KR20210018740A - Air Vehicle - Google Patents

Air Vehicle Download PDF

Info

Publication number
KR20210018740A
KR20210018740A KR1020190097838A KR20190097838A KR20210018740A KR 20210018740 A KR20210018740 A KR 20210018740A KR 1020190097838 A KR1020190097838 A KR 1020190097838A KR 20190097838 A KR20190097838 A KR 20190097838A KR 20210018740 A KR20210018740 A KR 20210018740A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
control
flight
thrust
engine
heterogeneous
Prior art date
Application number
KR1020190097838A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김권영
김준희
김재하
김성근
신동민
김철현
부세호
Original Assignee
김권영
김재하
부세호
신동민
김철현
김준희
김성근
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김권영, 김재하, 부세호, 신동민, 김철현, 김준희, 김성근 filed Critical 김권영
Priority to KR1020190097838A priority Critical patent/KR20210018740A/en
Publication of KR20210018740A publication Critical patent/KR20210018740A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/46Arrangements of, or constructional features peculiar to, multiple propellers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/0008Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
    • B64C29/0016Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
    • B64C29/0025Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers the propellers being fixed relative to the fuselage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/026Aircraft characterised by the type or position of power plants comprising different types of power plants, e.g. combination of a piston engine and a gas-turbine
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D31/00Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft
    • B64D31/02Initiating means
    • B64D31/06Initiating means actuated automatically
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
    • B64D2027/026
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D41/00Power installations for auxiliary purposes
    • B64D2041/002Mounting arrangements for auxiliary power units (APU's)
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/50On board measures aiming to increase energy efficiency
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

The present invention relates to an aerial vehicle, which can be controlled in urban and sub-urban environments and secure the appropriate payload, attitude control, and operation time and, more specifically, a hybrid vertical landing and take-off aerial vehicle with a power device of a heterogeneous control pattern and a control method thereof, wherein the aerial vehicle can be stably operated even in an irregular wind direction and strength in dense building areas, have operability capable of reciprocating in an area within about 100 km, and operate the payload of about 500 kg or more in addition to unmanned flight for general observation.

Description

이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체 {Air Vehicle}Hybrid vertical take-off and landing vehicle {Air Vehicle} equipped with power mechanisms of different control patterns

본 발명은 도심 및 서브어반 환경에서 통제 가능하며 적정한 페이로드와 자세제어, 운용시간을 확보하기 위한 비행체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빌딩 밀집지역에서의 불규칙한 바람의 방향과 세기에도 안정적으로 운용되며, 약 100km 내의 지역에서 왕복이 가능한 운용성을 가지며, 일반 관측용 무인비행외에도 약 500kg 이상의 페이로드를 운용할 수 있는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체 및 그 제어 방법에 대한 것이다.The present invention is controllable in urban and suburban environments and relates to a vehicle for securing an appropriate payload, attitude control, and operating time, and more specifically, it is stably operated even in the direction and intensity of irregular winds in a dense building area. It is about a hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern capable of operating a payload of about 500 kg or more in addition to the general observation unmanned flight, and its control method.

초기의 멀티로터콥터는 출력장치와 헬리콥터의 로터블레이드 피치 장치를 탑재하여 복잡한 제작과 조종의 특성을 가지고 있으며, 전기 멀티로터 콥터가 증장하였으나, 비행 3축의 제어에 있어 모터의 빠른 추력응답성을 사용하여, 에너지원인 배터리의 에너지 보유량이 내연기관의 가솔린과 비교할 때 수십분의 1 수준으로 낮아 무거운 페이로드를 감당하거나 헬리콥터 수준의 비행시간을 담당하지 못하는 문제가 있었다. Early multi-rotor copters are equipped with output devices and rotor blade pitch devices of helicopters, so they have complex manufacturing and control characteristics, and electric multi-rotor copters have been expanded, but they use the fast thrust response of the motor in controlling the three axes of flight. Thus, there is a problem in that the energy reserve of the battery, which is an energy source, is low to one tenth of the level compared to the gasoline of an internal combustion engine, so that it cannot handle a heavy payload or a flight time of a helicopter level.

이러한 문제점에 대하여 시리얼 하이브리드 방식의 전기멀티로터콥터가 등장하였지만, 시리얼 하이브리드 방식의 전기멀티로터콥터는 내연기관의 에너지를 사용하여 발전기를 운용하고, 여기에서 발생된 전기를 사용하지만, 대규모의 비행체를 만들기에는 현재 기술에의 한 발전기의 중량이 무거워 규모를 키우기에는 한계가 있었다.In response to this problem, a serial hybrid electric multirotorcopter has appeared, but the serial hybrid electric multirotorcopter uses the energy of the internal combustion engine to operate a generator and uses the electricity generated there, There was a limit to increasing the scale due to the heavy weight of the generator according to the current technology to make.

이러한 전기 멀티로터콥터를 개량하여 페이로드를 높이려는 시도가 계속 있어왔으며, 전기 쿼드콥터의 중앙에 대형 전기 멀티로터를 장착하는 전기멀티콥터의 소형 비행 시험체(small multi, big main rotor vehicle)나, 동일한 기관을 가진 쿼드콥터에 동종 동용량의 추력기관을 추가하는 형태(Computational designed multi-copter)로 자세제어시에 요구되는 회전수를 급히 줄이는 경우의 에너지 손실을 줄이는 방향의 시도들이 있어 왔다.There have been attempts to increase the payload by improving such electric multirotor copter, and small multi, big main rotor vehicle, which mounts a large electric multirotor in the center of electric quadcopter, There have been attempts to reduce energy loss when the number of rotations required for posture control is rapidly reduced by adding a thrust engine of the same type to a quadcopter having the same engine (Computational designed multi-copter).

