KR20200121927A - 비행기구들을 보강하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

공기 보다 가벼운 리프트에 기초한 많은 시스템들에 적용 가능하고, 구조적 지지 및 네트워크 상호 연결을 위한 안전 장치가 되어 있는(fail-safe) 비행기구 시스템이 논의된다. 발명은 보강 구조 및 최적 연결부와 통합 구조(보강 및 통합 구조(2))를 구비한 시스템으로서, 안전 장치가 되어 있는 설계를 가지는 수소 셀 또는 수소 셀들을 보강하는 시스템을 기재한다. 이론적 구조는 폭발력들을 견디기에 충분히 강하고, 충격파 손상 및 화재의 전파를 피하고, 수소 셀 또는 셀들(1)은 자동적으로 자기 제어되고, 리프트 강도 및 다중 파라미터 제어를 획득하도록 독립적으로 작동한다.

Description

비행기구들을 보강하기 위한 시스템 및 방법

매크로 스케일 및 마이크로 스케일에서 물질 수준(level) 및 아키텍처(architecture) 설계에 대해 수소 안정성의 개념을 가져오는 공기보다 가벼운 새로운 개념의 비행체에 관한 것이다. 아울러, 그 개념의 단순성은 높은 정도의 통합성(integration)으로 하여금 수소를 사용하는 실제 구현을 제공한다.

그 기술은 어떤 비행기구에도 적용될 수 있다. 비행기구는 플로팅 가스(floating gas)를 사용함으로써 리프트(lift)를 획득하는, 공기보다 가벼운 비행체이다. 비행기구는 주변 공기보다 밀도가 낮은 리프팅 가스(lifting gas)로 채워진 큰 기낭(envelope)들에 의해 리프트를 획득한다.

비행선들에 의해 사용되는 2개의 주 리프팅 가스는 수소와 헬륨이다. 헬륨은 지구 상에서 상대적으로 희귀하다. 그러나, 수소는 지구 표면 상에 3번째로 풍부한 원소이고, 주로 탄화수소들 및 물과 같은 화학적 화합물의 형태로 있다. 수소는 지구 상에서 가장 가벼운 원소이고, 쉽게 그리고 비용 효율적으로 획득될 수 있다. 수소는 미래 운송수단들의 세대를 위해 깨끗한 에너지원으로 거대한 잠재성을 가진다. 기후적으로 및 환경적으로 생산부터 사용까지 적절하게 변환 체인(conversion chain)을 통해 깨끗하다.

수소 비행체의 개념이 가지는 주 문제는 수소의 가연성이다. 유명한 힌덴부르크 재앙 외에도, 수십 개의 수소 비행체들은 화재에 의해 파괴되었고, 어떤 북미 비행선도 1922년 로마에서 미군 비행선의 충돌 이래 수소로 기구에 부풀려진 바가 없다. 여객기를 위한 리프팅 가스로서 수소의 사용은 1930년대 말에 완전히 포기되었다.

헬륨의 비가연성 성질은 헬륨을 공기보다 가벼운 비행을 위해 실제적인 리프팅 가스로 만들지만, 이는 부족하고 비싸며, 헬륨의 사용은 절반이 넘게 강성의 비행체의 페이로드(payload)를 감소시킬 수 있다. 이전의 최신 기술들의 성능 부족들은 보강 및 통합 부력 구조에 기초한 새로운 세대의 비행기구를 설계할 때 극복되고, 이는 재앙의 측면에서 더욱 안전하게 하고 회복력이 있으며, 비행기구로 하여금 효율적인 비행을 가능하게 한다.

공기보다 가벼운 비행체는 아키텍처를 근본적으로 개선하지 못하기 때문에 전세계적으로 상당히 시련을 받고 있으며 수소를 안전하게 하는 것이 비행기구 산업에서 최종 해결책이다.

안전 장치가 되어 있는(fail-safe) 설계는 특정 실패의 타입의 경우에 그 구조 및 다른 장비, 그 환경 또는 사람들에 대한 손상을 중단 또는 최소화하기 위하여 반응한다. 시스템의 설계는 시스템 실패의 불안정한 결과를 피하거나 경감시킨다. 본원에 기재된 다양한 실시예들은 플로팅 가스로서 수소의 사용을 통해 리프트를 획득하는 동안 격자 구조들, 인장 강도, 멤브레인 구조들 및 컴퓨터 알고리즘으로 설계된 슈왈차이트(schwarzite)라 불리는 다공성 구조들의 우수한 특성들을 레버(lever)하는, 결함들에 대해 저항성이 있는 비행기구에 대해 안전 사용 접근법을 가능하게 한다. 수소에 대한 절약(economizing), 그 환경적 및 기후적 중요성, 그 경량성 및 구조적 강도의 결과적인 조합은 공기보다 가벼운 비행체의 잠재성을 상당히 확장시켜 비행기구의 폭 넓은 사용을 가능하게 한다.

본 발명은 안전 장치가 되어 있는 구조를 포함하는 부력 플랫폼을 제공함으로써 이러한 목적을 달성하여 플로팅 가스로서 수소의 안전한 사용을 가능하게 한다.

