이 있는 추력 생성 유닛{A THRUST PRODUCING UNIT WITH AT LEAST TWO ROTOR ASSEMBLIES AND A SHROUDING}

본 발명은 미리 결정된 방향으로 추력을 생성하기 위한 추력 생성 유닛에 관한 것으로서, 그러한 추력 생성 유닛은 보호판(shrouding)과 적어도 2개의 로터 조립체를 포함한다. 본 발명은 또한 미리 결정된 방향으로 추력을 생성하기 위한 적어도 하나의 추력 생성 유닛이 있는 멀티로터(multirotor) 항공기에 관한 것으로, 그러한 추력 생성 유닛은 보호판과 적어도 2개의 로터 조립체를 포함한다.

다양한 기존의 멀티로터 항공기가, 예컨대 문서들 EP2551190A1, EP2551193A1, EP2551198A1, EP234883A1, WO2015/028627A1, US D678169S, US6568630B2, US8393564B2, US7857253B2, US7946528B2, US8733690B2, US2007/0034738A1, US2013/0118856A1, DE102013108207A1, GB905911, 및 CN201306711U로부터 알려져 있다. 예컨대, 보잉(Boeing)사의 CH-47 직렬 회전 날개(tandem rotor) 헬리콥터, 벨(Bell)사의 XV-3 틸트(tilt) 로터 항공기, 덕트가 있는(ducted) 로터가 있는, 벨사의 XV-22 쿼드(quad) 틸트, 및 소위 드론(drone)과, 더 구체적으로는 예컨대 문서들인 US2015/0127209A1, DE102005022706A1, 및 KR101451646B1에서 설명된 것과 같은 소위 쿼드 드론들과 같은 다른 멀티로터 항공기가 또한 종래 기술 분야에서 알려져 있다. 또한, 멀티로터 항공기 연구와 소설(fiction)이 또한 존재하는데, 예컨대 Skyflyer Technology GmbH사의 skyflyer SF MK Ⅱ와 아바타(Avatar) 영화에서 보여진 멀티콥터를 그 예로 들 수 있다.

이들 기존 멀티로터 항공기 각각은 멀티로터 항공기가 작동하는 동안 미리 결정된 방향으로 추력을 생성하기 위해 제공되는 2개 이상의 추력 생성 유닛을 구비한다. 일반적으로 각각의 추력 생성 유닛은 하나 이상의 로터 또는 프로펠러를 포함하고, 보통 특수한 비행 조건을 위해 설계된다. 예를 들면, 비행기 프로펠러로서 설계되는 추력 생성 유닛은 순항 비행 상태에서 최상으로 작동하는데 반해, 복합형 헬리콥터의 프로펠러로서 설계되는 추력 생성 유닛은 호버(hover) 또는 제자리혼합순항비행(forward flight) 조건용으로 최적화되고, 예컨대 소위 Fenestron

테일 로터를 구현하는 추력 생성 유닛은 특히 호버 비행 상태용으로 설계된다.

문서 CN104787316은 하나의 프레임과 그러한 프레임에 장착된 3개 이상의 로터 시스템을 포함하는 멀티로터 비히클(vehicle)을 설명한다. 로터 시스템 각각은 하나의 메인 로터 유닛과 반대 회전식(contra rotary) 제2 로터 유닛을 포함한다. 메인 로터 유닛은 덕트가 없는(non ducted) 큰 메인 로터를 포함한다. 제2 로터는 메인 로터보다 작은 치수를 가진 덕트가 있는 로터를 포함한다. 제2 로터와 메인 로터는 축이 같다.

문서 US2006226281은 VTOL 항공기를 설명한다. VTOL 항공기에서는 덕트가 있는 팬 유닛들의 지지를 위해 외부 프레임이 추가된다. 덕트가 있는 핀 유닛들은 각각 대응하는 덕트 안쪽에 전부 수용된 프로펠러들을 가진다. 덕트가 있는 팬 유닛 각각은 2개의 이중반전 프로펠러로 이루어진다. 2개의 이중반전 프로펠러는 토크 효과를 상쇄시킨다. 중앙 기어 박스 안쪽에서 모든 프로펠러는 프로펠러 유닛 각각이 그것들의 샤프트의 끝에서 사면(bevelled) 기어를 가진 채로 부착된 샤프트를 가진다. 중앙 기어 박스를 사용함으로써, 단일 힘 소스로부터 메인 드라이브 샤프트에 회전하는 힘이 전달된다.

문서 WO2004065208은 2개의 엔진을 갖는 VTOL 항공기에서의 틸팅(tilting) 메커니즘 안쪽에 쌓인(stacked) 2개의 이중반전 로터 링(ring)을 가지는 에어 임펠러(air-impeller) 엔진을 설명한다. 2개의 엔진을 가진 VTOL 항공기에서는 상부 캡과 동체 구조물이 함께 로터들에 관한 가운데 공기 흐름 채널 둘레에서 속이 고리 모양 덕트 또는 보호판 구조물을 형성한다. 덕트 또는 보호판 구조물은 안전을 위해 로터를 격리시키고, 또한 소음 방지 실드(shield)로서의 역할을 한다. 보호판이 있는 벽들은 소리를 흡수하거나 줄이는 재료로 만들어질 수 있다.

문서 US2014151494는 메인 로터를 가지는 에어리얼 비히클(aerial vehicle)을 설명한다. 메인 로터에 의해, 그리고 또한 원환체(torus) 모양의 동체의 덕트 입구(inlet)에서 양력이 발생되는데, 이는 메인 로터가 회전할 때 고속으로 동체의 입구 내로 그리고 돌체의 입구에 걸쳐 공기를 끌어당기기 때문이다. 그로 인해 동체에 의해 양력을 만들도록 동체의 상부를 따라서 흡입이 유도된다.

문서 GB1474831은 고정된 수직으로 올라가는 이륙(airborne) 장치를 설명한다. 계류 로프가 이륙 장치와 그라운드 스테이션(ground station) 사이에 부착된다. 이륙 장치는 2개의 반대로 회전하는 로터에 의해 들어 올려지고, 유효 하중(payload)을 운반한다. 그라운드 스테이션은 이륙 장치를 제어하고 요구된 고도로의 조정을 위한 로프에서 휘감기 위한 기존 윈치(winch)를 수용한다. 그라운드 스테이션은 또한, 구동 모터와, 로터들을 구동하기 위한 드라이브 수단을 추가로 또한 가진다. 그라운드 스테이션은 또한 낮아진 위치에 있을 때 이륙 장치를 붙잡고 있는 착륙(landing) 조립체를 운반한다.

다음 문서들, 즉 EP2147858, EP30981611, GB2360752, GB2389826, US2007057113, US2013068877, US2014091172, US2015127209, US2016009387, US2016023754, US5150857, 및 WO0064736이 또한 고려되었다.

이들 예 전부에서, 각각의 추력 생성 유닛은 축 공기 흐름 상태에서, 즉 적어도 대략 각각의 로터 축을 따라서 주어진 하나 이상의 로터 또는 프로펠러, 그리고 따라서 축 공기 흐름 방향이라고 부르는 각각의 회전축이 배향되는 공기 흐름 방향에서 작동하기 위해 최적화된다. 하지만, 각각의 추력 생성 유닛이 가로지르는 공기 흐름 상태, 즉 주어진 하나 이상의 로터 또는 프로펠러의 로터 축에 가로 지르게 배향되는 공기 흐름 방향, 그리고 따라서 비축 공기 흐름 방향이라고 부르는 방향에서 작동된다면, 추력 생성 유닛의 각각의 효율성이 보통 상당히 감소한다.

예를 들면, 2개 이상의 추력 생성 유닛이 있는 멀티로터 항공기의 작동의 경우, 추력 생성 유닛들은 예컨대 수직 이륙 단계 동안에 축 공기 흐름 상태를 겪게 된다. 그 후, 추력 생성 유닛들에 의해 발생된 각각의 추력 벡터들은 멀티로터 항공기가 속도를 얻고 제자리혼합순항비행으로 전환되도록 이전의 호버링 상태를 떠나도록, 에컨대 추력 생성 유닛을 그에 맞게 회전시킴으로써 미리 결정된 방향으로 기울어질 수 있고, 이 경우 추력 생성 유닛들은 가로 지르는 공기 흐름 상태를 겪는다. 하지만, 가로지르는 공기 흐름 상태에서는, 축 공기 흐름 상태에서 유익한 각각의 덕트 또는 보호판이 비교적 많은 양의 항력을 발생시킴으로써 불리하게 된다. 즉, 호버링시 덕트 또는 보호판에 의해 제공된 기초가 되는 장점은 제자리혼합순항비행시 단점인 것으로 밝혀지고, 이는 제자리혼합순항비행시 멀티로터 항공기의 각각의 전진 속도가 증가함에 따라 증가한다.

또한, 축 공기 흐름 상태에서 덕트가 있는 로터 또는 프로펠러, 즉 덕트 또는 보호판이 제공되는 로터 또는 프로펠러는 격리된 동등물이나 덕트가 없는 로터 또는 프로펠러, 즉 덕트 또는 보호판이 없는 로터 또는 프로펠러보다 대략 25% 내지 50% 더 많이 효율적이고, 이는 비교되는 전체적인 치수, 즉 직경과 평균 시위를 가진다. 즉, 덕트 또는 보호판이 존재하는 것은 일정한 요구된 파워에서 주어진 추력 생성 유닛의 각각 생성된 추력을 증가시킨다. 그러므로 기존의 추력 생성 유닛들은 연관된 덕트 또는 보호판에서 완전히 둘러싸이는 하나 이상의 로터 또는 프로펠러를 가지고 종종 제공된다. 이러한 표준적 구성은 또한 덕트 또는 보호판으로부터 추력을 발생시키기 위해 유도된 속도로 각각의 로터 또는 프로펠러를 사용한다.

일반적으로, 덕트 또는 보호판은 로터 또는 프로펠러의 각각의 공력 특성과 성능을 향상시키기 위해, 로터 또는 프로펠러 둘레에 배치되는 둘러싸인 고리 모양 표면에 의해 정의된다. 기존의 덕트 또는 보호판은 보통 회전 가능하지 않고, 즉 경사질 수 없고, 주어진 로터 또는 프로펠러가 그 안에 완전히 둘러싸이도록 선택되는 높이를 가진다.