하지만, 기존의 비행체들은 단수의 기관을 사용한 수직비행체의 경우제작이 복잡한 이중반전의 방식을 사용하여 높은 제조단가를 가지면서도 비행3축(Flight principal 3 axis) 의 Role 제어 능력이 높지 않거나, 수직비행시 복수의 기관을 사용하는 수직이착륙 비행체에 있어서는 동일한 출력이나 동일한 출력 패턴을 가진 기관을 사용하여 비행을 제어하여왔으며, 이중 내연기관만을 사용하는 수직이착륙 비행체는 전기를 사용하는 경우에 비하여 제어의 응답성이 낮고 조종이 어려운 특징이 있었고, 전기기관만을 사용하는 수직이착륙 비행체는 도심형 유인비행체가 일반적으로 가지는 비행 3축 제어 능력보다 높은 제어능력을 가졌지만 비행시간이 20-30분 이내로 짧은 한계를 가지고 있었다. However, conventional aircrafts use a double inversion method, which is complicated to manufacture in the case of vertical aircraft using a single engine, and has a high manufacturing cost, but the role control ability of the flight principal 3 axis is not high, or vertical flight. In the case of vertical take-off and landing vehicles that use multiple engines, the flight has been controlled using engines having the same output or the same output pattern, and the vertical take-off and landing vehicles using only the internal combustion engines control response compared to the case of using electricity. It was characterized by low performance and difficult to maneuver, and the vertical take-off and landing vehicle using only electric engines had higher control capabilities than the flight three-axis control capability generally possessed by urban manned aircraft, but the flight time was limited to within 20-30 minutes. there was.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 공력성능과 동력 성능과 제어 기술의 조합에 의한 차별성을 통해 기체의 설계 및 제조에 대한 용이성을 가져오는 것이다. 고정익기의 비행효율을 가지며, 헬리콥터의 수직 이착륙 성능을 가지면서도, 전기멀티로터콥터 보다 높은 동력성능을 가지며, 고정익-헬리콥터의 개발및 설계상 비용을 절감하면서도, 제작 비용을 단순화하여 상업성을 갖춘 제작 및 운용비용에 도달하는데 있다. As conceived in order to solve the above problems, an object of the present invention is to bring about ease of design and manufacture of a vehicle through the differentiation by a combination of aerodynamic performance, power performance, and control technology. It has the flight efficiency of a fixed wing aircraft, has a vertical take-off and landing capability of a helicopter, and has higher power performance than an electric multi-rotor copter, while reducing the cost in the development and design of a fixed-wing helicopter, while simplifying the manufacturing cost and making it commercially feasible. And to reach operating costs.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 비행효율이 높은 고정익기의 제어방법론이 유사시의 수직비행 안정성을 갖지 못하는 문제를 해결하고, 비행 방향에 따라 전용의 동력기구를 두는 경우의 3축 제어 능력 저하를 방지하며, 수직또는 수평비행 전용의 동력기구를 별도로 구비하는 비행체에 있어 동력기관의 자체중량이 페이로드에 끼치는 비효율을 해결하며, 동력기구의 자유로운 사용을 통해 3축제어에 가장 유리한 전기동력기관이 갖는 낮은 에너지 효율 문제를 해결하면서도 기관의 틸팅을 통한 양측비행모드의 전환에 대한 설계상의 어려움과 형상의 한계와 제조상의 어려움 갖지 않도록 하며, 비행 제어의 방법을 단순화 함으로써 수직 및 수평비행 전환시의 개발상 난이도를 낮추며, 아울러 기계장치 또한 유사한 성능에 도달한 종래 기술 대비 단순하게 구성하여 저렴한 제작과 유지보수가 가능하도록 하며, 높은 비행효율과 강력한 자세제어 능력을 갖기 위한 역학적, 제어기술적인 부수적인 문제의 발생에 대한 대응책을 구비하는데 있다. In addition, another object of the present invention is to solve the problem that the control methodology of the fixed wing aircraft with high flight efficiency does not have the stability of vertical flight in emergency, and decrease the 3-axis control ability when a dedicated power mechanism is provided according to the flight direction. The electric power engine is the most advantageous for 3-axis control through the free use of the power mechanism and solves the inefficiency of the power engine's own weight on the payload in a vehicle that has a separate power mechanism for vertical or horizontal flight. While solving the low energy efficiency problem of the engine, it does not have design difficulties, shape limitations, and manufacturing difficulties for switching the two-sided flight mode through the tilting of the engine. By simplifying the flight control method, it is possible to convert vertical and horizontal flight. The difficulty of development is lowered, and the mechanical device is also simpler than the conventional technology, which has reached similar performance, so that inexpensive manufacturing and maintenance are possible, and mechanical and control technology side issues to have high flight efficiency and strong attitude control capability It is to have a countermeasure against the occurrence of

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체는 내연기관과; 전기 모터와; 상기 내연기관의 동력을 이용하여 PID 제어되는 주추력부와; 상기 전기모터의 동력을 이용하여 PID 제어되는 보조추력부와; 상기 내연기관에 의해 전기를 발전하는 발전기와; 상기 발전기로 부터 발전된 전기를 축적하여 저장하고 상기 전기모터에 동력을 공급하는 배터리유닛과; 상기 각 구성을 제어하고 비행모드에 따라 상기 주추력부와 보조추력부의 PID 제어를 통해 비행을 제어하는 비행 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern according to the present invention includes an internal combustion engine; An electric motor; A main thrust unit controlled by PID using the power of the internal combustion engine; An auxiliary thrust unit controlled by PID using the power of the electric motor; A generator for generating electricity by the internal combustion engine; A battery unit that accumulates and stores electricity generated from the generator and supplies power to the electric motor; It characterized in that it comprises a flight controller for controlling the respective components and controlling the flight through PID control of the main thrust unit and the auxiliary thrust unit according to the flight mode.

상기 주추력부와 보조추력부는 이종 기관을 사용하여 상기 비행컨트롤러에 의해 비행 3축(자세-orientation)을 제어하며, 수직비행과 수평비행의 전환시 기구의 방향전환 없이 출력 제어만으로 이루어질 수 있으며; 상기 주추력부와 보조 추력부는 서로 상이한 출력량을 가지며, 주 추력을 발생하는 역할을 담당하고, 상기 보조 추력부는 보조 추력을 발생하여 자세를 제어하는 역할을 담당하고 출력 제어를 통해 틸팅하거나 틸팅하지 않고 수직 이착륙이 가능한 것을 특징으로 한다. The main thrust unit and the auxiliary thrust unit control the three-axis flight (position-orientation) by the flight controller using a heterogeneous engine, and can be performed only with output control without changing the direction of the mechanism when switching between vertical and horizontal flight; The main thrust unit and the auxiliary thrust unit have different output amounts from each other and play a role of generating the main thrust, and the auxiliary thrust unit generates auxiliary thrust to control the posture, and without tilting or tilting through the output control It features vertical take-off and landing.

상기 내연기관은 비행체의 수직 방향상 상부 또는 하부에 위치하고, 발전기 및 전기 컨덴싱 수단과 연결되고, 상기 내연기관으로부터 동력을 회수하여 배터리 유닛에 필요한 동력을 공급하는 것을 특징으로 한다. The internal combustion engine is located above or below the aircraft in a vertical direction, is connected to a generator and an electric condensing means, and recovers power from the internal combustion engine to supply the necessary power to the battery unit.

