KR20190034755A - 소형 유인헬기의 무인화 조종계통 및 그 개조방법 - Google Patents

소형 유인헬기의 무인화 조종계통 및 그 개조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통 개조방법은 (a) 조종석의 조종간(Stick, Pedal, Throttle)에서 생성되는 횡축명령, 종축명령, 방향명령, 추진명령 제어봉(Control Rod)을 통하여 혼합기(200)를 경유하고 회전경사판으로 전달되는 제어봉을 절단하는 단계; 및 (b) 제어봉이 절단된 연결부에 횡축구동기, 추진구동기, 종축구동기, 및 방향구동기를 브래킷(Bracket)으로 비행체의 기체에 고정하는 단계; 및 (c) 횡축구동기, 추진구동기, 종축구동기, 및 방향구동기를 비행조종 단말기와 전기적으로 연결시키는 단계;를 포함하여, 전기적 구동장치가 혼합기의 직전단에 위치함으로써, 기존의 방식에 비하여 힘이 전달되는 연결부가 적여져 힘 손실이 적고, 회전경사판의 최종 날개(Blade)에 이르는 반발(Backlash)을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

소형 유인헬기의 무인화 조종계통 및 그 개조방법{UNMANNED CONTROL SYSTEM OF SMALL MANNED HELICOPTER AND MODIFYING METHOD THEREOF}
본 발명은 소형 유인헬기의 무인화 조종계통 및 그 개조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 유인헬기의 조종계통의 기계적 링키지 중, 회전경사판(Swashplate) 바로 전단인 믹서와 최대한 가까운 링키지를 절단하고 전기적으로 제어 가능한 구동장치가 포함된 링키지로 개조하여 무인비행체로의 운용이 가능한 소형 유인헬기의 무인화 조종계통 및 그 개조방법에 관한 것이다.
종래 조종계통은 조종석의 조종간 움직임을 조종간에 병렬로 장착되어 있는 구동장치가 모사해 주는 방식으로, 이러한 방식의 무인화 개조는 조종명령이 긴 연결부(Linkage)와 제어봉(Control Rod)을 통하여 혼합기(Mixer)와 회전경사판(Swash Plate)로 전달되기 때문에 일정한 힘의 전달이 힘들고(Lose), 회전경사판의 날개까지의 반발(Backlash)에 대한 고려가 힘든 문제점이 있다.
보다 구체적으로, 종래 조종계통은 도 1에 도시되 바와 같이, 4개의 제어봉(Control Rod)이 믹서(Mixer) 및 회전경사판(Swash Plate)과 연결부(Linkage)로 연결되어 있는데, 연결부가 길게 구성되어 있어 일정한 힘의 전달이 힘들고, 회전경사판의 날개까지의 반발이 발생하는 문제점이 있다.
미국등록특허 US 8,052,096 B2
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 유인헬기의 조종계통의 기계적 링키지 중, 회전경사판(Swashplate) 바로 전단인 믹서와 최대한 가까운 링키지를 절단하고 전기적으로 제어 가능한 구동장치가 포함된 링키지로 개조하여 무인비행체로의 운용이 가능한 소형 유인헬기의 무인화 조종계통 및 그 개조방법의 제공을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통은 비행체의 블레이드(Blade)와 연결되어, 상기 블레이드 날개기울기와 회전기울기를 결정해주는 회전경사판; 상기 회전경사판과 연결되어, 상기 날개기울기 및 회전기울기를 결정하도록 기울임을 생성하는 혼합기; 상기 혼합기와 근거리의 연결부를 절단하고 전기적으로 제어가능하도록 상기 비행체의 기체에 고정되어 횡축, 추진, 종축, 방향을 각각 제어하는 횡축구동기, 추진구동기, 종축구동기, 및 방향구동기; 상기 횡축구동기, 추진구동기, 종축구동기, 및 방향구동기와 전기적으로 연결되어 제어신호를 전달하는 비행조종 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통 개조방법은 (a) 조종석의 조종간(Stick, Pedal, Throttle)에서 생성되는 횡축명령, 종축명령, 방향명령, 추진명령 제어봉(Control Rod)을 통하여 혼합기(200)를 경유하고 회전경사판으로 전달되는 제어봉을 절단하는 단계; 및 (b) 상기 제어봉이 절단된 연결부에 횡축구동기, 추진구동기, 종축구동기, 및 방향구동기를 브래킷(Bracket)으로 비행체의 기체에 고정하는 단계; 및 (c) 상기 횡축구동기, 추진구동기, 종축구동기, 및 방향구동기를 비행조종 단말기와 전기적으로 연결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통 및 그 개조방법은 전기적 구동장치가 혼합기의 직전단에 위치함으로써, 기존의 방식에 비하여 힘이 전달되는 연결부가 적여져 힘 손실이 적고, 회전경사판의 최종 날개(Blade)에 이르는 반발(Backlash)을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통 및 그 개조방법은 조종석과 조종간이 필요하지 않기 때문에 항공기 무게(Payload) 관리를 위하여 해당 장비를 제거하여 여유중량을 확보할 수 있는 효과가 있다.