이 발명은 공기보다 가벼운 미래의 비행체의 구조적 아키텍처에 집중한다. 통합 및 부력 구조(IBS)들은 강도 및 공기 역학과 함께 경량의 아키텍처의 완전한 집중(full convergence)을 위해 다차원 플랫폼들로 다양한 고도 인터페이스(interface of elevation)들을 통해 상이한 목적으로 빌드된 진정으로 효율적인 아키텍처를 공급(furnish)하기 위하여 모듈러 그리고 안전한(secure) 부력 플랫폼을 제공하는 터미널들이다. 그 통합 및 부력 구조(IBS)들은 프로젝트에서 사용된 설계의 효율성을 최대화하고 다중 모듈러 구조에 걸쳐 구조적 관리 및 물질 리소스들을 간소화(streamline)하는 특징들을 포함한다.

부력 플랫폼에는 다음과 같은 고려 사항들에 따라 제공된다.

보강 및 통합 구조(예를 들어, 쉘 레이스 구조, 격자-쉘, 멤브레인 구조들, 텐세그리티(tensegrity) 구조들, 격자 구조, 웹 형상의 구조 및 슈왈차이트 구조들)는 안전성을 증가시키고 개별적인 세션들에서 상이한 압력들에 대한 조절을 허용한다.

더욱 구체적으로, 부력 플랫폼은 모듈 형태로 장착될 수도 있고, 플로테이션 세그먼트(floatation segment)들 및 선택적으로는 통합 및 보강 구조들이 부여된 개별적인 부분들을 통합하여 엔드 플랫폼(end platform)을 제공한다.

아울러, 그 개념의 단순성은 수소의 안전한 사용의 실제적인 구현을 위해 제공하는 높은 정도의 통합을 허용한다.

적어도, 가스 불투과성의 커버 요소를 가진 수소 리셉터클(receptacle)은 압력 및 화재 저항성의 물질로 만들어지고 연결 및 통합 구조로 사용될 수 있다. 서로로부터 분리되고 정적 방식(stationary manner)으로 접합된 플로팅 바디들은 서로로부터 분리된 하나 이상의 셀들을 제공하고, 그 셀들은 수소로 채워질 수 있다.

그 구조는 모두 플렉시블 물질(예를 들어, 화염 저항성의 메타-아라미드(meta-aramid)), 강성 물질들(예를 들어, 금속 합금의 나노 구조들) 또는 세미-그리드(예를 들어, 에어로젤(aerogel))로 만들어질 수 있다.

이 발명의 부력 플랫폼은 비행기구에 제한되지 않고, 예를 들어, 이륙 및 착륙 패드, 방어 애플리케이션들, 감시, 과학 및 관찰 작전(operation), 장비 및 기계류를 위한 베이스, 풍력 에너지 추출, 충격 감소 포레스트 관리(reduced-impact forest management)의 임의의 목적을 위해 기본적으로 사용될 수 있고, 근접 공간 서치와 같은 일들을 수행하고, 지구 저궤도 위성들 아래로 코스트(cost)들을 잘 유지하고, 관광객 및 과학 팀들을 위한 승객들을 운송하며, 기상학적 측정, 라디오 트랜스미션을 포함하는 도구의 운반, 인프라구조 네트워크들, 운송, 유통 물류(logistics and distribution), 승객 운송, 재앙, 위급 상황 및 구호 서비스들이 발생하는 경우의 원조, 숲 보호, 화재 처치, 장비 및 리프팅 디바이스들을 위한 베이스 및 다른 목적들 등 임의의 목적을 위해 기본적으로 사용될 수 있다.

이론상, 수소를 제외한 가스는 프로팅 바디들을 채우는 데 사용될 수 있다. 메탄, 일산화탄소, 암모니아 및 천연 가스와 같은 다른 저렴한 가스들은 훨씬 작은 리프팅 능력(capacity)을 구비하고, 가연성, 유독성, 부식성 또는 모든 3가지의 특성이 있다(네온은 헬륨보다 더 비싸고 리프팅 능력이 더 작다). 리프팅 가스가 (수소와 같이) 부력 제어를 위해 비행 중 경제적으로 획득 및 생산되거나, 심지어 부산물로 생산될 수 있는지 여부와 같은 작동 고려 사항들은 안전하게 비행할 수 있는(airworthiness) 프로젝트들의 리프팅 가스의 실제적인 선택에 영향을 미친다.

비용 및 실현 가능성의 이유들로, 수소는 선택적인 가스이다.

플로팅 바디들의 물질들은 특별히 제한되는 것은 아니다.

일부 실시예들에서, 메타-아라미드 폴리머로 만들어진 멤브레인들은 요구되는 유연성(flexibility)을 제공하기 위해 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 압력 및 인장 강도에 대한 충분한 저항을 제공하고 동시에 확장성(expandability)이 가압 상태에서 제한되는 것을 보장하기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 그 구조는 나노 구조의 금속 합금들, 탄소 섬유, 에어로젤 또는 경량의 물질에 기초할 수 있다. 그 물질의 기계적인 특성들은 탄성 강도, 신축 긴장(stretch tension), 피로 저항, 크랙들에 대한 저항성 및 다른 특징들을 포함한다. 발명의 또 다른 이점은 전체적인 플랫폼이 경량의 컴포넌트들로 빌드될 수 있다는 점이다.