상기 주추력부는 상기 내연기관에서 발생한 주 추력에 의해 양력을 발생하기 위한 주 양력 발생부재인 로터 블레이드 또는 프로펠러를 포함하고; 상기 보조추력부는 상기 전기모터에서 발생한 보조 추력에 의해 양력을 발생하기 위한 보조 양력 발생부재인 로터 블레이드 또는 프로펠러를 포함하는 것을 특징으로 한다. The main thrust unit includes a rotor blade or a propeller, which is a main lifting force generating member for generating lift by the main thrust generated in the internal combustion engine; The auxiliary thrust unit is characterized in that it comprises a rotor blade or a propeller that is an auxiliary lifting force generating member for generating lift by the auxiliary thrust generated from the electric motor.

상기 비행컨트롤러는 비행모드를 설정 또는 제어하는 비행모드제어모듈과; 상기 설정된 비행모드에 따라 상기 주 출력부와 보조 출력부의 출력을 제어하는 출력제어모듈과; 상기 내연기관에서 발생한 동력을 발전기로 회수하여 배터리 유닛의 공급을 제어하는 발전제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다. The flight controller includes a flight mode control module for setting or controlling a flight mode; An output control module for controlling outputs of the main and auxiliary outputs according to the set flight mode; It characterized in that it comprises a power generation control module for controlling the supply of the battery unit by recovering the power generated from the internal combustion engine to the generator.

상기 비행모드제어모듈은 이착륙을 위한 수직비행모드, 이동을 위한 수평비행모드를 포함하는 비행모드를 설정하고 제어하고; 상기 출력제어모듈은 상기 비행모드에 따라 비행체 자세를 판단하고, 목표 자세 및 가속도 제어 및 주추력부 및 보조 추력부에 필요한 추력부 제어 신호를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 한다. The flight mode control module sets and controls a flight mode including a vertical flight mode for take-off and landing and a horizontal flight mode for movement; The output control module is characterized in that it determines the attitude of the vehicle according to the flight mode, and generates and outputs a thrust unit control signal required for a target attitude and acceleration control and a main thrust unit and an auxiliary thrust unit.

상기 출력 제어모듈은 주추력부와 보조 추력부의 추력을 분리하여 제어하기 위해 각각 PID 제어모듈을 독립적으로 포함하고; 상기 복수의 PID 제어모듈의 제어를 받든 내연기관 및 전기모터는 상대 기관에 대해 동일한 방향으로 고정되고, 상대 기관에 대하여 상호간에 대칭 방향 또는 비대칭으로 설치되는 것을 특징으로 한다. The output control module each independently includes a PID control module to separate and control the thrust of the main thrust unit and the auxiliary thrust unit; The internal combustion engine and the electric motor, which are controlled by the plurality of PID control modules, are fixed in the same direction with respect to the counter engine, and are installed symmetrically or asymmetrically with respect to the counter engine.

상기 PID 제어모듈은 이착륙시 전용의 추력기관이 없어도 추력 제어만으로 수직-수평비행 전환이 가능한 PID 제어 함수를 가지고, 각 기관의 응답성능과 추력성능이 비교 열위에 있는 기관의 제어함수나 유사값을 비교 우위에 있는 기관의 PID 제어모듈에 적용할 수 있으며, 이종 추력기관의 PID 제어모듈의 상위에 LQR 제어를 사용하며 제어 한계를 반응성이 비교 열위에 있는 기관의 반응값과 연계 또는 반응하도록 제어하는 것을 특징으로 한다. The PID control module has a PID control function capable of switching vertical-horizontal flight only with thrust control even without a dedicated thrust engine during take-off and landing, and the response performance and thrust performance of each engine are inferior in comparison to the control function or similar value of the engine. It can be applied to the PID control module of the engine with the comparative advantage, and the LQR control is used above the PID control module of the heterogeneous thrust engine, and the control limit is controlled so that the reactivity is linked or reacted with the reaction value of the engine with the lower comparison. It features.

상기 PID 제어 함수를 구비한 PID 제어모듈은 머신러닝, DQN, Decesion forrest 또는 유사 알고리즘에 의한 PID의 유사값을 적용하도록 구성된 대체수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다. The PID control module having the PID control function is characterized in that it is constituted by a substitute means configured to apply a similar value of PID by machine learning, DQN, decesion forrest, or similar algorithm.

상기 PID 제어 함수는 순항시 조종면(Control Surface)에 의한 기체 제어방법으로 비행 3축 제어(자세 제어)를 하지 않아도 수직비행과 수평 비행시 비행 3축 제어가 가능하도록 구현되는 것을 특징으로 한다. The PID control function is characterized in that it is implemented to enable three-axis flight control during vertical and horizontal flight without having to perform 3-axis control (position control) as a method of controlling the aircraft by a control surface during cruising.

상기 양력 발생부재가 로터 블레이드 또는 프로펠러로 구성될 경우 스와시 플레이트를 구비할 경우 기능이 활성화되거나 활성화되지 않아도 PID 제어모듈에 의한 조작만으로 비행이 가능하고, 상기 양력 발생부재는 독립적인 PID 제어모듈의 제어에 의해 주 양력 발생부재의 회전 반동을 보조 양력 발생부재가 상쇄하는 방향으로 회전하도록 제어되는 것을 특징으로 한다. When the lifting force generating member is composed of a rotor blade or a propeller, if the swash plate is provided, even if the function is activated or not activated, flight is possible only by operation by the PID control module, and the lifting force generating member is an independent PID control module. It is characterized in that it is controlled to rotate in a direction in which the auxiliary lifting force generating member cancels the rotational recoil of the main lifting force generating member by control.

그리고 본 발명에 따른 비행체는 고정익 상에 탈착이 가능한 형태로 결합되어 설치되는 것을 특징으로 한다. And the aircraft according to the present invention is characterized in that it is installed by being coupled to a detachable form on the fixed wing.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체는 헬리콥터에 비해 도심의 돌풍 등 특수상황에서 3축 제어 능력이 좋아지고, 전기 멀티로터콥터에 비해 장시간 비행, 높은 페이로드 구현이 가능하고, 직렬 하이브리드 동력장치의 내연기관 발전 전기 멀티로터콥터에 비해 장시간 비행, 높은 페이로드 구현 및 대형화가 가능하다.As described above, the hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a different control pattern according to the present invention has better 3-axis control capability in special situations such as gusts in the city compared to a helicopter, and flying for a long time compared to an electric multirotor copter. , It is possible to realize high payload, and it is possible to fly for a long time, realize high payload, and increase in size compared to the internal combustion electric multirotor copter of the series hybrid power unit.