하지만, 연관된 로터 또는 프로펠러를 둘러싸기 위해, 덕트 또는 보호판이 일정한 높이 또는 길이를 가져야 하기 때문에, 그리고 따라서 비교적 사이즈가 커야하기 때문에, 덕트 또는 보호판은 그것의 사이즈로 인해 각각의 멀티로터 항공기의 전체 무게를 증가시키고, 예컨대 제자리혼합순항비행 동안에 즉 가로지르는 공기 흐름 상태에서, 항력을 더 증가시키는데, 이는 덕트 또는 보호판이 기초가 되는 추력 벡터 방향의 조정을 위해 경사질 수 없기 때문이다. 비교적 큰 사이즈는 또한 윈드(wind) 및/또는 윈드 거스트(wind gust)가 작용할 수 있는 비교적 큰 돌출 표면을 생기게 한다. 이는 각각의 멀티로터 항공기에 관해 증가된 오버파워 필요성을 생기게 한다. 또한, 만약 2개 이상의 로터 또는 프로펠러가 예컨대 서로의 상부에 축이 같게 위치한다면, 이들 로터 또는 프로펠러를 둘러싸기 위해 제공되는 주어진 덕트 또는 보호판이 심지어 더 큰 높이를 요구하게 되고, 더 무거울 수 있다. 더욱이, 기존 덕트 또는 보호판은 보통 활발히 회전되지 않고, 비교적 뻣뻣하게 설계되어야 하는데, 이는 보통 로터들 또는 프로펠러들과 덕트 또는 보호판 표면 사이의 최소 간극(gap)이 요구되기 때문이다. 게다가, 각각의 추력 생성 유닛들의 기존 덕트 또는 보호판은 다르게 구성된 로터들 또는 프로펠러들, 즉 다른 기울기, 위치 선정(positioning), 및/또는 각각 직경을 가지는 사이즈들을 가지는 로터들이나 프로펠러들을 둘러싸기 위해 적합하지 않다.

요약하면, 덕트 또는 보호판을 갖는 기존의 추력 생성 유닛에서, 축 공기 흐름 상태에서 작동중에 만들어지는 추력 벡터는 추력 생성 유닛의 각각의 로터 또는 프로펠러의 로터 축과 한 줄로 정렬되고, 작동시 로터 또는 프로펠러에 의해 유도된 속도 필드의 방향에 반대되게 향한다. 로터 또는 프로펠러는 연관된 로터 또는 프로펠러 평면 또는 디스크를 통한 일정한 질량 유량(mass-flow)을 가속시킨다. 공기가 로터 또는 프로펠러 평면 또는 디스크를 가로지를 때 생기는 그 결과로 생기는 유량 가속화는 덕트 또는 보호판의 각각의 컬렉터(collector) 구역 둘레에서의 압력을 받고 있는 영역들을 형성하고, 따라서 추가적인 추력을 발생시킨다. 이러한 추가적인 추력의 발생은 하지만 덕트 또는 보호판에 의해 발생된 추가적인 항력으로 인해, 제자리혼합순항비행시, 즉 가로지르는 공기 흐름 상태에서 강하게 불리하게 하는 덕트 또는 보호판의 사용으로부터 생긴다는 중요한 장점이다. 추가적인 항력은 덕트 또는 보호판의 높이와 폭의 곱(product)에 의해 정의되는 각각의 앞쪽 영역에 정비례한다. 그러므로 예를 들면, 단일 덕트 또는 보호판 내로 완전히 끼워넣어지는 2개의 로터 또는 프로펠러를 갖는, 역회전하는 로터 또는 프로펠러 구성을 가지는 추력 생성 유닛에 있어서는, 오직 단일 덕트 또는 보호판 내로 완전히 끼워넣어지는 하나의 로터 또는 프로펠러가 제공되는 추력 생성 유닛에 비해 추가적인 항력이 거의 2배이다.

그러므로 본 발명의 목적은, 특히 멀티로터 항공기에서 사용하기 위한 새로운 추력 생성 유닛을 제공하여, 향상된 공력 특성과 성능을 보여주는 것이다.

이러한 목적은 미리 결정된 방향으로 추력을 생성하고, 청구항 1의 특징들을 포함하는 추력 생성 유닛에 의해 해결된다.

더 구체적으로, 본 발명에 따르면, 미리 결정된 방향으로 추력을 생성하기 위한 추력 생성 유닛은 하나의 보호판(shrouding)과, 적어도 2개의 로터 조립체를 포함하고, 이 경우 보호판은 내부 볼륨(volume)을 정의하고, 적어도 2개의 로터 조립체의 제1 로터 조립체가 제1 로터 축을 정의하며, 적어도 2개의 로터 조립체의 제2 로터 조립체가 제2 로터 축을 정의한다.

제1 로터 축은 미리 결정된 방향에 대해서 연관된 제1 경사각만큼 경사져 있고, 그러한 제1 경사각은 세로 방향으로 되어 있으며 +1°와 +60°사이의 범위에 포함되고, 제1 로터 조립체는 보호판의 내부 볼륨의 외측에 배치되어 있으며,

제2 로터 조립체는 보호판의 내부 볼륨의 내측에 배치되어 있고, 미리 결정된 방향에 대해 연관된 제2 경사각만큼 경사져 있으며, 제2 경사각은 제1 경사각의 범위보다 아래쪽의 범위에 있다.

"보호판"이라는 용어는 "덕트"와 "보호판(shroud)"이라는 용어들을 동시에 포함하는 것으로 이해되어야 한다는 점이 주목되어야 한다. 즉, 본 발명의 상황에서는 "보호판"이라는 용어가 덕트 또는 보호판을 교환 가능하게 가리킨다.

유리하게, 본 발명의 추력 생성 유닛은, 예컨대 본 발명의 추력 생성 유닛을 사용하는 주어진 멀티로터 항공기의 제자리혼합순항비행시에서와 같이, 가로지르는 공기 흐름 상태에서 상당히 감소된 항력을 초래하는 보호판이 있는 다수 로터 조립체 구성으로서 구현되고, 또한 축 공기 흐름 상태, 즉 각각의 멀티로터 항공기의 호버 비행시 필적하는 성능을 가지면서, 2개의 로터 또는 프로펠러 조립체를 완전히 둘러싸는 단일 보호판을 가지는 기존의 보호판이 있는 추력 생성 유닛보다 상당히 더 적은 무게를 보여준다. 사실은 2개 이상의, 우선적으로 역회전 로터 또는 프로펠러 조립체를 완전히 둘러싸는 단일 보호판을 가지는 기존의 보호판이 있는 추력 생성 유닛은, 예컨대 나머지 것들을 보호판이 없는 채로, 즉 공기에 노출된 채로 두면서, 본 발명의 추력 생성 유닛과 같이 2개 이상의 로터 또는 프로펠러 조립체 중 하나만을 둘러싸는 훨씬 더 짧은 보호판을 가지는 추력 생성 유닛보다 동일한 추력 대비(versus) 파워 특징들을 제공한다는 점이 주목되어야 한다. 이는 전술한 추가 추력이 덕트 각각의 보호판 자체에 의해서가 아니라 보호판에 의해서만 정의된 각각의 보호판 컬렉터에 의해 발생된다는 사실이 기인한다. 더욱이, 긴 보호판과 짧은 보호판을 갖는 적어도 2개의 로터 또는 프로펠러 조립체에 의해 유도된 각각의 속도 필드는, 각각의 보호판 컬렉터에서 발생된 압력을 받는 필드가 또한 긴 보호판 구성과 짧은 보호판 구성에 관해 동일하게 되도록 정해진다. 이는 최소화된 높이를 가지는 단일 연관된 보호판에서 각각 둘러싸이는 다수의 로터 또는 프로펠러 조립체가 특징인 구성에도 마찬가지로 적용된다.

바람직하게, 본 발명의 추력 생성 유닛의 보호판은 본 발명의 추력 생성 유닛을 특징으로 하는 멀티로터 항공기의 호버 및 제자리혼합순항비행의 경우들 동안에 추가적인 부양 장치로서 사용되고, 따라서 기본적으로 많아야 그러한 보호판에서 수용되는 적어도 2개의 로터 조립체 중 하나의 각각의 파워 소모의 감소를 유익하게 허용한다. 또한, 그러한 보호판은 많아야 내부에 수용되는 적어도 2개의 조립체 중 적어도 하나의 기초가 되는 직경을 감소시키는 것을 유리하게 허용하는데, 이는 그러한 보호판이 그것의 효과를 증가시키기 때문이다. 게다가, 그러한 보호판은 내부에 수용되는 적어도 2개의 로터 조립체 중 많아야 하나에 대한 차폐 효과를 위해 유익하게 제공하고, 따라서 지상에서의 각각의 로터 소음이 영향을 미치는 지역을 감소시키는 것을 허용한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명의 추력 생성 유닛에는 외부 물체로부터 적어도 로터 조립체를 보호하기 위해, 격자로 둘러싸이는 것에 의한 것처럼, 외부 물체로부터의 보호가 제공될 수 있다. 그러한 외부 물체로부터의 보호는 예컨대 개개인이 회전하는 부품들에 그들의 손이 붙잡히는 것을 방지하는 것처럼 개개인에 의한 그리고 개개인의 오용 및 사고를 유익하게 방지하고, 그로 인해 본 발명의 추력 생성 유닛의 동작상 안전 레벨 증가를 가져온다.

유리하게, 본 발명의 추력 생성 유닛에 상이한 (rotor plane)을 정의하는 적어도 2개의 로터 조립체를 제공함으로써, 로터 보립체는 서로 위에 위치하고, 역회전 방식으로 회전될 수 있어, 증가된 안전성 레벨을 제공하고, 연관된 멀티로터 항공기의 전반적인 치수의 감소를 허용하는 추력 생성 유닛을 가져오고, 이는 비교적 작은 항공기를 초래하는데, 이는 2개 이상의 모터 날개가 하나의 추력 생성 유닛으로 결합될 수 있기 때문이다. 바람직하게, 각각 연관된 또는 표면을 정의하는, 본 발명의 추력 생성 유닛의 적어도 2개의 로터 조립체는 서로 위에 축이 같게 또는 분리된 개별 로터 축이 있게 위치하고, 서로에 대해 경사지게 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 추력 생성 유닛은 그것의 역회전하는 로터 조립체의 결과로서 개별적으로 토크를 제공하기에 적합하게 되어 있고, 이는 빗놀이(yawing)에 대한 것처럼, 본 발명의 추력 생성 유닛을 그 특징으로 하는 주어진 멀티로터 항공기의 방향 조종을 위해 사용될 수 있다.