일부 실시예들에서, 통합 및 부력 구조(IBS)들의 접근법은 (에어로젤 및 나노 구조의 금속 합금들과 같은) 초강성이고(ultra-rigid) 초강도의(ultra-strong) 물질들을 통합(combine)하여 일반적인 물질들보다 더 큰 저항성을 제공한다. 상당히 최적화된 빔(beam) 아키텍처들은 초경량의 격자 구조들의 기계적 성능을 맞추기 위해 전례가 없는 자유도를 허용한다.

일부 실시예들에서, 시스템은 모듈러 격자 구조 모델을 특징으로 하고, 여기서 에어로젤, 메타-아라미드, 섬유 또는 탄소 필름들, 나노 구조의 금속 합금들 및 다른 새로운 물질들과 같은 상이한 기술의 물질들은 공통의 플랫폼으로 통합되어 상이한 환경들 및 리프트 요구조건들에 대해 이상적인 방식으로 서로를 보완하고, 본 발명의 IBS 터미널에 대한 구조적 아키텍처는, 좀 더 기술적인 의미에서, "수소 셀(HC), 통합 및 부력 구조(IBS)"로 기술적으로 언급되는 공통적인 모듈러 컴포넌트들을 통해 부력 리프팅 플랫폼을 빌드하는 방법을 제공하는 일 세트의 강건한(robust) 해결책들이다.

일부 바람직한 실시예들에서, 보강 및 통합 구조는 각기둥 형상으로 제조되고, 플로팅 바디들은 허니콤들과 같이 대칭적으로 놓인다. 격자 구조들은 저중량에서 비틀림(torsion) 및 구부림(flexion)에 대해 높은 강성(rigidity)을 제공한다.

허니콤 구조는 변위 이동(displacement movement)을 차단(block)하기 위하여 제어된 내부 리미트(limit)들을 생성하는 것을 포함한다. 그러한 전략들은 파쇄(breaking) 없이 영구적으로 변형, 신축(stretch) 또는 변화를 위한 물질의 능력, 연성(ductility)을 변함없이 약화(undermine)시킨다.

우리는 내부 리미트들을 가진 모듈러 프로젝트들, 특히 격자 구조들, 텐세그리티 및 멤브레인 구조들, 네트워크 구조들 및 슈왈차이트 구조들을 포함하는 공학적 방법론을 제안한다. 아울러, 우리는 내고장성(fault tolerance)을 개선하고 안정성을 향상시키기 위해 가능한 애플리케이션들과 함께 강화 및 경량의 보존에 대한 관점(perspective)들을 논의해 왔다.

격자 구조 시스템들을 그 자체로 구비한 구조적 요소들로 이루어진 시스템들은 상당히 개선된 기계적 특성들, 높은 강도 특성들, 경량 및 크랙들의 확산(spread)에 대한 더 큰 저항성의 이점이 있다.

이러한 이유로, 발명적 플랫폼의 일 형상은 허니콤이다.

앞서 언급한 각각의 모듈은 확장 가능하고, 업그레이드 가능하고, 재형상화 가능하며 제거 가능한 개방 모듈이다.

항행 산업 및 공학자들로 하여금 혁신의 진화, 경량 및 강건성(robustness)의 집중에 대한 차별화되고 안전한 플랫폼 모델에 대해 속도를 높이게 하도록 설계되었다.

이 발명의 일 실시예는 공기보다 가벼운 가스의 하나 이상의 컴파트먼트들(수소 셀들)을 통합하는 보강 디바이스 및 가스 컴파트먼트를 구비하는 부력 구조를 포함하는 시스템이다.

아울러, 일부 실시예들에서, 본 발명의 수소 셀(HC)의 구조를 위한 아키텍처는 모듈러 아키텍처 기술에 기반한 명백히 가변적이고, 상호 포괄적이고(mutually inclusive), 미래의 비행기구 프로젝트들을 위한 시스템으로서 세트로(in set) 또는 유닛(unit)들로 사용될 수 있는 개방 구조 모듈들의 그룹 또는 그 중 하나이어서, 그 구조는 상이한 안전 기준들을 지지할 수 있고 플렉시블하고 경제적인 아키텍처에서의 다양한 모듈러 파트들을 통합할 수 있다. 일반적으로, 격자 구조들은 일관되게 또는 일부 변화하게 반복하는 위상(topology) 또는 기본 구조로, 임의의 반복하는 셀 구조로 생각될 수 있다. 격자 구조들은 설계의 공간을 채우기 위하여 공통적인 셀 위상(cellular topology)을 사용하여 이러한 복잡성을 상당히 감소시키는 방법을 제공한다. 허니콤 구조들은 물질의 최소 비용 및 최소 중량을 달성하기 위해 사용된 물질의 양을 최소화하도록 허니콤의 기하를 가지는 구조들이다. 허니콤 구조들의 기하는 폭 넓게 다양할 수 있지만, 이러한 모든 구조들의 공통적인 특징은 얇은 수직 벽들 사이에 형성된 속이 빈 셀들의 매트릭스이다. 셀들은 보통 컬럼(column)형 및 6각형이다.