그리고 제트엔진 등 이종기관의 혼합을 통해 높은 비행 3축 제어 능력을 갖추면서도 비행시간을 연장할 수 있으며, 수직이륙 비행체의 설계비용이 기존 대형 수직이착륙기에 비해 낮아지며, 제조가 단순하고, 운용,정비,제조비용,설계비용, 조종인건비,관리인건비 등이 대폭 절감될 수 있다.In addition, it is possible to extend flight time while having high flight 3-axis control capability through a mixture of different engines such as jet engines, and the design cost of vertical take-off aircraft is lower than that of existing large vertical take-off and landing aircraft, and manufacturing is simple, operation and maintenance. ,Manufacturing cost, design cost, maneuvering manpower cost, managerial manpower cost, etc. can be drastically reduced.

또한, 현재 답보 상태에 있는 비행기술의 한계영역을 확장시키고, 상업적이고 자동화가 가능한 운송체계를 활성화 시킬 수 있으므로, 승객운송과 화물운송에 대한 상업적인 운용에 필요한 비용을 낮추고 산업의 성장률을 높일 수 있다. In addition, since it is possible to expand the limits of aviation technology, which is currently in a stalemate state, and activate a commercial and automated transportation system, it is possible to lower the cost required for commercial operation of passenger transportation and cargo transportation and increase the growth rate of the industry. .

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체를 개략적으로 도시한 시스템 구성도이고,
도 2는 도 1의 비행체에 대한 제어 다이어그램이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비행체의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
1 is a system configuration diagram schematically showing a hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a different control pattern according to a preferred embodiment of the present invention,
2 is a control diagram for the vehicle of FIG. 1.
3 to 6 schematically show the structure of an aircraft according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체를 개략적으로 도시한 시스템 구성도이고, 도 2는 도 1의 비행체에 대한 제어 다이어그램이다.1 is a system configuration diagram schematically showing a hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a control diagram for the vehicle of FIG. 1.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 비행체는 수직 이착륙시에 있어서, 비행 3축에 대한 PID 컨트롤의 제어대상 동력기관을 이종의 동력기관으로 사용하는 것을 특징으로 한다.1 and 2, the vehicle according to the present invention is characterized in that a power engine to be controlled by PID control for three axes of flight is used as a heterogeneous power engine during vertical take-off and landing.

특히, 본 발명은 수직이착륙기의 수직비행시, 전기 멀티로터콥터 대비 장거리의 비행이 가능하게 하고, 헬리콥터보다 높은 3축 자세 제어능력과 을 가지기 위하여 안출된 것으로, 이종의 추력기관에 대한 PID제어를 실시하는 것을 주요한 특징으로 하며, 비행 3축 제어상 PID 제어의 대상이되는 기관과 PID 제어로부터 독립되는 별도의 제어 로직을 가진 추력기관을 갖거나, 2그룹의 기관에 대해 PID제어를 하는 것을 주요한 특징으로 한다. In particular, the present invention was devised to enable long-distance flight compared to an electric multirotor copter during vertical flight of a vertical take-off and landing aircraft, and to have a higher 3-axis attitude control capability than a helicopter, and PID control for different types of thrust engines. The main feature is that it has a thrust engine with a separate control logic independent from the engine subject to PID control and the PID control in the flight 3-axis control, or PID control for two groups of engines. It is characterized.

여기서, 이종의 동력기관은 내연기관과 전기 모터로 구성될 수 있으며, 최소 1개의 내연기관과 최소 2개의 전기 모터를 포함하는 최소 3개의 추력기관을 포함하여 구성될 수 있다.Here, the heterogeneous power engine may include an internal combustion engine and an electric motor, and may include at least three thrust engines including at least one internal combustion engine and at least two electric motors.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 비행체는 내연기관과 전기 모터와 상기 내연기관의 동력을 이용하는 주추력부와 상기 전기모터의 동력을 이용하는 보조추력부와 상기 내연기관에 의해 전기를 발전하는 발전기와 상기 발전기로 부터 발전된 전기를 축적하여 저장하고 상기 전기모터에 동력을 공급하는 배터리유닛과 상기 각 구성을 제어하고 상기 주추력부와 보조추력부의 PID 제어를 통해 비행을 제어하는 비행 컨트롤러를 포함하여 구성될 수 있다.More specifically, the aircraft according to the present invention includes an internal combustion engine, an electric motor, a main thrust unit using the power of the internal combustion engine, an auxiliary thrust unit using the power of the electric motor, a generator for generating electricity by the internal combustion engine, and the A battery unit that accumulates and stores electricity generated from a generator and supplies power to the electric motor, and a flight controller that controls each of the configurations and controls flight through PID control of the main and auxiliary thrust units. I can.

상기 비행체는 주로터와 보조로터를 포함하는 기본형과 멀티로터형(e-m-m-e), 버티컬 고정익형, 3점 틸트형 고정익, 4점 틸트형 고정익 등다양한 형태로 구성될 수 있다.The aircraft may be configured in various forms, such as a basic type including a main rotor and an auxiliary rotor, a multi-rotor type (e-m-m-e), a vertical fixed wing type, a three-point tilt type fixed wing, and a four point tilt type fixed wing.

그리고 주추력부와 보조추력부의 구성에 따라 트라이콥터, 쿼드콥터 형태로 구성될 수 있다.And, depending on the configuration of the main thrust unit and the auxiliary thrust unit, it may be configured in the form of a tricopter or a quadcopter.

상기 주추력부와 보조추력부는 이종 기관을 사용하여 상기 비행컨트롤러에 의해 비행 3축(자세-orientation)을 제어하며, 수직비행과 수평비행의 전환시 기구의 방향전환 없이 출력 제어만으로 이루어질 수 있다.The main thrust unit and the auxiliary thrust unit control the flight 3-axis (position-orientation) by the flight controller using a heterogeneous engine, and when switching vertical flight and horizontal flight, it is possible to perform only output control without changing the direction of the mechanism.

여기서, 상기 주추력부와 보조 추력부는 서로 상이한 출력량을 가지며, 주 추력을 발생하는 역할을 담당하고, 상기 보조 추력부는 보조 추력을 발생하여 자세를 제어하는 역할을 담당한다.Here, the main thrust unit and the auxiliary thrust unit have different output amounts and play a role of generating the main thrust, and the auxiliary thrust unit generates auxiliary thrust to control a posture.

