KR20200132020A - 기낭을 가지는 무인항공기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기보다 가벼운 기체가 체워지는 제1 기낭, 상기 제1 기낭 하부에 위치하며 공기보다 가벼운 기체가 채워지는 제2 기낭, 그리고 상기 제1 기낭과 상기 제2 기낭 사이에 연결되며, 내부가 비어 있는 수평틀을 포함하고, 상기 제1 기낭, 상기 제2 기낭 및 상기 수평틀이 결합된 드론의 전체적인 형상은 유선형이며, 상기 제1 기낭, 상기 수평틀 및 상기 제2 기낭을 수직으로 관통하는 중공 수평틀에 의해 상기 제1 기낭 및 상기 제2 기낭이 고정 연결되고, 상기 중공 수평틀 내에 수직 추진장치가 설치된 기낭을 가지는 무인항공기에 관한 것이다.

Description

기낭을 가지는 무인항공기{A UNMANNED AERIAL VEHICLE WITH LIGHT GAS CHAMBERS}

본 발명은 무인항공기에 관한 것으로, 특히 공기보다 가벼운 가스를 채우는 기낭(chamber)을 이용하여 추가적으로 양력을 얻는 무인항공기에 관한 것이다.

드론이라고 불리우는 무인항공기는 조종사를 태우지 않고, 공기역학적 힘에 의해 부양하여 자율적으로 또는 원격조종으로 비행하는 동력 비행체로서, 화물 운반이나 공중 촬영, 농약 살포 등의 용도로 개발이 활발이 이루어지고 있다.

이러한 무인항공기는 프로펠러를 이용하여 공기역학적 힘을 발생시킴으로써 부양을 하고 있다.

그런데 프로펠러를 이용하는 무인항공기는 외부에 프로펠러가 장착됨에 따라 프로펠러에 의한 사람의 신체 손상이 발생되고, 프로펠러에 의해서만 양력이 발생되므로 배터리의 소모가 커서 비행 시간이 짧아지는 문제가 있다. 또한 프로펠러의 구동시에 심한 소음이 발생하는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 운용 중 발생하는 사고로부터 인적, 물적 피해를 줄이고, 기체 손상이 적은 무인항공기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비행 소음이 작은 무인항공기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 배터리의 소모를 감소시켜 비행시간이 증가되는 무인항공기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 필요한 전기에너지를 독립적으로 생산하여 비행시간이 증가되는 무인항공기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 필요한 전기에너지를 지상의 전원과 무인항공기 사이에 전력선을 연결하여 상시 공급하여 상시 비행이 가능한 무인항공기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 바람이 불더라도 바람의 수직 및 수평 힘 성분에 대해 상응하는 추진력을 제공하여 호버링(hovering)이 용이한 무인항공기를 제공하는 것이다.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시 예가 사용될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 기낭을 가지는 무인 한공기는 공기보다 가벼운 기체가 체워지는 제1 기낭, 상기 제1 기낭 하부에 위치하며 공기보다 가벼운 기체가 채워지는 제2 기낭, 그리고 상기 제1 기낭과 상기 제2 기낭 사이에 연결되며, 내부가 비어 있는 수평틀을 포함하고, 상기 제1 기낭, 상기 제2 기낭 및 상기 수평틀이 결합된 드론의 전체적인 형상은 유선형이며, 상기 제1 기낭, 상기 수평틀 및 상기 제2 기낭을 수직으로 관통하는 중공 수평틀에 의해 상기 제1 기낭 및 상기 제2 기낭이 고정 연결되고, 상기 중공 수평틀 내에 수직 추진장치가 설치된다.

본 발명의 실시 예에 따르면,기낭 내부에 형성된 헬륨 또는 대기보다 가벼운 기체로 추가 양력을 발생시킴으로써 프로펠러의 구동력을 줄여 소음이 감소되고 배터리의 소모를 줄여 비행시간을 증가시키는 효과가 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 프로펠러가 기체의 내부에 형성되어 추락시 인명사고나 기물손상의 위험과 기체 고속회전 부위의 파손 위험을 방지하는 효과가 있다.

또한 드론의 표면에 형성된 태양전지를 이용하여 비행 중 배터리를 충전시키면 배터리의 사용가능 시간이 증가하여 비행시간을 추가적으로 개선하는 효과가 있다.

또한 무인항공기와 지상전원을 연결하는 전력선에 의해 상시 전력이 공급되어 상시 비행이 가능한 효과가 있다.