다른 예시들은 새의 뼈들에 기초한 생체 모방의 설계들이다. 그 뼈는 물질의 강도 및 유연성(flexibility)을 획득하지만, 그 방식으로부터 레이어들에서 그 구조적 요소들을 둔다(deposit). 구조적 계층 및 상당히 강한 조성 외에도, 그 뼈들은 약간 상이한 형상들, 크기들 및 각도들로 진화할 수 있다. 그 뼈들은 수직, 수평 및 사선 등 많은 방향들의 중량에 대해 상승 저항(increased resistance)을 구비하고, 이러한 내부적 가변성(variability)은 사고가 발생할 대 더욱 저항성이 있게 한다. 뼈들은 외측에서 고형(solid)이지만, 내측은 속이 비어 있다. 이는 뼈들이 이동하기에 가볍고 쉽게 만들며, 극히 견고하게 만든다. 이러한 목적을 위해, 그것이 상당히 강성의 외부 표면을 구비할지라도, 매크로 및 마이크로 설계의 관점에서 파티션은 더 큰 외주(perimeter)를 연결하는 격자 구조들을 포함하고, 2개의 고정된 포인트들 사이에서 강하고 효율적인 구조를 생성한다. 마이크로 요소들은 새 뼈의 파티션을 모방하고, 그리드 구조들의 개방 공간들을 채운다. 결과로서 나타나는 설계는 최적화된 로드 지지 포인트들의 네트워크를 형성하는 웹 타입의 패턴이다. 그 최종 형태는 최소의 물질을 요구하고, 그 벽들은 가능한한 가벼워야 하며, 최소량의 공간을 차지하고, 수소 가스에 대해 밀폐된 3차원 공간량을 보장한다.

텐세그리티 구조들은 일부 심플한 설계 패턴들인 순수한 압축(compression) 또는 순수한 인장(tension)으로만 로드된 부재들의 조합에 기초하고, 그 부재들은 인장 시 케이블들로 하여금 팽팽하게 하고, 기계적 안정성을 구비하게 하며, 그 구조에 대한 응력(stress)이 증가함에 따라 부재들로 하여금 팽팽/압축되게 한다.

단일 표면 구조 기술은 쉘 구조, 쉘 레이스 구조, 격자-쉘 등으로 불린다. 그 구조 및 제조 기술은 레이저 커팅 제조 경제를 이용한 디지털 분석, 디지털 모델링을 통합하고, 평평한 시트 물질들을 자가-지지 구조(self-supporting structure)들로 변형(transform)시킨다. 반복적인 분석은 환경에 대해 반응하고 중량 및 폐기물을 최소화하는 상당히 효율적인 구조들을 생산한다. 쉘 레이스 구조들은 만곡부(curvature), 기복부(undulation)들 및 홀(hole)들을 통해 최적화된다. 그 기술은 자연에서 영감을 받은 것이다. 쉘들은 이들이 필요로 하는 곳에서 곡선으로 이루어진 기하로부터 큰 강도를 획득하고, 시간이 경과함에 따라 얇은 레이어들에서 성장한다. 기복부들과 함께 만곡부들은 강성을 생성한다. 홀들은 그 구조가 강도를 필요로 하지 않고 경량성을 제공하는 곳에서 물질을 제거함으로써 중량을 최소화한다. 이는 독창적인 플랫폼의 생산을 용이하게 하는데, 이는 근소한 상이한 모듈들이 설계 프로젝트로부터 가장 적절한 플랫폼을 제공하기 위해 구체적으로 통합될 수 있기 때문이다.

다른 예들에서와 마찬가지로, 이러한 예는 오로지 예시적인 목적을 위한 것이고 어떤 방식으로든 발명을 제한하지 않는다. 통상의 기술자는 넓은 독창적 개념으로부터 벗어나지 않고 앞서 기재된 실시예들에서 변경들이 이루어질 수 있다는 점을 인지할 것이다. 그러므로, 이 발명은 기재된 특정 실시예들에 제한되지 않지만, 청구범위에 규정된 바와 같이 이 발명의 사상 및 범위 내의 변경들을 포함하는 것으로 의도된다는 점이 이해될 것이다.

예를 들어, 멤브레인 구조들은 플로팅 바디들 내에 제공될 수도 있다.

멤브레인 구조들은 팽팽한 멤브레인들로 만들어진 공간적인 구조들이다. 멤브레인들의 구조적 사용은 공압 구조들, 견인 멤브레인 구조들 및 케이블 돔(dome)들로 나누어질 수 있다. 이러한 3가지 타입의 구조에서, 멤브레인들은 형태를 찾기 위해 케이블들, 컬럼(column)들 및 그 구조의 다른 부재들과 함께 작동(work)한다.

명백하게는, 임의의 하나 이상의 레벨들에서 상이한 형상들 및/또는 연결들은 상이한 특성들을 가질 수 있는 무한한 수의 구조들(예를 들어, 쉘 레이스 구조, 격자-쉘, 멤브레인 구조들, 텐세그리티 구조들, 격자 구조, 웹 형상의 구조 및 슈왈차이트 구조들)을 생산하기 위하여 무한하게 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 구성될 수 있는 완전한 스펙트럼의 구조들을 상세히 열거하기 위하여 이 작업의 범위를 넘어선다.