따라서, 출력 제어를 통해 틸팅하거나 틸팅하지 않고 수직 이착륙이 가능할 수 있다. Therefore, vertical take-off and landing may be possible without tilting or tilting through the power control.

또한, 상기 내연기관은 발전기 및 전기 컨덴싱 수단(콘텐서)와 연결될 수 있으며, 이를 통해 상기 내연기관으로부터 동력을 회수하여 배터리 유닛에 필요한 동력을 공급할 수 있다. Further, the internal combustion engine may be connected to a generator and an electric condensing means (condenser), and through this, it is possible to recover power from the internal combustion engine and supply necessary power to the battery unit.

즉, 본 발명에 따른 비행체는 이종의 동력 기관을 사용하며, 고출력의 내연기관과 저출력의 전기 모터를 하이브리드로 사용하며, 수평 비행시 추력 발생장치인 내연기관에 의해 발생하는 동력을 발전기로 사용하여 동력을 회수할 수 있다. That is, the aircraft according to the present invention uses a heterogeneous power engine, uses a high-power internal combustion engine and a low-power electric motor as a hybrid, and uses the power generated by the internal combustion engine, which is a thrust generating device, as a generator during horizontal flight. Power can be recovered.

상기 내연기관은 비행체의 수직 방향상 상부 또는 하부에 위치할 수 있다.The internal combustion engine may be located above or below the vehicle in a vertical direction.

상기 주추력부는 상기 내연기관에서 발생한 주 추력에 의해 양력을 발생하기 위한 주 양력 발생부재로 구성될 수 있으며, 상기 주 양력 발생부재는 로터 블레이드 또는 프로펠러로 구성될 수 있다.The main thrust unit may be composed of a main lifting force generating member for generating lift by a main thrust generated in the internal combustion engine, and the main lifting force generating member may be composed of a rotor blade or a propeller.

그리고 상기 보조추력부는 상기 전기모터에서 발생한 보조 추력에 의해 양력을 발생하기 위한 보조 양력 발생부재로 구성될 수 있으며, 상기 보조 양력 발생부재 역시 로터 블레이드 또는 프로펠러로 구성될 수 있다.In addition, the auxiliary thrust unit may be composed of an auxiliary lifting force generating member for generating lift by auxiliary thrust generated by the electric motor, and the auxiliary lifting force generating member may also be composed of a rotor blade or a propeller.

상기 비행컨트롤러는 비행모드를 설정 또는 제어하는 비행모드제어모듈과 상기 설정된 비행모드에 따라 상기 주 출력부와 보조 출력부의 출력을 제어하는 출력제어모듈과 상기 내연기관에서 발생한 동력을 발전기로 회수하여 배터리 유닛의 공급을 제어하는 발전제어모듈을 포함하여 구성될 수 있다.The flight controller includes a flight mode control module that sets or controls a flight mode, an output control module that controls the output of the main and auxiliary output units according to the set flight mode, and the power generated from the internal combustion engine is recovered to a generator and a battery It may be configured to include a power generation control module that controls the supply of the unit.

상기 비행모드제어모듈은 이착륙을 위한 수직비행모드, 이동을 위한 수평비행모드를 포함하는 비행모드를 설정하고 제어하는 역할을 담당한다.The flight mode control module is responsible for setting and controlling flight modes including a vertical flight mode for take-off and landing and a horizontal flight mode for movement.

그리고 상기 출력제어모듈은 상기 비행모드에 따라 비행체 자세를 판단하고, 목표 자세 및 가속도 제어 및 주추력부 및 보조 추력부에 필요한 추력부 제어 신호를 생성하여 출력하는 역할을 담당한다.In addition, the output control module is responsible for determining the attitude of the aircraft according to the flight mode, controlling the target attitude and acceleration, and generating and outputting the thrust control signals required for the main and auxiliary thrust units.

여기서, 상기 출력 제어모듈은 주추력부와 보조 추력부의 추력을 분리하여 제어하기 위해 각각 PID 제어모듈을 독립적으로 포함하여 구성할 수 있다.Here, the output control module may independently include a PID control module to separate and control the thrust of the main thrust unit and the auxiliary thrust unit.

이 경우 상기 복수의 PID 제어모듈의 제어를 받든 내연기관 및 전기모터는 상대 기관에 대해 동일한 방향으로 고정되고, 상대 기관에 대하여 상호간에 대칭 방향 또는 비대칭으로 설치될 수 있다.In this case, the internal combustion engine and the electric motor, which are controlled by the plurality of PID control modules, are fixed in the same direction with respect to the counter engine, and may be installed in a symmetrical direction or asymmetrically with respect to the counter engine.

이에 따라, 이착륙시 전용의 추력기관이 없어도 추력 제어만으로 수직-수평비행 전환이 가능한 PID 제어 함수를 가질 수 있다.Accordingly, it is possible to have a PID control function capable of switching vertical-horizontal flight only by thrust control even without a dedicated thrust engine during take-off and landing.

상기 PID 제어 함수를 구비한 PID 제어모듈은 머신러닝, DQN, Decesion forrest 또는 유사 알고리즘에 의한 PID의 유사값을 적용하도록 구성된 대체수단으로 구성될 수 있다.The PID control module having the PID control function may be configured as an alternative means configured to apply a similar value of PID by machine learning, DQN, decesion forrest, or similar algorithm.

그리고 각 기관의 응답성능과 추력성능이 비교 열위에 있는 기관의 제어함수나 유사값을 비교 우위에 있는 기관의 PID 제어모듈에 적용할 수 있으며, 이종 추력기관의 PID 제어모듈의 상위에 LQR 제어를 사용하며 제어 한계를 반응성이 비교 열위에 있는 기관의 반응값과 연계 또는 반응할 수 있다.In addition, the response performance and thrust performance of each engine can be applied to the PID control module of the engine with the superiority compared to the control function or similar value of the engine that is inferior in comparison, and LQR control is placed on top of the PID control module of the heterogeneous thrust engine. And the control limits can be linked or reacted with the response values of the organs whose reactivity is inferior in comparison.

여기서, 상기 PID 제어 함수는 순항시 조종면(Control Surface)에 의한 기체 제어방법으로 비행 3축 제어(자세 제어)를 하지 않아도 수직비행과 수평 비행시 비행 3축 제어가 가능하도록 구현될 수 있다.Here, the PID control function may be implemented to enable 3-axis flight control during vertical flight and horizontal flight without performing 3-axis control (position control) as a method of controlling the aircraft by a control surface during cruise.