마지막으로, 본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통 및 그 개조방법은 유인헬기의 완전한 무인화를 통하여 헬기 조종사에 대한 인명 손실 우려를 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 유인헬기의 조종계통을 도시한 도면,
도 2는 개조된 본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통을 도시한 도면, 및
도 3은 본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통에서의 엔진 밸브의 무인화를 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 개조된 본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통은 회전경사판(Swash Plate:100), 혼합기(Mixer:200), 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600), 및 비행조종단말기(700)를 포함한다.
상기 회전경사판(100)은 비행체의 블레이드(Blade)와 연결되어, 상기 블레이드 날개기울기와 회전기울기를 결정해준다.
상기 혼합기(200)는 상기 회전경사판(200)과 연결되어, 상기 회전경사판(200)이 날개기울기 및 회전기울기를 결정하도록 상기 회전경사판(200)의 기울임을 만들어 준다.
한편, 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)는 비행체의 조종계통 중, 상기 회전경사판(200) 바로 전단에 위치하는 상기 혼합기(200)와 최대한 가까운 연결부(Linkage)를 절단하고 전기적으로 제어 가능하도록 브랫킷의 지지받아 비행체의 기체에 고정된다.
보다 구체적으로, 상기 횡축구동기(300)와 상기 추진구동기(400)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 브래킷(Bracket:10)에 지지를 받아 비행체의 기체에 고정되고, 상기 종축구동기(500), 및 상기 방향구동기(600)는 제2 브래킷(Bracket:20)에 지지를 받아 비행체 기체에 고정된다.
상술한 바와 같이, 상기 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)가 상기 혼합기(200)와 최대한 가까운 연결부(Linkage)를 절단하고 전기적으로 제어 가능하도록 브랫킷의 지지받아 비행체의 기체에 고정됨에 따라, 상기 비행체는 기존의 조종석과 조종간이 제거되도 되기 때문에 완전한 무인 비행체로의 운용이 가능하게 된다.
특히, 상기 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)는 상기 비행조종단말기(700)와 무선으로 연결되어 조종명령을 받아 전기적으로 제어가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)는 상기 비행조종단말기(700)와 연결되고, 상기 비행조종단말기(700)로부터 종래 조종석의 조종간 제어봉의 움직임이 모사된 제어신호를 입력받아 구동된다.
상기 횡축구동기(300)는 종래 조종석의 조종간에서 생성되는 횡축 제어신호 대신, 무선으로 연결된 상기 비행조종단말기(700)로부터 전기적인 횡축 제어신호를 수신하여 비행체의 횡축제어를 가능하도록 한다.
마찬가지로, 상기 추진구동기(400), 상기 종축구동기(500), 및 상기 방향구동기(600)도 종래 조종석의 조종간에서 생성되는 추진, 종축, 방향 제어신호 대신, 무선으로 연결된 상기 비행조종단말기(700)로부터 전기적인 추진, 종축, 방향 제어신호를 수신하여 비행체의 추진, 종축, 및 방향제어를 가능하도록 한다.
무인비행조종을 위한 단말기로 비행조종컴퓨터, 휴대폰, 태블릿PC 등이 해당 될 수 있는 상기 비행조종단말기(700)는 도 2에 도시된 바와 같이, 통신부(710), 데이터베이스부(720), 횡축제어부(730), 종축제어부(740), 방향제어부(750), 추진제어부(760)를 포함한다.