또한 기낭의 외부에 형성된 하나 이상의 수직안정판(들), 수평중공틀 내부에 형성되는 하나 이상의 유체조절판, 수직중공틀 내부에 하나 이상 형성되는 유체조절판 또는 가변형 노즐에 의해 호버링 조작이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기의 평면도 및 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 적재실의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 가스충진장치의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 프로펠러장치의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 수평방향 제어용 추진장치의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 수직방향 제어용 추진장치의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 십자형 유체조절판의 예시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기의 평면도와 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기의 횡단면도와 종단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 추진방향을 제어하는 노즐의 작동에 대한 예시도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기의 횡단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한, 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기를 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기의 평면도 및 측면도로서, (a)는 평면도이고, (b)는 측면도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기(100)는 상부기낭(110), 하부기낭(120), 2개의 수직안정판(130) 및 적재실(140)을 포함한다.

상부기낭(110)과 하부기낭(120)은 내부에 공기보다 작은 비중의 가스가 채워져 무인항공기(100)에 부양력을 제공한다. 상부기낭(110)은 전체적으로 반구형의 형태로 구성될 수 있고, 하부기낭(120)은 하단부로 갈수록 단면이 좁아지는 모양인 유선형 형태로 구성될 수 있다.

상부기낭(110)과 하부기낭(120)은 하나의 수직중공(10)에 의해 관통되며, 수직중공(10)은 위에서 아래 또는 아래에서 위쪽으로 흐르는 공기가 내부를 통과한다.

2개의 수직안정판(130)은 각각 서로 대향하도록 설치되며, 각 수직안정판(130)은 2개의 조각으로 구성된다. 2개의 조각 중 하나는 상부 기낭(110)에 설치되고, 나머지 하나는 하부 기낭(120)에 설치된다.

각 수직안정판(130)은 전체적으로 사각형이나 반원형 또는 반타원형 또는 유선형 등의 판 형태를 가지며, 양측의 끝단 기낭 표면에 수직으로 설치된다. 이러한 수직안정판(130)은 바람이 불어 올 때 상기 바람의 수평분력 방향에 대해 무인항공기(100)가 일치하도록 무인항공기(100)의 자세를 회전되게 한다.

적재실(140)은 상부기낭(110)과 하부기낭(120) 사이에 위치하며, 내부는 빈 공간으로 이루어져 각종 임무장비, 전기 및 전자장치등이 탑재된다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기(100)는 상부기낭(110)이 하늘 방향(+z축)으로 향하고, 하부기낭(120)이 지면 방향(-z축)을 향하는 유선형 형태로 구성될 수 있다.

한편, 상부기낭(110)의 외부 전체면 또는 외부 일부면에는 태양광전지(111)가 설치될 수 있다. 태양광전지(111)는 비행제어시 소모되는 기본 전력을 발전하고 외부의 응용 카메라나 기타 필요한 전력을 발전하도록 되어 있으며, 발전된 전류가 배터리 충전장치(도 2의 147)를 거쳐 배터리(도 2의 148)에 충전된다.

도 1에서는 표시되어 있지 않지만 태양광전지(4)의 전력을 변환하여 배터리에 공급하는 부위와 외부에서 배터리를 직접 충전하는 데 필요한 연결 커넥터가 구성되어 있다.

하부기낭(120)은 상부기낭(110)과 마찬가지로 외부 전체면 또는 외부 일부면에 태양광전지가 설치될 수 있으며, 상부기낭(110)의 태양광전지(4)와 동일한 구성 및 기능을 하도록 할 수 있다.

또한 지상전원과 무인항공기를 전력선으로 연결하여 상시 전력을 공급할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 적재실의 횡단면도이다. 도 2를 참고하면, 적재실(140)에는 수평중공(20)이 수직안정판(130) 사이를 관통하여 형성되어 있고, 수직중공(10)이 수평중공(20)과 교차되어 형성되어 있다. 때문에, 적재실(140)은 수평중공(20)이 차지하는 영역 이외에 각종 장치나 장비가 탑재된다. 여기서 수평중공(20)은 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측으로 부는 바람이 내부를 관통하여 흐르게 한다.

상기에서 수직중공(10)과 수평중공(10)이 교차하는 지점은 무인항공기(100)의 무게 중심인 것이 양호하다.