또한, 상기 양력 발생부재가 로터 블레이드 또는 프로펠러로 구성될 경우 스와시 플레이트를 구비할 경우 기능이 활성화되거나 활성화되지 않아도 PID 제어모듈에 의한 조작만으로 비행이 가능하다.In addition, when the lift generating member is composed of a rotor blade or a propeller, if the swash plate is provided, even if the function is activated or not activated, it is possible to fly only by operation by the PID control module.

상기 양력 발생부재는 도 2와 같이 독립적인 PID 제어모듈의 제어에 의해 주 양력 발생부재의 회전 반동을 보조 양력 발생부재가 상쇄하는 방향으로 회전하도록 제어될 수 있다.The lifting force generating member may be controlled to rotate in a direction in which the auxiliary lifting force generating member cancels the rotational reaction of the main lifting force generating member by the control of an independent PID control module as shown in FIG. 2.

본 발명에 따른 비행체는 고정익 상에 설치될 수 있으며, 탈착이 가능한 형태로 결합되어 설치될 수 있다. The aircraft according to the present invention may be installed on a fixed wing, and may be installed by being combined in a detachable form.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비행체의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 3 to 6 schematically show the structure of an aircraft according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 비행체는 양력 발생부재의 배치 및 위치, 개수에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 다양하게 변형실시 될 수 있다.3 to 6, the aircraft according to the present invention may be configured in various forms according to the arrangement, position, and number of lift generating members, and may be variously modified.

도 3은 주 추력부가 중앙에 형성되고, 4개의 보조 추력부가 4개의 날개 끝단에 형성된 펜타 콥터 형태로 구성된 것이고, 주 추력부의 회전 반동을 상쇄하기 위해 보조 추력부가 주 추력부와 반대 방향으로 회전한다.3 is a main thrust unit formed in the center, four auxiliary thrust units are configured in the form of a pentacopter formed at the ends of four blades, and the auxiliary thrust unit rotates in the opposite direction to the main thrust unit to offset the rotational recoil of the main thrust unit. .

도 3의 실시예는 패턴이 다르고, 최대 출력이 타른 추력 기관을 구비하고, 중앙 회전축이 엔진이고, 쿼드모터가 사방에 있는 펜타 콥터 형태로 pitch, yaw, roll에 대한 자세 제어에 대해 살펴보면, 먼저 yaw와 관련 회전이 필요한 경우의 고도 제어에서 모터의 추력을 낮추고 엔진의 추력이 목표치까지 제어되는 딜레이에 대한 모터의 속도 및 방향에 대해 살펴본다.In the embodiment of FIG. 3, looking at attitude control for pitch, yaw, and roll in the form of a pentacopter in which patterns are different, a maximum output is provided with a thrust engine, a central rotation axis is an engine, and a quad motor is in all directions. In the case where yaw and related rotation are required, the speed and direction of the motor for the delay in which the thrust of the motor is lowered and the thrust of the engine is controlled to the target value are examined.

주축엔진의 로터는 주 추력원으로 이용되고, 내연기관(E)에 의한 추력은 The rotor of the main shaft engine is used as the main thrust source, and the thrust by the internal combustion engine (E) is

하기의 수학식으로 표현할 수 있다.It can be expressed by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

이 때 제어 가능한 변수는 추력의 평균치 E 이며, 이는 고도 조정 및 속도 가/감산의 필요가 있을 때 변화할 수 있다. 따라서 주축엔진의 로터는 PID의 제어 대상이 되거나 혹은 벗어날 수 있으며, 필요에 따라 기체의 벡터 제어 상에서 변화시킬 수 있는 파라미터가 된다.At this time, the controllable variable is the average value E of the thrust, which can be changed when there is a need for altitude adjustment and speed acceleration/decrease. Therefore, the rotor of the main shaft engine can be the object of PID control or it can escape, and becomes a parameter that can be changed in the vector control of the aircraft as needed.

주축이 지닌 동력을 방향을 지닌 운동으로 변화시키기 위해 PID제어가 사용될 수 있다. Pitch, yaw, roll의 변화가 PID와 독립적으로 존재하는 E의 방향을 결정하여 비행체의 경로를 설정하는 방식으로 PID제어를 사용한다. PID control can be used to change the power of the spindle into motion with a direction. PID control is used by determining the direction of E, where the change of pitch, yaw, and roll exists independently of PID, and setting the path of the vehicle.

다음으로, 내연기관 추력을 PID 제어모듈마다 독립적으로 구성되는 경우에 대해 살펴본다.Next, a case where the internal combustion engine thrust is independently configured for each PID control module will be described.

pitch와 roll에 의해 발생하는 지표면 평형의 평면과의 각도를 각각 θ,Ψ 라 하면, 각각의 축으로 작용하는 힘은 추력 및 각도의 삼각비와 비례하게 된다. Assuming that the angles of the ground balance caused by pitch and roll are θ and Ψ, respectively, the force acting on each axis is proportional to the trigonometric ratio of thrust and angle.

E sinθ, τEsinΨ) PID제어에서 이를 무시하게 하면 주 추력은 중력 및 속도 비례의 공기저항과 같은 형태로 취급할 수 있으며, 양력을 유지시키는 최소한의 힘을 가정하지 않아도 되므로 모터 추력의 범위를 넓게 설정하게 된다.E sinθ, τ E sinΨ) If this is neglected in PID control, the main thrust can be handled in the same form as the air resistance proportional to gravity and speed, and the range of the motor thrust is widened since it is not necessary to assume the minimum force to maintain lift. Will be set.

내연기관의 추력은 원하는 고도 또는 속도v에 비례(τE = kv)하며, 모터 축만이 PID 제어의 영향을 받는다.The thrust of the internal combustion engine is proportional to the desired altitude or speed v (τ E = kv), and only the motor axis is affected by PID control.

throttle 값을 T, yaw 목표값을 Y, roll 목표값을 R, pitch 목표값을 P라 할 때,When the throttle value is T, the yaw target value is Y, the roll target value is R, and the pitch target value is P,

Figure pat00002
Figure pat00002

로 설정한 다음 PID 제어를 통해 각 모터 축의 추력을 조정한다.Set to and then adjust the thrust of each motor shaft through PID control.