바람직한 일 구현예에 따르면, 제2 로터 조립체는 보호판의 내부 볼륨의 바깥쪽에 배치된다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 보호판은 리딩 에지와 트레일링 에지를 포함하고, 그 경우 제1 로터 조립체가 리딩 에지를 향해 있고, 제2 로터 조립체가 트레일링 에지를 향해 있다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 보호판은 적어도 2개의 로터 조립체 중 적어도 하나의 직경보다 작은 외부 직경을 보여준다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 제2 로터 조립체는 보호판의 내부 볼륨 안쪽에 배치된다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 보호판은 리딩 에지와 트레일링 에지를 포함하고, 이 경우 제1 로터 조립체는 리딩 에지를 향해 있다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 제1 로터 조립체를 수용하는 추가 보호판이 제공된다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 보호판과 추가 보호판은 각각 0.04*D와 1*D 사이의 범위에 포함되는 높이를 보여주고, 이 경우 D는 제2 로터 조립체의 직경을 정의한다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 보호판과 추가 보호판은 0.01*D와 2*D 사이의 범위에 포함되는 오프셋(offset)만큼 서로 떨어져 있고, 바람직하게는 그러한 오프셋이 0.17*D이 되며, 이 경우 D는 제2 로터 조립체의 직경을 정의한다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 추가 보호판은 보호판으로부터 딴 곳을 가리키는 리딩 에지를 포함하고, 이 경우 리딩 에지와, 제1 로터 조립체에 의해 정의되는 로터 플레인 사이의 거리는 -1*D와 1*D 사이의 범위에 포함되며, 바람직하게는 그 거리가 0.08*D이고, 이 경우 D는 제2 로터 조립체의 직경을 정의하며, 그러한 거리가 -1*D와 0 사이에 포함되고, 바람직하게는 리딩 에지를 향해 있다면, 제1 로터 조립체가 추가 보호판의 바깥쪽에 배치된다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 제1 로터 조립체와 제2 로터 조립체 각각은 연관된 로터 플레인을 정의하고, 이 경우 제1 로터 조립체와 제2 로터 조립체의 연관된 로터 플레인들 사이의 미리 결정된 거리는 0.01*D와 2*D 사이의 범위에 포함되며, 바람직하게는 그 거리가 0.17*D이고, 이 경우 D는 제2 로터 조립체의 직경을 정의한다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 제1 로터 조립체는 적어도 2개의 로터 플레인을 포함하고, 제2 로터 조립체는 적어도 2개의 로터 플레인을 포함한다.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 제1 로터 조립체는 작동시 제1 회전 방향으로 회전하도록 적합하게 되고, 제2 로터 조립체는 작동시 제2 회전 방향으로 회전하도록 적합하게 되어 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이 구성되는 적어도 하나의 추력 생성 유닛을 포함하는 멀티로터 항공기에 또한 관계된다.

유리하게, 본 발명의 추력 생성 유닛의 보호판은 본 발명의 추력 생성 유닛을 그 특징으로 하는 본 발명의 멀티로터 항공기의 각각의 전체 치수를 감소시키는 것을 허용한다. 또한, 보호판이 있는 추력 생성 유닛에 다가가는 개인들은 부상으로부터 보호되고, 새 충돌(bird strike) 또는 와이어 충돌과 같이, 작동중인 추력 생성 유닛의 외부 물체에 의한 손상이 확실히 그리고 신뢰할 수 있게 방지될 수 있으며, 공중 충돌의 경우에 연관된 멀티로터 항공기의 전반적인 운전 안전성이 향상될 수 있다.

더욱이, 각각의 공기 역학, 음향학, 및 성능이 작동 중인 각각의 로터 블레이드 로딩(loading)을 감소시키고, 전반적인 파워 소모를 감소시키고, 각각의 소음 방출을 감소시키고, 본 발명의 멀티로터 항공기의 호버 및 제자리혼합순항비행시의 기능을 개선함으로써 향상될 수 있다. 또한, 기초가 되는 추력 생성 유닛의 요구된 직경은 감소될 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 멀티로터 항공기의 양력은 보호판 자체에 의해 향상되어, 본 발명의 멀티로터 항공기에 의해 요구된 전반적인 파워를 잠재적으로 감소시킨다.

비록 본 발명의 항공기가 다수의 로터 조립체를 갖는 멀티로터 구조물을 참조하여 위에서 설명되고 있지만, 다수의 프로펠러 조립체를 갖는 멀티프로펠러 구조물 또는 멀티프로펠러 및 멀티로터 구조물로서 마찬가지로 구현될 수 있음이 주목되어야 한다. 더 구체적으로, 로터들은 일반적으로 완전히 관절로 이어지지만, 프로펠러들은 일반적으로 전혀 관절로 이어져 있지 않다. 하지만, 로터들과 프로펠러들은 모두 추력을 발생시키기 위해 사용될 수 있고, 따라서 본 발명에 따른 추력 생성 유닛을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 그 결과, 본 발명의 멀티로터 항공기가 멀티프로펠러 및/또는 멀티프로펠러 및 멀티로터 항공기로서 마찬가지로 구현될 수 있도록, 본 설명에서 로터들이나 로터 구조물에 대한 어떠한 참조도 프로펠러들 및 프로펠러 구조물들을 참조하여 마찬가지로 이해되어야 한다.

다시 말해, 본 발명은 주로 로터/프로펠러 날개를 정의하는 로터들/프로펠러들을 갖는 다수의 추력 구성에 관계되고, 이러한 다수의 추력 구성은 개별적으로 서로의 상부에 위치하도록 선택될 수 있으며, 로터/프로펠러들 중 많아야 하나의 회전하는 임의의 부품을 둘러싸기 위해 로터 보호판이 존재하며, 로터/프로펠러 각각을 구동하기 위해 적어도 하나의 전기 엔진이 존재하고, 이 경우 엔진 각각은 제공된 안전성 레벨을 증가시키기 위해 격리될 수 있으며, 배터리와 전기 엔진 사이에는 로직 커넥션(logic connection)이 바람직하게 존재하고, 이러한 로직 커넥션은 우선적으로 고장이 생기는 경우에 안전성 레벨을 증가시키는 여분의 디자인(design)을 포함하며, 바람직하게는 고장이 생기는 경우 적절한 안전성 레벨을 갖는 배터리 여분의 설계(redundancy layout)가 제공된다.

유리하게, 본 발명의 멀티로터 항공기는 승객들의 수송을 위해 디자인되고, 특히, 도시 지역 내의 작동에 관해 인증되기 위해 알맞고 적합하게 된다. 그것은 바람직하게 날기 쉽고, 다수의 여분성을 가지며, 당국의 안전성 요구기준을 만족시키고, 디자인시 비용면에서 효율적이고, 비교적 적은 소음만을 생성한다. 바람직하게, 본 발명의 멀티로터 항공기는 가벼운 무게 디자인과 고정된 입사각을 갖는 비교적 작은 로터 직경을 가지고, 그럼에도 불구하고, 이들 로터 특징들이 작동시 비교적 낮은 관성과 조정 가능하지 않은 토크를 초래할지라도 비상 착륙을 위해 적합하게 되어 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명의 멀티로터 항공기는 호버링을 할 수 있고, 분산된 추진 시스템을 포함한다. 또한 자동 회전 능력을 가지게 바람직하게 디자인되는데, 이는 예컨대 전체 멀티로터 항공기에 관해 비행 시간마다 총 대략 1*10^-7회의 고장에 이르는 안정성 실패 모드들에 관한 FAR 규정과 EASA 규정과 같은 당국의 규정들을 충족시키기 위해 다른 요구 사항들 중에서 필수적인 것이다. 항공 분야에서, 이들 안전성 레벨은 보통 소위 DAL(Design Assurance Level)들 A 부터 D에 의해 정의된다.

바람직하게, 본 발명의 멀티로터 항공기는 승객들을 수송하기 위해 필요로 하는 당국의 안전성 레벨 규정에 적합하다. 이는 바람직하게는

추력 생성 유닛마다 적어도 2개의 개별 로터 조립체,

여분의, 격리된 배터리 배치(layout),

기초가 되는 파워 관리의 물리적인 분리 및 격리,

여분의 격리된 전기 엔진들, 및

로터 조립체들의 피치 제어 및/또는 RPM 제어

의 결합 및 상관 관계에 의해 이루어진다.

본 발명의 바람직한 구현예들은 첨부된 도면들을 참조하여 이어지는 설명에서 예를 통해 개요가 서술된다. 이들 첨부된 도면들에서, 동일하거나 동일하게 기능을 하는 성분들과 요소들에는 동일한 참조 번호와 문자가 표시되고, 그 결과 이어지는 설명에서는 오직 한번만 설명된다.

도 1은 본 발명에 의해 주장되지 않은 복수의 추력 생성 유닛을 갖는 멀티로터 항공기의 사시도.
도 2는 도 1의 멀티로터 항공기의 상면도.
도 3은 정상 비행 모드에 있는, 도 1 및 도 2의 멀티로터 항공기의 측면도.
도 4는 도 3의 멀티로터 항공기의 정면도.
도 5는 도 1 내지 도 4의 멀티로터 항공기의 추력 생성 유닛의 사시도.
도 6은 도 5의 추력 생성 유닛의 부분적으로 투명한 측면도.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 추력 생성 유닛의 부분적으로 투명한 측면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 추력 생성 유닛의 부분적으로 투명한 측면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 추력 생성 유닛의 부분적으로 투명한 측면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 추력 생성 유닛의 부분적으로 투명한 측면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 추력 생성 유닛의 개략도.
도 12는 정상 비행 모드에 있는, 본 발명에 따른 멀티로터 항공기의 일 구현예의 측면 사시도.
도 13은 정상 비행 모드에 있는, 본 발명에 따른 멀티로터 항공기의 또 다른 구현예의 측면 사시도.

도 1은 항공기 에어프레임(airframe)을 갖는 멀티로터 항공기(1)를 보여준다. 항공기 에어프레임(2)은 이후 멀티로터 항공기(1)의 동체라고도 부르는 지지 구조물을 정의한다.

동체(2)는 세로 방향(1a)으로의 연장부와 옆 방향(1b)으로의 연장부를 가지고, 전체로서의 멀티로터 항공기(1)가 승객들의 수송을 위해 적합하게 되도록, 승객들의 수송을 위해 적어도 적합하게 되어 있는 내부 볼륨(2a)을 바람직하게 정의한다. 내부 볼륨(2a)은 추가로 예컨대 멀티로터 항공기(1)의 작동을 위해 요구되는 에너지 저장 시스템과 같은 작동 및 전기 장비를 수용하기 위해 바람직하게 적합하게 되어 있다.

승객들의 수송을 위해서뿐만 아니라 작동 및 전기 장비의 수용에 알맞은 내부 볼륨(2a)의 전형적인 구성들은 당업자에게 바로 이용 가능하고, 일반적으로 승객 수송에 관한 적용 가능한 당국의 규정과 인증 요구 사항을 따르게 구현된다는 점이 주목되어야 한다. 그러므로 이와 같은 내부 볼륨(2a)의 구성은 본 발명의 부분이 아니고, 간략함과 간결함을 위해 상세하게 설명되지 않는다.

일 양태에 따르면, 멀티로터 항공기(1)는 복수의 추력 생성 유닛(3)을 포함한다. 바람직하게, 이러한 복수의 추력 생성 유닛(3)은 적어도 2개, 그리고 우선적으로는 4개의 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d)을 포함한다. 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d)은 멀티로터 항공기(1)가 임의의 전진 또는 후진 방향으로의 비행뿐만 아니라, 공중에서 제자리 비행할 수 있도록, 작동시 추력(도 3에서 9)을 생성하기 위해 구현된다.