명백하게는, 임의의 주어진 기하에 대해, 그 시스템의 일반적인 특성들에 영향을 줄 수 있는 가능한 많은 변형들이 있다.

본원에 제시된 개념은 다양한 특성들 및 기계적 애플리케이션들과 함께 훨씬 더 넓은 다양한 시스템들에서 사용될 수 있다.

이러한 시스템들의 가장 흥미로운 특징들 중 하나는 이들이 가변적인 셀 크기 및/또는 형상(도 2)을 구비하도록 설계될 수 있다는 것이다.

여기에 도시된 특성들은 스케일과 무관한데, 이는 그 개념이 마이크로 스케일부터 매크로 스케일까지 임의의 스케일 길이로 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 여기에 제안된 작업의 한계는 모델에 기반하는 것이다. 예를 들어, 시스템들은 이상적인 안전 장치가 되어 있는 시스템들을 대표하는 것이고, 이는 예를 들어 도 7에서 동일한 형상과 크기의 완전히 강성의 사각형들이다.

여기에 제안된 시스템들은, 예를 들어, 멤브레인 구조의 사용을 통해 약간 상이하게 설계될 수 있다. 이러한 작업에서, 우리는 보강 및 통합 메커니즘을 구비한 구조에 기초하여 새로운 구조 기반의 비행선 시스템을 제안하였다. 이러한 시스템들은 성장 거동(auxetic behavior)을 포함하는 넓은 범위의 특성들뿐만 아니라 일부 연장부(extension)들에서 개방될 수 있는 상이한 크기들의 셀들을 구비하는 능력을 보여준다.

도 1은 본 발명이 작동할 수 있는 시스템의 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 격자 구조를 구비한 복수 개의 수소 셀들의 절단도(cutaway view)이다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 격자 구조를 구비한 복수 개의 수소 셀들의 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 기하 기반의 다양성의 예시적 실시예에 따른 기본적인 6각형을 구비한 수소 셀의 절단도이다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 격자 구조를 구비한 복수 개의 수소 셀들의 절단도이다.
도 6a는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 복수 개의 수소 셀들의 일부 사시도이다.
도 6b는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 복수 개의 보강 및 통합 구조들의 절단도이다.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 복수 개의 보강 및 통합 구조들의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 복수 개의 보강 및 통합 구조들의 절단도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 복수 개의 보강 및 통합 구조들의 벽 표면의 도면이다.
도 9c는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 보강 및 통합 구조의 사시도이다.
도 10a는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 복수 개의 보강 및 통합 구조들의 사시도이다.
도 10b는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 복수 개의 보강 및 통합 구조들의 일부의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 복수 개의 보강 및 통합 구조들의 절단도이다.

보강 및 부력 구조(IBS)의 내재적 단순성은 물리적 손상에 대해 상당히 내성이 있고, 비행체에 적합하며, 그와 함께 리프팅 가스로서 수소를 사용하는 능력을 구비하여 비행에 충분한 정적 리프트(static lift)를 발생시키고, 돌발 고장(catastrophic failure)의 제로 모드(zero mode)를 실제적으로 제공하는 특정 설계는 비행기구의 분야에 걸쳐 이점이 있는 결과를 낳는다. 자연으로부터 영감을 얻어 수소의 안전한 사용을 위해 설계됨으로써 개별적인 설계자들의 요구 사항들에 맞게 주문 제작(customize)될 것이다. 각각의 목적 내에서 상이한 레벨들의 설계를 제공함으로써, IBS는 성공적인 목적을 작동시킬 차별적 구조적 요구 사항들을 달성할 수 있고, 비행기구의 이점들에 대해 사람들에게 보다 많이 제공하며 환경 지속적이다.

일부 실시예들에서, 수소 셀(HC)은 고립 구조(isolated structure)로서 다루어질 수 있다. 네트워크 그리드에 의해 도입(impose)된 더 넓은 조건들은 블라스트(blast)에 의해 생산될 수 있는 일정량의 에너지에 실질적으로 임팩트를 주고 패널들의 물질의 변형률이 고려되어야 한다. 일부 실시예들에서, 셀은 화재 및 폭발의 조기의 조건(early condition)들의 한계를 넘어서는 것을 보장하고, 폭발 또는 화재의 접근에 의해 가해진 횡 압력은, 구분 벽(dividing wall)들에 의해 구분들이 제공되는 경우와 마찬가지로, 하나의 플로팅 바디로부터 다음의 플로팅 바디로 전달될 수 없다.

일부 바람직한 실시예들에서, 하나 이상의 카메라들에서 발생하는 상이한 부력력은 플로팅 안정성과 함께 플랫폼으로 전달한다. 아울러, 하나 이상의 수소 셀(HC)들은 보강 및 통합 구조 요소, 예를 들어 저밀도 및 고강도로 만들어진 격자 구조, 예를 들어 나노 구조의 금속 합금들로 만들어진 요소에 부착될 수 있다.

이들은 수소 셀의 완전한 고장(breakdown)의 경우에 안전성을 증가시키는 한편, 작동 시 부력 플랫폼의 통합 및 수소 분배를 용이하게 한다.