이어서, 내연기관 추력을 PID 제어모듈에 종속되게 구성하는 경우에 대해 살펴본다.Next, a case of configuring the internal combustion engine thrust to be subordinate to the PID control module will be described.

a.pitch와 roll에 의한 지표면 평형 평면과의 각도를 기반으로 각 축에 작용하는 힘은 앞서 기술한 바와 같다. PID제어에서 이를 포함하게 하는 경우 주 추력은 양력의 합력을 조절하는 방향으로 줄어들게 된다.The force acting on each axis based on the angle of the ground surface equilibrium plane by a.pitch and roll is as described above. In the case of including this in PID control, the main thrust is reduced in the direction of adjusting the resultant force of the lift force.

따라서, 내연기관의 추력 및 모터 축 모두 PID제어의 영향을 받는다.Therefore, both the thrust of the internal combustion engine and the motor shaft are affected by PID control.

throttle 값을 T, yaw 목표값을 Y, roll 목표값을 R, pitch 목표값을 P라 할 때,When the throttle value is T, the yaw target value is Y, the roll target value is R, and the pitch target value is P,

Figure pat00003
Figure pat00003

로 설정한 다음 PID 제어를 통해 각 모터 축의 추력을 조정할 수 있다.After setting to, the thrust of each motor shaft can be adjusted through PID control.

도 4는 주 추력부와 보조 추력부가 4개의 날개 끝단에 번갈아 형성되는 2종 쿼드-타입 X(cross) 형태로 구성된 것이고, 도 5는 주 추력부와 보조 추력부가 4개의 날개 끝단에 번갈아 형성되는 2종 쿼드-타입 P(parallel) 형태로 구성된 것이다.Figure 4 is composed of two types of quad-type X (cross) form in which the main thrust part and the auxiliary thrust part are alternately formed at the ends of the four wings, and FIG. 5 is the main thrust part and the auxiliary thrust part alternately formed at the ends of the four wings. It is composed of two types of quad-type P (parallel).

도 6은 3개의 날개 끝단에 1개의 주 추력부와 2개의 보조 추력부가 형성되는 2종 트리콥터 형태로 구성된 것이다.6 is configured in the form of a two-type tricopter in which one main thrust unit and two auxiliary thrust units are formed at the ends of three wings.

상기에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. In the detailed description of the present invention described above, it has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but the protection scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and those of ordinary skill in the art It will be appreciated that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and technical scope.

Claims (12)