적재실(140)에는 비행제어기(141, Flight Controller), 관성측정장치(142), 위성항법장치(143), 카메라 영상 송수신 장치(144), 비행제어 송수신장치(145), 카메라(146), 배터리 충전장치(147) 및 배터리(148) 등이 탑재되며, 각 구성(141 내지 148)은 수평중공(20)을 통해 유입된 공기에 영향을 받지 설치된다. 이때 상기 적재실(5)의 틀은 탈착이 가능하도록 설계된다.

관성측정장치(142)는 가속도 센서 및 자이로센서를 포함하며, 바람의 영향에 따라 무인항공기(100)의 이동방향, 이동거리, 회전 등의 오차를 파악하고, 바람이 불기 전 무인항공기(100)의 자세와 위치에 대응하도록 유체조절판(12,22)을 조작한다. 또한 관성측정장치(142)는 터널, 건물 내부 또는 전자적 간섭이 있을 때와 같이 위성항법장치(143)의 신호를 사용할 수 없을 때 위성항법장치(143)의 기능을 대체하여 사용할 수 있도록 한다.

적재실(140)의 내부에는 1인칭 시점(FPV, First Person View)용 카메라 영상 송수신 장치(144)를 탑재하여 무인항공기(100)가 시야에서 멀어지더라도 가상현실(VR,Virtual Reality) 또는 영상 모니터를 보면서 마치 무인항공기(100)에 조종사가 타고 비행하는 것처럼 실시간 비행제어가 가능하도록 비행방향을 촬영하는 카메라(146)가 설치되어 있다. 이때 카메라(146)의 설치 개수와 설치위치는, 무인항공기(100) 운용의 필요에 따라 2개 이상의 개수와 무인항공기(100) 상부나 하부에 설치해도 된다. 상기 적재실(140) 내에 탑재되는 각 구성품의 배치가 무인항공기(100)의 수직축(z축)에 무게중심이 위치하도록 배치하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 가스충진장치의 예시도이다.

무인항공기(100)의 상부기낭(110)과 하부기낭(120)에 공기보다 가벼운 가스를 채우거나, 상부기낭(110)과 하부기낭(120)에 채워진 가스를 배출시키기 위해서는 가스충진장치(30)가 필요하다.

도 3을 참고하면, 적재실(5)의 내부 즉, 수평중공(20) 내에는 가스충진장치(30)가 설치된다. 가스충진장치(30)는 2개의 체크밸브(31)와 2개의 릴리프밸브(32)를 포함한다.

2개의 체크밸브(31) 중 하나의 체크밸브(31)는 상부기낭(110)에 가스를 충전하고, 다른 하나의 체크밸브(31)는 하부기낭(120)에 가스를 충전한다. 이때 상부기낭(110)과 하부기낭(120)에 동시에 동일한 가스가 충전되는 것이 양호하다.

2개의 릴리프밸브(32) 중 하나의 릴리프밸브(32)는 상부기낭(110)에 충전된 가스를 배출하고, 다른 하나의 릴리프밸브(31)는 하부기낭(120)에 충전된 가스를 배출한다. 이때 각 릴리프밸브(32)는 상부기낭(110) 및 하부기낭(120)에 충전된 가스가 고온 환경에 노출되거나 과도한 압력으로 충전시 각 기낭(110, 120)의 허용압력 이상이 되지 않도록 각 기낭(110, 120))내 압력이 소정의 압력 이상이 될 경우에 충전된 가스를 각각의 기낭들(110, 120)의 외부로 배출한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기의 종단면도이다. 도 4를 참고하면, 무인항공기(100) 내부에는 적재실(140)의 중앙부위를 관통하는 수평중공(20)과, 상부기낭(110), 적재실(140) 및 하부기낭(120)을 관통하는 수직중공(10)이 형성되며, 상기 수평중공(20)과 수직중공(10)의 단면은 다각형, 원형, 타원형 등이 될 수 있다.

따라서, 상부기낭(21)과 상기 하부기낭(22)이 각각 수평중공(20)에 의하여 x축에, 그리고 수직중공(10)에 의하여 z축에 각각 일체적으로 연결된다. 여기서, 수평중공(20)은 무인항공기(100)의 x축에, 그리고 수직중공(10)은 무인항공기(100)의 z축에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 수직중공(10)의 내부에는 수직방향 제어용 추진장치(40)가 배치되어 있으며, 수직방향 제어용 추진장치(40)는 프로펠러장치(41)에 의해 무인항공기(100)의 수직방향(z축)의 비행 추진력을 발생하여 상승 및 하강 비행을 하게 하고, 유체조절판(42,43)의 각도를 변화시켜 피칭 비행을 할 수 있게 한다.