상기 통신부(710)는 상기 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)와 통신할 수 있는 인터페이스로서, 각종 제어신호를 송신한다.
참고로, 상기 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)는 각각에 상기 통신부(710)와 통신할 수 있는 상이한 아이피를 같은 통신모듈을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 데이터베이스부(720)는 상기 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)를 제어하기 위한 제어명령을 제어봉의 움직임으로 모사한 데이터를 저장하고 업데이트 등을 통해 관리한다.
상기 횡축제어부(730)는 상기 데이터베이스부(720)로부터 횡축 제어 모사데이터를 추출하고, 해당 횡축 제어 모사데이터를 횡축 제어신호로 변환하여 상기 통신부(710)를 통해 상기 횡축구동기(300)에 송신함으로써, 상기 횡축구동기(300)를 제어한다.
상기 종축제어부(740)는 상기 데이터베이스부(720)로부터 종축 제어 모사데이터를 추출하고, 해당 종축 제어 모사데이터를 종축 제어신호로 변환하여 상기 통신부(710)를 통해 상기 종축구동기(500)에 송신함으로써, 상기 종축구동기(500)를 제어한다.
상기 방향제어부(750)는 상기 데이터베이스부(720)로부터 방향 제어 모사데이터를 추출하고, 해당 방향 제어 모사데이터를 방향 제어신호로 변환하여 상기 통신부(710)를 통해 상기 방향구동기(600)에 송신함으로써, 상기 방향구동기(600)를 제어한다.
상기 추진제어부(760)는 상기 데이터베이스부(720)로부터 추진 제어 모사데이터를 추출하고, 해당 추진 제어 모사데이터를 추진 제어신호로 변환하여 상기 통신부(710)를 통해 상기 추진구동기(400)에 송신함으로써, 상기 추진구동기(400)를 제어한다.
또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 소형 유인헬기의 무인화 조종계통은 도 3a에 도시된 바와 같이, 엔진에 기계식으로 연결되는 제1 밸브(N1)와 제2 밸브(N2)를 도 3b와 같이 전기식으로 연결시켜 유인 헬기의 완전한 무인화가 가능하다.
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 제1 밸브(N1) 및 제2 밸브(N2)와 각각 기계적으로 연결된 Collective 및 Throttle 링크를 제거한 후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 비행조종단말기(700)는 제1 EMA 제어부(770), 제2 EMA 제어부(780)를 더 포함하여, 상기 제1 밸브(N1)와 상기 제1 EMA 제어부(770) 사이, 그리고 상기 제2 밸브(N2)와 제2 EMA 제어부(780) 사이에 각각 구비된 제1 전기식 액추에이터(EMA<Electro Mechanical Actuator> 1)와 제2 전기식 액추에이터(EMA 2)를 제어함으로써 엔진을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 밸브(N1)와 상기 제1 전기식 액추에이터(EMA 1)는 기계식으로 연결되어 있고, 상기 제1 전기식 액추에이터(EMA 1)와 상기 제1 EMA 제어부(770) 전기적으로 결합되어, 상기 제1 EMA 제어부(770)의 전기적 제어에 따라 상기 제1 전기식 액추에이터(EMA 1)가 구동되어 엔진에 연결된 상기 제1 밸브(N1)를 제어한다.
이때, 상기 제1 밸브(N1)와 제2 밸브(N2)를 모사할 수 있는 상기 제1 전기식 액추에이터(EMA 1)와 제2 전기식 액추에이터(EMA 2)는 별도의 브라켓에 의해 헬기 기체에 고정 장착될 수 있다.
상기 제2 밸브(N2), 상기 제2 전기식 액추에이터(EMA 2) 및 상기 제2 EMA 제어부(780) 간 결합관계는 상기 제1 밸브(N1), 상기 제1 전기식 액추에이터(EMA 1) 및 상기 제1 EMA 제어부(770)의 결합관계와 동일하여 구체적인 설명은 생략한다.
상술한 제1 밸브(N1) 및 제2 밸브(N2)는 엔진과 연결되어, 엔진의 RPM를 조절하거나, 엔진으로 유입되는 연료의 양을 조절할 수 있다.