바람직하게, 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d)은 구조상 동체(2)에 연결된다. 예를 들면, 이는 복수의 구조상 지지물(4)에 의해 이루어진다. 더 구체적으로, 추력 생성 유닛(3a)은 바람직하게는 구조상 지지물(4a)을 통해 동체(2)에 연결되고, 구조상 지지물(4b)을 통해 추력 생성 유닛(3b)에 연결되며, 구조상 지지물(4c)을 통해 추력 생성 유닛(3c)에 연결되고, 구조상 지지물(4d)을 통해 추력 생성 유닛(3d)에 연결되며, 이 경우 구조상 지지물(4a, 4b, 4c, 4d)은 복수의 구조상 지지물(4)을 정의한다.

바람직하게, 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d)의 적어도 하나는 기초가 되는 공력 특성을 향상시키고, 작동사 안전성을 증가시키기 위해, 연관된 보호판을 포함한다. 예를 들면, 4개의 분리된 보호판(6a, 6b, 6c, 6d)을 갖는 복수의 보호판 유닛(6)이 도시되어 있다. 예시적으로, 보호판(6a)은 추력 생성 유닛(3a)과 연관되고, 보호판(6b)은 추력 생성 유닛(3b)과 연관되며, 보호판(6c)은 추력 생성 유닛(3c)과 연관되고, 보호판(6d)은 추력 생성 유닛(3d)과 연관된다.

보호판(6a, 6b, 6c, 6d)은 간단한 시트 금속으로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 보호판(6a, 6b, 6c, 6d)은 예컨대 도 5를 참조하여 아래에 설명된 것과 같이 복잡한 기하학적 형태를 가질 수 있다.

또한, 보호판(6a, 6b, 6c, 6d)은 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d)과 동체(2) 사이의 연결을 보강하기 위해 구조상 지지물(4a, 4b, 4c, 4d)과 함께 동체(2)에 연결될 수 있다. 대안적으로, 보호판(6a, 6b, 6c, 6d)만이 동체(2)에 연결될 수 있다.

일 양태에 따르면, 적어도 하나의 그리고 바람직하게, 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d) 각각은 적어도 2개의 로터 조립체를 구비한다. 예를 들면, 추력 생성 유닛(3a)은 2개의 로터 조립체(7a, 8a)를 구비하고 있고, 추력 생성 유닛(3b)은 2개의 로터 조립체(7b, 8b)를 구비하고 있으며, 추력 생성 유닛(3c)은 2개의 로터 조립체(7c, 8c)를 구비하고 있고, 추력 생성 유닛(3d)은 2개의 로터 조립체(7d, 8d)를 구비하고 있다. 로터 조립체(7a, 7b, 7c, 7d)는 예시적으로 복수의 상부 로터 조립체(7)를 정의하고, 로터 조립체(8a, 8b, 8c, 8d)는 예시적으로 복수의 하부 로터 조립체(8)를 정의한다.

복수의 상부 로터 조립체(7)와 복수의 하부 로터 조립체(8)는 복수의 기어박스 페어링(fairing)(5)에 의해 복수의 구조상 지지물(4)에 바람직하게 연결된다. 예시적으로, 상부 로터 조립체(7a)와 하부 로터 조립체(8a)는 기어박스 페어링(5a)에 의해 구조상 지지물(4a)에 연결되고, 상부 로터 조립체(7b)와 하부 로터 조립체(8b)는 기어박스 페어링(5b)에 의해 구조상 지지물(4b)에 연결되며, 상부 로터 조립체(7c)와 하부 로터 조립체(8c)는 기어박스 페어링(5c)에 의해 구조상 지지물(4c)에 연결되고, 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)는 기어박스 페어링(5d)에 의해 구조상 지지물(4d)에 연결된다.

바람직하게, 상부 로터 조립체(7a, 7b, 7c, 7d) 각각은 연관된 상부 로터 플레인(도 6에서 21)을 정의하고, 하부 로터 조립체(8a, 8b, 8c, 8d) 각각은 연관된 하부 로터 플레인(도 6에서 22)을 정의한다. 바람직하게, 상부 및 하부 로터 조립체(7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d)는, 연관된 상부 및 하부 로터 플레인(도 6에서 21,22)이 멀티로터 항공기(1)의 보호판(6a, 6b, 6c, 6d) 안쪽에 위치하도록 보호판(6a, 6b, 6c, 6d)에 각각 수용되는 상부 및 하부 로터 조립체들의 쌍들(7a, 8a; 7b, 8b; 7c, 8c; 7d, 8d)을 정의한다.

일 양태에 따르면, 멀티로터 항공기(1)는 항공기 작동 구조물과 여분의(redundant) 안전 체계(architecture)를 포함한다. 항공기 작동 구조는 바람직하게는 고장이 없는 작동 모드에 있는 멀티로터 항공기(1)의 작동을 위해 적합하게 되고, 여분의 안전 체계는 바람직하게는 항공기 작동 구조물이 고장인 경우 멀티로터 항공기(1)의 작동을 위해 적어도 적합하게 된다. 특히, 여분의 안전 체계는 승객 수송에 관한 적용 가능한 당국 규정과 인증 요구사항을 우선적으로 따르기 위해 제공된다.

바람직하게, 항공기 작동 구조물은 상부 및 하부 로터 조립체(7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d)의 적어도 제1 부품을 포함하고, 여분의 안전 체계는 상부 및 하부 로터 조립체(7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d)의 적어도 제2 부품을 포함한다. 우선적으로, 각각의 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d)의 상부 및 하부 로터 조립체(7a, 8a, 7b, 8b, 7c, 8c, 7d, 8d) 중 첫 번째 것은 항공기 작동 구조물과 연관되고, 두 번째 것은 여분의 안전 체계와 연관된다. 예를 들면, 상부 로터 조립체(7a, 7b, 7c, 7d)는 항공기 작동 구조물과 연관되고, 하부 로터 조립체(8a, 8b, 8c, 8d)는 여분의 안전 체계와 연관된다. 그러므로 상부 로터 조립체(7a, 7b, 7c, 7d)가 고장인 경우, 예컨대 추락을 피하기 위해, 하부 로터 조립체(8a, 8b, 8c, 8d)가 멀티로터 항공기(1)를 작동시킨다.

하지만, 상부 로터 조립체(7a, 7b, 7c, 7d)가 항공기 작동 구조물과 연관되고, 하부 로터 조립체(8a, 8b, 8c, 8d)가 여분의 안전 체계와 연관되는 위 구성은 단지 예를 통해 설명된 것이고 본 발명을 그것에 제한하기 위한 것이 아님이 주목되어야 한다. 대신, 대안적인 관련예(association)가 마찬가지로 가능하고 예측된다. 예컨대, 로터 조립체(7a, 7c, 8b, 8d)는 항공기 작동 구조와 연관될 수 있고, 로터 조립체(8a, 8c, 7b, 7d)는 여분의 안전 체계 등과 연관된다. 그러한 대안적인 관련예들은 당업자에게 바로 이용 가능하고, 마찬가지로 본 발명의 부분으로서 예측되고 간주된다.

도 2는 동체(2)에 연결되는 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d)을 갖는 도 1의 멀티로터 항공기(1)를 보여준다. 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d)은 각각 상부 및 하부 로터 조립체(7a, 8a; 7b, 8b; 7c, 8c; 7d, 8d)를 포함하고, 이들은 크기와 형태가 동일한 로터 축(도 3과 도 4에서 12)을 갖는 나란한(side-by-side) 구성으로 바람직하게 배치된다. 우선적으로, 상부 로터 조립체(7a, 7b, 7c, 7d)는 상부 및 하부 로터 조립체(7a, 8a; 7b, 8b; 7c, 8c; 7d, 8d)가 쌓이도록, 즉 크기와 형태가 동일한 로터 축(도 3과 도 4에서 12)을 가지고 서로의 상부에 배치되도록, 하부 로터 조립체(8a, 8b, 8c, 8d) 위에 배치된다. 하지만, 예컨대 도 11을 참조하여 아래에서 설명된 것과 같은 대안적인 구성예가 마찬가지로 예측된다.

도 2에서 더 보여질 수 있는 것처럼, 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d)은 모두 동체(2)에 대해 옆으로, 즉 세로 방향(1a)에서 보이는 동체(2)의 좌측 또는 우측에 전형적으로 배치된다. 예시적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 좌측은 아래측에 대응하고, 우측은 동체(2)의 위측에 대응한다. 또한, 동체(2)는 옆으로 배치된 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d)이 적어도 대략 사다리꼴 모양을 정의하도록, 전형적으로 구현된다.

하지만, 이러한 전형적인 배치는 오직 예로서만 설명된 것이고, 다른 배치 또한 가능하며 마찬가지로 예측된다는 점이 주목되어야 한다. 예컨대, 추력 생성 유닛(3a, 3b, 3c, 3d) 중 2개는 각각 동체(2)의 앞 섹션과 뒤 섹션 등에서 배치될 수 있다.

도 3은 전형적으로 고장이 없는 작동 모드에서의 도 1과 도 2의 멀티로터 항공기(1)를 보여준다. 이러한 전형적인 고장이 없는 작동 모드에서는, 복수의 추력 생성 유닛(3)이 멀티로터 항공기(1)를 지면(10)에서 들어올리기에 알맞은 복수의 상부 및/또는 하부 로터 조립체(7,8)에 의해 추력 생성 기류 방향(9)으로 기류를 만들어낸다.

복수의 상부 로터 조립체(7) 각각은 제1 로터 축을 정의하고, 복수의 하부 로터 조립체(8) 각각은 제2 로터 축을 정의한다. 바람직하게, 제1 로터 축과 제2 로터 축은 각각 크기와 형태가 동일한데, 즉 복수의 상부 로터 조립체와 하부 로터 조립체(7, 8)가 복수의 축이 같게 배치된 로터 축(12)을 정의하도록 축이 같게 배치된다. 예시적으로, 상부 및 하부 로터 조립체(7c, 8c)는 제1 및 제2의 크기와 형태가 동일한 로터 축을 정의하고, 이러한 로터 축들은 보통 로터 축(12c)이라고 불리며, 상부 및 하부 로터 조립체(7d, 8d)는 제1 및 제2의 크기와 형태가 동일한 로터 축을 정의하고, 이러한 로터 축들은 보통 로터 축(12d)이라고 부른다.

바람직하게, 제자리혼합순항비행 동안에 멀티로터 항공기(1)의 기동성(manoeuvrability)을 증가시키고, 멀티로터 항공기(1)의 세로 방향(1a)에서의 전반적인 경사를 감소시키기 위해, 복수의 추력 생성 유닛(3)이 복수의 세로 경사각(11)만큼 멀티로터 항공기(1)의 세로 방향(1a)으로 경사진다. 복수의 세로 경사각(11)은 멀티로터 항공기(1)의 수직 기준선(10a)과 복수의 동축으로 배치된 로터 축(12) 사이에서 예시적으로 정의된다. 바람직하게, 복수의 세로 경사각(11)의 가능한 그리고 실현된 개수는 제공된 추력 생성 유닛의 기초가 되는 개수에 의존한다.