그 방법은 이들의 상호 연결들을 변화시킬 수 있는, 네트워크로 연결된 하나 이상의 다중 수소 셀들의 모듈러 재배치 체계(scheme)를 기재한다.

제공된 일 예는 그 안에 저장된 높은 안전성의 수소를 구비한 일 세트의 수소 연료 셀들이고, 예를 들어 격자 형상으로 제조된 통합 보강 구조로 배열되고 직교하며 규칙적으로 배열된 각기둥 형태를 구비하도록 제조될 수 있다.

본 발명의 일 목적은 매우 높은 부피 및 효율을 구비하는 새로운 타입의 수소 연료 셀들을 제공하는 동시에, 가스의 압력에 견디며 압력을 변화시킬 수 있고, 동시에 3개의 공간적 방향들 중 임의의 방향으로의 모듈러 연장부(modular extension)와 함께 임의의 사이즈로 셀들의 크기를 조절하게 한다.

아울러, 이 발명의 또 다른 목적은 높은 부피 효율을 포함하고 셀 형태로 널리 퍼지는 화재 또는 폭발을 방지하는 부력 구조를 제공하여 이차 보강 구조의 통합을 허용한다.

발명의 또 다른 목적은 부력 제어를 허용하기에 충분한 컨테이너를 제공하는 것이다.

추가적인 목적은 반복적인 모듈러 요소들에 의해 임의의 크기로 스케일 가능하고 모듈러인 셀들의 컨셉을 제공하는 것이다.

이하, 이 발명의 기술적인 아이디어들이 첨부 도면들을 참조하여 더 상세하게 기술될 것이다.

그러나, 첨부 도면들은 본 발명의 기술적 아이디어를 상세하게 설명하기 위해 도시된 일 예에 불과하므로, 이 발명의 아이디어는 첨부 도면들에 제한되지 않는다.

기본적인 6각형은 더욱 일반적인 각기둥 형태들로 변형될 수 있다.

생성적 설계(generative design)와 관련된 신규하고 혁신적인 방법들을 사용하고, 목적을 위한 상이한 레벨들의 부피, 공기 역학 및 부력을 제공하는 결과로 나타나는 설계들은 성능 및 중량에 최적화되어 있고, 원하는 애플리케이션을 위해 요구되는 만큼 강성이거나 유연할 수 있고, 이들 모두는 적은 비용으로 유연하고 주문 제작된 옵션들 및 공기보다 가벼운 고안전성 비행체를 제공하기 위해 설계된다. 설계자 규정 파라미터들에 기초한 최적화 된 설계 솔루션들을 찾기 위해 연산력에 집중하는 생성적 설계 프로세스는 설계의 질과 성능을 증가시키는 방법일 뿐만 아니라, 제조 전략들을 최적화하기 위해 소요되는 비용 및 물질을 획기적으로 감소시킬 수도 있다.

일부 실시예들에서, 각각의 수소 셀(HC)의 모듈러 구조는 셀의 온도와 부력 상태와 같은 관련 물리적인 파라미터들을 기록하는 그 자신의 내부 마이크로 제어기를 구비한다. 결과적으로, 각각의 수소 셀(HC)은 그 안의 상태가 어떠한지 인지한다. 수소 셀(HC)들은 네트워크 통신과 같은 무선 와이어링 또는 수소 셀(HC)들 사이의 와이어링을 통해 서로 통신한다. 이들은 셀의 상태인 수소 셀(HC)이 구비하는 부력의 양을 계산하기 위해 셀들로부터의 데이터를 사용하는 내장 컴퓨터와 같은 다른 디바이스들과 통신할 수도 잇다. 하나의 셀이 비어있지만, 다른 셀들에 여전히 수소가 저장되어 있다면, 저용량을 구비하는 수소 셀(HC)이 통합 및 부력 구조(IBS)의 일반적인 폭(breadth)에 영향을 줄 것 같지 않기 때문에, 비행기구는 멈출 필요가 없다. 대신에, 비어 있는 수소 셀은 그 자체를 그룹에서 단순히 탈착시켜 바이패스로 작용한다. 다른 수소 셀들은 계속하여 수소를 제공하고, 비어 있는 셀들은 대체되며, 만약 수소 셀(HC)이 잘못 작동한다면, 비행체를 작업장(workshop)으로 이동시킬 필요가 없다. 비행기구가 하나의 셀 이상을 구비할 수 있다면, 임의의 개별적인 하나의 셀에 의존하지 않는다. 그리고, 수선의 관점에서, 단일의 수소 셀(HC)을 대체하면 충분하다.

많은 실시예들에서, 스마트 제어 네트워크는 필요성을 느끼고 완전하게 조절할 것이며, 필요에 따라 부피, 온도, 압력, 수소, 안정성, 부력 및 비행 제어를 제공한다.

이 네트워크는 구조적 물질들로 통합될 것이다. 스마트 시스템으로서, 이들은 수 많은 기능들을 수행할 수 있고, 환경을 인식하며, 인공 지능의 특정 레벨로 구조에 부여하는 센서들 및 구동기들의 시스템들을 사용하고, 이들을 IBS의 필요 조건들에 적응하게 한다.