수평중공(20)의 내부에는 수평방향 제어용 추진장치(50)가 배치되어 있으며, 프로펠러장치(51)에 의해 무인항공기(100)의 수평방향(x축)의 비행 추진력을 발생하여 전진 및 후진 비행을 하게 하고, 유체조절판(52)의 각도를 변화시켜 요잉 비행을 할 수 있게 한다.

각 유체조절판(42, 43, 52)이 십자형으로 형성될 때에는 적어도 하나의 유체조절판에 “V”자 홈을 내어 유체조절판의 움직임을 원활히 하는 것이 바람직하다.

각 유체조절판은 수직중공(10) 및 수평중공(20)의 형상에 따라 다각형, 원형, 타원형으로 형성할 수 있다.

수직중공(10)과 수평중공(20)은 경량으로 강도가 높은 소재로써, 탄소섬유나 유리섬유를 사용한 섬유강화 플라스틱 혹은 그 이외의 수지에 의하여 구성되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 비용이나 용도에 따라 다른 소재로 구성하여 좋다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 프로펠러장치의 예시도로서, (a)는 1모터 2프로펠러 추진방식의 구성이고, (b)는 2모터 2프로펠러 추진방식의 구성이다.

도 5를 참고하면, 수직방향 제어용 추진장치(40) 및 수평방향 제어용 추진장치(50)에 사용되는 프로펠러장치(41, 51)는 2쌍의 프로펠러(1, 2)와 하나의 모터(3)를 포함한다.

2쌍의 프로펠러(1, 2)는 모터(3)의 구동축(미도시)에 기구적으로 각각 연결되어 있으며, 모터(3)의 구동력에 의해 회전한다. 이때 2쌍의 프로펠러(1, 2)는 모터(3)의 한 측 또는 모터의 양측에 각각 위치한다.

모터(3)의 구동축 중 하나의 구동축이 시계방향으로 회전하면 다른 하나는 반시계 방향으로 회전한다. 이에 따라서, 2쌍의 프로펠러(1, 2)는 회전방향이 서로 반대이고 회전속도가 동일하게 된다. 예컨대, 하나의 프로펠러(1)는 시계방향으로 회전하고, 다른 하나의 프로펠러(2)는 반시계 방향으로 서로 반대로 회전하지만, 공기의 흐름방향은 동일하다.

이렇게 2개의 프로펠러(1, 2)로 구성하는 이유는 하나의 프로펠러만으로 구성하는 경우에 모터의 회전에 따라 회전방향의 반대방향으로 토크가 발생되어 결국 무인항공기(100) 전체가 프로펠러 회전 방향과 반대 방향으로 회전하게 되는 문제가 발생한다.

그러므로, 하나의 프로펠러에 의해 발생되는 토크를 다른 하나의 프로펠러에서 반대 방향으로 토크를 발생시킴으로써, 토크가 서로 상쇄되게 하여 무인항공기(100) 전체가 토크에 의해 회전하지 않고 안정적으로 호버링이 가능하게 한다.

프로펠러(1, 2)는 불필요한 진동과 토크가 발생하지 않도록 상기 프로펠러의 각각 중심이 모터의 중심선에 대해 일치하도록 하는 것이 바람직하다.

각각의 프로펠러장치(41, 51)는 수직중공(10) 또는 수평중공(20) 내에서 프로펠러 구동모터 지지용 브라켓(4)에 의해 서로 고정 지지된다.

한편, 전술한 바에서는 하나의 모터(3)를 사용하는 것으로 설명하였지만, 도 5의 (b)를 참고하면 하나의 프로펠러(1)를 반시계 방향으로 구동시키는 하나의 모터(3a)와, 다른 하나의 프로펠러(2)를 시계 방향으로 구동시키는 다른 하나의 모터(3b)로 구성될 수 있다. 즉, 모터를 2개 사용할 수 있다. 여기서 2개의 모터(3a, 3b)는 동일한 성능인 것이 양호하며, 도 5의 (a)와 동일한 기능을 구현할 수 있다.

한편, 도 4(b)의 경우는 각각의 모터에 대해 회전수 차이를 두어 프로펠러의 토크 차이에 의한 모터축을 중심으로 회전을 일으켜 무인항공기의 x축 롤링 또는 z축에 대한 요잉 비행을 가능하게 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 수평방향 제어용 추진장치의 예시도이다.