더 구체적으로, 일 양태에 따르면, 복수의 추력 생성 유닛(3) 중 적어도 하나는 멀티로터 항공기(1)의 수직 기준선(10a)과 복수의 추력 생성 유닛(3) 중 이러한 적어도 하나의 제1 및 제2의 크기와 형태가 동일한 로터 축 사이에 정의된 제1 세로 경사각에 의해 멀티로터 항공기(1)의 세로 방향(1a)으로 경사진다. 제1 세로 경사각은 바람직하게는 -45°와 +80°사이의 범위에 포함되고, 우선적으로는 7°이다.

예시적으로, 복수의 추력 생성 유닛(3)의 추력 생성 유닛(3c)은 수직 기준선(10a)과 로터 축(12c) 사이에서 정의된 제1 세로 경사각(11a)에 의해 경사지고, 이 경우 제1 세로 경사각(11a)은 바람직하게는 -45°와 +80°사이의 범위에 포함되고, 우선적으로는 7°이다. 하지만, 도 1과 도 2의 복수의 추력 생성 유닛(3)의 추력 생성 유닛(3a)은 바람직하게는 또한 제1 세로 경사각(11a)에 의해 경사진다는 점이 주목되어야 한다.

일 양태에 따르면, 복수의 추력 생성 유닛(3) 중 적어도 하나는 복수의 추력 생성 유닛(3) 중 이러한 적어도 하나의 제1 및 제2의 크기와 형태가 동일한 로터 축과 수직 기준선(10a) 사이에서 정의된 제2 세로 경사각만큼 멀티로터 항공기(1)의 세로 방향(1a)으로 경사진다. 제2 세로 경사각은 바람직하게는 -45°와 +80°사이의 범위에 포함되고, 우선적으로는 7°이다.

예시적으로, 복수의 추력 생성 유닛(3)의 추력 생성 유닛(3d)은 수직 기준선(10a)과 로터 축(12d) 사이에서 정의된 제2 세로 경사각(11b)에 의해 경사지고, 이 경우 제2 세로 경사각(11b)은 바람직하게는 -45°와 +80°사이의 범위에 포함되고, 우선적으로는 7°이다. 하지만, 도 1과 도 2의 복수의 추력 생성 유닛(3)의 추력 생성 유닛(3b)은 바람직하게는 또한 제2 세로 경사각(11b)에 의해 경사진다는 점이 주목되어야 한다.

도 4는 예시적으로 폭(2b)을 포함하는, 도 3의 동체(2)를 갖는 멀티로터 항공기(1)를 보여준다. 이러한 폭(2b)은 동체(2)의 각각의 가장 좌측 표면과 가장 우측 표면 사이의 멀티로터 항공기(1)의 세로 방향(1a)에 직교하게 측정된 최대 거리로서 정의된다.

도 3에 따르면, 멀티로터 항공기(1)는 전형적인 고장이 없는 작동 모드에 있는 것으로 도시되어 있고, 이 경우 복수의 추력 생성 유닛(3)이 복수의 상부 및 하부 로터 조립체(7,8)에 의해 추력 생성 기류 방향(9)에서 기류를 만들어낸다. 상부 및 하부 로터 조립체(7c, 8c)은 로터 축(12c)을 정의하고, 상부 및 하부 로터 조립체(7d, 8d)는 로터 축(12d)을 정의한다.

또한, 상부 및 하부 로터 조립체(7a, 8a)는 전형적으로 제1 및 및 제2의 크기와 형태가 동일한 로터 축을 정의하고, 이러한 로터 축들은 보통 로터 축(12a)이라고 부르며 상부 및 하부 로터 조립체(7b, 8b)는 제1 및 및 제2의 크기와 형태가 동일한 로터 축을 정의하고, 이러한 로터 축들은 보통 로터 축(12b)이라고 부른다. 로터 축들(12a, 12b, 12c, 12d)은 멀티로터 항공기(1)의 전반적인 복잡도, 시스템 무게, 및 기하학적 사이즈를 감소시키기 위해, 설명된 바와 같이 바람직하게 구현된다는 점이 주목되어야 한다.

바람직하게, 복수의 추력 생성 유닛(3)은 감소된 거스트(gust) 민감도를 제공하고, 멀티로터 항공기(1)의 기동 능력을 증가시키기 위해, 복수의 측면 경사각(13)만큼 멀티로터 항공기(1)의 옆 방향(1b)으로 경사진다. 복수의 측면 경사각(13)은 예시적으로는 멀티로터 항공기(1)의 수직 기준선(10a)과 복수의 축이 같게 배치된 로터 축(12) 사이에서 예시적으로 정의된다. 바람직하게, 복수의 측면 경사각(13)의 가능하고 실현된 개수는 제공된 추력 생성 유닛의 기초가 되는 개수에 의존한다.

더 구체적으로, 일 양태에 따르면, 복수의 추력 생성 유닛(3) 중 적어도 하나는 복수의 추력 생성 유닛(3) 중 적어도 하나의 제1 및 제2의 크기와 형태가 동일한 로터 축과 멀티로터 항공기(1)의 수직 기준선(10a) 사이에서 정의된 제1 측면 경사각만큼 멀티로터 항공기(1)의 옆 방향(1b)으로 경사진다. 제1 측면 경사각은 바람직하게는 -45°와 +80°사이의 범위에 포함되고, 우선적으로는 5°이다.

예시적으로, 복수의 추력 생성 유닛(3)의 추력 생성 유닛(3a)은 수직 기준선(10a)과 로터 축(12a) 사이에서 정의된 제1 측면 경사각(13a)만큼 경사져 있고, 이 경우 제1 측면 경사각(13a)은 바람직하게는 -45°와 +80°사이의 범위에 포함되고, 우선적으로는 5°이다. 하지만, 도 1 및 도 2의 복수의 추력 생성 유닛(3)의 추력 생성 유닛(3c)은 또한 바람직하게는 제1 측면 경사각(13a)만큼 경사져 있다는 점이 주목되어야 한다.

일 양태에 따르면, 복수의 추력 생성 유닛(3) 중 적어도 하나는 복수의 추력 생성 유닛(3) 중 적어도 하나의 제1 및 제2의 크기와 형태가 동일한 로터 축과 멀티로터 항공기(1)의 수직 기준선(10a) 사이에서 정의된 제2 측면 경사각만큼 멀티로터 항공기(1)의 옆 방향(1b)으로 경사진다. 제2 측면 경사각은 바람직하게는 -45°와 +80°사이의 범위에 포함되고, 우선적으로는 5°이다.

예시적으로, 복수의 추력 생성 유닛(3)의 추력 생성 유닛(3b)은 수직 기준선(10a)과 로터 축(12b) 사이에서 정의된 제2 측면 경사각(13b)만큼 경사져 있고, 이 경우 제2 측면 경사각(13b)은 바람직하게는 -45°와 +80°사이의 범위에 포함되고, 우선적으로는 5°이다. 하지만, 도 1 및 도 2의 복수의 추력 생성 유닛(3)의 추력 생성 유닛(3d)은 또한 바람직하게는 제2 측면 경사각(13b)만큼 경사져 있다는 점이 주목되어야 한다.

도 5는 이전 도면들의 추력 생성 유닛(3d)을 그것의 전형적인 구성을 추가로 예시하기 위해, 그것의 상부 로터 조립체(7d), 그것의 하부 로터 조립체(8d), 및 그것의 기어박스 페어링(5d), 및 그것의 보호판(6d)을 보여준다. 하지만, 이전 도면들의 추력 생성 유닛들(3a, 3b, 3c)은 추력 생성 유닛(3d)이 간략함과 간결함을 위해 모든 추력 생성 유닛들(3a, 3b, 3c, 3d)을 대표해서 추력 생성 유닛(3d)만이 설명되도록, 비슷한 구성들을 바람직하게 포함한다는 점이 주목되어야 한다.

예시적으로, 보호판(6d)은 내부 표면(20a)과, 외부 직경(20f)을 갖는 외부 표면(20b)을 가진다. 보호판(6d)은 전형적으로는 리딩 에지(20d)와 트레일링 에지(20e)를 또한 정의한다. 바람직하게는 내부 표면(20a), 외부 표면(20b), 리딩 에지(20d), 및 트레일링 에지(20e) 사이에는 내부 볼륨(20c)이 정의된다. 이러한 내부 볼륨(20c)은 예컨대, 이전 도면들의 멀티로터 항공기(1)의 배터리 시스템을 위한 저장 볼륨으로서 사용될 수 있다.

보호판(6d)은 내부 표면(20a)과 외부 표면(20b)이 실질적으로 서로 평행한, 즉 서로에 대해 거의 일정한 거리를 가지는 것이 특징이 되도록 간단한 눌러지고 구부러진 금속 시트로 만들어질 수 있다. 하지만, 그것은 또한 복잡한 기하학적 형태를 가질 수 있다. 예시적으로, 보호판(6d)은 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)를 수용한다.

일 양태에 따르면, 상부 로터 조립체(7d)는 작동시 추력을 만들기 위해, 적어도 2개의, 그리고 예시적으로 3개의 로터 블레이드(18a, 18b, 18c)를 포함한다. 비슷하게, 하부 로터 조립체(8d)는 또한 바람직하게는 작동시 추력을 만들기 위해, 적어도 2개의, 그리고 예시적으로 3개의 로터 블레이드(19a, 19b, 19c)를 포함한다.

또한, 바람직하게는 로터 블레이드(18a, 18b, 18c), 즉 작동중인 상부 로터 조립체(7d)를 구동하기 위한 적어도 하나의 제1 엔진(14a)이 제공되고, 로터 (19a, 19b, 19c), 즉 작동중인 하부 로터 조립체(8d)를 구동하기 위한 적어도 하나의 제2 엔진(14b)이 제공된다. 적어도 하나의 제1 엔진(14a)은 바람직하게는 도 1을 참조하여 위에서 설명된 항공기 작동 구조물과 연관되고, 적어도 하나의 제2 엔진(14b)은 바람직하게는 도 1을 참조하여 위에서 설명된 여분의 안전 체계와 연관된다. 예시적으로, 이러한 적어도 하나의 제1 및 제2 엔진(14a, 14b)은 기어박스 페어링(5d)의 안쪽에 배치되고, 따라서 기어박스 페어링(5d)에 의해 둘러싸인다.

임의로 하나 이상의 기어박스가 각각 적어도 하나의 제1 및 제2 엔진(14a, 14b)과 로터 블레이드(18a, 18b, 18c, 19a, 19b, 19c) 사이에 도입될 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 하나 이상의 기어박스의 그러한 임의의 도입에 의해, 적어도 하나의 제1 엔진(14a)과 제2 엔진(14b)의 작동 효율이 증가될 수 있는데, 이는 그것들의 회전 속도가 증가되기 때문이다.