많은 실시예들에서, 구조는 컴퓨터 비전 시스템을 동반하는 제어 시스템, 부력 제어 및 특정 비행 제어를 제공하기 위해 고도, 위치 및 구동기를 위한 다중 센서들을 포함할 수 있고, 이는 그들의 약점, 환경에서 이벤트들 또는 변화들을 감지하도록 의도된 서브 시스템 또는 모듈을 모니터링하고, 정보를 다른 전자 컴포넌트들로 정보를 송신한다. 통합 및 부력 구조(IBS)는 전적으로 불필요한 시스템들과 함께 딸려 있고, 이는 어느 하나의 시스템이 고장이고 또 다른 시스템이 백업(back up)을 준비 중이라면, 경미한 고장(mishap)들에 대해 보호(guard)하여야 한다. 이는 IBS의 불필요한 기계적 시스템들, 비행 시스템들, 부력 시스템들, 센서 시스템들 및 컴퓨터 시스템들의 중요성이다.

일부 실시예들에서, 본 발명의 목적은 구조적 제어 반응, 부력 특성들을 위한 스마트 시스템을 구비한 부력 플랫폼을 결국 제공하는 것이고, 특히 가연성 및 폭발적 반응들로 인한 효과들에 대해 더 좋은 보호를 구비한다.

기술적 전진 및 효율적인 디바이스들은 비행기구의 새로운 구조적 시스템의 (날씨 및 압력 요구 조건들에 대해) 안전성 및 성능을 향상시키는 대안을 제공한다. 스마트 구조들을 설계하기 위한 디바이스들의 제어 및 모니터링의 사용은 날씨 및 압력 요구 조건들을 견디기 위해 자기 자신의 강도에 의존할 뿐만 아니라, 상당한 변형을 견디지 않고 동적 에너지를 발산하기 위해 그러한 디바이스들 또는 시스템들에도 의존한다. 제어 외에 및 제어와 연관하여, 손상 모니터링의 빠르고 정확한 평가는 상당히 중요하다. 이는 (구조로의 충격파들의 운동 에너지의 전달 및 열적 발산을 차단하는) 베이스 고립 시스템들, (철근(tendon)들 또는 지주(bracing)들을 사용하는 추가적인 버퍼링 메커니즘(buffering mechanism)을 생산하기 위해 제어력을 적용하는) 제어 시스템들을 제시한다.

일부 실시예들에서, 스마트 제어는 비행기구의 부력을 조절하고, 이에 따라 스마트 수소 네트워크와 같은 동적 반응을 구비하고, 각각의 셀은 초 단위로 변화할 수 있고, 비행 내내 상이한 부력 레벨들에 대해 동적으로 반응할 수 있고, 이는 비행기구의 부력 레벨들이 대기 압력 및 온도의 변화 중 일정하게 유지될 것이라는 점을 의미한다. 통합 및 부력 구조(IBS)의 목적들 중 하나는 부력, 온도, 압력, 습도, 안정성 및 비행기구의 비행 제어를 제어하기 위해 네트워크에 대해 조절 가능한 스마트 아키텍처를 설계하는 것이다. 채널들의 네트워크를 통한 수소 펌핑은 기능적 모듈들의 부력 제어를 허용한다. 채널들은 예를 들어 심혈관계에 대비될 수 있다.

일부 실시예들에서, 통합 및 부력 구조(IBS)와 반응적 수소 셀(HC)은 그를 통해 진동(pulsate)하는 통합 네트워크와 함께 절연(insulation), 커버(cover) 및 (응력과 인장에 영향을 받기 쉬운) 구조적 보호물을 통합하고, 이는 각각의 HC의 구체적인 필요성들을 확인(identify) 및 반응할 수 있다.

일부 실시예들에서, 격자 및 허니콤 구조와 통합 네트워크는 강도, 경량성 및 공간의 완벽한 조합을 생성할 것이다. 이는 그 네트워크 구조가 필요할 때만 전압(voltage)을 가지고 공간을 이용 가능하게 남기기 때문에 경량이고 강하다. 격자 구조들을 사용함으로써, 그 구조는 필요한 강도를 구비하지만, 필요할 때 추가 공간을 이용할 수도 있다.

일부 실시예들에서, 수소 셀(HC)의 크랙(crack)은 통합 및 부력 구조(IBS)의 통합에 손상을 가하지 않는데, 이는 백업으로서 다른 수소 셀들의 체인(chain)을 구비하기 때문이다. 그리드는 셀로부터 셀로 수소를 다시 보낼 수 있다. 수소는 부피 제어를 위해 특정 셀들에 집중될 수 있다.

일부 실시예들에서, 통합 및 부력 구조(IBS)로 불리는 구조는 격자 구조들, 텐세그리티 또는 비어 있으며 상호 연결된 셀들의 멤브레인 구조들로 구성된 개방 셀 3차원 구조이다. 이의 초저밀도 외에도, 그 물질의 셀 아키텍처는 비행기구를 위한 예기치 못한 기계적 거동을 일으키고, 압축, 고전압 전원 흡수(high voltage power absorption), 진동 또는 충격 에너지 버퍼링으로부터의 회복을 포함한다.

일부 실시예들에서, 개선된 시스템 성능은 수소의 교체를 위한 채널들, 유체 셀들 및 유체 수소 그리드와 같은 시스템을 통해 채널링 된 일련의 덕트들을 사용하여 획득된다.