도 6을 참고하면, 수평방향 제어용 추진장치(50)의 유체조절판(52)이 수평중공(20) 우측에 설치될 때에는 지면에 대해 수직으로 형성되고, 수직안정판(130)에 대해서는 평행하게 형성된다.

유체조절판(52)이 수평중공(20)의 정중앙에 있을 때에는 전진 또는 후진 비행을 하게 되고, 이때 유체조절판(52)의 각도를 조절하면 유체조절판(52)의 양측을 흐르는 공기에 대해 압력차이가 발생되고 이에 따라 비행체의 요잉조작을 할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 수직방향 제어용 추진장치의 예시도이다. 도 7을 참고하면, 유체조절판(42, 43)은 지면에 대해 수직으로 형성되지만, 수직안정판(130)에 대해서는 직각으로 형성된다.

각 유체조절판(42, 43)은 수직중공(10)의 정중앙에 있을 때에는 상승 또는 하강 비행을 하게 되고, 이때 유체조절판(42, 43)의 각도를 조절하면 유체조절판(42, 43)의 양측을 흐르는 공기에 대해 압력차이가 발생되고 이에 따라 비행체의 피칭 조작을 할 수 있게 된다. 한편, 각 추진장치(40, 50)에 사용되는 유체조절판(42, 43, 52)을 도 8에 도시된 바와 같이 십자형으로 구성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 사용되는 십자형 유체조절판의 예시도로서, 수직방향 제어용 추진장치(50)에 적용된 경우를 일 예로 한 것이다.

십자형 유체조절판(52a)은 수직중공(10)과 수평중공틀(20)의 형상에 따라 다각형, 원형, 타원형으로 형성할 수 있으며, 수직중공(10)과 수평중공(20) 단면의 반절인 다각형, 반원형, 반타원형이 바람직하다. 유체조절판(52a)이 십자형으로 형성될 때에는 “V”자 홈을 내어 유체조절판(52a)의 움직임을 원활히 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 실시예 1의 형태인 추가적 양력 장치를 갖는 무인항공기 (1A)에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

1. 기낭 내부의 가스와 주위의 공기의 비중 차이에 의하여 소정의 높이로 부양되고, 또는 급격한 강하 방지가 가능하기 때문에 무인항공기에 프로펠러나 회전모터 또는 제어시스템의 문제가 발생하여도 갑작스러운 추락을 방지하여, 안전을 최대한 확보할 수 있다.

2. 상하로 배치된 각각의 부양 역할을 하는 기낭이 공기유로 역할을 하는 수직중공의 중심 수직축에 대해 대칭으로 구성되어, 무인항공기의 자세를 항상 대략 수평으로 유지하려고 하기 때문에, 무인항공기이 균형을 무너뜨리는 것을 억제하여, 비행제어하기 쉽게 할 수 있다.

3. 기낭에 충전되는 가스의 충전량으로 카메라를 비롯한 탑재물의 무게 변동에 따라 무동력 정지비행 고도를 설정할 수 있어 목적에 따라 적절하게 사용할 수 있어 전기에너지 절감이 효과적이며 기낭내의 과도한 압력상승으로 인한 기낭 파열을 방지할 수 있는 압력조절 릴리프밸브을 채택하여 기낭 보호를 도모한다.

4. 가스의 부력에 의하여 프로펠러를 수량 감소 및 소형화할 수 있기 때문에, 비행 중의 소음을 감소시킬 수 있으며, 따라서 배터리 소모량도 줄일 수 있다.

5. 프로펠러와 무거운 구성품들이 기낭 내부에 구성되어 있어 축제나 운동경기 심지어 어린이 놀이공원 활동, 무인항공기 교육장, 축하 이벤트 등 사람들이 많은 공간에서도 사진촬영이나 여러 대의 무인항공기 군집비행등을 안심하고 안전하게 사용할 수 있다.

6. 공기보다 가벼운 기체의 부력을 이용하는 무인항공기로 수직 상승시 추진용 프로펠러(31,32)를 사용하지 않거나 최소로 사용하여 부양하므로, 진동의 영향을 거의 받지 않기 때문에, 흔들림이 적은 영상을 촬영할 수 있다.

이하에서는 첨부한 도 9 내지 도 11을 참조로 하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기를 설명한다. 설명의 이해를 돕기 위해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기에 대한 설명은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기와 차이 나는 부분에 대해서만 설명한다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기(1B)의 평면도(a) 및 측면도(b)이다. 도 9를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기(1B)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기(100)에서 수직안정판(130)이 삭제된 형태가 된다.