적어도 하나의 제1 엔진(14a)과 제2 엔진(14b)이 터빈, 디젤 엔진, 오토-모터(Otto-motor), 전기 엔진 등과 같이, 작동시 토크를 만들 수 있고, 작동시 로터 블레이드(18a, 18b, 18c, 19a, 19b, 19c), 즉 상부 및 하부 로터 조립체(7d, 8d)를 회전하기 위해 로터 블레이드(18a, 18b, 18c, 19a, 19b, 19c)에 연결될 수 있는 임의의 알맞은 엔진에 의해 구현될 수 있다는 점이 또한 주목되어야 한다. 하지만 그러한 엔진들은 당업자에게 공지된 것이기 때문에, 간략함과 간결함을 위해 그것들은 더 상세히 설명되지 않는다.

바람직하게, 상부 로터 조립체(7d)는 작동시 제1 회전 방향(15)으로 회전되도록 적합하게 된다. 비슷하게, 하부 로터 조립체(8d)는 작동시 제2 회전 방향(16)으로 회전되도록 적합하게 된다. 예시적으로, 제1 회전 방향(15)과 제2 회전 방향(16)은 바람직하게는 서로 반대이다.

일 양태에 따르면, 적어도 상부 로터 조립체(7d)와, 더 구체적으로는 그것의 로터 블레이드(18a, 18b, 18c)에는 임의의 피치 변동(pitch variation)(17)이 제공된다. 비슷하게, 하부 로터 조립체(8d), 즉 그것의 로터 블레이드(19a, 19b, 19c)는 또한 그러한 임의의 피치 변동이 바람직하게 제공된다. 이 경우, 도 3 및 도 4의 추력 생성 기류 방향(9)에서의 만들어진 기류의 제어는, 작동시 피치 변동에 의해, RPM 변동에 의해 달성될 수 있거나, 피치 변동과 RPM 변동의 결합에 의해 달성될 수 있다.

그에 반해서, 예컨대 로터 블레이드(18a, 18b, 18c, 19a, 19b, 19c)가 각각 고정된 피치 블레이드로서 구현되는 것과 같이, 상부 및 하부 로터 조립체(7d, 8d)에 그러한 임의의 피치 변동이 제공되지 않는다면, 작동시 피치 변동에 의한 도 3 및 도 4의 추력 생성 기류 방향(9)에서의 만들어진 기류의 제어가 수행될 수 없다. 이 경우, RPM 변동만이 작동 중인 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)에 의해 만들어지는 도 3 및 도 4의 추력 생성 기류 방향(9)에서의 기류의 제어를 위해 사용될 수 있다.

일 양태에 따르면, 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d) 각각은 개별적으로 크기가 정해지고, 간략함을 위해 이후 W라고 표시되는, 도 4의 동체 폭(2b)의 0.05 내지 6배의 범위를 가지는 직경을 포함한다. 즉, 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d) 각각의 직경은 바람직하게는 0.05*W 내지 6*W의 범위를 가지고, 우선적으로는 1.5*W이다.

도 6은 보호판(6d)의 안쪽에 배치되고, 요구된 안전 레벨과 만족스러운 비행 기계적 거동에 도달하기 위해 분리된 로터 플레인(21,22)을 바람직하게 정의하는 상부 로터 조립체(7d) 및 하부 로터 조립체(8d)가 있는 도 5의 추력 생성 유닛(3d)의 개략도를 보여준다. 예시적으로, 로터 플레인(21,22)은 서로의 상부에 배치된다. 바람직하게, 로터 플레인(21,22) 사이의 미리 결정된 거리는 0.01*D와 2*D 사이의 범위에 포함되고, 바람직하게는 0.17*D이며, 이 경우 D는 제2 로터 조립체(8d)의 직경을 정의한다.

상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)는 기어박스 페어링(5d)에 배치되는 적어도 하나의 제1 및 제2 엔진(14a, 14b)에 의해 각각 작동시 구동된다. 전술한 바와 같이, 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)는 상부 로터 조립체(7d)와 연관된 제1 로터 축과 하부 로터 조립체(8d)에 연관된 제2 로터 축(8d)에 의해 보통 정의되는 로터 축(12d) 둘레에서 바람직하게 회전한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 이들 제1 로터 축과 제2 로터 축은 연관된 경사각(21a, 22a)에 의해 경사질 수 있다. 연관된 경사각(21a, 22a)은 바람직하게는 -60°와 +60°사이의 범위에 포함되고, 우선적으로는 0°이다.

하지만, 연관된 경사각(21a, 22a)이 로터 플레인(21,22)이 교차하도록 선택된다면, 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)는 작동시 서로 맞물린다. 이는 기초가 되는 방향, 즉 추력 벡터(23)를 변화시키기 위해, 대응하는 로터 플레인(21,22)에 대하여 적어도 제1 및 제2 엔진(14a, 14b)을 활발히 회전시키는 것이 허용 가능하게 될 수 있다. 대안적으로, 그와 같은 로터 축(12d)은 연관된 경사각(21a, 22a) 중 하나만큼 경사질 수 있다.

추력 생성 유닛(3d)의 작동시, 로터 축(12d) 둘레에서의 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)의 회전은, 로터 플레인(21,22)을 통한 공기 유입(23a)과 공기 유출(23b)을 발생시킨다. 공기 유입(23a)과 공기 유출(23b) 자체는 추력을 만들고, 또한 보호판(6d)에 작용함으로써, 추가적인 추력을 만든다. 이는 추력 벡터(23)에 의해 예시된 총 추력을 가져오고, 이는 도 1 내지 도 4의 멀티로터 항공기(1)가 들어 올려지는 것을 허용하게 된다. 동일한 추력 레벨에서는 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)를 구동하는 적어도 하나의 제1 및 제2 엔진(14a, 14b)에 의해 필요로 한 각각의 파워량이 보호판(6d) 없이 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)를 구동하기 위해 필요한 파워보다 상당히 낮게 된다는 점이 주목되어야 한다.

하지만, 제자리혼합순항비행 동안 또는 본질적으로 수평인 윈드 거스트(wind gust)가 발생시에는, 전형적인 자유로운 기류 방향(23c)에서의 기류는 보호판(6d), 즉 그것의 외부 표면(20b)에 작용한다. 이는 추력 생성 유닛(3d)에서의 그리고 따라서 도 1 내지 도 4의 멀티로터 항공기(1)에서의 방향(23c)으로의 원치 않은 항력을 가져오고, 이는 멀티로터 항공기(1)의 각각의 파워 소모에 있어서 불리한 점이다.

도 7은 본 발명의 추력 생성 유닛(3d)을 보여주는 것으로, 이러한 추력 생성 유닛(3d)은 추력 벡터(23)의 방향으로 추력을 만들게 구성되고, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d), 내부 볼륨(20c)을 예시적으로 정의하는 보호판(6d), 도 5에 따른 리딩 에지(20d) 및 트레일링 에지(20e)를 포함하도록 구성된다. 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 각각은 그것의 연관된 로터 플레인(21,22)을 정의한다. 또한, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 각각은 그것의 연관된 로터 축(12d)을 정의한다.

예를 들면, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d)의 로터 축(12d)은 축이 같게 배치된다. 대안적으로, 그것들은 추력 벨터(23)의 방향에 대하여 연관된 경사각(21a,22a)만큼 경사질 수 있다. 연관된 경사각(21a,22a)은 바람직하게는 -60°와 +60°사이에 포함되고, 우선적으로는 0°이다.

제1 로터 조립체(7d)는 추력 생성 유닛(3d)의 고장이 없는 작동 모두를 작동시키기 위해 바람직하게 제공되고, 제2 로터 조립체(8d)는 적어도 제1 로터 조립체(7d)가 고장인 경우에 작동시키기 위해 바람직하게 제공된다. 하지만, 제1 로터 조립체(7d)는 추력 생성 유닛(3d)의 고장이 없는 작동 모드에서 작동하기 위해 반드시 제공되어서는 안 되고, 제2 로터 조립체(8d)는 적어도 제1 로터 조립체(7d)가 고장인 경우에 작동하기 위해 반드시 제공되어서는 안 된다는 점이 주목되어야 한다. 대신, 제2 로터 조립체(8d)는 추력 생성 유닛(3d)의 고장이 없는 작동 모드에서 작동하기 위해 구성될 수 있고, 제1 로터 조립체(7d)는 적어도 제2 로터 조립체(8d)가 고장인 경우에 작동하기 위해 구성될 수 있다. 또한, 제1 로터 조립체(7d)와 제2 로터 조립체(8d)는 고장이 없는 작동 모드 등에서 함께 작동하기 위해 구성될 수 있다.

하지만 일 양태에 따르고 도 5와 도 6을 참조하여 위에서 설명된 추력 생성 유닛(3d)의 구현예와는 대조적으로, 보호판(6d)은 이제 바람직하게는 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 중 많아야 하나를 수용한다. 더 구체적으로, 바람직하게는 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 중 적어도 하나, 그리고 예시적으로는 제1 로터 조립체(7d)가 보호판(6d)의 내부 볼륨(20c)의 바깥쪽에 배치된다. 우선적으로, 제1 로터 조립체(7d)는 보호판(6d)의 리딩 에지(20d)를 향해 있다. 또한, 일 양태에 따르면, 제2 로터 조립체(8d)는 보호판(6d)의 내부 볼륨(20c)의 안쪽에 배치된다.

도 8은 도 7의 추력 생성 유닛(3d)을 보여주는 것으로, 이러한 추력 생성 유닛(3d)은 추력 벡터(23)의 방향으로 추력을 만들고, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d)와 보호판(6d)을 포함하며, 내부 볼륨(20d), 리딩 에지(20d), 및 트레일링 에지(20e)를 예시적으로 정의하며, 외부 직경(20f)을 예시적으로 나타낸다. 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 각각은 그것의 연관된 로터 플레인(21,22)을 정의한다. 또한, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 각각은 그것의 연관된 로터 축(12d)을 정의하며, 이들 모두는 전형적으로 축이 같게 배치된다. 더욱이, 제2 로터 조립체(8d)는 보호판(6d)의 내부 볼륨(20c)의 안쪽에 배치된다.

하지만, 일 양태에 따르고 도 7을 참조하여 위에서 설명된 추력 생성 유닛(3d)의 구현예와는 대조적으로, 이제 추가적인 보호판(6e)이 제공된다. 바람직하게, 이러한 추가적인 보호판(6e)은 제1 로터 조립체(7d)를 수용한다.

예시적으로, 추가적인 보호판(6e)은 또한 리딩 에지와 트레일링 에지를 정의한다. 간결함 및 간략함을 위해, 보호판(6d)과 비슷하게, 추가적인 보호판의 리딩 에지는 참조 기호(20d)로 표시되고, 추가적인 보호판(6e)의 트레일링 에지는 참조 기호(20e)로 표시된다. 예시적으로, 추가적인 보호판(6e)의 트레일링 에지(20e)는 보호판(6d)의 리딩 에지(20d)를 향해 있다.