일부 실시예들에서, 튜브 연결부들은 가압된 수소를 생성하기 위한 적어도 하나의 디바이스로부터 연장하여 플로팅 바디들 상의 균일한 배치를 제공한다.

일부 실시예들에서, 채널들은 사용 목적에 따라 경성(hard) 또는 연성(soft) 물질들로 통합될 수 있다. 예를 들어, 매끄럽고 탄성적인 필름의 형태 및 일관성(consistency)은 그리드 구조에 대비하여 멤브레인 구조에서의 통합에 더욱 적합하고, 이는 차례로 격자 구조 플랫폼에 더 좋다.

일부 실시예들에서, 채널들과 같은 가벼운 종방향 통합 구조들은 패널들 사이에 추가될 수 있고, 거대한 새장 또는 웹과 같은 구조의 외관을 내부 구조에 제공한다.

일부 실시예들에서, 그 구조가 그렇게 허용한다면, 플로팅 바디들은 압력 릴리프 밸브들을 구비하여 고장들 또는 초과 압력의 경우에 플로팅 바디들의 분해(breakup)를 방지하기 위해 초과적인 신축(stretching)을 방지할 수 있다.

많은 실시예들에서, 멤브레인 형상의 코팅된 커버는 UV 방사선량, 습도, 온도 및 가스 투과율을 제어한다.

1: 수소 셀
2: 보강 및 통합 구조
3: 외벽
4: 이차 보강 및 통합 파트

Claims (10)

1. 비행기구들을 보강하기 위한 시스템 및 방법에 있어서,
   통합 및 부력 구조 시스템(IBS)은 다양한 항행 안전 기준들에 따라 작동하며 미래 물질들과 생산적인 설계를 지지하고, 가능한 한 가볍고 강한 새로운 물질을 사용하여 최대 성능을 위한 전략들을 관리함으로써 물질들을 최적으로 사용하는 보강 비행기구들을 위한 시스템 및 방법.
   
2. 상기 IBS 시스템은 공기보다 가벼운 다양한 플랫폼 인터페이스들에 따라 작동하고, 그 프로젝트는 최대 효율에 집중되어야 함으로써 통합 및 부력 구조 시스템은 다방향인 보강 비행기구들을 위한 시스템 및 방법.
   
3. {쉘 레이스 구조, 격자-쉘, 멤브레인 구조들, 텐세그리티 구조들, 격자 구조, 웹 형상의 구조 및 슈왈차이트 구조}는 안정성을 증가시키고, 접합부 또는 개별적인 섹션들에서 상이한 보강 조절을 허용함으로써 상기 통합 및 부력 구조 시스템은 최적으로 연결된 보강 비행기구들을 위한 시스템 및 방법.
   
4. 특히 기후 효과들, 수소 가연성 및 폭발 반응성들에 대해 더 좋은 보호성을 구비함으로써 시스템은 구조적 반응 제어를 위해 스마트한 보강 비행기구들을 위한 시스템 및 방법.
   
5. 이러한 통합 및 부력 구조 시스템(IBS)을 위해 개선된 안전 조치들이 요구됨으로써 다양한 레이어들에서 안정적으로 관리하는 보강 비행기구들을 위한 시스템 및 방법.
   
6. 리소스들의 관리에 있어서 최선의 전략들에 집중하고, 부력 관리, 수소 관리, 에너지 관리, 처리 관리, 안정성 관리, 제어 관리 및 채널들 또는 튜브들의 관리를 포함하여 시스템의 동역학적 특성들 및 성능들을 최대화하고, 지능 구조를 설계하기 위해 제어 및 모니터링 디바이스들을 사용함으로써 최적으로 리소스를 관리하는 보강 비행기구들을 위한 시스템 및 방법.
   
7. 구조적 모듈들(IBS 및 HC)은 완전히 개방되고, 광범위하고, 업그레이드 가능하고, 재구성 가능하고, 제거 가능하며 경제적인 특성을 가짐으로써 구조적 모듈들이 개방되는 보강 비행기구들을 위한 시스템 및 방법.
   
8. 수소 셀(HC)은 가스 셀과 보강부를 서로에 대해 통합시키고, 이는 일 유닛으로 통합될 수 있는 보강 비행기구들을 위한 시스템 및 방법.
   
9. 네트워크 통합부는 네트워크들 및 플로팅 시스템들의 인터페이스들을 규정하고, 부력 제어 파트들, 온도 제어 파트들, 부피 제어 파트들, 연결 파트들, 네트워크 파트들, 운영 체제(OS) 및 장비/작동 파트들을 포함하는 보강 비행기구들을 위한 시스템 및 방법.
   
10. 수소가 수요에 따라 발생될 수 있고, 즉 그 원소가 (전기를 사용(전기 분해)하거나, 열을 사용(열 분해)하거나, 화학적으로(산화 환원 반응)(예를 들어, 운행 중 비행기구와 함께 물에 첨가된 알루미늄 합금 및 갈륨이 수소를 발생시도록 사용될 수 있는)) 요구되는 양 및 요구되는 시간에서 생산되고, 저장 외에도 수소를 관리하는 보강 비행기구들을 위한 시스템 및 방법.
    

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