또한 도 10의 (a)에서 처럼 적재실 내부에 수평중공이 삭제된 형태가 된다.

도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 수직중공(72)의 하단에 노즐지지 및 회전용 짐벌장치(64)가 고정 설치되고, 짐벌장치(64)에 유연호스(66, flexible hose)를 통해 노즐(65)이 체결된다. 이때 노즐(65)은 공기 배출구가 무인항공기(1B)의 하측 방향으로 향하도록 하여 하측 방향의 공기를 흡입하거나, 하측 방향으로 공기를 토출한다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기(1B)에 탑재되는 추진방향을 제어하는 짐벌 노즐의 작동에 대한 모식도이다.

도 11의 (a)와 도 11의 (c)에서와 같이 노즐(65)이 z축에 대해 회전하는 경우 공기토출 방향의 반대방향으로 반작용력에 의해 추진력이 발생하게 되고 이 추진력은 무인항공기(1B)의 무게중심에 대해 회전하게 된다.

도 11의 (b)에서는 노즐이 z축과 일치하여 공기토출로 발생한 추진력이 무인항공기(1B)의 무게중심을 향하므로 상승비행을 하는 경우이다. 이때 3개의 스테핑 모터나 브러시리스 모터등으로 3축 짐벌(64)을 구동하여 해당 각도에 맞게 노즐을 회전시켜 3축 방향으로 움직이게 하는 짐벌장치(64)는 노즐(65)을 적절한 각도로 회전시켜 공기를 토출시켜 무인항공기(1B)의 원하는 비행이 가능하게 된다.

이하에서는 첨부한 도 12을 참조로 하여 본 발명의 실시예 3에 따른 추가적 양력 장치를 갖는 무인항공기(1C)를 설명한다. 설명의 이해를 돕기 위해, 본 발명의 실시예 3에 따른 추가적 양력 장치를 갖는 무인항공기(1C)에 대한 설명은 본 발명의 실시예 1과 2에 따른 추가적 양력 장치를 갖는 무인항공기(1A)와 무인항공기(1B)의 차이 나는 부분에 대해서만 설명한다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기(1C)의 종단면도이다. 도 12를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 기낭을 가지는 무인항공기(1C)는 무인항공기(1A)에 하나 이상의 짐벌노즐(61)이 추가로 구성된다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 수평중공(71)은 양끝단이 개방되어 있으며, 내부에 추진장치(35)가 설치되고 십자형 유체조절판(63)이 설치된다.

따라서, 수직중공(72) 내에 형성된 짐벌노즐(65)에 의한 피칭운동과 수평중공(71) 내에 형성된 십자형 유체조절판(63)에 의한 피칭운동의 회전방향을 같게 하여 회전력을 증대시켜 보다 강한 바람에 대응할 수 있다.

예컨대, 외부 바람에 의해 수직안정판(61)의 작용으로 무인항공기(1C)의 자세가 바람 방향으로 회전하게 되는데, 이때 수평방향 제어용 추진장치(35)를 적절히 구동하고, 십자형 유체조절판(63)을 적절한 방향으로 회전시 정확한 자세제어가 이루어진다.

한편 프로펠러에 의한 추진방향이 항상 바람에 맞서는 방향으로 제어할 수 있으며 이 때 수평중공(71) 내에 형성되는 수평방향 제어용 추진장치는(35)는 추진력을 극대화 하도록 프로펠러의 에어포일 형상이 일반적인 에어포일 형상인 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (1)

1. 공기보다 가벼운 기체가 체워지는 제1 기낭,
   상기 제1 기낭 하부에 위치하며 공기보다 가벼운 기체가 채워지는 제2 기낭, 그리고
   상기 제1 기낭과 상기 제2 기낭 사이에 연결되며, 내부가 비어 있는 수평틀을 포함하고,
   상기 제1 기낭, 상기 제2 기낭 및 상기 수평틀이 결합된 드론의 전체적인 형상은 유선형이며,
   상기 제1 기낭, 상기 수평틀 및 상기 제2 기낭을 수직으로 관통하는 중공 수평틀에 의해 상기 제1 기낭 및 상기 제2 기낭이 고정 연결되고, 상기 중공 수평틀 내에 수직 추진장치가 설치된,
   기낭을 가지는 무인항공기.

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