일 양태에 따르면, 제1 로터 조립체(21)와 제2 로터 조립체(22)의 연관된 로터 플레인(21,22) 사이의 미리 결정된 거리(24)는 0.01*D와 2*D 사이의 범위에 포함되고, 우선적으로는 0.17*D이며, 이 경우 D는 제2 로터 조립체(8d)의 직경을 정의한다. 바람직하게, 보호판(6d)과 추가적인 보호판(6e)은 0.01*D와 2*D 사이의 범위에 포함되는 오프셋(25)만큼 서로 떨어져 있다. 오프셋(25)은 우선적으로는 0.17*D이다.

추가적인 보호판(6e)의 리딩 에지(20d)와, 제1 로터 조립체(7d)에 의해 정의되는 로터 플레인(21) 사이의 거리(26)는 -1*D와 1*D 사이의 범위에 바람직하게 포함된다. 우선적으로, 그 거리(26)는 -0.08*D이다. 제1 로터 조립체(7d)는 추가적인 보호판(6e)의 바깥쪽에 배치되고, 바람직하게는 만약 거리(26)가 -1*D와 0 사이의 범위에 포함된다면, 리딩 에지(20d)를 향해 있다는 점이 주목되어야 한다. 바람직하게, 보호판(6d)과 추가적인 보호판(6e)은 0.04*D와 1*D 사이의 범위에 포함되는 높이(27a,27b)를 각각 보여준다.

일 양태에 따르면, 보호판(6d)의 외부 직경(20f)은, 예컨대 제2 로터 조립체(8d)의 직경(28)과 같이, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 중 적어도 하나의 직경보다 작다. 하지만, 이러한 특징은 도 8에 예시되어 있지 않지만, 당업자가 도 7 또는 특히 도 9와 함께 볼 때 바로 이해 가능하다는 점이 주목되어야 한다.

도 8과 도 7에 예시된 것과 같은 추력 생성 유닛(3d)의 구성들에서는, 도 6을 참조하여 위에서 설명한 것처럼, 제자리혼합순항비행시 각각의 원치 않는 항력이 감소되고, 보호판(6d)과 추가적인 보호판(6e) 각각에 의해 발생된 추력, 회전하는 요소들뿐만 아니라, 적어도 2개의 조립체(7d,8d)에 의해 발생된 추력에 더해지는, 추력 생성 유닛(3d)의 다른 회전하지 않는 요소들이 T*Vi/PTOT로서 정의되는 추력 생성 유닛(3d)의 각각의 효율을 증가시키고, 이 경우 T는 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 중 하나에 의해 발생된 추력이며, Vi는 유도된 속도이고, PTOT는 추력 생성 유닛(3d)의 요구된 총 파워이라는 점이 주목되어야 한다.

도 9는 도 7의 추력 생성 유닛(3d)을 보여주는 것으로, 이러한 추력 생성 유닛(3d)은 추력 벡터(23)의 방향으로 추력을 만들기 위해 구성되고, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d)와 보호판(6d)을 포함하며, 내부 볼륨(20c), 리딩 에지(20d), 및 트레일링 에지(20e)를 예시적으로 정의한다. 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 각각은 그것의 연관된 로터 축(12d)을 정의하고, 이들은 모두 전형적으로 축이 같게 배치된다. 더욱이, 제1 로터 조립체(7d)는 보호판(6d)의 내부 볼륨(20d)의 바깥쪽에 배치되고, 보호판(6d)의 리딩 에지(20d)를 향해 있다.

하지만 일 양태에 따르고, 도 7을 참조하여 위에서 설명된 추력 생성 유닛(3d)의 구현예와는 대조적으로, 이제는 제1 및 제2 로터 조립체(7d,8d) 중 하나를 수용하지 않고, 제1 로터 조립체(7d)와 제2 로터 조립체(8d) 사이에 보호판(6d)이 배치된다. 즉, 이제 제2 로터 조립체(8d)는 또한 보호판(6d)의 내부 볼륨(20c)의 바깥쪽에 배치된다. 우선적으로, 제2 로터 조립체(8d)는 보호판(6d)의 트레일링 에지(20e)를 향해 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 보호판(6d)의 외부 직경(도 8에서의 20f)은 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d)의 적어도 하나의 직경보다 작을 수 있다.

도 10은 도 8의 추력 생성 유닛(3d)을 보여주는 것으로, 이러한 추력 생성 유닛(3d)은 추력 벡터(23)의 방향으로 추력을 만들도록 구성되고, 연관된 내부 볼륨(20c)이 있는 보호판(6d)과 함께 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d)를 포함한다. 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 각각은 그것의 연관된 로터 플레인(21,22)을 정의한다.

하지만 일 양태에 따르고, 도 8을 참조하여 위에서 설명된 추력 생성 유닛(3d)의 구현예와는 대조적으로, 이제는 연관된 로터 플레인(30)을 정의하는 적어도 하나의 상부 중간 로터 조립체(29) 및/또는 연관된 로터 플레인(32)을 정의하는 적어도 하나의 하부 중간 로터 조립체(31)를 더 포함한다. 연관된 로터 플레인(30,32)은 로터 플레인(21,22) 사이에 예시적으로 배치된다.

따라서, 적어도 하나의 상부 및/또는 하부 중간 로터 조립체(29,31)와 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d)는 적어도 4개의 분리된 로터 플레인(30,32,21,22)을 정의한다. 이는 제공된 안전 레벨과 만족스러운 비행 기계적 거동을 더 증가시키는 것을 허용한다.

상부 로터 조립체와 하부 로터 조립체(7d,29;8d,31) 모두 보호판(6d)에서, 즉 그것의 내부 볼륨(20c) 안쪽에서 예시적으로 수용된다는 점이 주목되어야 한다. 하지만, 대안적으로, 보호판(6d)에서는 하부 로터 조립체(8d,31)만이 수용될 수 있고, 상부 로터 조립체(7d,29)는 도 8의 추가적인 보호판(6e)에서 수용된다. 여전히 대안적으로, 보호판(6d)의 바깥쪽에 도 9에 에시된 것과 같이 2개의 로터 조립체(7d,8d)가 배치될 수 있고, 보호판(6d)에는 상부 중간 로터 조립체(29)와 하부 중간 로터 조립체(31)만이 수용된다. 여전히 대안적으로, 보호판(6d)에는 하부 로터 조립체(8d,31)만이 수용될 수 있고, 상부 로터 조립체(7d,29)는 도 7에 따라 보호판(6d)의 바깥쪽에 배치된다.

도 11은 상부 및 하부 로터 조립체(7d,8d)가 있는 도 5의 추력 생성 유닛(3d)의 개략도를 보여주는 것으로, 이러한 추력 생성 유닛(3d)은 분리된 로터 플레인(21,22)을 바람직하게 정의한다. 작동시 적어도 하나의 제1 엔진(14a)과 제2 엔진(14b)에 의해 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)가 구동된다. 적어도 하나의 제1 엔진(14a)은 바람직하게는 제1 상부 로터 축(33) 둘레에서 상부 로터 조립체(7d)를 회전시키도록 적합하게 되고, 적어도 하나의 제1 엔진(14b)은 바람직하게는 제2 하부 로터 축(34) 둘레에서 하부 로터 조립체(8d)를 회전시키도록 적합하게 되어 있다.

하지만, 도 5와는 대조적으로, 제1 로터 축(33)과 제2 로터 축(34)은 미리 결정된 로터 축 변위만큼 서로 떨어져 있다. 이러한 변위(35)는 이전 도면들의 멀티로터 항공기(1)의 세로 방향(1a)으로 및/또는 그것의 옆 방향(1b)으로 향하게 되어질 수 있다.

도 12는 정상 비행 모드에 있는, 본 발명에 따른 멀티로터 항공기(1)의 일 구현예의 측면 사시도를 보여준다. 다르게 표현되지 않는 한, 아래에서 사용된 참조 번호는 이전 구현예들에서의 비슷한 요소들과 구조물들을 가리킨다.

도 12의 멀티로터 항공기(1)는 적어도 하나의 앞 추력 생성 유닛(3a,3c)과 적어도 하나의 뒤 추력 생성 유닛(3b,3d)을 가진다. 도 12에서는 적어도 하나의 앞 추력 생성 유닛(3a,3c)과 적어도 하나의 뒤 추력 생성 유닛(3b,3d)이 적어도 하나의 각각의 보호판(6a,6b,6c,6d)을 가진다.

예시적으로, 멀티로터 항공기(1)는 복수의 앞 추력 생성 유닛 및 뒤 추력 생성 유닛(3a,3c,3b,3d)을 가진다. 예시적으로, 멀티로터 항공기(1)는 그것의 세로 방향(1a) 옆으로, 3c,3d와 같이 스타쪽(star side)에서 같은 양의 추력 생성 유닛과, 3a,3b와 같이 보드쪽(board side)에서 같은 양의 추력 생성 유닛을 가진다.

주어진 추력 생성(3a,3c,3b,3d)에는 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)가 제공된다. 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)는 각각 제1 로터 축(21a)과 제2 로터 축(34)을 가진다.

도 12에서는, 제1 로터 축(21a)이 추력의 미리 결정된 방향(23)에 대해 연관된 제1 경사각(21a)만큼 경사져 있다. 예시적으로, 서로의 상부에 배치된 로터 플레인(21,22)은 또한 주어진 추력 생성 유닛(3a,3c,3b,3d)에서 연관된 제1 경사각(21a)에 대한 여각만큼 서로에 대해 경사져 있다.

도 12는 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)를 각각 갖는 추력 생성 유닛(3a,3c,3b,3d)을 보여주고, 이들은 분리된 로터 플레인(21,22)을 정의한다.

도 12는 +1°와 60°사이의 범위에 포함되고 세로로 놓여 있는 제1 경사각(21a)을 보여준다. 제1 로터 조립체(7d)는 보호판의 내부 볼륨 바깥쪽에 배치된다.

제2 로터 조립체(8d)는 대응하는 쉬라우드(6d)의 내부 볼륨(20c) 안쪽에 배치된다. 또한, 제2 로터 조립체(8d)는 미리 결정된 방향(23)에 대해 연관된 제2 경사각(22a)만큼 경사져 있다. 도 12의 제2 경사각(22a)은 제1 경사각(21a)의 범위보다 아래쪽의 범위에 있다.

일반적으로 얘기하면, 제2 경사각(22a)이 제1 경사각(21a)의 범위보다 아래쪽의 범위에 있도록, 제2 로터 축(22d)이 미리 결정된 방향(23)에 대해 연관된 제2 경사각(22a)만큼 경사져 있다. 도 12의 구현예에서, 미리 결정된 방향에 대해, 제2 경사각은 영(null)이고, 따라서 0°와 같다.