한편, 상기 제1 전기식 액추에이터(EMA 1)와 제2 전기식 액추에이터(EMA 2)는 각각 통신가능한 전용케이블에 의해 상기 제1 EMA 제어부(770), 제2 EMA 제어부(780)에 연결되는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 제1 브래킷(Bracket)
20 : 제2 브래킷(Bracket)
100 : 회전경사판(Swash Plate)
200 : 혼합기(Mixer)
300 : 횡축구동기
400 : 추진구동기
500 : 종축구동기
600 : 방향구동기
700 : 비행조종단말기
710 : 통신부
720 : 데이터베이스부
730 : 횡축제어부
740 : 종축제어부
750 : 방향제어부
760 : 추진제어부
770 : 제1 EMA 제어부
780 : 제2 EMA 제어부

Claims (7)

  1. 비행체의 블레이드(Blade)와 연결되어, 상기 블레이드 날개기울기와 회전기울기를 결정해주는 회전경사판(100);
    상기 회전경사판(200)과 연결되어, 상기 날개기울기 및 회전기울기를 결정하도록 기울임을 생성하는 혼합기(200);
    상기 혼합기(200)와 근거리의 연결부를 절단하고 전기적으로 제어가능하도록 상기 비행체의 기체에 고정되어 횡축, 추진, 종축, 방향을 각각 제어하는 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600);
    상기 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)와 전기적으로 연결되어 제어신호를 전달하는 비행조종 단말기(700);를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 유인헬기의 무인화 조종계통.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 횡축구동기(300)와 상기 추진구동기(400)는 제1 브래킷(Bracket:10)에 지지를 받아 비행체의 기체에 고정되고, 상기 종축구동기(500)와 상기 방향구동기(600)는 제2 브래킷(Bracket:20)에 지지를 받아 비행체 기체에 고정되는 것을 특징으로 하는 소형 유인헬기의 무인화 조종계통.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 비행조종 단말기(700)는
    상기 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)와 통신할 수 있는 통신부(710);
    상기 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)를 제어하기 위한 제어명령 데이터를 저장관리하는 데이터베이스부(720); 및
    상기 데이터베이스부(720)로부터 추출한 횡축 제어 모사데이터, 종축 제어 모사데이터, 방향 제어 모사데이터, 추진 제어 모사데이터를 각각 횡축 제어신호, 종축 제어신호, 방향 제어신호, 추진 제어신호로 변환하는 횡축제어부(730), 종축제어부(740), 방향제어부(750) 및 추진제어부(760);를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 유인헬기의 무인화 조종계통.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 비행조종 단말기(700)는
    전기적 제어에 따라 제1 및 제2 전기식 액추에이터(EMA 1, EMA 2)를 구동시켜 엔진에 연결된 제1 및 제2 밸브(N1, N2)를 제어하는 제1 및 제2 EMA 제어부(770, 780);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 유인헬기의 무인화 조종계통.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제어명령 데이터는
    제어봉의 움직임으로 모사한 데이터인 것을 특징으로 하는 소형 유인헬기의 무인화 조종계통.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 데이터베이스부(720)에는
    상기 엔진을 제어하기 위한 모사 데이터가 더 포함되어, 상기 제1 및 제2 EMA 제어부(770, 780)가 상기 모사 데이터대로 상기 제1 및 제2 밸브(N1, N2)를 제어하기 위해 제1 및 제2 전기식 액추에이터(EMA 1, EMA 2)를 제어하는 것을 특징으로 하는 소형 유인헬기의 무인화 조종계통.
  7. (a) 조종석의 조종간(Stick, Pedal, Throttle)에서 생성되는 횡축명령, 종축명령, 방향명령, 추진명령 제어봉(Control Rod)을 통하여 혼합기(200)를 경유하고 회전경사판(100)으로 전달되는 제어봉을 절단하는 단계; 및
    (b) 상기 제어봉이 절단된 연결부에 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)를 브래킷(Bracket)으로 비행체의 기체에 고정하는 단계; 및
    (c) 상기 횡축구동기(300), 추진구동기(400), 종축구동기(500), 및 방향구동기(600)를 비행조종 단말기와 전기적으로 연결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 유인헬기의 무인화 조종계통 개조방법.
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KR20170074389A (ko) * 2015-12-22 2017-06-30 한국항공우주산업 주식회사 비상 비행제어가 가능한 fbw 비행제어시스템

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