내연기관과;
전기 모터와;
상기 내연기관의 동력을 이용하여 PID 제어되는 주추력부와;
상기 전기모터의 동력을 이용하여 PID 제어되는 보조추력부와;
상기 내연기관에 의해 전기를 발전하는 발전기와;
상기 발전기로 부터 발전된 전기를 축적하여 저장하고 상기 전기모터에 동력을 공급하는 배터리유닛과;
상기 각 구성을 제어하고 비행모드에 따라 상기 주추력부와 보조추력부의 PID 제어를 통해 비행을 제어하는 비행 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
Internal combustion engine;
An electric motor;
A main thrust unit controlled by PID using the power of the internal combustion engine;
An auxiliary thrust unit controlled by PID using the power of the electric motor;
A generator for generating electricity by the internal combustion engine;
A battery unit that accumulates and stores electricity generated from the generator and supplies power to the electric motor;
A hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern, characterized in that it comprises a flight controller that controls each of the configurations and controls flight through PID control of the main thrust unit and the auxiliary thrust unit according to the flight mode.
제 1항에 있어서,
상기 주추력부와 보조추력부는
이종 기관을 사용하여 상기 비행컨트롤러에 의해 비행 3축(자세-orientation)을 제어하며, 수직비행과 수평비행의 전환시 기구의 방향전환 없이 출력 제어만으로 이루어질 수 있으며;
상기 주추력부와 보조 추력부는 서로 상이한 출력량을 가지며, 주 추력을 발생하는 역할을 담당하고, 상기 보조 추력부는 보조 추력을 발생하여 자세를 제어하는 역할을 담당하고 출력 제어를 통해 틸팅하거나 틸팅하지 않고 수직 이착륙이 가능한 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 1,
The main thrust part and the auxiliary thrust part
The flight controller controls three axes of flight (position-orientation) by using a heterogeneous engine, and when switching between vertical flight and horizontal flight, it is possible to perform only output control without changing the direction of the instrument;
The main thrust unit and the auxiliary thrust unit have different output amounts from each other and play a role of generating the main thrust, and the auxiliary thrust unit generates auxiliary thrust to control the posture, and without tilting or tilting through the output control Hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern, characterized in that vertical take-off and landing is possible.
제 1항에 있어서,
상기 내연기관은
비행체의 수직 방향상 상부 또는 하부에 위치하고,
발전기 및 전기 컨덴싱 수단과 연결되고, 상기 내연기관으로부터 동력을 회수하여 배터리 유닛에 필요한 동력을 공급하는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 1,
The internal combustion engine is
Located above or below the vehicle in the vertical direction,
A hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern, characterized in that it is connected to a generator and an electric condensing means, and supplies necessary power to a battery unit by recovering power from the internal combustion engine.
제 1항에 있어서,
상기 주추력부는
상기 내연기관에서 발생한 주 추력에 의해 양력을 발생하기 위한 주 양력 발생부재인 로터 블레이드 또는 프로펠러를 포함하고;
상기 보조추력부는
상기 전기모터에서 발생한 보조 추력에 의해 양력을 발생하기 위한 보조 양력 발생부재인 로터 블레이드 또는 프로펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 1,
The main thrust unit
A rotor blade or a propeller as a main lift generating member for generating lift by the main thrust generated in the internal combustion engine;
The auxiliary thrust unit
Hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern, characterized in that it comprises a rotor blade or a propeller as an auxiliary lift generating member for generating lift by the auxiliary thrust generated from the electric motor.
제 1항에 있어서,
상기 비행컨트롤러는
비행모드를 설정 또는 제어하는 비행모드제어모듈과;
상기 설정된 비행모드에 따라 상기 주 출력부와 보조 출력부의 출력을 제어하는 출력제어모듈과;
상기 내연기관에서 발생한 동력을 발전기로 회수하여 배터리 유닛의 공급을 제어하는 발전제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 1,
The flight controller
A flight mode control module for setting or controlling a flight mode;
An output control module for controlling the output of the main output unit and the auxiliary output unit according to the set flight mode;
A hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern, characterized in that it comprises a power generation control module for controlling the supply of the battery unit by recovering the power generated from the internal combustion engine to a generator.
제 5항에 있어서,
상기 비행모드제어모듈은
이착륙을 위한 수직비행모드, 이동을 위한 수평비행모드를 포함하는 비행모드를 설정하고 제어하고;
상기 출력제어모듈은
상기 비행모드에 따라 비행체 자세를 판단하고, 목표 자세 및 가속도 제어 및 주추력부 및 보조 추력부에 필요한 추력부 제어 신호를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 5,
The flight mode control module
Setting and controlling flight modes including vertical flight modes for take-off and landing and horizontal flight modes for movement;
The output control module is
Hybrid vertical equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern, characterized in that it determines the attitude of the aircraft according to the flight mode, controls the target attitude and acceleration, and generates and outputs the thrust control signals required for the main and auxiliary thrust units. Takeoff and landing vehicle.
제 6항에 있어서,
상기 출력 제어모듈은
주추력부와 보조 추력부의 추력을 분리하여 제어하기 위해 각각 PID 제어모듈을 독립적으로 포함하고;
상기 복수의 PID 제어모듈의 제어를 받든 내연기관 및 전기모터는 상대 기관에 대해 동일한 방향으로 고정되고, 상대 기관에 대하여 상호간에 대칭 방향 또는 비대칭으로 설치되는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 6,
The output control module is
Each independently includes a PID control module to separate and control the thrust of the main thrust unit and the auxiliary thrust unit;
The internal combustion engine and the electric motor under the control of the plurality of PID control modules are fixed in the same direction with respect to the other engine, and are installed in a symmetrical direction or asymmetrically with respect to the other engine. Equipped hybrid vertical takeoff and landing vehicle.
제 7항에 있어서,
상기 PID 제어모듈은
이착륙시 전용의 추력기관이 없어도 추력 제어만으로 수직-수평비행 전환이 가능한 PID 제어 함수를 가지고,.
각 기관의 응답성능과 추력성능이 비교 열위에 있는 기관의 제어함수나 유사값을 비교 우위에 있는 기관의 PID 제어모듈에 적용할 수 있으며, 이종 추력기관의 PID 제어모듈의 상위에 LQR 제어를 사용하며 제어 한계를 반응성이 비교 열위에 있는 기관의 반응값과 연계 또는 반응하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 7,
The PID control module is
It has a PID control function that enables vertical-horizontal flight conversion only by thrust control without a dedicated thrust engine during take-off and landing.
The response performance and thrust performance of each engine can be applied to the PID control module of the engine with the superiority compared to the control function or similar value of the engine that is inferior in comparison, and LQR control is used above the PID control module of the heterogeneous thrust engine. And a hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern, characterized in that controlling the control limit to be linked or reacted with a response value of an engine in which the response is inferior in comparison.
제 8항에 있어서,
상기 PID 제어 함수를 구비한 PID 제어모듈은
머신러닝, DQN, Decesion forrest 또는 유사 알고리즘에 의한 PID의 유사값을 적용하도록 구성된 대체수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 8,
The PID control module with the PID control function
A hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern, characterized in that it consists of an alternative means configured to apply a similar value of PID by machine learning, DQN, decesion forrest or similar algorithm.
제 8항에 있어서,
상기 PID 제어 함수는
순항시 조종면(Control Surface)에 의한 기체 제어방법으로 비행 3축 제어(자세 제어)를 하지 않아도 수직비행과 수평 비행시 비행 3축 제어가 가능하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 8,
The PID control function is
A power mechanism of heterogeneous control pattern, characterized in that it is implemented to enable 3-axis flight control during vertical and horizontal flight without having to perform 3-axis control (position control) by means of a control surface during cruise. Equipped hybrid vertical takeoff and landing vehicle.
제 4항에 있어서,
상기 양력 발생부재가
로터 블레이드 또는 프로펠러로 구성될 경우 스와시 플레이트를 구비할 경우 기능이 활성화되거나 활성화되지 않아도 PID 제어모듈에 의한 조작만으로 비행이 가능하고, 상기 양력 발생부재는 독립적인 PID 제어모듈의 제어에 의해 주 양력 발생부재의 회전 반동을 보조 양력 발생부재가 상쇄하는 방향으로 회전하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 4,
The lift generating member
In the case of a rotor blade or a propeller, if a swash plate is provided, even if the function is activated or not activated, the flight is possible only by operation by the PID control module, and the lift generating member is controlled by an independent PID control module. Hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern, characterized in that it is controlled to rotate in a direction in which the auxiliary lift generating member cancels the rotational reaction of the generating member.
제 1항에 있어서,
상기 비행체는
고정익 상에 탈착이 가능한 형태로 결합되어 설치되는 것을 특징으로 하는 이종 제어패턴의 동력기구를 장착한 하이브리드 수직이착륙 비행체.
The method of claim 1,
The vehicle is
Hybrid vertical take-off and landing vehicle equipped with a power mechanism of a heterogeneous control pattern, characterized in that it is mounted on a fixed wing in a detachable form.
KR1020190097838A 2019-08-09 2019-08-09 Air Vehicle KR20210018740A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190097838A KR20210018740A (en) 2019-08-09 2019-08-09 Air Vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190097838A KR20210018740A (en) 2019-08-09 2019-08-09 Air Vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210018740A true KR20210018740A (en) 2021-02-18

Family

ID=74688532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190097838A KR20210018740A (en) 2019-08-09 2019-08-09 Air Vehicle

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210018740A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2018360818B2 (en) VTOL aircraft having fixed-wing and rotorcraft configurations
US10717522B2 (en) Vertical takeoff and landing (VTOL) air vehicle
AU2020332673B2 (en) Separated lift-thrust VTOL aircraft with articulated rotors
US11142309B2 (en) Convertible airplane with exposable rotors
CN105539833A (en) Fixed-wing multi-shaft aircraft
CN110466752B (en) Control method of tilt rotor unmanned aerial vehicle and tilt rotor unmanned aerial vehicle
CN111532428A (en) Tilting power micro fixed wing unmanned aerial vehicle capable of freely taking off and landing
KR20210018740A (en) Air Vehicle
CN112722264B (en) Tail sitting type vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle
WO2022145045A1 (en) Flying object control method
US20230331407A1 (en) Flying vehicle
CN107521686B (en) Variable structure aircraft capable of taking off and landing vertically
CN114802711A (en) Unmanned aerial vehicle with single duct at tail part
CA3221628A1 (en) Series of convertible aircraft capable of hovering and method for configuring a convertible aircraft capable of hovering
CN114987737A (en) Tail active variable-pitch ducted propulsion unmanned aerial vehicle
CN115871922A (en) Multi-paddle tilting aircraft and flight control method thereof