도 13은 본 발명에 따른 멀티로터 항공기(1)의 또 다른 구현예를 보여주는 것으로, 이러한 도 13은 도 12에서의 것 약간 비슷하다. 그러므로 다르게 표현되지 않는 한, 아래에서 사용된 참조 번호는 이전 구현예들에서의 비슷한 요소들과 구조물들을 가리킨다.

도 13의 멀티로터 항공기(1)는 적어도 하나의 앞 추진 생성 유닛(3a,3c)과 적어도 하나의 뒤 추력 생성 유닛(3b,3d)을 가진다. 도 13에서는 적어도 하나의 앞 추력 생성 유닛(3b,3d)만이 적어도 하나의 각각의 보호판(6b,6d)을 가진다. 적어도 하나의 앞 추력 생성 유닛(3b,3d)에서의 제2 로터 조립체(8d)는 대응하는 보호판(6d)의 내부 볼륨(20c) 안쪽에 배치된다. 적어도 하나의 앞 추력 생성 유닛(3b,3d)에서의 제1 로터 조립체(7d)는 내부 볼륨(20c)의 바깥쪽에 배치된다.

예시적으로, 멀티로터 항공기(1)는 복수의 앞 및 뒤 추력 생성 유닛(3a,3c,3b,3d)을 가진다. 도 13에서, 멀티로터 항공기(1)는 그것의 세로 방향(1a) 옆으로, 3c,3d와 같이 스타쪽에서 같은 양의 추력 생성 유닛과, 3a,3b와 같이 보드쪽에서 같은 양의 추력 생성 유닛을 가진다.

이 구현예에서, 앞 추진 생성 유닛(3b,3d)은 적어도 하나의 각각의 보호판(6b,6d)을 가진다. 더 현저하게, 도 13에서는 모든 뒤 추력 생성 유닛(3a,3c)은 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)의 로터 플레인(21,22) 모두가 동체(2a)에 의해 둘러싸이지 않도록, 보호판이 제거되는 상부 로터 조립체(7d)와 하부 로터 조립체(8d)를 모두 가진다.

도 12에 따라서는, 모든 앞 및 뒤 추력 생성 유닛(3a,3c,3b,3d)의 제1 로터 축(21a)이 추력의 미리 결정된 방향(23)에 대해 연관된 제1 경사각(21a)만큼 각각 경사져 있다. 도 13은 세로로 놓여 있고, +1°와 60°사이의 범위에 포함되어 있는 제1 경사각(21a)을 보여준다. 또한, 제2 로터 조립체(8d)는 미리 결정된 방향(23)에 대해 연관된 제2 경사각(22a)만큼 경사져 있다. 도 13의 제2 경사각(22a)은 제1 경사각(21a)의 범위보다 떨어진 범위에 있고, 예컨대 약 0°이다. 도 12 또는 도 13의 예에서는, 제1 경사각(21a)의 각도 값이 예컨대, 5°와 30°사이에 있고, 바람직하게는 10°와 20°사이, 더 바람직하게는 17°와 같이 약 15°이다.

마지막으로, 본 발명의 위에서 설명된 양태들의 수정예가 또한 주장된 본 발명의 부분으로서 간주된다는 점이 주목되어야 한다.

1: 멀티로터 항공기 1a: 항공기 세로 방향
1b: 항공기 옆 방향 2: 항공기 에어프레임
2a: 항공기 에어프레임 내부 볼륨
2b: 항공기 에어프레임 폭
3: 추력 생성 유닛들
3a,3b,3c,3d: 추력 생성 유닛
4: 추력 생성 유닛들 구조상 지지체들
4a,4b,4c,4d: 추력 생성 유닛 구조상 지지체
5: 기어박스 페어링들
5a,5b,5c,5d: 기어박스 페어링
6: 보호판 유닛들
6a,6b,6c,6d, 6e: 보호판
7: 상부 로터 조립체들
7a,7b,7c,7d: 상부 로터 조립체
8: 하부 로터 조립체들
8a,8b,8c,8d: 하부 로터 조립체
9: 추력 생성 기류 방향
10: 지면
10a: 각각 수직인 직각을 이루는 기준선
11: 세로 경사각들 11a,11b: 세로 경사각
12: 로터 축들 12a,12b,12c,12d: 로터 축
13: 측면 경사각들 13a,13b: 측면 경사각
14a: 상부 로터 조립체 엔진 14b: 하부 로터 조립체 엔진
15: 상부 로터 조립체 회전 방향
16: 하부 로터 조립체 회전 방향
17: 피치 변동
18a, 18b, 18c: 상부 로터 조립체 로터 블레이드
19a, 19b, 19c: 하부 로터 조립체 로터 블레이드
20a: 보호판 내부 표면 20b: 보호판 외부 표면
20c: 보호판 내부 볼륨 20d: 보호판 리딩 에지
20e: 보호판 트레일링 에지 20f: 보호판 외부 직경
21: 상부 로터 조립체 로터 플레인
21a: 상부 플레인 경사각 22: 하부 로터 조립체 로터 플레인
22a: 하부 플레인 경사각 23: 추력 벡터
23a: 기류 유입 방향 23b: 기류 유출 방향
23c: 자유로운 기류 흐름 방향
24: 로터 플레인들 사이의 거리
25: 상부 및 하부 보호판 오프셋 거리
26: 리딩 에지와 로터 플레인 사이의 거리
27a,27b: 보호판 높이들
28: 로터 조립체 직경
29: 상부 중간 로터 조립체
30: 상부 중간 로터 조립체 로터 플레인
31: 하부 중간 로터 조립체
32: 하부 중간 로터 조립체 로터 플레인
33; 상부 로터 조립체 로터 축
34: 하부 로터 조립체 로터 축
35: 로터 축 변위

Claims

미리 결정된 방향(23)으로 추력을 생성하기 위한 추력 생성 유닛(3d)으로서,
보호판(shrouding)(6d)과 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d)를 포함하고,
상기 보호판(6d)은 내부 볼륨(20c)을 정의하고, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 중 제1 로터 조립체(7d)는 제1 로터 축(12d)을 정의하며, 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 중 제2 로터 조립체(8d)는 제2 로터 축(12d)을 정의하고,
미리 결정된 방향(23)에 대해 연관된 제1 경사각(21a)만큼 제1 로터 축(21a)이 경사져 있고, 상기 제1 경사각(21a)은 세로로 놓여 있으며 +1°와 +60°사이의 범위에 포함되어 있고, 상기 제1 로터 조립체(7d)는 상기 보호판(6d)의 내부 볼륨(20c)의 바깥쪽에 배치되어 있으며,
상기 제2 로터 축(12d)은 제2 경사각(22a)이 제1 경사각(21a)의 범위보다 떨어지는 범위에 있도록, 미리 결정된 방향(23)에 대해 연관된 제2 경사각(22a)만큼 경사져 있는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 제2 로터 조립체(8d)는 상기 보호판(6d)의 내부 볼륨(20c)의 바깥쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제2 항에 있어서,
상기 보호판(6d)은 리딩 에지(20d)와 트레일링 에지(20e)를 포함하고, 상기 제1 로터 조립체(7d)는 상기 리딩 에지(20d)를 향해 있으며, 상기 제2 로터 조립체(8d)는 상기 트레일링 에지(20e)를 향하고 있는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제2 항에 있어서,
상기 보호판(6d)은 적어도 2개의 로터 조립체(7d,8d) 중 적어도 하나의 직경보다 작은 외부 직경(20f)을 나타내는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 제2 로터 조립체(8d)는 상기 보호판(6d)의 내부 볼륨(20c)의 안쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제5 항에 있어서,
상기 보호판(6d)은 리딩 에지(20d)와 트레일링 에지(20e)를 포함하고, 상기 제1 로터 조립체(7d)는 상기 리딩 에지(20d)를 향해 있는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제5 항에 있어서,
상기 제1 로터 조립체(7d)를 수용하는 추가적인 보호판(6e)이 제공되는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제7 항에 있어서,
상기 보호판(6d)과 상기 추가적인 보호판(6e)은 각각 0.04*D와 1*D 사이의 범위에 포함되는 높이(27a,27b)를 나타내고, D는 제2 로터 조립체(8d)의 직경을 정의하는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제7 항에 있어서,
상기 보호판(6d)과 상기 추가적인 보호판(6e)은 0.01*D와 2*D 사이의 범위에 포함되고, 바람직하게는 0.17*D인 오프셋(25)만큼 서로로부터 떨어져 있고, D는 제2 로터 조립체(8d)의 직경을 정의하는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제7 항에 있어서,
상기 추가적인 보호판(6e)은 상기 보호판(6d)으로부터 딴 곳을 가리키는 리딩 에지(20d)를 포함하고, 상기 리딩 에지(20d)와, 제1 로터 조립체(7d)에 의해 정의되는 로터 플레인(21) 사이의 거리(26)는 -1*D와 1*D 사이의 범위에 포함되며, 바람직하게는 상기 거리(26)가 -0.08*D이고, D는 제2 로터 조립체(8d)의 직경을 정의하며, 상기 거리(26)가 -1*D와 0 사이에 포함되고, 바람직하게는 리딩 에지(20d)를 향해 있다면, 제1 로터 조립체(7d)가 추가 보호판(6e)의 바깥쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제7 항에 있어서,
제1 로터 조립체(7d)와 제2 로터 조립체(8d) 각각은 연관된 로터 플레인(21,22)을 정의하고, 상기 제1 로터 조립체와 상기 제2 로터 조립체의 연관된 로터 플레인들(21,22) 사이의 미리 결정된 거리(24)는 0.01*D와 2*D 사이의 범위에 포함되며, 바람직하게는 상기 거리(24)가 0.17*D이고, D는 제2 로터 조립체(8d)의 직경을 정의하는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제1 항에 있어서,
제1 로터 조립체(7d)와 제2 로터 조립체(8d) 각각은 연관된 로터 플레인(21,22)을 정의하고, 상기 제1 로터 조립체(7d)와 상기 제2 로터 조립체(8d)의 연관된 로터 플레인들(21,22) 사이의 미리 결정된 거리(24)는 0.01*D와 2*D 사이의 범위에 포함되며, 바람직하게는 상기 거리(24)가 0.17*D이고, D는 제2 로터 조립체(8d)의 직경을 정의하는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 제1 로터 조립체(7d)는 적어도 2개의 로터 블레이드(18a,18b,18c)를 포함하고, 상기 제2 로터 조립체(8d)는 적어도 2개의 로터 블레이드(19a,19b,19c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 제1 로터 조립체(7d)는 작동시 제1 회전 방향(15)으로 회전하도록 적합하게 되고, 제2 로터 조립체(8d)는 작동시 제2 회전 방향(16)으로 회전하도록 적합하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 제2 경사각(22a)은 0°인 것을 특징으로 하는 추력 생성 유닛.
멀티로터 항공기(1)로서,
제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 따라 구성되는 적어도 하나의 추력 생성 유닛(3d)을 포함하는 멀티로터 항공기.